基于FPGA的数字电路实验2：比较器的实现

电子森林 2020-12-15 00:00

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前一篇文章我们介绍了通过小脚丫FPGA核心开发板来进行门电路的实验过程。当然，我们还可以画出更多复杂的门电路组合，并且通过小脚丫FPGA轻松实现对应的输入/输出特性的定义。现在，我们利用小脚丫来学习更多具有特定功能的实用组合逻辑电路。

本篇中，我们希望设计一个二进制比较器，通过小脚丫FPGA搭建实验电路并验证结果。

顾名思义，二进制比较器就是比较两个二进制数的大小，因此对于一个两位输入的比较器来说，其输出结果不外乎有小于，大于和等于三种可能。因此我们列出这个电路的真值表。

表1 二进制比较器真值表

A	B	Y2(A<B)	Y1(A>B)	Y0(A=B)
0	0	0	0	1
0	1	1	0	0
1	0	0	1	0
1	1	0	0	1

相信学习过数字电路课程的同学都知道如何将该电路进行逻辑运算，化简并画出对应的门电路组合，因此该步骤我们不在此过多赘述，直接上图。

图1 电路图

图2 门电路组合

通过Verilog代码，我们对该电路进行硬件描述。这次我们采用Data-flow的写法，代码中出现的!&^等符号，实际上就是等于同直接对数据进行逻辑运算，并分别对应NOT, AND, OR。希望大家之后对这些符号的熟悉程度就如同看￥$€等符号一样亲切。

 module comparer1    (      inputwire A,           //定义输入的两个数a、b      inputwire B,      outputwire Y2,     //定义三种输出结果对应的led      outputwire Y0,      outputwire Y1    );        assign Y2 =(!A) & B;    //对应A<B    assign Y1 = A & (!B);    //对应A>B    assign Y0 =!(A^B);      //对应A=B     endmodule

在完成代码编译后，我们将输入变量A和B以及输出变量Y2,Y1,Y0分别对应至小脚丫的板载外设上。

表2 各变量对应小脚丫相应引脚

变量	小脚丫
A	SW1
B	SW2
Y2	L1
Y1	L2
Y0	L3

这样，我们就在小脚丫上构建了一个二进制比较器，我们可以通过调节输入编码开关，并观察LED灯的现象来验证我们的设计。

文章的最后我们提两个问题：

1. 如果我们将开关SW1, SW2拨至如下图所示，L1,L2,L3所对应的状态应该是怎样的？

注意：小脚丫板载的LED是低电平点亮，也就是说，当输出为1时，LED熄灭，反之则亮。

图3

2. 假如现在小脚丫上L2、L3处于点亮状态，那么拨码开关SW1和SW2现在应该是什么状态？（图中将拨码开关放置中间未知仅为示意作用，实际不存在中间状态）。

图4

是不是入手很简单，随后能够很方便地做扩展和结果验证？今天的内容到此结束，下一篇我们会介绍如何通过小脚丫实现更多实用且有趣的组合逻辑电路实验，敬请期待。

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