【HDLBits 刷题 5】Circuits(1)Combinational Logic

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【HDLBits 刷题 5】Circuits(1)Combinational Logic。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

目录

写在前面

Combinational Logic

Basic Gates

Wire

GND

NOR

Another gate

Two gates

More logic gates

7420 chips

Truth table

Two bit equality

Simple circuit A

Simple circuit B

Combine circuits A and B

Ring or vibrate

Thermostat

3 bit population count

Gates and vectors

Even longer vectors

Multiplexers

2 to 1 mux

2 to 1 bus mux

9 to 1 mux

256 to 1 mux

256 to 1 4bit mux

Arithmetic Circuits

half addr

full addr

3 bit bin addr

addr

signed add over

100 bit bin addr

4 digit BCD addr

Karnaugh Map to Circuit

kamp1

kamp2

kamp3

kamp4

min_SOP

kmap5

kmap6

kmap imple


写在前面

本篇博客对 Circuits 部分的组合逻辑前两节做答案和部分解析,一些比较简单的题目就直接给出答案,有些难度再稍作讲解,每道题的答案不一定唯一,可以有多种解决方案,欢迎共同讨论。

Combinational Logic

Basic Gates

Wire

简单的逻辑实现

module top_module (
    input   in,
    output  out
);
assign out = in;
endmodule

GND

对输出直接接地,言外之意就是将输出置0

module top_module (
    output   out
);
assign out = 1'b0;
endmodule

NOR

实现或非门

module top_module (
    input   in1,
    input   in2,
    output  out
);
assign out = !(in1 | in2);

endmodule

Another gate

module top_module (
    input   in1,
    input   in2,
    output  out
);
assign out = (in1 & (~in2));
endmodule

Two gates

连续的异或操作,中间加入了一个非门

module top_module (
    input   in1,
    input   in2,
    input   in3,
    output  out
);
assign out = (~(in1 ^ in2)) ^ in3;

endmodule

More logic gates

实现各种逻辑门

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

7420 chips

实现 7420 芯片的功能,简单的与非门

module top_module ( 
    input   p1a, p1b, p1c, p1d,
    output  p1y,
    input   p2a, p2b, p2c, p2d,
    output  p2y 
);

assign p1y = ~(p1a & p1b & p1c & p1d);
assign p2y = ~(p2a & p2b & p2c & p2d);

endmodule

Truth table

对真值表进行逻辑实现,这个答案不唯一。

module top_module( 
    input   x3,
    input   x2,
    input   x1,
    output  f   
);
assign f = x3?x1:x2;

endmodule

Two bit equality

module top_module ( 
	input [1:0]  A, 
	input [1:0]  B, 
	output       z 
); 
assign z = (A == B)? 1:0;

endmodule

Simple circuit A

module top_module (
	input   x, 
	input   y, 
	output  z
);
assign z = (x ^ y) & x;

endmodule

Simple circuit B

module top_module ( 
	input   x, 
	input   y, 
	output  z 
);
assign z = ~(x ^ y);

endmodule

Combine circuits A and B

联合前面的电路 A 和 B 的功能,但也可以直接逻辑实现,不必调用之前的模块。

module top_module (
	input   x, 
	input   y, 
	output  z
);
wire    a1,a2,b1,b2;
wire    sum1,sum2;

assign a1 = (x ^ y) & x;
assign b1 = ~(x ^ y);
assign a2 = (x ^ y) & x;
assign b2 = ~(x ^ y);

assign sum1 = a1 | b1;
assign sum2 = a2 & b2;

assign z = sum1 ^ sum2;

endmodule

Ring or vibrate

设计一个电路来控制手机的振铃器和振动电机。每当电话需要从来电响铃,您的电路必须打开铃声或电机,但不能同时打开两者。如果手机处于振动模式,请打开电机。否则,请打开铃声。

input ring 

output ringer = 1

output motor = 1

input vibrate_mode = 1

module top_module (
    input    ring,
    input    vibrate_mode,
    output   ringer,      
    output   motor         
);

assign ringer = ((ring == 1'b1) && (vibrate_mode == 1'b0))? 1'b1:1'b0;
assign motor = ((vibrate_mode ==1'b1) && (ring == 1'b1))? 1'b1:1'b0;
    

