Verilog入门设计（一）——基本组合电路设计_三态双向驱动器

一、门电路
1、基本门电路

图1 门电路 基本门电路的几种描述方法： （1）门级结构描述

module gate1(a,b,c,d,f);
input a,b,c,d;
output f;
nand(s1,a,b);
and(s2,b,c,d);
or(f,s1,s2);
endmodule
1
2
3
4
5
6
7

（2）数据流描述

module gate2(f,a,b,c,d);
input a,b,c,d;
output f;
assign f=(~(a&b))|(b&c&d);
endmodule
1
2
3
4
5

（3）行为描述

module gate3(f,a,b,c,d);
input a,b,c,d;
output f;reg f;
always@(a or b or c or d)
	begin
	f=(~(a&b))|(b&c&d);
	end
endmodule
1
2
3
4
5
6
7
8

2、三态门

  三态：即高电平、低电平和高阻态。三态门是普通门的基础上加上控制端构成的，在需要信息传输的地方，三态门是必须的。下面以几种方式描述三态门。

图1 三态门
(1)行为描述的三态门

module tri_gate1(out,en,in);
input en,in;
output out; reg out;
always@(en,in)
	begin
	if(en) out<=in;
	else out<=1'bz;
	end
endmodule
1
2
3
4
5
6
7
8
9

  当en控制端为高电平时，out=in（即高、低电平态）；当en为低电平时，out为高阻态。
（2）调用门元件bufif1描述的三态门

module tri_gate2(out,en,in);
input en,in;
output out; tri out; //out声明为tri表示out综合后的电路连接具有三态功能
bufif1(out,in,en);	//三态门端口顺序：输出、输入、控制端
endmodule
1
2
3
4
5

（3）数据流描述三态门

module tri_gate3(out,en,in);
input en,in;
output out; 
assign out=en?in:'bz;
endmodule
1
2
3
4
5

3、三态双向驱动器
  双向表示既可作输入、又可作输出。下面例举两个example说明三态驱动器的Verilog设计。
（1）数据流描述（使用assign 持续赋值语句）

//三态双向驱动器
module bidir(tri_out,out,in,en,b);
input in,en,b;
output out;
inout tri_out;
assign tri_out=en?in:'bz;
assign out=b^tri_out;
endmodule
1
2
3
4
5
6
7
8

• 当en=1，tri_out=in，即此时tri_out为输出端口；tri_out的状态可为高电平和低电平状态。
• 当en=0，tri_out为高阻态，out=b^tri_out。因为out的两个输入信号有一个为高阻态，所以out输出为不确定状态。

（2）行为+数据流描述（使用always过程语句和assign持续赋值语句）

module bidir2(bidir,en,clk);
input en,clk;
inout[7:0] bidir;reg[7:0] temp;
assign bidir=en?temp:8'bz;  //bidir作为输入
always@(posedge clk)
	begin if(en) temp=bidir;  //bidir作为输出
	else temp=temp+1;		//改变输入、输出值
	end
endmodule
1
2
3
4
5
6
7
8
9

二、编码器、译码器

1、3-8译码器
  3-8译码器具有3输入、8输出。译码器一般用于驱动数码管，根据数码管是共阴还是共阳的，可选择译码器是输出高电平还是低电平有效。下面的例子为输出高电平有效，若需要低电平有效只需将case语句中，8位二进制的取反（0变成1,1变成0）。

module tan_74138(cin,cout);
input[2:0] cin;
output[7:0] cout; reg[7:0] cout;
always@(cin)
begin
	case(cin)
	3'd0:cout=8'b00000001;	
	3'd1:cout=8'b00000010;
	3'd2:cout=8'b00000100;
	3'd3:cout=8'b00001000;
	3'd4:cout=8'b00010000;
	3'd5:cout=8'b00100000;
	3'd6:cout=8'b01000000;
	3'd7:cout=8'b10000000;
	default:cout[7:0]=7'bx;
	endcase
end
endmodule
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

