fpga组合逻辑(4位比较器、8-3优先编码器、38译码器实现全减器、数据选择器实现逻辑函数等)
目录
组合逻辑
VL11 4位数值比较器电路
VL12 4bit超前进位加法器电路
VL13 优先编码器电路①
VL14 用优先编码器①实现键盘编码电路
VL15 优先编码器Ⅰ
VL16 使用8线-3线优先编码器Ⅰ
VL17 用3-8译码器实现全减器
VL18 实现3-8译码器①
VL19 使用3-8译码器①实现逻辑函数L
VL20 数据选择器实现逻辑电路
工程源码
GitHub - ningbo99128/verilog: 牛客网练习题工程
组合逻辑
VL11 4位数值比较器电路
至于为什么不选择更底层的题解?原因有,刷题是为了走数字ic设计,用这种门级电路搭出来的功能,其实没必要,面试也不会考。在代码上,底层到&、|、!、<<等位操作就可以了,没必要用xnor、or、and、not等描述。下面这个解题思路不错,还可以练习一下“例化”的for循环调用,挺好的。
4位数值比较器电路_牛客题霸_牛客网
从RTL图中,可以看出代码的逻辑是先计算A[3]、B[3]和A[2]、B[2]和A[1]、B[1]和A[0]、B[0]等2位比较的结果,再通过真值表写出对应的逻辑表达式即可。
//根据题目的真值表
assign Y2 = result_y2[3]|(result_y1[3]&result_y2[2])|(result_y1[3]& result_y1[2]&result_y2[1])|(result_y1[3]& result_y1[2]&result_y1[1]&result_y2[0]);assign Y1 = result_y1[3]&result_y1[2]&result_y1[1]&result_y1[0];assign Y0 = result_y0[3]|(result_y1[3]&result_y0[2])|(result_y1[3]& result_y1[2]&result_y0[1])|(result_y1[3]& result_y1[2]&result_y1[1]&result_y0[0]);
for循环例化
VL12 4bit超前进位加法器电路
多位加法器和超前进位加法器相比,为什么速度慢?
主要原因是高位相加时,要等待低位相加产生的进位,如果这个A、B是32位的,最高位要等31个1位全加器的耗时,才能等到进位。
超前进位加法器,就是把所有位的进位提前算出来,然后同时计算S[i] = A[i] + B[i] + C[i]。这样就快很多了。
注意:C_1是最初的进位,用来计算A_in[0]和B_in[0]的进位。
代码如下:
module lca_4(input [3:0] A_in ,input [3:0] B_in ,input C_1 ,output wire CO ,output wire [3:0] S
);wire [3:0] G; //G=A_in&B_in
wire [3:0] P; //P=A_in^B_in
wire [3:0] C; genvar i;
generatefor(i = 0; i < 4;i = i + 1) begin: PG_bitassign G[i] = A_in[i] & B_in[i];assign P[i] = A_in[i] ^ B_in[i];end
endgenerateassign C[0] = G[0] | (P[0]&C_1);
assign S[0] = P[0] ^ C_1;genvar c_i;//c_i范围1-3
generatefor(c_i = 1; c_i < 4;c_i = c_i + 1) begin: SC_bitassign C[c_i] = G[c_i] | (P[c_i] & C[c_i-1]); assign S[c_i] = P[c_i] ^ C[c_i-1];end
endgenerateassign CO = C[3];endmodule
VL13 优先编码器电路①
概念:优先编码器可以同时输入几个信号,但在设计时已经将各输入信号的优先顺序排好。当几个信号同时输入时,优先权最高的信号优先编码。
(9选4)优先编码器实现最方便的是使用 case语句,如下:
always @(*)begincasex(I_n)9'b111111111 : Y_n = 4'b1111;9'b0xxxxxxxx : Y_n = 4'b0110;9'b10xxxxxxx : Y_n = 4'b0111;9'b110xxxxxx : Y_n = 4'b1000;9'b1110xxxxx : Y_n = 4'b1001;9'b11110xxxx : Y_n = 4'b1010;9'b111110xxx : Y_n = 4'b1011;9'b1111110xx : Y_n = 4'b1100;9'b11111110x : Y_n = 4'b1101;9'b111111110 : Y_n = 4'b1110;default : Y_n = 4'b1111;endcase
end
case、casez、casex辨析:
1、在case语句中,敏感表达式中与各项值之间的比较是一种全等比较,每一位都相同才认为匹配。
