實驗五 組合邏輯電路設計

1、EDA課程課程 實驗四實驗四組合邏輯電路設計組合邏輯電路設計EDA課組一、實驗目的：一、實驗目的：1、掌握組合邏輯電路設計原理及組合邏輯電路設計原理及特點；2、學習使用組合邏輯電路設計使用組合邏輯電路設計方法；二、實驗內(nèi)容二、實驗內(nèi)容2、通過仿真軟件進行驗證仿真通過仿真軟件進行驗證仿真 。1、 設計幾種典型組合邏輯電路系統(tǒng)；設計幾種典型組合邏輯電路系統(tǒng)；三、實驗原理三、實驗原理1、組合邏輯電路概念：、組合邏輯電路概念：是由門電路組合而成的具有某種功能的電路，電路中沒有記憶單元，沒有反饋是由門電路組合而成的具有某種功能的電路，電路中沒有記憶單元，沒有反饋電路，輸入決定輸出。電路，輸入決定輸出。組

2、合邏輯電路x1x2xiy1y2yj每個輸出變量是輸入變量的邏輯函每個輸出變量是輸入變量的邏輯函數(shù)，每個時刻的輸出狀態(tài)僅與當時數(shù)，每個時刻的輸出狀態(tài)僅與當時輸入有關，與輸入的原狀態(tài)無關。輸入有關，與輸入的原狀態(tài)無關。),(),(),(2121221121ijiixxxfyxxxfyxxxfyj下面觀察已做過的實驗特點下面觀察已做過的實驗特點這個這個數(shù)字選擇電路數(shù)字選擇電路仿真結果說明仿真結果說明y的輸出完全由輸入決定，輸出同步隨輸入而的輸出完全由輸入決定，輸出同步隨輸入而變，這就是組合電路特征。變，這就是組合電路特征。這個這個二進制半加器電路二進制半加器電路仿真結果說明仿真結果說明so與與co的

3、輸出完全由輸入決定，輸出同的輸出完全由輸入決定，輸出同步隨輸入而變，這就是組合電路特征。步隨輸入而變，這就是組合電路特征。實際邏輯問題真值表邏輯表達式最簡（或最合理）邏輯表達式邏輯圖化簡變換2、組合邏輯電路設計方法、組合邏輯電路設計方法傳統(tǒng)邏輯電路設計方法傳統(tǒng)邏輯電路設計方法Verilog HDL邏輯電路設計方法邏輯電路設計方法只需根據(jù)實際的邏輯功能用只需根據(jù)實際的邏輯功能用Verilog HDL語言對其進行描述，然后仿真語言對其進行描述，然后仿真得到結果，觀察是否符合實際邏輯功能。得到結果，觀察是否符合實際邏輯功能。組合邏輯電路可采用組合邏輯電路可采用結構描述、數(shù)據(jù)流描述和行為描述方法結構描

4、述、數(shù)據(jù)流描述和行為描述方法實現(xiàn)，實現(xiàn)，一般采用后面兩種方法，特殊情況采用結構描述。一般采用后面兩種方法，特殊情況采用結構描述。三、實驗步驟三、實驗步驟1、設計一個二進制數(shù)字比較器，比較輸入數(shù)據(jù)、設計一個二進制數(shù)字比較器，比較輸入數(shù)據(jù)a與與b的大的大小，并分別輸出到小，并分別輸出到x，y和和z。輸入輸出abx(a=b)y(ab)00100010101000111100由上面真值表可知其邏輯關系為：bazbayabbax,結構描述：結構描述：采用內(nèi)部邏輯實例化調(diào)用方式描述采用內(nèi)部邏輯實例化調(diào)用方式描述module bj (a,b,x,y,z);input a,b;output x,y,z;wir

5、e not_a,not_b,F,G;not(not_b,b); not(not_a,a);and(F,not_a,not_b); and(G,a,b);or(x,F,G);and(y,not_a,b); and(z,a,not_b);endmodulebazbayababx,調(diào)用門元件的格式為：調(diào)用門元件的格式為：門元件名字門元件名字 （）其中普通門的端口列表按下面的順序列出：其中普通門的端口列表按下面的順序列出：（輸出，輸入（輸出，輸入1，輸入，輸入2，輸入，輸入3）；）；比如：比如：and a1(out,in1,in2,in3); /三輸入與門三輸入與門or a2(out,in1,in2,

6、in3); /三輸入或門三輸入或門not N1(out1,out2,in); /1個輸入個輸入in，2個輸出個輸出out1,out2非門非門可以通過邏輯電路圖輸入進行設計，下面通過可以通過邏輯電路圖輸入進行設計，下面通過Verilog HDL軟件軟件進行電進行電路功能描述來完成設計。路功能描述來完成設計。數(shù)據(jù)流描述：數(shù)據(jù)流描述：常采用如下連續(xù)賦值語句：常采用如下連續(xù)賦值語句：assigndelay LHS_net=RHS_expression;建立工程及文件建立工程及文件comp2_1，方法同前面實驗。，方法同前面實驗。module comp2_1(x,y,z,a,b); input a ,b

7、; output x,y,z; assign x=(a=b)?1:0;/條件操作符？ assign y=(ab)?1:0;endmodule*也可以采用邏輯表達式進行編寫也可以采用邏輯表達式進行編寫assign x=(a&b)| (a&b)assign y=a&bassign z= a&b可以觀察到圖中輸入狀態(tài)完全決定輸出狀態(tài)！輸出同步跟可以觀察到圖中輸入狀態(tài)完全決定輸出狀態(tài)！輸出同步跟隨輸入而變！隨輸入而變！行為描述：行為描述：常采用如下方式語句常采用如下方式語句always (輸入?yún)?shù))module comp2_2(x,y,z,a,b); input a ,

