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电子科技大学 计算机科学与工程学院
实验指导书
实验名称 Verilog组合逻辑设计
电子科技大学教务处制表
一、概述
本实验使用Xilinx ISE软件和Verilog语言进行组合逻辑的设计与实现。实验内容包括
1.3-8译码器的设计和实现。
2.4位并行进位加法器的设计和实现。
3.两输入4位多路选择器的设计和实现。
实验要求如下:
1.采用Verilog语言设计,则使用门级方式进行描述。
2.编写仿真测试代码。
3.编写约束文件,使输入、输出信号与开发板的引脚对应。
4.下载到FPGA开发板,拨动输入开关,观察Led灯的显示是否符合真值表。
二、实验原理:
1.74x138译码器是输出低有效的3-8译码器。表1所示为74x138译码器的真值表。
表1 74x138译码器的真值表
输入 输出 G1 G2A_L G2B_L C B A Y7_L Y6_L Y5_L Y4_L Y3_L Y2_L Y1_L Y0_L 0 x x x x x 1 1 1 1 1 1 1 1 x 1 x x x x 1 1 1 1 1 1 1 1 x x 1 x x x 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 根据3-8译码器的真值表,可得输出的函数表达式为
根据上述函数表达式,可画出逻辑电路图为。
图1 3-8译码器的逻辑电路图
2. 数据选择器的逻辑功能是根据地址选择端的控制,从多路输入数据中选择一路数据输出。因此,它可实现时分多路传输电路中发送端电子开关的功能,故又称为复用器(Multiplexer),并用MUX来表示。
表2 2输入1位多路选择器的真值表
数据输入 选择控制S 输出Y D0 D1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 2选1数据选择器的真值表如表1所示,其中,D0、D1是2路数据输入,S为选择控制端,Y为数据选择器的输出,根据真值表可写出它的输出函数表达式为:
如果输入再加上低有效的输入使能端,则输出的表达式变为
根据上述函数表达式,可画出2输入4位多路选择器的逻辑电路图为。
图2 2输入4位多路选择器的逻辑电路图
2. 1位全加器的真值表如下
表3 1位全加器的真值表
输入变量 输出变量 A B Ci Ci+1 S 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0
根据真值表,输出表达式为:
对于4位并行加法器,可以按入下公式进行设计
图3所示为4位并行进位加法器框图,本实验中用Verilog语句来描述。
图3 4位并行进位加法器
三、设计实现
1.在ISE设计中可以直接输入如下3-8译码器的代码
2.仿真测试代码
仿真结果如下图所示。
图4 译码器的仿真结果
3.译码器在Nexys3开发板上的约束文件
4.4位并行加法器的代码
5.加法器的仿真测试代码
仿真结果如下图所示。
图5 加法器的仿真结果
6.加法器在Nexys3开发板上的约束文件
7.数据选择器的代码
8. 数据选择器的仿真测试代码
仿真结果如下图所示。
图6 数据选择器的仿真结果
9.数据选择器在Nexys3开发板上的约束文件
#Switch
NET D0[1] LOC= T10; #SW0
NET D0[2] LOC= T9; #SW1
NET D0[3] LOC= V9; #SW2
NET D0[4] LOC= M8; #SW3
NET D1[1] LOC= N8; #SW4
NET D1[2] LOC= U8; #SW5
NET D1[3] LOC= V8; #SW6
NET D1[4] LOC= T5; #SW7
#Led
NET Y[1] LOC=U16;
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