本篇主要记录对于基础门电路掌握不太熟悉的地方

基础门

1、构建具有两个输入的组合电路：

module top_module( input a, b, output out_and, output out_or, output out_xor, output out_nand, output out_nor, output out_xnor, output out_anotb ); assign out_and = a & b; assign out_or = a | b; assign out_xor = a ^ b; assign out_nand = ~(a & b); assign out_nor = ~(a | b); assign out_xnor = ~(a ^ b); assign out_anotb = a &( ~ b); endmodule 

2、用逻辑门实现查找表的功能。
查找表如下：

一种简单的方法是将真值表中所有的真值（对应1的地方）写为乘积求和项的形式。（乘积就是与，求和就是或操作）

f = ((~x3)&x2&(~x1))|((~x3)&x2&x1)|(x3&(~x2)&x1)|(x3&x2&x1) 

module top_module( input x3, input x2, input x1, // three inputs output f // one output ); assign f = ((~x3)&x2&(~x1))|((~x3)&x2&x1)|(x3&(~x2)&x1)|(x3&x2&x1); endmodule 

3、设计一种电路来控制手机的铃声和振动马达。当有来电输入信号时(input ring)，电路必须打开铃声(output ringer= 1)或电机(output motor= 1)，但不能同时打开。如果手机处于振动模式(input vibrate_mode = 1)，打开电机。否则打开铃声。

module top_module ( input ring , input vibrate_mode, output ringer, // Make sound output motor // Vibrate ); assign ringer = ring &(~ vibrate_mode); assign motor = ring & vibrate_mode; endmodule 

4、加热/冷却恒温器同时控制加热器(冬季)和空调(夏季)。设计一个电路，根据需要打开或关闭加热器、空调和鼓风机。

恒温器有两种模式:加热模式(mode= 1)和冷却模式(mode= 0)。在加热模式下，当温度过低时打开加热器(too_cold = 1，mode = 1)，但是不要使用空调。在冷却模式下，当温度太高(too_hot= 1)时打开空调（mode = 0），但不要打开加热器。

当暖气或空调打开的时候，让鼓风机打开，使空气流通。此外。用户也可以在即使加热器和空调关闭的情况下，仅要求风扇打开(fan_on = 1)。

module top_module ( input too_cold, //太冷 input too_hot, //太热 input mode, //加热或者空调模式（空调模式相当于冷却） input fan_on, //风机 output heater, output aircon, output fan ); assign heater = too_cold & mode; //太冷了打开加热器 assign aircon = too_hot & (~mode); //太热了打开空调（冷却） assign fan = (too_cold & mode )|((~mode) & too_hot)|fan_on; //开暖气或者开空调或者打开风扇时 endmodule 

5、为3位输入向量构造一个数1的计数电路

module top_module( input [2:0] in, output [1:0] out; for(i=0;i<3;i++) ); integer i; always @ (*)begin out = 2'b0; for(i=0;i<3;i++)begin out = out + in[i]; end end endmodule 

6、输入一个4位的输入向量in[3:0]，输出每个比特和它相邻比特之间的一些关系:

out_both: 这个输出向量的每一位应该表示对应的输入位和它左边的比特位(左边比特具有更高的索引)是否均为“1”。举例说明，out_both[2]应该指示出in[2]和in[3]是否均为1。由于in[3]左边没有邻居，答案是显而易见的，所以我们不需要知道out_both[3]

out_any: 这个输出向量的每一位都应该表示相应的输入位和它右边的比特位是否存在“1”。例如，out_any[2]应该指示in[2]或in[1]是否为1。由于 in[0] 右侧没有邻居，答案是显而易见的，所以我们不需要知道out_any[0]。

out_different: 这个输出向量的每一位都应该表明相应的输入位是否与其左边的比特位不同。对于这一部分，将向量视为环绕，因此 in[3] 左侧的邻居在 [0]中。
—— 与操作，或操作，异或操作

module top_module( input [3:0] in, output [2:0] out_both, output [3:1] out_any, output [3:0] out_different ); integer i; always @(*) begin for(i=0;i<3;i++) begin out_both[i] = in[i] & in[i+1]; out_any[i+1] = in[i+1] | in[i]; out_different[i] = in[i] ^ in[i+1]; end out_different[3] = in[0] ^ in[3]; end endmodule 

7、题目同上，只不过输入向量变为100位

module top_module( input [99:0] in, output [98:0] out_both, output [99:1] out_any, output [99:0] out_different ); integer i; always @(*) begin for(i=0;i<99;i++) begin out_both[i] = in[i] & in[i+1]; out_any[i+1] = in[i+1] | in[i]; out_different[i] = in[i] ^ in[i+1]; end out_different[99] = in[0] ^ in[99]; end endmodule 

多路复用器

1、创建 1 位宽、256 比 1 多路复用器。256 个输入都打包到单个 256 位输入矢量中。sel=0 应选择 in[0]，sel=1 选择[1] 中的位，sel=2 选择[2] 中的位，依此类推。

module top_module( input [255:0] in, input [7:0] sel, output out ); assign out = in[sel]; endmodule 