Thermostat

加热/冷却恒温器控制加热器(冬季)和空调(夏季)。实现一个电路,该电路将根据需要打开和关闭加热器,空调和鼓风机风扇。

恒温器可以处于以下两种模式之一:加热和冷却。在加热模式下,当加热器太冷时打开,但不要使用空调。在冷却模式下,当空调太热时打开,但不要打开加热器。当加热器或空调打开时,也要打开风扇以循环空气。此外,用户还可以要求风扇打开,即使加热器和空调关闭。

mode = 1 mode = 0 too_cold = 1 too_hot = 1 fan_on = 1

尝试仅使用语句,以查看是否可以将问题描述转换为逻辑门的集合。

module top_module (
    input    too_cold,
    input    too_hot,
    input    mode,
    input    fan_on,
    output   heater,
    output   aircon,
    output   fan
); 

assign heater = too_cold & mode;
assign aircon = too_hot & ~mode;
assign fan = fan_on | heater | aircon;

endmodule

3 bit population count

“总体计数”电路对输入向量中的'1'的数量进行计数。为 3 位输入矢量构建总体计数电路。

逻辑实现嵌套。

module top_module( 
    input  [2:0]  in,
    output [1:0]  out 
);

assign out = (in=='d1 | in=='d2 | in=='d4)?'d1:((in=='d3 | in=='d5 | in=='d6)?'d2:((~in)?'d0:'d3));

endmodule

Gates and vectors

在 [3:0] 中,将获得一个四位输入向量。我们想知道每个位与其邻位间的一些关系:

  • out_both:此输出向量的每个位都应指示相应的输入位及其左侧(较高索引)是否为“1”。例如,out_both[2]应该指示in[2]和in[3]是否都是1。由于in[3]的左边没有邻位,所以我们不需要知道out_both[3]。
  • out_any:此输出向量的每个位都应指示任何相应的输入位及其右侧是否为“1”。例如,out_any[2]应指示[2]或[1]中是否为1。由于 in[0] 没有右边数,所以我们不需要知道out_any[0]。
  • out_different:此输出向量的每个位都应指示相应的输入位是否与其左侧不同。例如,out_different[2]应指示 in[2] 是否与 in[3] 不同。对于这部分,将向量视为环绕,因此在[3]中左邻位在[0]中。
module top_module( 
    input   [3:0]   in,
    output  [2:0]   out_both,
    output  [3:1]   out_any,
    output  [3:0]   out_different 
);
assign   out_both[0]        =   (in[0] & in[1]);
assign   out_both[1]        =   (in[1] & in[2]);
assign   out_both[2]        =   (in[2] & in[3]);
assign   out_any[1]         =   (in[1] | in[0]);
assign   out_any[2]         =   (in[2] | in[1]);
assign   out_any[3]         =   (in[3] | in[2]);
assign   out_different[0]   =   (in[0] != in[1]);
assign   out_different[1]   =   (in[1] != in[2]);
assign   out_different[2]   =   (in[2] != in[3]);
assign   out_different[3]   =   (in[3] != in[0]);

endmodule

Even longer vectors

和上题类似

module top_module( 
    input  [99:0]   in,
    output [98:0]   out_both,
    output [99:1]   out_any,
    output [99:0]   out_different 
);

assign out_both[98:0]      = in[99:1] & in[98:0];
assign out_any[99:1]       = in[99:1] | in[98:0];
assign out_different[98:0] = in[98:0] ^ in[99:1];
assign out_different[99]   = in[99] ^ in[0];

