EAD課程-第7章 組合邏輯模塊

1、第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分1第7章 組合邏輯電路模塊 7.1 門電路門電路 7.1.1 二輸入與非門電路二輸入與非門電路 7.1.2 二輸入與或門電路二輸入與或門電路 7.1.3 二輸入異或門電路二輸入異或門電路7.2 編碼器、譯碼器、選擇器電路編碼器、譯碼器、選擇器電路 7.2.1 8-3線優(yōu)先編碼器設(shè)計(jì)線優(yōu)先編碼器設(shè)計(jì) 7.2.2 3-8線譯碼器線譯碼器 7.2.3 4選選1數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器VHDL語言描述語言描述 第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分27.1 組合邏輯電路設(shè)計(jì)組合邏輯電路設(shè)計(jì) 7.1.1 基本門電路基本門電路 基本

2、門電路有與門、或門、非門、與非門、或非門和異或門等，用VHDL語言來描述十分方便。【例【例7.1】2輸入與非門電路LIBRARYIEEE；USEIEEE.STD_LOGIC_1167.ALL；ENTITYxx1ISPORT(a，b：INSTD_logic；y：OUTSTD_LOGIC)；ENDxx1；ARCHITECTURENAND2PPOFxx1ISBEGINy=aNANDB；ENDNAND2PP； 第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分3【例【例7.2】2輸入或非門LIBRARY ieee；use ieee.std_logic_1167.all；entity nor2

3、isport(a，b：in std_logic； y：out std_logic)；end nor2；architecture nor_behave of nor2 isbegin y=a nor b；end nor_behave；【例【例7.3】2輸入異或門電路library ieee；use ieee.std_logic_1167.all；entity xor2 is PORT(a，b：IN STD_IOGIC； y：out std_logic)；END XOR B；ARCHITECTURE XOR_BEHAVE OF XOR2 ISbegin y=a xor b；END XOR_BEHA

4、VE；第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分4【例【例7.4】同時(shí)實(shí)現(xiàn)一個(gè)與門、或門、與非門、或非門、異或門及反相器的邏輯同時(shí)實(shí)現(xiàn)一個(gè)與門、或門、與非門、或非門、異或門及反相器的邏輯 LIBRARYIEEE；USEIEEE.STD_LOGIC_1167.ALL；ENTITYGATEISPORT(A，B：INSTD_LOGIC；YAND,YOR,YNAND,YNOR,YNOT,YXOR：OUTSTD_LOGIC)；ENDGATE；ARCHITECTUREARTOFGATEISBEGINYAND=AANDB；-與門輸出YOR=AORB；-或門輸出YNAND=ANANDB；-與非

5、門輸出YNOR=ANORB；-或非門輸出YNOT=ANOTB；-反相器輸出YXOR=AXORB；-異或門輸出ENDART；第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分5 7.2 編碼器、譯碼器、選擇器電路編碼器、譯碼器、選擇器電路【例7.5】實(shí)現(xiàn)74LS138三線-八線譯碼器（輸出低電平有效）。三線-八線譯碼器74LS138的輸出有效電平為低電平，譯碼器的使能控制輸入端g1、g2a、g2b有效時(shí)，當(dāng)3線數(shù)據(jù)輸入端cba=000時(shí)，y7.0=11111110（即y0=0）；當(dāng)cba=001時(shí)，y7.0=11111101（即y1=0）；依此類推。 用VHDL描述的三線-八線譯碼器74

6、LS138源程序如下：LIBRARYieee；USEieee.std_logic_1167.all；entitydecoder38isport(a，b，c，g1，g2a，g2b：instd_logic；y：outstd_logic_vector(7downto0)；enddecoder38；architecturebehave38OFdecoder38issignalindata：std_logic_vector(2downto0)；beginindatayyyyyyyyy=XXXXXXXX；endcase；elsey=11111111；endif；endprocess；endbehave38

7、；第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分6【例【例7.6】分別以分別以4種方法描述一個(gè)輸出高電平有效的種方法描述一個(gè)輸出高電平有效的3-8譯碼器。譯碼器。 LIBRARYIEEE；USEIEEE.STD_LOGIC_1167.ALL；USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED_ALL；ENTITYDECODERISPORT(INP：INSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0)；OUTP：OUTBIT_VECTOR(7DOWNTO0)；ENDDECODER；方法方法1：使用SLL邏輯運(yùn)算符ARCHITECTUREART1OFDECODERISBEGINO

8、UTP=00000001SLL(CONV_INTEGER(INP)；ENDART1；第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分7方法方法2：使用PROCESS語句ARCHITECTUREART2OFDECODERISBEGINPROCESS(INP)BEGINOUTP1)OUTP(COVN_INTEGER(INP)=1ENDPROCESS；ENDART2；第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分8方法方法3：使用WHENELSE語句ARCHITECTUREART3OFDECODERISBEGINOUTP(0)=1WHENINP=000ELSE0；OUTP(1)

