组合逻辑VHDL设计——译码器

实验三组合逻辑电路应用——译码器、数据选择器
译码器和数据选择器是现代数字电子学中常用的两种组合逻辑电路。

它们可以将输入
的二进制信号转换为对应的输出信号，并且在数字电路中具有广泛的应用。

一、译码器
译码器是一种将输入的二进制信号转换成对应输出信号的数字电路。

译码器的作用是
将输入的地址码转换成溢出电路所能识别的控制信号，通常用来将不同的地址码映射到不
同的设备或功能上。

比如在存储器系统中，根据不同地址码，从RAM或者ROM中取出相应
的数据或指令。

除此之外，译码器还可以用于数据压缩、解码、解密等领域。

在一些数字电路中，译
码器还可以充当多路复用器、选择器等电路的功能。

译码器的分类按照其输入和输出的码制不同，可以分为译码器、BCD译码器、灰码译
码器等。

其中，最常见的是2-4译码器、3-8译码器、4-16译码器等。

二、数据选择器
数据选择器是一种多路选择器，根据控制信号选择输入端中的一个数据输出到输出端。

选择器的控制信号通常由一个二进制码输入到它的控制端，二进制码的大小由选择器的通
道数决定。

数据选择器广泛用于控制、多媒体处理、信号处理等方面。

数据选择器与译码器相比，最主要的区别在于其输出可以不仅限于数字信号。

数据选
择器可以处理模拟信号、复合信号等多种形式的信号，因为它可以作用于信号的幅度、相位、频率等方面。

数据选择器按照输入和输出的端口取数的不同，可以分为单路选择器和多路选择器。

常见的有2-1选择器、4-1选择器、8-1选择器、16-1选择器等。

译码器设计组合逻辑电路的方法步骤宝子，今天咱来唠唠用译码器设计组合逻辑电路这事儿。

译码器呢，就像是一个翻译官。

那怎么用它来设计组合逻辑电路呢？咱得先了解下要实现的逻辑功能是啥。

比如说，要实现一个判断输入信号是不是满足某个特定关系的功能。

这就好比你要知道自己要做一个啥样的小发明一样。

接着呢，要确定输入变量的个数。

这就像是你要知道自己有多少种原料可以用。

如果有3个输入变量，那就得找合适的3 - 8线译码器之类的。

然后呀，要列出逻辑函数的真值表。

这个真值表就像是一个规则手册。

把输入变量的各种可能取值，以及对应的输出结果都写清楚。

这就好比把每种原料组合能做出啥东西都写下来。

再之后呢，把逻辑函数用最小项表示出来。

这一步就像是把你的小发明的原理用一种特定的数学语言描述出来。

之后就是关键啦，要把译码器的输出和逻辑函数联系起来。

译码器的输出端那些信号就像是一个个小助手，你要根据逻辑函数的要求，把这些小助手合理地组合起来。

比如说，可能需要把某些输出端通过与门或者或门连接起来，就像把小助手们按照你的计划组队一样。

在这个过程中，可能会遇到一些小麻烦哦。

比如说，可能会发现译码器的输出和你想要的逻辑函数不太匹配。

这时候别慌，就像你做手工的时候发现材料有点不对一样，可以调整下连接方式或者再思考下逻辑关系。

最后呢，画出电路图。

这个电路图就是你的设计成果啦，就像你把自己的小发明从想法变成了实实在在的图纸一样。

宝子，用译码器设计组合逻辑电路其实也不是很难啦，只要一步一步来，就像搭积木一样，慢慢就能把它搞定啦。

而且在这个过程中，你还能发现很多逻辑的小乐趣呢。

要是遇到问题也不怕，多试几次，总能成功的哦。

EDA实验报告
学院：专业：班级：
点击菜单项File->New Project Wizard 帮助新建工程。

参看图打开Wizard 之后，界面如2-3
5.选择设计所用器件。

由于本次实验没有使用开发板，故可先随意选择。

8.培养良好的文件布局。

Quartus II 默认把所有编译结果放在工程根目
2.2 使用VHDL完成硬件设计指定单独的编译结果文件目录
9.添加所需设计文件。

本次实验通过VHDL 来描述所设计的硬件，因此要添加VHDL 设计文件到工程文件中去。

74LS138 是常用的小规模集成电路芯片，用于译码。

它有
12.分析与综合。

点击菜单项Processing->start->Start Analysis &
13.全编译文件。

点击菜单项Processing->start compilation
15. Pins 菜单项执行之后，会出现一个引脚配置窗口。

参看图
为了将逻辑分配到 FPGA 外围引脚上，必须根据所用的 FPGA 型号配置输出引脚。

根据所提供的对应开发板指导手册，将 3-8 译码器的输入与输出分别配置到开发板的3 个选择开关（SW2，SW1，SW0）以及8 个LED （LEDR7-LEDR0）上。