2、在casez语句中,如果分支表达式某些位的值为高阻z,那么对这些位的比较就会忽略,不予考虑,而只关注其他位的比较结果。
3、在casex语句中,则把这种处理方式进一步扩展到对x的处理,即如果比较双方有一方的某些位的值是z或x,那么这些位的比较就不予考虑。
参考文章:Verilog语言中case、casex、casez的用法和区别_摆渡沧桑的博客-CSDN博客_casex和casez
VL14 用优先编码器①实现键盘编码电路
题目:
请使用优先编码器①实现键盘编码电路,可添加并例化题目中已给出的优先编码器代码。10个按键分别对应十进制数0-9,按键9的优先级别最高;按键悬空时,按键输出高电平,按键按下时,按键输出低电平;键盘编码电路的输出是8421BCD码。要求:键盘编码电路要有工作状态标志,以区分没有按键按下和按键0按下两种情况。
题目解析:
键盘状态 |
S[9:0] |
L[3:0] |
GS |
无按键按下 |
11_1111_1111 |
0000 |
0 |
按键0按下 |
11_1111_1110 |
0000 |
1 |
其他按键按下 |
xx_xxxx_xxx1 |
xx |
1 |
代码:
module key_encoder(input [9:0] S_n , output wire[3:0] L ,output wire GS
);wire [3:0] L_reg;encoder_0 u1_encoder_0(.I_n(S_n[9:1]),.Y_n(L_reg)
);//有按键按下 GS == 1
assign GS = ~((&L_reg) & S_n[0]);
assign L = (GS == 1)? ~L_reg : 4'b0;endmodule
VL15 优先编码器Ⅰ
VL15和VL13的区别是 这次题目8-3优先编码器只给定了wire型的输出变量,意味着要找到逻辑关系用assign来描述实现,而不能用case语句去描述。
解析:
①当EI=1,I=0时,EO=1,其余为0;因此EO = EI & ~(|I)。
②当EI=1,I ≠ 0时,GS = 1,其余为0;因此GS = EI & (|I)。
③同理,当EI=1,I = 8'b1xxx_xxxx、I = 8'b01xx_xxxx、I = 8'b0000_1xxx、I = 8'b0000_01xx4种状态时,Y[1] = 1。因此我们可以描述为assign Y[1] = EI & (I[7] | I[6] | (~I[7]&~I[6]&~I[5]&~I[4]&I[3]) | (~I[7]&~I[6]&~I[5]&~I[4]&~I[3]&I[2]) );
但是,为什么最终代码把红色部分省略了?
因为红色部分省略后并不影响表达式的逻辑功能,可以减少冗余。例如,I[7]和I[6]的状态1已经使用过,那么剩下的只有假状态。因此~I[7]&~I[6] 没有必要再写出来。
assign Y[2] = EI & (I[7] | I[6] | I[5] | I[4]);
assign Y[1] = EI & (I[7] | I[6] | (~I[5]&~I[4]&I[3]) | (~I[5]&~I[4]&I[2]));
assign Y[0] = EI & (I[7] | (~I[6]&I[5]) | (~I[6]&~I[4]&I[3]) | (~I[6]&~I[4]&~I[2]&I[0]));assign GS = EI & (|I); //I的每一位相或
assign EO = EI & ~(|I);
VL16 使用8线-3线优先编码器Ⅰ
题目:请使用2片8线-3线优先编码器Ⅰ及必要的逻辑电路实现16线-4线优先编码器。优先编码器Ⅰ的真值表和代码已给出(VL15)。
解析:看逻辑图写代码
module encoder_164(input [15:0] A ,input EI ,output wire [3:0] L ,output wire GS ,output wire EO
);wire GS_1;
wire EO_1;
wire GS_2;
wire EO_2;
wire [2:0] Y_1;
wire [2:0] Y_2;encoder_83 u1_encoder_83( //高位.I(A[15:8]) , .EI(EI) , .Y (Y_1 ) ,.GS(GS_1) ,.EO(EO_1)
);encoder_83 u2_encoder_83( //低位.I(A[7:0]) ,.EI(EO_1) , .Y (Y_2 ) ,.GS(GS_2) ,.EO(EO_2)
);assign L[3] = GS_1;
assign L[2] = Y_1[2] | Y_2[2];
assign L[1] = Y_1[1] | Y_2[1];
assign L[0] = Y_1[0] | Y_2[0];assign GS = GS_1 | GS_2;
assign EO = EO_2;endmodule
VL17 用3-8译码器实现全减器
题目分析:
先写出一位全减器真值表,再给 D 和 Co 分别例化一个3-8译码器,再将有输出的位进行与非。
例如:采用3-8译码器和与非门实现D的逻辑功能。