2、创建 4 位宽、256 比 1 多路复用器。256 个 4 位输入全部打包到单个 1024 位输入矢量中。sel=0 应该选择[3：0]中的位，sel=1 选择[7：4]中的位，sel=2 选择[11：8] 中的位，依此类推

module top_module( input [1023:0] in, input [7:0] sel, output [3:0] out ); //上题可知，out = in[sel];此时out为一位，现out为四位，则 //assign out = in[sel*4+3:sel*4]; //该等式不能证明选择的这个位宽是个常数。所以我们继续按bit进行选取然后进行拼接。 assign out = { 
   in[sel*4+3],in[sel*4+2],in[sel*4+1],in[sel*4]}; //将sel的3-0位进行了拼接 endmodule 

算术电路
1、半加器：

根据真值表能轻松得到输出输入之间的关系，cout是与操作，sum是异或操作。
即可用verilog来描述：

module top_module( input a, b, output cout, sum ); assign cout = a & b; assign sum = a ^ b; endmodule 

2、全加器
根据真值表可得到全加器逻辑表达式：
sum=a ^ b ^ cin
cout= (a & b) | (a & cin) | (b & cin)
也可以采用 乘积 与 和 的方式来进行描述，无需推算全加器逻辑表达式

方法一：不推算逻辑表达式

module top_module( input a, b, cin, output cout, sum ); assign cout = ((~a)&b&cin) | ((~b)&a&cin)|((~cin)&b&a)|(a&b&cin); assign sum = ((~a)&(~b)&cin) | ((~a)&b&(~cin)) | ((~b)&a&(~cin))|(b&a&cin); endmodule 

方法二：采用逻辑表达式

module top_module( input a, b, cin, output cout, sum ); assign sum = a^b^cin; assign cout = (a & b) | (a & cin) | (b & cin); endmodule 

练习：现在我们已经知道如何实现一个全加器，使用它的3个实例来创建一个3位二进制的行波进位加法器。

行波进位加法器将两个3位数字和一个进位相加以产生一个3位结果和一个进位输出。

module top_module( input [2:0] a, b, input cin, output [2:0] cout, output [2:0] sum ); assign { 
   cout[0],sum[0]} = a[0] + b[0] +cin; assign { 
   cout[1],sum[1]} = a[1] + b[1] +cout[0]; assign { 
   cout[2],sum[2]} = a[2] + b[2] +cout[1]; endmodule 

4、FA为全加器
此时需要定义wire [2:0] cout；

module top_module ( input [3:0] x, input [3:0] y, output [4:0] sum ); wire [2:0]cout; assign { 
   cout[0],sum[0]} = x[0] + y[0]; assign { 
   cout[1],sum[1]} = x[1] + y[1] + cout[0]; assign { 
   cout[2],sum[2]} = x[2] + y[2] + cout[1]; assign { 
   sum[4],sum[3]} = x[3] + y[3] + cout[2]; endmodule 

5、假设您有两个 8 位 2 的补码数，a[7：0] 和 b[7：0]。这些数字相加以产生s[7：0]。还要计算是否发生了溢出。
如何判断计算是否溢出：
当两个正数相加产生一个负结果，或两个负数相加产生一个正结果时，会发生符号溢出现象。
因此可以通过比较输入和输出数字的符号来计算溢出，如果输入和输出数字的符号相反，则溢出。

module top_module ( input [7:0] a, input [7:0] b, output [7:0] s, output overflow ); assign s = a + b; assign overflow = (a[7]&b[7]&(~s[7])) | ((~a[7])&(~b[7])&(s[7])); endmodule 

6、创建一个 100 位二进制加法器。加法器将两个 100 位数字和进位相加，以生成 100 位总和并执行.

module top_module( input [99:0] a, b, input cin, output cout, output [99:0] sum ); assign { 
   cout,sum[99:0]} = a + b + cin; endmodule 

7、已有一个BCD(二进制编码的十进制)数加法器，名为bcd_fadd，它将两个BCD数字和进位信号相加，生成结果和进位信号。其中BDC数加法器如下：

module bcd_fadd { 
    input [3:0] a, input [3:0] b, input cin, output cout, output [3:0] sum ); endmodule 

由此实例化bcd_fadd的4个副本，以创建一个4位BCD行波进位加法器。（行波：每个全加器的输出进位cout作为下一个全加器的输入进位cin）

module top_module ( input [15:0] a, b, input cin, output cout, output [15:0] sum ); wire [2:0] cout_tmp; bcd_fadd u_bcd_fadd0(a[3:0],b[3:0],cin,cout_tmp[0],sum[3:0]); bcd_fadd u_bcd_fadd1(a[7:4],b[7:4],cout_tmp[0],cout_tmp[1],sum[7:4]); bcd_fadd u_bcd_fadd2(a[11:8],b[11:8],cout_tmp[1],cout_tmp[2],sum[11:8]); bcd_fadd u_bcd_fadd3(a[15:12],b[15:12],cout_tmp[2],cout,sum[15:12]); endmodule