8、b; output x,y,z; reg x,y,z;always (a,b) begin if (a=b) begin x=1b1;y=1b0;z=1b0;end else if (ab) begin y=1b1;x=1b0;z=1b0;end else begin z=1b1;x=1b0;y=1b0;end end endmodulemodule comp2_1(x,y,z,a,b); input a ,b; output x,y,z;assign x=(a=b);assign y=(ab);endmodule2、編解碼器設計、編解碼器設計是一種二進制數(shù)字編碼形式，利用是一種二進制數(shù)字編碼

9、形式，利用4個二個二進制單元存儲一位十進制的數(shù)碼，使得二進進制單元存儲一位十進制的數(shù)碼，使得二進制與十進制轉(zhuǎn)換得以快速進行。制與十進制轉(zhuǎn)換得以快速進行。BCD碼有多碼有多種編碼方式，現(xiàn)采用種編碼方式，現(xiàn)采用8421碼編碼。碼編碼。如圖如圖in0in9代表對應代表對應09共共10個數(shù)字輸入端，輸入高電個數(shù)字輸入端，輸入高電平為有效輸入，平為有效輸入，out0out3對對應輸出的應輸出的BCD碼。碼。BCD碼編碼器in0in2in3in4out0out1out2out3in1in5in6in7in9in8輸入端口輸入端口輸出端口輸出端口in0in1in2in3in4in5in6in7in8in9o

10、ut0out1out2out310000000000000010000000000010010000000001000010000000011000010000001000000010000010100000010000110000000010001110000000010100000000000011001BCD編碼器真值表編碼器真值表由由BCD碼真值表可得其輸入與輸出的邏輯關系為：碼真值表可得其輸入與輸出的邏輯關系為：out0=in8+in9out1=in4+in5+in6+in7out2=in2+in3+in6+in7out3=in1+in3+in5+in7+in9可以根據(jù)上述輸入與輸出

11、的邏輯關系采用可以根據(jù)上述輸入與輸出的邏輯關系采用結構描述和數(shù)據(jù)結構描述和數(shù)據(jù)流描述流描述實現(xiàn)該實現(xiàn)該BCD編碼器邏輯電路功能。編碼器邏輯電路功能。module BCD_Enc(in,out);input9:0 in;output3:0 out; reg3:0out; always (in) /always過程語句過程語句 begin case(in) 10b00_0000_0001:out=0; 10b00_0000_0010:out=1; 10b00_0000_0100:out=2; 10b00_0000_1000:out=3; 10b00_0001_0000:out=4; 10b00_0

12、010_0000:out=5; 10b00_0100_0000:out=6; 10b00_1000_0000:out=7; 10b01_0000_0000:out=8; 10b10_0000_0000:out=9; endcase endendmoduleBCD碼編碼器程序：采用行為描述實現(xiàn)編碼邏輯電路功能碼編碼器程序：采用行為描述實現(xiàn)編碼邏輯電路功能仿真結果如圖：仿真結果如圖：可見輸出完全由輸入決定，為組合邏輯電路。可見輸出完全由輸入決定，為組合邏輯電路。module bcd_enc(in,out); input9:0in; output3:0out; assign out=func_enc

13、(in); /函數(shù)調(diào)用 function 3:0 func_enc; /函數(shù)定義 input9:0 in; case(in) 10b00_0000_0001:func_enc=0; 10b00_0000_0010:func_enc=1; 10b00_0000_0100:func_enc=2; 10b00_0000_1000:func_enc=3; 10b00_0001_0000:func_enc=4; 10b00_0010_0000:func_enc=5; 10b00_0100_0000:func_enc=6; 10b00_1000_0000:func_enc=7; 10b01_0000_00

14、00:func_enc=8; 10b10_0000_0000:func_enc=9;endcaseendfunctionendmodule也可以通過以下函數(shù)調(diào)用方法實現(xiàn)：也可以通過以下函數(shù)調(diào)用方法實現(xiàn)：實驗報告作業(yè) 給出詳細BCD解碼器設計過程。BCD碼譯碼器in0in2in3in4out0out1out2out3in1in5in6in7in9in8BCD碼譯碼器的輸入為碼譯碼器的輸入為BCD碼，輸出為對應的碼，輸出為對應的09的數(shù)字。正是編的數(shù)字。正是編碼器的相反過程。采用三種邏輯電路描述方法設計實現(xiàn)。碼器的相反過程。采用三種邏輯電路描述方法設計實現(xiàn)。3、BCD譯碼器參考程序設計module

15、 bcd_dec(in,out); input3:0in; output9:0; out;out err; assign err,out=func_dec(in); /函數(shù)調(diào)用 function 10:0 func_dec; /函數(shù)定義 input3:0 in; case(in) 0 :func_enc=1b0,10b00_0000_0001 ; 1:func_enc=1b0,10b00_0000_0010 ; 2:func_enc =1b0,10b00_0000_0100 ; 3:func_enc =1b0,10b00_0000_1000 ; 4:func_enc=1b0,10b00_0001_0000 ; 5:func_enc=1b0,10b00_0010_0000 ; 6:func_enc=1b0,10b00_0100_0000 ; 7:func_enc=1b0,10b00_1000_0000 ; 8:func_enc =1b0,10b01_0000_0000 ; 9:func_enc=1b0,10b10_0000_0000 ; default:func_enc=1b1,10b00_0000_0000 ;/出錯時err為1 endcaseendfunctionendmodulemodule add4_bcd(cout,sum,ina,inb,cin);input c