9、=1WHENINP=001ELSE0；OUTP(2)=1WHENINP=010ELSE0；OUTP(3)=1WHENINP=011ELSE0；OUTP(4)=1WHENINP=100ELSE0；OUTP(5)=1WHENINP=101ELSE0；OUTP(6)=1WHENINP=110ELSE0；OUTP(7)OUTPOUTPOUTPOUTPOUTPOUTPOUTPOUTPOUTP=XXXXXXXX；ENDCASE；ENDART4；第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分107.2.3 編碼器編碼器 1. 8-3線優(yōu)先編碼器線優(yōu)先編碼器8-3線優(yōu)先編碼器，輸入信號(hào)為A、B、C

10、、D、E、F、G和H，輸出信號(hào)為OUT0、OUT1和OUT2。輸入信號(hào)中A的優(yōu)先級(jí)別最低，依次類推，H的優(yōu)先級(jí)別最高。【例【例7.7】用3種方法設(shè)計(jì)8-3線優(yōu)先編碼器。LIBRARYIEEE；USEIEEE.STD_LOGIC_1167.ALL；ENTITYENCODERISPORT(A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H：INSTD_LOGIC：OUT0，OUT1，OUT2：OUTSTD_LOGIC)；ENDENCODER；第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分11方法方法1：使用條件賦值語句ARCHITECTUREART1OFENCODERISSIGNALOUTS：STD_LO

11、GIC_VECTOR(2DOWNTO0)；BEGINOUTS(2DOWNTO0)=111WHENH=1ELSE110WHENG=1ELSE101WHENF=1ELSE100WHENE=1ELSE011WHEND=1ELSE010WHENC=1ELSE001WHENB=1ELSE000WHENA=1ELSEXXX；OUT0=OUTS(0)；OUT1=OUTS(1)；OUT2=0ANDINPUTS(I)/=1LOOPI：=I-1；ENDLOOP；(OUT2，OUT1，OUT0)=CONV_STD_LOGIC_VECTOR(I，3)；ENDPROCESS；ENDART2；第7章 組合邏輯電路模塊20

12、21年12月16日16時(shí)40分13方法方法3：使用：使用IF語句語句LIBRARYIEEE；USEIEEE.STD_LOGIC_1167.ALL；ENTITYENCODERISPORT(IN1：INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0)；OUT1：OUTSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0)；ENDENCODER；ARCHITECTUREART3OFENCODERISBEGINPROCESS(INT1)BEGINIFIN1(7)=1THENOUT1=111；ELSIFIN1(6)=1THENOUT1=110；ELSIFIN1(5)=1THENOUT1=101；ELS

13、IFIN1(4)=1THENOUT1=100；ELSIFIN1(3)=1THENOUT1=011；ELSIFIN1(2)=1THENOUT1=010；ELSIFIN1(1)=1THENOUT1=001；ELSIFIN1(0)=1THENOUT1=000；ELSEOUT1 S S S S S S S S S S S S S S S S S = B0000； END CASE； END PROCESS ；END struc；第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分177.2.4 數(shù)值比較器數(shù)值比較器 數(shù)值比較器可以比較兩個(gè)二進(jìn)制是否相等，下面是一個(gè)8位比較器的VHDL描述。有兩個(gè)

14、8位二進(jìn)制數(shù)，分別是A和B，輸出為EQ，當(dāng)A=B時(shí)，EQ=1，否則EQ=0。 【例【例7.9】8位數(shù)值比較器的位數(shù)值比較器的VHDL描述描述 LIBRARYIEEE；USEIEEE.STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0)；ENTITYCOMPAREISPORT(A，B：INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0)；EQ：OUTSTD_LOGIC)；ENDCOMPARE；ARCHITECTUREARTOFCOMPAREISBEGINEQ=1WHENA=BELSE0；ENDART；第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分187.2.5 數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇

15、器 4選1選擇器用于四路信號(hào)的切換。4選1選擇器有4個(gè)信號(hào)輸入端INP(0)INP(3)，兩個(gè)信號(hào)選擇端A、B，一個(gè)信號(hào)輸出端Y。當(dāng)A、B輸入不同的選擇信號(hào)時(shí)，就可以使INP(0)INP(3)中某個(gè)相應(yīng)的輸入信號(hào)與輸出端Y接通?！纠?.10】4選1選擇器的VHDL描述LIBRARYIEEE；USEIEEE.STD_LOGIC_1167.ALL；ENTITYMUX41ISPORT(INP：INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0)；A，B：INSTD_LOGIC；Y：OUTSTD_LOGIC)；ENDMUX41；ARCHITECTUREARTOFMUX41ISSIGNALSEL：S

16、TD_LOGIC_VECTOR(1DOWNTO0)；第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分19BEGINSEL=B&A；PROCESS(INP，SEC)BEGINIF(SEL=00)THENY=INP(0)；ELSIF(SEL=01)THENY=INP(1)；ELSIF(SEL=11)THENY=INP(2)；ELSEY=INP(3)；ENDIF；ENDPROCESS；ENDART；第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分207.2.6 算術(shù)運(yùn)算電路算術(shù)運(yùn)算電路1.加法器加法器【例7.12】半加器LIBRARY IEEE；USE IEEE.STD_