代码实现:
module decoder1(input A , //被减数input B , input Ci , //借位output wire D , //差output wire Co //借位
);wire D_0,D_1,D_2,D_3,D_4,D_5,D_6,D_7;
wire Co_0,Co_1,Co_2,Co_3,Co_4,Co_5,Co_6,Co_7;decoder_38 u1_decoder_38( //差D.E (E ),.A0 (Ci ),.A1 (B ),.A2 (A ),.Y0n (D_0 ), .Y1n (D_1 ), .Y2n (D_2 ), .Y3n (D_3 ), .Y4n (D_4 ), .Y5n (D_5 ), .Y6n (D_6 ), .Y7n (D_7 )
);decoder_38 u2_decoder_38( //借位Co.E (E ),.A0 (Ci ),.A1 (B ),.A2 (A ),.Y0n (Co_0 ), .Y1n (Co_1 ), .Y2n (Co_2 ), .Y3n (Co_3 ), .Y4n (Co_4 ), .Y5n (Co_5 ), .Y6n (Co_6 ), .Y7n (Co_7 )
);//1、全减器真值表 2、按真值表代入
assign D = ~((D_1) & (D_2) & (D_4) & (D_7));
assign Co = ~((Co_1) & (Co_2) & (Co_3) & (Co_7));endmodule
VL18 实现3-8译码器①
看真值表写代码:
`timescale 1ns/1nsmodule decoder_38(input E1_n ,input E2_n ,input E3 ,input A0 ,input A1 ,input A2 ,output wire Y0_n , output wire Y1_n , output wire Y2_n , output wire Y3_n , output wire Y4_n , output wire Y5_n , output wire Y6_n , output wire Y7_n
);wire E;
assign E = E3 & (~E2_n) & (~E1_n);assign Y0_n = ~(E & (~A2) & (~A1) & (~A0));
assign Y1_n = ~(E & (~A2) & (~A1) & (A0));
assign Y2_n = ~(E & (~A2) & (A1) & (~A0));
assign Y3_n = ~(E & (~A2) & (A1) & (A0));
assign Y4_n = ~(E & (A2) & (~A1) & (~A0));
assign Y5_n = ~(E & (A2) & (~A1) & (A0));
assign Y6_n = ~(E & (A2) & (A1) & (~A0));
assign Y7_n = ~(E & (A2) & (A1) & (A0));endmodule
VL19 使用3-8译码器①实现逻辑函数L
请使用3-8译码器①和必要的逻辑门实现函数L=(~A)·C+A·B
module decoder0(input A ,input B ,input C ,output wire L
);decoder_38 u1_decoder_38(.E1_n (0 ) ,.E2_n (0 ) ,.E3 (1 ) ,.A0 (C ) ,.A1 (B ) ,.A2 (A ) ,.Y0_n (Y0_n ) , .Y1_n (Y1_n ) , .Y2_n (Y2_n ) , .Y3_n (Y3_n ) , .Y4_n (Y4_n ) , .Y5_n (Y5_n ) , .Y6_n (Y6_n ) , .Y7_n (Y7_n )
);//38译码器 有效输出为0
assign L = ~(Y1_n & Y3_n & Y6_n & Y7_n);endmodule
VL20 数据选择器实现逻辑电路
题目分析:四选一数据选择器实现3变量逻辑电路,会要用到降维,否则表达的情况不够。
L = AB + AC' + BC = AC' + BC
`timescale 1ns/1nsmodule data_sel(input S0 ,input S1 ,input D0 ,input D1 ,input D2 ,input D3 ,output wire Y
);assign Y = ~S1 & (~S0&D0 | S0&D1) | S1&(~S0&D2 | S0&D3);endmodulemodule sel_exp(input A ,input B ,input C ,output wire L
);data_sel u0_data_sel( //高位.S1(A ),.S0(B ),.D3(1 ),.D2(~C ),.D1(C ),.D0(0 ), .Y (L )
);endmodule
耶,到这里就结束了组合逻辑,下面就是时序逻辑学习啦!放一张哆啦A梦
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