endmodule

Multiplexers

2 to 1 mux

创建一个 1 位宽的 2 对 1 多路复用器。当 sel=0 时,选择a。当 sel=1 时,选择 b。

module top_module( 
    input   a, b, sel,
    output  out 
); 
assign out = sel?b:a;

endmodule

2 to 1 bus mux

创建一个 100 位宽的 2 对 1 多路复用器。当 sel=0 时,选择a。当 sel=1 时,选择 b。

module top_module( 
    input  [99:0]  a, b,
    input          sel,
    output [99:0]  out 
);
assign out = sel?b:a;

endmodule

9 to 1 mux

创建 16 位宽、9 对 1 多路复用器。sel=0 选择 a,sel=1 选择 b,依此类推。对于未使用的情况(sel=9 到 15),请将所有输出位设置为“1”。

module top_module( 
    input  [15:0]  a, b, c, d, e, f, g, h, i,
    input  [3:0]   sel,
    output [15:0]  out 
);
assign out = (sel=='d0)?a:((sel=='d1)?b:((sel=='d2)?c:((sel=='d3)?d:((sel=='d4)?e:((sel=='d5)?f:((sel=='d6)?g:((sel=='d7)?h:((sel=='d8)?i:16'hffff))))))));

endmodule

256 to 1 mux

创建 16 位宽、9 对 1 多路复用器。sel=0 选择 a,sel=1 选择 b,依此类推。对于未使用的情况(sel=9 到 15),请将所有输出位设置为“1”。

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

endmodule

256 to 1 4bit mux

创建 16 位宽、9 对 1 多路复用器。sel=0 选择 a,sel=1 选择 b,依此类推。对于未使用的情况(sel=9 到 15),请将所有输出位设置为“1”。

module top_module( 
    input  [1023:0]  in,
    input  [7:0]     sel,
    output [3:0]     out 
);
assign out = in[sel*4+3-:4];

endmodule

Arithmetic Circuits

half addr

创建一个半加法器。半加法器添加两个位(无残留),并产生总和和并执行。

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

full addr

创建完整添加器。一个完整的加法器添加三个位,并产生一个总和并执行。

module top_module( 
    input   a, b, cin,
    output  cout, sum 
);
assign {cout,sum} = a + b + cin;
endmodule

3 bit bin addr

创建3个实例以创建3位二进制纹波携带加法器。加法器将两个3位数字和一个随身数字相加,以生成3位求和并执行。从纹波携带加法器中的每个完整加法器输出执行。cout[2] 是最后一个完整加法器的最终执行。

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

addr

做行进波累加器,全加器

module top_module (
    input  [3:0]  x,
    input  [3:0]  y, 
    output [4:0]  sum
);

wire    cin1,cin2,cin3;

assign {cin1,sum[0]} = x[0] + y[0];
assign {cin2,sum[1]} = x[1] + y[1] + cin1;
assign {cin3,sum[2]} = x[2] + y[2] + cin2;
assign {sum[4],sum[3]} = x[3] + y[3] + cin3;

endmodule

signed add over

假设有两个 8 位 2 的补码数,a[7:0] 和 b[7:0]。这些数字相加产生s[7:0]。还要计算是否发生了(有符号)溢出。两个正数相加符号位变成了1表示溢出,两个负数相加符号位变成了0表示溢出。

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

100 bit bin addr

创建 100 位二进制加法器。加法器将两个 100 位数字和进位相加,以产生 100 位总和。

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

endmodule

4 digit BCD addr

实例化 4 个bcd_fadd模块以创建 4 位 BCD 纹波携带加法器。加法器应添加两个 4 位 BCD 数字(打包成 16 位向量)和进位值,以生成 4 位总和并执行。

module top_module ( 
    input  [15:0]  a, b,
    input          cin,
    output         cout,
    output [15:0]  sum 
);

wire     cin1,cin2,cin3;

bcd_fadd bcd_fadd_inst1(
	.a    (a[3:0]),
	.b    (b[3:0]),
	.cin  (cin),
	.cout (cin1),
	.sum  (sum[3:0])
	);