2、8-3优先编码器

module encoder8_3(none_on,outcode,a,b,c,d,e,f,g,h);
input a,b,c,d,e,f,g,h;
output none_on;output[2:0] outcode;reg[3:0] outtemp;
assign {none_on,outcode}=outtemp;  //none_on=1，无输入，否则有输入
always@(a or b or c or d or e or f or g or h)
	begin
	if(h) outtemp=4'b0111;
	else if(g) outtemp=4'b0110;
	else if(f) outtemp=4'b0101;
	else if(e) outtemp=4'b0100;
	else if(d) outtemp=4'b0011;
	else if(c) outtemp=4'b0010;
	else if(b) outtemp=4'b0001;
	else if(a) outtemp=4'b0000;
	else 		  outtemp=4'b1000;
	end
endmodule
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

作为条件语句，if-else语句具有优先顺序，利用这个特点，实现优先编码器的设计。在该例子中，输入为a~h，输出为outcode。输入高电平有效，根据if-else语句顺序，h的优先级最高，a的优先级最低。

3、七段数码管译码器

module decode7(decodeout,dec_in);
input[3:0] dec_in;
output[6:0] decodeout;reg[6:0] decodeout;
always@(dec_in)
	begin
	case(dec_in)		//case语句进行译码
	4'd0:decodeout=7'b1111110;		//decodeout[6]~[0]分别对应数码管的a~g
	4'd1:decodeout=7'b0110000;
	4'd2:decodeout=7'b1101101;
	4'd3:decodeout=7'b1111001;
	4'd4:decodeout=7'b0110011;
	4'd5:decodeout=7'b1011011;
	4'd6:decodeout=7'b1011111;
	4'd7:decodeout=7'b1110000;
	4'd8:decodeout=7'b1111111;
	4'd9:decodeout=7'b1111011;
	default:decodeout=7'bx;
	endcase
	end
endmodule
	
	
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22

4、奇偶校验位产生器

module parity(even_bit,odd_bit,input_bus);
input[7:0] input_bus; 
output even_bit,odd_bit;
assign odd_bit=^input_bus;		//产生奇检验位
assign even_bit=~odd_bit;     //产生偶检验位
endmodule
	
1
2
3
4
5
6
7

计检验位产生原理：
odd_bit等于input_bus各位异或的结果。
例如：input_bus=00000001，则：

odd_bit=（（（（（（0^0）^0）^0）^0）^0）^0）^1=1

如果input_bus的各位1的个数为奇数，则odd_bit=1，否则odd_bit=0，因为1的数量不是奇数就是偶数。所以偶校验位：even_bit=~odd_bit;

三、数据选择器
以4选1数据选择器为例，有4个输入端口，一个2位选择控制端，一个输出端。
（1）用if~else语句描述的4选1数据选择器

module mux4_1
(
	input in1,in2,in3,in4,
	input[1:0] sel,
	output reg out
);
always@(in1,in2,in3,in4,sel)
	begin
	if(sel==2'b00)
		out=in1;
	else if(sel==2'b01)
		out=in2;
	else if(sel==2'b10)
		out=in3;
	else
		out=in4;
	end
endmodule

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

（2）用case语句描述的4选1数据选择器

module mux4_1
(
	input in1,in2,in3,in4,
	input[1:0] sel,
	output reg out
);
always@(in1,in2,in3,in4,sel)
	begin case(sel)
			2'b00: out=in1;
			2'b01: out=in2;
			2'b10: out=in3;
			default: out=in4;
			endcase
	end
endmodule
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

四、其他组合电路
下面的例子是用组合电路实现的ROM，该存储器用16个存储单元存储了16个结果，分别是0~15共16个数的平方，根据地址输出相应的结果。

module rom
(
	input[3:0] addr,
	output[7:0] data
);
function[7:0] romout;
input[3:0] addr;
case(addr)
	0:romout=0;
	1:romout=1;
	2:romout=4;
	3:romout=9;
	4:romout=16;
	5:romout=25;
	6:romout=36;
	7:romout=49;
	8:romout=64;
	9:romout=81;
	10:romout=100;
	11:romout=121;
	12:romout=144;
	13:romout=169;
	14:romout=196;
	15:romout=215;
	16:romout=256;
	default:romout=8'hxx;
	endcase
endfunction
assign data=romout(addr);
endmodule
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30