16.全编译文件。

完成分配引脚后，点击菜单项Processing->start
18.之后的输出画面如图2-23 所示。

◆本实验指导结束Pins引脚配置窗口：。

西安邮电学院实验中心实验报告院系电子工程学院班级学号姓名成绩教师签字实验日期实验名称组合逻辑电路设计（一）--编译码器设计_______________________________________________________一、实验目的二、实验所用仪表及主要器材三、实验原理简述四、实验测量记录：（如数据、表格、曲线、计算等）五、实验遇到的问题及解决办法：（余留问题，体会等）一、实验目的（1）熟悉组合逻辑电路的VHDL描述方法。

（2）掌握利用CPL器件实现组合逻辑数字电路的方法和过程。

（3）熟练掌握“case”语句与“if…else…”语句的用法。

二、实验所用仪表及主要器材PC，可编程逻辑实验电路板，下载线，USB电源线，双踪示波器，数字万用表，导线若干。

三、实验原理简述应用VHDL设计简单的逻辑电路四、实验内容在MAX+PULSII环境下，用VHDL语言按照输入—>编译—>仿真。

（1）8421BCD码转换为余3码转换表.在MAX+plusII 环境下，用VHDL 语言描述下列逻辑电路，并编译，仿真。

程序仿真结果：(2)设计一个优先编码器。

程序实现如下：仿真结果：五、实验结果见上述内容。

六、实验心得在本次实验中我学会了使用MAX+PLUSII软件的文本编程的方式设计电路。

在本次实验的文本编译环节中出现不少问题：（1）保存时文件名与实体名不一致，导致程序编译结果不正确。

（2）写程序时没有按照语法规则编写，使得文件编译频繁报错，标点的错误也会导致整个程序无法编译。

经过本次实验，加深了我对VHDL的文本编译设计的理解，今后我应该多练习MAX+PLUSII软件以减少错误。

实验四：VHDL语言的组合电路设计一、实验目的学习用VHDL语言设计组合电路的方法、熟悉总线数据输入方式。

二、实验内容编程实现一个优先编码、译码及显示的电路。

三、实验条件（1）电脑。

（2）开发软件：Quartus II（3）开发设备：EL —EDA—V型;EDA实验开发系统。

（4）拟用芯片：ACEX1K;EP1K100QC208-3。

四、实验要求1、用VHDL设计10线——4线优先编码器模块。

2、用VHDL设计BCD码——7段译码器模块。

3、用VHDL完成编码、译码及显示的描述。

4、对设计结果进行仿真、下载及硬件测试。

五、实验设计（1）10线—4线优先编码器模块（2）7段译码器模块Library ieee;Use ieee.std_logic_1164.all;Use ieee.std_logic_unsigned.all;ENTITY display ISPort(clkdsp: in std_logic;D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);SEL: out std_logic_vector(2 downto 0);Led7s: OUT std_logic_vector(6 downto 0));END ENTITY display;Architecture one of display isSignal cnt8: std_logic_vector(2 downto 0);Signal y: std_logic_vector(3 downto 0);BeginP1:Process(clkdsp) --8进制计数器BeginIf clkdsp' event AND CLKDSP='1' thenCnt8<=cnt8+1;End if;SEL<=cnt8;End process P1;P2:PROCESS(cnt8,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7) --8选1数据选择器BEGINCASE cnt8 ISWHEN "000"=> Y<= D0;WHEN "001"=> Y<= D1;WHEN "010"=> Y<= D2;WHEN "011"=> Y<= D3;WHEN "100"=> Y<= D4;WHEN "101"=> Y<= D5;WHEN "110"=> Y<= D6;WHEN "111"=> Y<= D7;WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;END PROCESS P2;P3:PROCESS(y) --显示译码器BEGINCASE y(3 DOWNTO 0) isWHEN "0000"=>LED7S<="0111111";WHEN "0001"=>LED7S<="0000110";WHEN "0010"=>LED7S<="1011011";WHEN "0011"=>LED7S<="1001111";WHEN "0100"=>LED7S<="1100110";WHEN "0101"=>LED7S<="1101101";WHEN "0110"=>LED7S<="1111101";WHEN "0111"=>LED7S<="0000111";WHEN "1000"=>LED7S<="1111111";WHEN "1001"=>LED7S<="1101111";WHEN "1111"=>LED7S<="1000000";WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;END PROCESS