bcd_fadd bcd_fadd_inst2(
	.a    (a[7:4]),
	.b    (b[7:4]),
	.cin  (cin1),
	.cout (cin2),
	.sum  (sum[7:4])
	);

bcd_fadd bcd_fadd_inst3(
	.a    (a[11:8]),
	.b    (b[11:8]),
	.cin  (cin2),
	.cout (cin3),
	.sum  (sum[11:8])
	);

bcd_fadd bcd_fadd_inst4(
	.a    (a[15:12]),
	.b    (b[15:12]),
	.cin  (cin3),
	.cout (cout),
	.sum  (sum[15:12])
	);

endmodule

Karnaugh Map to Circuit

kamp1

根据卡诺图得出逻辑实现

module top_module(
    input   a,
    input   b,
    input   c,
    output  out  
); 
assign out = ((~a)&(~b)&(~c))?'d0:'d1;

endmodule

kamp2

根据卡诺图得出逻辑实现

module top_module(
    input   a,
    input   b,
    input   c,
    input   d,
    output  out  
);

assign out = (a&~b&c&d)|(~a&b&~c&~d)|(~a&c&~d)|(b&c&d)|(~b&~c); 

endmodule

kamp3

根据卡诺图得出逻辑实现

module top_module(
    input   a,
    input   b,
    input   c,
    input   d,
    output  out  
);

assign out = (a&~c&~d)|(~b&c)|(a&b&c);
endmodule

kamp4

根据卡诺图得出逻辑实现

module top_module(
    input   a,
    input   b,
    input   c,
    input   d,
    output  out  
);

assign out = (~a&b&~c&~d)|(a&~b&~c&~d)|(~a&~b&~c&d)|(a&b&~c&d)|(~a&b&c&d)|(a&~b&c&d)|(~a&~b&c&~d)|(a&b&c&~d);
endmodule

min_SOP

具有四个输入(a,b,c,d)的单输出数字系统在输入端出现2、7或15时生成逻辑-1,当0、1、4、5、6、9、10、13或14出现时,生成逻辑-0。数字 3、8、11 和 12 的输入条件在此系统中永远不会出现。例如,7 对应于分别设置为 0,1,1,1 的 a,b,c,d。确定最小 SOP 形式的输出out_sop,以及最小 POS 格式的输出out_pos。

SOP: sum of product
在卡诺图中标定1的为正,0为反,先乘最后相加

POS: product of sum
在卡诺图中标定1的为反,0为正,先加最后相乘再取反

module top_module (
    input    a,
    input    b,
    input    c,
    input    d,
    output   out_sop,
    output   out_pos
); 
assign out_sop = (~a&~b*c) | (c&d);
assign out_pos = ~((a|b|~c) & (~c|~d));

endmodule

kmap5

根据卡诺图得出逻辑实现

module top_module (
    input [4:1]  x, 
    output       f 
);
assign f = (~x[1]&x[3]) | (x[1]&x[2]&~x[3]);

endmodule

kmap6

根据卡诺图得出逻辑实现

module top_module (
    input [4:1]  x, 
    output       f 
);
assign f = (~x[1]&x[3]) | (x[1]&~x[2]&~x[4]) | (x[1]&x[2]&x[3]&x[4]) | (~x[1]&~x[2]&~x[3]&~x[4]);

endmodule

kmap imple

对于下面的Karnaugh图,使用一个4对1多路复用器和尽可能多的2对1多路复用器来提供电路实现,但使用尽可能少。您不得使用任何其他逻辑门,必须使用 a 和 b 作为多路复用器选择器输入,如下面的 4 对 1 多路复用器所示。

【HDLBits 刷题 5】Circuits(1)Combinational Logic文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-432167.html

module top_module (
    input         c,
    input         d,
    output [3:0]  mux_in
); 
assign mux_in[0] = c | d;
assign mux_in[1] = 'd0;
assign mux_in[2] = ~d;
assign mux_in[3] = c & d;
endmodule

