Verilog HDL基礎(chǔ)教程之：組合邏輯電路的實(shí)現(xiàn)

數(shù)字邏輯電路分為兩種，分別是組合邏輯與時(shí)序邏輯。

(1)組合邏輯：輸出只是當(dāng)前輸入邏輯電平的函數(shù)(有延時(shí))，與電路的原始狀態(tài)無(wú)關(guān)的邏輯電路。也就是說(shuō)，當(dāng)輸入信號(hào)中的任何一個(gè)發(fā)生變化時(shí)，輸出都有可能會(huì)根據(jù)其變化而變化，但與電路目前所處的狀態(tài)沒有任何關(guān)系。其中組合邏輯是由與、或、非門組成的網(wǎng)絡(luò)。常用的組合電路有：多路器、數(shù)據(jù)通路開關(guān)、加法器、乘法器等。

(2)時(shí)序邏輯：輸出不只是當(dāng)前輸入的邏輯電平的函數(shù)，還與電路目前所處的狀態(tài)有關(guān)。

時(shí)序邏輯由多個(gè)觸發(fā)器和多個(gè)組合邏輯塊組成的網(wǎng)絡(luò)，常用的有：計(jì)數(shù)器、復(fù)雜的數(shù)據(jù)流動(dòng)控制邏輯、運(yùn)算控制邏輯、指令分析和操作控制邏輯等。同步時(shí)序邏輯是設(shè)計(jì)復(fù)雜的數(shù)字邏輯系統(tǒng)的核心。時(shí)序邏輯借助于狀態(tài)寄存器記住它目前所處的狀態(tài)。在不同的狀態(tài)下，即使所有的輸入都相同，其輸出也不一定相同。

assign語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)組合邏輯

組合邏輯電路可以用assign語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)，例如：

例1：assign加法器。

wire a,b,c;

assign c = a + b;               //加法器

例1實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)簡(jiǎn)單的加法器，assign語(yǔ)句也可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜一些的組合邏輯電路，例如：

例2：assign選擇器。

wire a,b,c;

wire ena；

assign c = ena ? a : b;     //數(shù)據(jù)選擇器

例2實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器。如果組合邏輯比較復(fù)雜，用assign語(yǔ)句書寫就會(huì)比較繁瑣，可讀性較差。例如用assign語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)一個(gè)8選1數(shù)據(jù)選擇器，如下所示：

例3：assign 8選1選擇器。

wire a0,a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,b;

wire ［2:0］ addr；

assign b =                      //8選1數(shù)據(jù)選擇器

       （addr == 3’d0） ? a0 :（addr == 3’d1） ? a1 :

       （addr == 3’d2） ? a2 :（addr == 3’d3） ? a3 :

       （addr == 3’d4） ? a4 :（addr == 3’d5） ? a5 :

       （addr == 3’d6） ? a6 : a7;

                  //在該表達(dá)式中，當(dāng)addr不等于d0～d6時(shí)，b等于a7

                  //當(dāng)addr等于d6時(shí)，b等于a6；當(dāng)addr等于d5時(shí)，b等于a5，且優(yōu)先級(jí)

                  //高于addr等于d6時(shí)的情況，依次類推

所以復(fù)雜的組合邏輯電路最好用always塊實(shí)現(xiàn)。

從上面的幾個(gè)例子可以看出，使用assign語(yǔ)句描述組合邏輯電路時(shí)，格式為：

assign 輸出變量 = 輸入變量之間的運(yùn)算結(jié)果;

always塊實(shí)現(xiàn)組合邏輯

組合邏輯電路也可以用assign語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)，例如：

例4：always加法器。

wire a,b,c;

always @ （a or b）       //當(dāng)a和b有變化時(shí)，觸發(fā)加法器操作

      c = a + b;

上面這個(gè)例子實(shí)現(xiàn)了一個(gè)加法器，如果需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器，可以書寫如下：

例5：always選擇器。

wire a,b,c;

wire ena；

always @ （a or b or ena）       //當(dāng)a、b和ena有變化時(shí)，進(jìn)行下列操作

     if（ena == 1’b0）      c = b;

     else   c = a;

如果想實(shí)現(xiàn)一個(gè)比較復(fù)雜的組合邏輯電路，例如：

例6：always8選1選擇器。

wire a0,a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,b;

wire ［2:0］ addr；

always @ （a0 or a1 or a2 or a3 or a4 or a5 or a6 or a7 or addr） begin

      case（addr）             //使用case語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)8選1數(shù)據(jù)選擇器

            3’d0: b = a0;     //只有當(dāng)a0～a7以及addr有變化時(shí)，才觸發(fā)case的操作

            3’d1: b = a1;

            3’d2: b = a2;

            3’d3: b = a3;

            3’d4: b = a4;

            3’d5: b = a5;

            3’d6: b = a6;

            3’d7: b = a7;

      endcase

end

由于在always塊中可以使用if、case等語(yǔ)句，所以對(duì)于復(fù)雜的組合邏輯，使用always語(yǔ)句進(jìn)行描述顯得層次更加清楚，可讀性更強(qiáng)。

從上面幾個(gè)例子可以看出，使用always語(yǔ)句描述組合邏輯電路時(shí)，格式為：

always @ （敏感變量1 or敏感變量2 or敏感變量3 or …） begin

      各種語(yǔ)句的組合

end

其中的敏感變量包括所有的會(huì)引起輸出變化的輸入變量以及相應(yīng)的控制變量。另外，使用always語(yǔ)句描述組合邏輯電路時(shí)，應(yīng)該使用阻塞賦值方式，即“=”，而不是“<=”。