P3;END one;3）编码、译码及显示模块的VHDL程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.std_logic_1164.all;ENTITY ENCODER_DEC7S ISPORT(I:IN BIT_VECTOR(9 DOWNTO 0);LED7S:OUT BIT_VECTOR (6 DOWNTO 0));END ENCODER_DEC7S;ARCHITECTURE one OF ENCODER_DEC7S IS SIGNAL Y:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO 0); BEGINP1:PROCESS(I)BEGINIF(i(9)='0')THEN y<="1001";ELSIF(i(8)='0')THEN y<="1000";ELSIF(i(7)='0')THEN y<="0111";ELSIF(i(6)='0')THEN y<="0110";ELSIF(i(5)='0')THEN y<="0101";ELSIF(i(4)='0')THEN y<="0100";ELSIF(i(3)='0')THEN y<="0011";ELSIF(i(2)='0')THEN y<="0010";ELSIF(i(1)='0')THEN y<="0001";ELSIF(i(0)='0')THEN y<="0000";ELSE y<="0000";END IF;END PROCESS P1;P2:PROCESS(Y)BEGINCASE Y isWHEN"0000"=>LED7S<="0111111";WHEN"0001"=>LED7S<="0000110";WHEN"0010"=>LED7S<="1011011";WHEN"0011"=>LED7S<="1001111";WHEN"0100"=>LED7S<="1100110";WHEN"0101"=>LED7S<="1101101";WHEN"0110"=>LED7S<="1111101";WHEN"0111"=>LED7S<="0000111";WHEN"1000"=>LED7S<="1111111";WHEN"1001"=>LED7S<="1101111";WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;END PROCESS P2;END one;4)仿真波形5）管脚锁定电路引脚 CLKCLR EN UP ...... LED7 CO EP1K100QC208-3芯片Pin78 Pin7 Pin8 Pin90 ...... Pin97 Pin36 EDA 实验开发系统 CLK5 d0 d1 a ...... g LED0五、实验结果及总结1）系统仿真情况从系统仿真结果可以看出，本系统完全符合设计要求。

3-8译码器的设计1 设计目的与要求随着社会的进一步发展，我们的生活各个地方都需要计算机的参与，有了计算机，我们的生活有了很大的便利，很多事情都不需要我们人为的参与了，只需要通过计算机就可以实现自动控制。

由此，计算机对我们的社会对我们每个人都是很重要的。

所以我们要了解计算机得组成，内部各种硬件，只有了解了计算机基本器件已经相应的软件，才能促进社会的发展。

编码器和译码器的设计是计算机的一些很基础的知识，通过本次对于编码器和译码器的设计，可以让我知道究竟这种设计是如何实现的，这种设计对我们的生活有什么帮助，这种设计可以用到我们生活的哪些方面，对我们的各种生活有什么重大的意义。

1.1 设计的目的本次设计的目的是通过简单的译码器的设计掌握基本的计算机的一些有关的知识，通过查资料已经自己的动手设计去掌握EDA技术的基本原理已经设计方法，并掌握VHDL硬件描述语言的设计方法和思想。

以计算机组成原理为指导，通过将理论知识，各种原理方法与实际结合起来，切实的亲手设计，才能掌握这些非常有用的知识。

通过对编码器和译码器的设计，巩固和综合运用所学知识，提高IC设计能力，提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力。

也能通过这种自主设计，增强自己的动手能力，将理论知识切实应用的能力，这对我们将来的发展是很有帮助的。

1.2 设计要求根据计算机组成原理中组合逻辑电路设计的原理，利用VHDL设计计算机电路中译码器的各个模块，并使用EDA 工具对各模块进行仿真验证和分析。

译码器由三-八译码器为实例代表。

关键词:输入、输出、译码2 VHDL的简单介绍2.1 VHDL的简介VHDL语言是一种用于电路设计的高级语言。

它在80年代的后期出现。

最初是由美国国防部开发出来供美军用来提高设计的可靠性和缩减开发周期的一种使用范围较小的设计语言。

VHDL翻译成中文就是超高速集成电路硬件描述语言，主要是应用在数字电路的设计中。

目前，它在我过的应用多数是用在FPGA/CPLD/EPLD的设计中。

实验二组合逻辑电路的VHDL模型实验一、实验目的1、掌握组合逻辑和时序逻辑电路的设计方法。

2、掌握组合逻辑电路的静态测试方法。

加深FPGA设计的过程，并比较原理图输入和文本输入的优劣。

3、了解通用同步计数器，异步计数器的使用方法。

4、理解积分分频器的原理。

二、硬件要求拨位开关、FPGA主芯片EP1K30QC208、LED显示模块三、实验原理译码器是输入数码和输出数码之间的对应关系，也就是说，“输入码和输出码之间的对应表”这应该算是设计译码器的必须条件。

