數位邏輯實驗-邏輯積體電路與Verilog

物聯網雲端系統開發(物聯網基礎篇)
單一裝置雖然筆者從大學、碩士都是讀清大電機系，後來博士班到了交大讀電信所，研究上除了理論外，幾乎都是寫程式，例如C語言或是Matlab，但是硬體設計方面，老實說是進入職場之後才開始，一剛開始也是想找一些書來看，但是真的很少，其實也不難理解，因為硬體設計需要的知識五花八門，很難用一本書來涵蓋，因此，除了少數的幾本書外，主要還是同事之間的切磋，以及參考不同廠商的application note，總之，都是只能靠自己的意思。其實凡事都有其脈絡可循，找出關鍵的地方去處理，就八九不離十了，不過有些工程師喜歡速成，東抄抄西抄抄卻不知其所以然，不知不覺就會踩到坑，表面上比較快，但一出錯就很麻煩，所以還是按部就班的好。而在硬體數位電路設計上，我認為的脈絡是甚麼，在最後的附錄二中會分享。
博士畢業後曾於網通廠任職五年，負責設計局端設備(電信公司使用的設備)的硬體設計，工作內容大概分成前置資料搜集、開發設計、認證與測試。前置工作主要是新平台的評估，當時主要的產品是ADSL DSLAM(ADSL在電信服務商那端的設備)，上游廠商新一代的晶片出來後，我們就要依據效能、預期成本等來評估採用的廠商，除了研究廠商的資料外，也會需要拿來實際測試看看。進入開發設計階段後，由於成本考量，都是需要自己整合，不會使用turnkey solution，主要整合CPU與DSP晶片，把datasheet研究完之後，就開始繪製電路圖，之後進行layout，雖然layout有專門的工程師負責，但是並無法直接丟給layout工程師，因為原始設計者才會知道重要的訊號在哪裡，需要把這些訊號優先處理才行；當PCB樣本製造後，就會與軟體工程師一起嘗試把板子開機起來進行各部分的測試，有問題就要開始debug。最後一個階段是產品完成後，除了協助FAE(field application engineer)應付客戶之外，由於主要客戶都是電信公司，就需要讓產品通過不同區域的相關測試規範，講白了就是一堆的考卷，雖然很多不是自己去考，但是主要設計者需要先看考卷，找出比較關鍵的項目，自己先預演一下看看，而網通方面的技術進展很快，產品規格如何測試，通常也需要由RD開始了解，然後將相關技術帶入給品質保證(Quality Assurance)與產線測試等部門。
離開園區後來到國立暨南國際大學電機系，後來輪到我來上邏輯設計實驗，一剛開始其實想偷懶找本書來上上就好，但是一直沒有找到合適的教科書，只好自己準備教案。雖說很多書本裡面的資料很豐富，各式各樣的介面周邊都有講到，但我總覺得是適合當作參考書，需要用到的時候再翻來看就好，因為學習的重點在於原理，理解之後其餘的就是以此類推。實驗課並不是按表操課，依照實驗步驟做一做，然後抓抓數據資料就好，重要的是了解其原理，知道如何看datasheet，對於沒有上過的新東西，就依樣畫葫蘆地把相關的datasheet拿出來看，去研究其原理，理解之後再來進行設計。
現在大家都是在講學以致用，理想很高，實行困難，其實所有科系都是一樣的問題，專業科目一大堆，我們做老師的在當學生期間雖然念過這些專業科目，但是在博士班做研究的時候或是真正在職場上，都是針對某個特定主題深入研究，其實都是只是使用眾多的專業知識中的其中一小部分而已，坦白說，如果上課時有學生問我一些基礎課的內容究竟可以用在哪裡，可以舉一個實際例子來說明嗎？例如微積分、普物、化學等等這些課程，有些時候並不容易回答，因為術業有專攻啊，以我本身來說，可以說說機率會用在哪裡，因為以前研究上會需要隨機程序，其他的就很難說得很具體了。再舉例來說，大多數電機系的老師當學生的時候根本沒看過IC的datasheet，除非職場上需要，否則畢業後也不會看，如果連老師自己都沒有看過，怎麼帶學生去看呢？總之，老師並非萬能，也不需要萬能，如果每個老師都能夠將自己比較拿手的部分記錄下來，就能夠補起這樣的缺口，希望能夠以本書來拋磚引玉。雖然本身並不是做數位電路設計，但是在硬體電路設計上有不少經驗，對於邏輯設計課程方面就會有些想法，期望能夠以主題式的方式來進行，學習針對這個主題需要的能力，現學現用。
本書大概分為三部分，首先是關於實驗的基礎方面，包含器材的使用、訊號的量測、datasheet上常看到的基本參數等等。再來是羅設課本的重點複習，練習K-MAP化簡後利用74系列的IC實做簡單電路，而sequential電路也使用74系列的counter與七段顯示器練習一次。最後是份量比較多的是Verilog練習，於CPLD開發版上來實作以筆者的經驗來設計學生需要理解的項目，不過本書的重點不在於Verilog語言本身，因為已經有太多書可以參考了，而是嘗試透過依序漸進的方式把相關周邊、如何控制、想法與語言的關係等面向為學習的重點，希望透過這樣的方式，讓讀者可以理解如何設計一個複雜一點的電路，最後可以完成一個電子鐘。雖然本書介紹的介面或周邊並不多，但是設計的原理學會了之後，只要依照其原理，網路上或是由其他書本上找相關資料，參考一下範例程式，就不難理解了。
由於筆者專長並不是在Verilog，或許不是最佳的寫法，也會有疏忽一些重點沒有交代清楚，期望各方先進能不吝指教，讓本書能更為周全。
之溫溼度線性圖表程式設計