到了这里,关于【HDLBits 刷题 5】Circuits(1)Combinational Logic的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处: 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请点击违法举报进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

领支付宝红包 赞助服务器费用

相关文章

  • HDLbits 刷题 -- Alwaysblock2

    学习: For hardware synthesis, there are two types of always blocks that are relevant: Combinational: always @(*) Clocked: always @(posedge clk) Clocked always blocks create a blob of combinational logic just like combinational always blocks, but also creates a set of flip-flops (or \\\"registers\\\") at the output of the blob of combinational logic. Instea

    2024年04月09日
    浏览(41)
  • Verilog刷题[hdlbits] :Module add

    You are given a module add16 that performs a 16-bit addition. Instantiate two of them to create a 32-bit adder. One add16 module computes the lower 16 bits of the addition result, while the second add16 module computes the upper 16 bits of the result, after receiving the carry-out from the first adder. Your 32-bit adder does not need to handle carry-in (assu

    2024年02月06日
    浏览(45)
  • 【HDLBits 刷题 1】Verilog Language(1)Basics 部分

    目录   写在前面 Basics Simple wire  Four wires  Inverter  AND gate  NOR gate  Declaring wires  7485 chip HDLBits 作为 Verilog 的刷题网站,非常适合初学者拿来练习,不仅可以学到基础的语法,还可以让自己写出的代码更直观,直接映射到电路中,因此在这段时间每周会抽出一点时间来把这个

    2024年02月10日
    浏览(38)
  • 【HDLBits 刷题 2】Verilog Language(2)Vectors 部分

    目录 写在前面 Vectors Vector0 Vector1 Vector2 Vectorgates Gates4 Vector3 Vectorr  Vector4 Vector5 来到了 Verilog 语法的矢量部分,这部分仍然比较简单,所以只给出题目、代码和仿真结果,其他不多赘述。 构建一个具有一个3位输入的电路,然后输出相同的矢量,并将其拆分为三个单独的1位输

    2024年02月07日
    浏览(37)
  • HDLBits刷题Day14,3.2.2.5 Counter 1-12 - 3.2.2.6 Counter 1000

    3.2.2.5 Counter 1-12 本题参考HDLBits:在线学习 Verilog (二十一 · Problem 100 - 104) - 知乎 问题描述 设计一个具有以下输入和输出的 1-12 计数器: 复位同步高电平有效复位,强制计数器为 1 启用设置为高以使计数器运行 clk上升沿触发时钟输入 Q[3:0]计数器的输出 c_enable, c_load, c_d[3

    2024年03月17日
    浏览(39)
  • 好的FPGA编码风格(1)--尽量避免组合逻辑环路(Combinational Loops)

             组合逻辑环路 (Combinational Loops):指组合逻辑的输出信号 不经过任何时序逻辑电路 (FF等),而直接 反馈到输入节点 ,从而构成的电路环路。         此外,如果 直接将寄存器的输出端通过组合逻辑反馈到该寄存器的异步端口 (异步复位或异步置位),

    2024年02月08日
    浏览(38)
  • 什么是好的FPGA编码风格?(1)--尽量避免组合逻辑环路(Combinational Loops)

             组合逻辑环路 (Combinational Loops):指组合逻辑的输出信号 不经过任何时序逻辑电路 (FF等),而直接 反馈到输入节点 ,从而构成的电路环路。         此外,如果 直接将寄存器的输出端通过组合逻辑反馈到该寄存器的异步端口 (异步复位或异步置位),

    2024年02月05日
    浏览(44)
  • Circuits--Sequential--Registers_1

    1.4-bit shift register 2.Left/right rotator 3.Left / right arithmetic  4.5-bit LFSR

    2024年04月17日
    浏览(30)

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

博客赞助

微信扫一扫打赏

请作者喝杯咖啡吧~博客赞助

支付宝扫一扫领取红包,优惠每天领

二维码1

领取红包

二维码2

领红包