译码器常用来做码和码之间的转换器，也常被用于地址总线或用作电路的控制线。

例如下面为常见的3×8译码器的真值表：实验中可根据需要，为3×8译码器加入使能控制脚。

一般的分频器可获得的分频频率种类分布不均匀，积分分频，能比较好的解决这个问题。

1、分频结果＝来源频率×N/（2ⁿ－1）;2、频率波形不均匀。

四、实验内容及步骤本实验内容是完成38译码器和5/8分频器的设计，然后将3×8译码器的结果在实验箱上实现，5/8分频器则能正确仿真、显示，实验步骤如下：1、编写3×8译码器的VHDL代码。

2、用MaxPlusII对其进行编译仿真。

3、在仿真确定无误后，选择芯片ACEX1K EP1K30QC208。

4、给芯片进行管脚绑定，在此进行编译。

5、根据自己绑定的管脚，在实验箱上对键盘接口、显示接口和FPGA之间进行正确连线。

6、给目标板下载代码，在开关输入键值，观看实验结果。

7、编写5/8分频器的VHDL代码。

8、用MaxPlusII对其进行编译仿真。

9、使用WaveForm进行波形仿真。

五、程序代码1. 38译码器library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity a3toy8 isport (en:in std_logic;a:in std_logic_vector(2 downto 0);b:in std_logic_vector(2 downto 0);y:out std_logic_vector(7 downto 0);YM: out std_logic_vector(7 downto 0));end entity a3toy8;architecture a3y8 of a3toy8 issignal t:std_logic_vector(3 downto 0);signal v:std_logic_vector(3 downto 0);begint <= en & a(2 downto 0);process(t(3 downto 0))begincase t(3 downto 0) iswhen "1000" => Y(7 downto 0) <= "00000001";when "1001" => Y(7 downto 0) <= "00000010";when "1010" => Y(7 downto 0) <= "00000100";when "1011" => Y(7 downto 0) <= "00001000";when "1100" => Y(7 downto 0) <= "00010000";when "1101" => Y(7 downto 0) <= "00100000";when "1110" => Y(7 downto 0) <= "01000000";when "1111" => Y(7 downto 0) <= "10000000";when others => Y(7 downto 0) <= "00000000";end case;end process;v <= t;process(v(3 downto 0))begincase v(3 downto 0) isWHEN "1000" => YM(7 downto 0) <= "01100000";WHEN "1001" => YM(7 downto 0) <= "11011010";WHEN "1010" => YM(7 downto 0) <= "11110010";WHEN "1011" => YM(7 downto 0) <= "01100110";WHEN "1100" => YM(7 downto 0) <= "10110110";WHEN "1101" => YM(7 downto 0) <= "10111110";WHEN "1110" => YM(7 downto 0) <= "11100000";WHEN "1111" => YM(7 downto 0) <= "11111110";when others => YM(7 downto 0) <= "00000000";end case;end process;end architecture a3y8;本代码是通过控制拨动开关来控制led灯，并且在数码管上显示发亮的是第几盏led。