17、LOGIC_1167.ALL；ENTITY half ISPORT (a，b：IN std_LOGIC； s，co：OUT std_LOGIC)；END half；ARCHITECTURE half1 OF half ISsignal c，d：std_logic；BEGIN c=a OR b； d=a NAND b； co=NOT d； s=c and d；END half1； 第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分21【例【例7.13】全加器，由半加器組成，以元件方式調(diào)用。LIBRARY ieee；USE ieee.std_logic_1167.all；ENTITY ha

18、lf ISPORT (a， b：IN std_LOGIC； s，co：OUT std_LOGIC)；END half；ARCHITECTURE half1 OF half ISsignal c，d：std_logic；BEGIN c=a or b； d=a nand b； co=not d； s=c and d；end half1；LIBRARY ieee；USE ieee.std_logic_1167.all；ENTITY full ISPORT (a，b，cin：IN std_LOGIC； s，co： OUT std_LOGIC)；END full；ARCHITECTURE full1 O

19、F full ISCOMPONENT half PORT (a， b：IN std_LOGIC； s，co：OUT std_LOGIC)；END COMPONENT；SIGNAL u0_co，u0_s，u1_co：std_logic；BEGIN u0：half port map(a，b，u0_s，u0_co)； u1：half port map(u0_s，cin，s，u1_co)；co=u0_co or u1_co；end full1；第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分222. 乘法器乘法器【例【例7.147.14】8位乘法器的設(shè)計(jì)。 8位乘法器的元件符號(hào)如圖7.4所示

20、，a7.0和b7.0是被乘數(shù)和乘數(shù)輸入端，q15.0是乘積輸出端。8位乘法器源程序如下：LIBRARYIEEE；USEIEEE.STD_LOGIC_1167.ALL；ENTITYmulISPORT(a，b：INintegerrange0to255；q：OUTintegerrange0to65535)；ENDmul；ARCHITECTUREoneOFmulISBEGINq=a*b；ENDone；圖圖7.4 8位乘法器元件符號(hào)位乘法器元件符號(hào)第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分23【例【例7.15】對輸入操作數(shù)A、B作加、減、乘、除運(yùn)算LIBRARYIEEE；USEIEEE.

21、STD_LOGIC_1167.ALL；USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL；USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL；ENTITYARITHMETICISPORT(A，B：INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0)；Q1：OUTSTD_LOGIC_VECTOR(4DOWNTO0)；Q2，Q3：OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0)；Q4：OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0)；ENDARITHMETIC；ARCHITECTUREARTOFARITHMETICISBEGINPROCESS(A，B)BEGI

22、NQ1=(0&A)+(0&B)；-ADDITIONQ2=A-B； -SUBTRACTIONQ3=A/B；-DIVISIONQ4=A*B；-MULTIPLICATIONENDPROCESS；ENDART；第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分247.2.7 三態(tài)門及總線緩沖器三態(tài)門及總線緩沖器三態(tài)門和總線緩沖器是驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)常用到的器件。1. 三態(tài)門電路三態(tài)門電路【例【例7.16】三態(tài)門電路的三態(tài)門電路的VHDL描述描述 LIBRARYIEEE；USEIEEE.STD_LOGIC_1167.ALL；ENTITYTRISTATEISPORT(EN，DIN：INST

23、D_LOGIC；DOUT：OUTSTD_LOGIC)；ENDTRISTATE；ARCHITECTUREARTOFTRISTATEISBEGINPROCESS(EN，DIN)BEGINIFEN=1THENDOUT=DIN；ELSEDOUT=Z；ENDIF；ENDPROCESS；ENDART；第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分252. 單向總線驅(qū)動(dòng)器單向總線驅(qū)動(dòng)器在微型計(jì)算機(jī)的總線驅(qū)動(dòng)中經(jīng)常要用單向總線緩沖器，它通常由多個(gè)三態(tài)門組成，用來驅(qū)動(dòng)地址總線和控制總線。一個(gè)8位的單向總線緩沖器如圖7.5所示。圖7.5單向總線緩沖器DOUT7.0ENDIN7.0ENTRI_BUF8D

24、OUT7.0DIN7.0第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分26【例【例7.17】單向總線緩沖器的單向總線緩沖器的VHDL描述描述 LIBRARYIEEE；USEIEEE.STD_LOGIC_1167.ALL；ENTITYTR1_BUF8ISPORT(DIN：INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0)；EN：INSTD_LOGIC；DOUNT：OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0)；ARCHITECTUREARTOFTR1_BUF8ISBEGINPROCESS(EN，DIN)IF(EN=1)THENDOUT=DIN；ELSEDOUT=ZZZZZZZZ；ENDIF；ENDPROCESS；ENDART；第7章 組合邏輯電路模塊2021年12月16日16時(shí)40分27 3. 雙向總線緩沖器雙向總線緩沖器雙向總線緩沖器用于數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動(dòng)和緩沖，典型的雙向總線緩沖器如圖7.6所示。圖中的雙向總線緩沖器有兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入輸出端A和B，一個(gè)方向控制端DIR和一個(gè)選通端EN。EN=0時(shí)雙向緩沖器