实验名称：译码器的VHDL设计二、用WHEN_ELSE语句编写具有使能端的3-8译码器1.实体框图2.程序设计①编译前的程序Entity Dec38A isport(s1,s2,s3:in bit;A2,A1,A0:in bit;Y:out bit_vector(7 downto 0));End Dec38A;Architecture two of Dec38A isBeginY<="11111110" when s1s2s3="100" and A2A1A0="000"else"11111101" when s1s2s3="100" and A2A1A0="001"else"11111011" when s1s2s3="100" and A2A1A0="010"else"11110111" when s1s2s3="100" and A2A1A0="011"else"11101111" when s1s2s3="100" and A2A1A0="100"else"11011111" when s1s2s3="100" and A2A1A0="101"else"10111111" when s1s2s3="100" and A2A1A0="110"else"01111111" when s1s2s3="100" and A2A1A0="111"else"11111111" ;End architecture two;②程序编译错误情况错误1：Error (10482): VHDL error at Dec38A.vhd(15): object "s1s2s3"is used but not declared错误2：Error (10482): VHDL error at Dec38A.vhd(15): object "A2A1A0"is used but not declared③正确的程序Entity Dec38A isport(s1,s2,s3:in bit;A2,A1,A0:in bit;Y:out bit_vector(7 downto 0));End Dec38A;Architecture two of Dec38A issignal s:bit_vector(1 to 3);signal A:bit_vector(2 downto 0);Begins<=s1 & s2 & s3;A<=A2 & A1 & A0;Y<="11111110" when s="100" and A="000" else"11111101" when s="100" and A="001" else"11111011" when s="100" and A="010" else"11110111" when s="100" and A="011" else"11101111" when s="100" and A="100" else"11011111" when s="100" and A="101" else"10111111" when s="100" and A="110" else"01111111" when s="100" and A="111" else"11111111" ;End architecture two;3.仿真波形图4.仿真波形分析S1、S2、S3是使能端，A0、A1、A2是选通端，Y7~Y0是输出端当S1、S2、S3为100时，译码器工作A="000"时，Y="11111110"A="001"时，Y= "11111101"A="010"时，Y="11111011"A="011"时，Y="11110111"A="100"时，Y="11101111"A="101"时，Y= "11011111"A="110"时，Y="10111111"A="111"时，Y= "01111111" ；使能端无效时为"11111111" ;二、用WHEN_ELSE语句实现驱动共阳极数码管七段显示译码器1.实体框图2.程序设计①编译前的程序Library ieee;Use ieee.std_logic_1164.all;Entity DD isport(A: in std_logic_vector(3 downto 0);DOUT:out std_logic_vector(6 downto 0));End DD;Architecture three of DD isBeginDOUT<="1111110" when A="0000" else"0110000" when A="0001" else"1101101" when A="0010" else"1111001" when A="0011" else"0110011" when A="0100" else"1011011" when A="0101" else"1011111" when A="0110" else"1110000" when A="0111" else"1111111" when A="1000" else"1111011" when A="1001" else"0000000" ;End architecture three;②程序编译错误情况错误：无3.仿真波形图4.仿真波形分析A为输入端，DOUT为输出端A="0000" 时，DOUT="1111110"，显示0A="0001" 时，DOUT= "0110000"，显示1A="0010" 时，DOUT= "1101101"，显示2A="0011" 时，DOUT= "1111001"，显示3A="0100" 时，DOUT="0110011"，显示4A="0101" 时，DOUT= "1011011"，显示5A="0110"时，DOUT= "1011111"，显示6A="0111" 时，DOUT= "1110000"，显示7A="1000"时，DOUT= "1111111"，显示8A="1001" 时，DOUT= "1111011"，显示9否则不满足要求时，输出"0000000"，不显示;。

摘要EDA技术是以微电子技术为物理层面，现代电子设计技术为灵魂，计算机软件技术为手段，最终形成集成电子系统或专用集成电路ASIC为目的的一门新兴技术。

而VHDL语言是硬件描述语言之一，其广泛应用性和结构的完整性使其成为硬件描述语言的代表。

随着社会经济和科技的发展，越来越多的电子产品涌如我们的日常生活当中，在日常生活中译码器起着不可忽视的作用。

本设计就是运用VHDL语言设计的3-8译码器。

3-8译码器电路的输入变量有三个即D0，D1，D2，输出变量有八个Y0-Y7，对输入变量D0，D1，D2译码，就能确定输出端Y0-Y7的输出端变为有效（低电平），从而达到译码目的。

关键词 EDA 输入，输出，译码器AbstractEDA technology is for the physical plane microelectronics technology, modern electronic design technology for the soul, and computer software technology as the means, and finally form integrated electronic system or application-specific integrated circuit ASIC for the purpose of a new technology. And VHDL language is one of the hardware description language, which are widely applied and theintegrity of the structure to make it a hardware description language representative.Along with the social economy and the development of science and technology, more and more electronic product surged into our daily life in the daily life of decoder plays an important role. This design is theuse of the design of 3-VHDL language 8 decoder. 3-8 decoder circuit, input variables have three namely D0, D1, D2, output variable has eight Y0-Y7, D0 to input variables, D1, D2 decoding, can determine the output, the output terminal of the Y0-Y7 into effective (low level), so as to achieve the purpose decoding.Key word EDA input output decode目录引言EDA（Electronic Design Automation）技术是现代电子工程领域的一门新技术。