来看联发科芯片秋招的一个大题(1)——全减器电路与Verilog

2021-04-15 13:21:10 浏览数 (1)

遇到半加器和全加器比较多,第一次遇到半减器和全减器。

先来看看半加器和全加器,再类似分析半减器和全减器。

思路:列真值表,画卡诺图,化简。

半加器

输入 A/B,输出和 S,输出 C 为进位。

输入 A = 0,B = 0,0 0 = 0,所以 S = 0,C = 0;

输入 A = 0,B = 1,0 1 = 1,所以 S = 1,C = 0;

输入 A = 1,B = 0,1 0 = 1,所以 S = 1,C = 0;

输入 A = 1,B = 1,1 1 = 10(二进制加法,进 1),

所以 S = 0,C = 1;

代码语言:javascript复制
S = A ^ B        // 输出加法结果
C = A & B        // 输出进位结果

(1)根据真值表编写

按照半加器和全加器的真值表写出输出端的逻辑表达式,对半加器,输出的进位端是量输入的“与”,输出的计算结果是量输入的异或;对全加器,也按照逻辑表达式做。

代码语言:javascript复制
//半加器模块
module adder_half(  
  input        a,
  input        b,
  output reg   sum,
  output reg   cout
);

//这里的always @(*)搭配里面的“=”阻塞赋值符号
//实现的效果和 assign sum = a ^ b; assign cout = a & b;是一样的
always @(*)
begin
  sum = a ^ b;
  cout = a & b;
end
endmodule

全加器

当多位数相加时,半加器可用于最低位求和,并给出进位数。第二位的相加有两个待加数和,还有一个来自前面低位送来的进位数。这三个数相加,得出本位和数(全加和数)和进位数,这种就是“全加”。

真值表:

使用与门、或门和异或门搭建电路:

根据真值表编程,门级描述:

代码语言:javascript复制
// 全加器
module all_adder(cout,sum,a,b,cin);

input a,b,cin;
output sum,cout;

assign sum = a^b^cin;
assign cout = (a&b)|(a&cin)|(b&cin);
endmodule

全加器编程其他思路

直接描述功能,加法直接得到低位的和、高位的进位。

这种方式描述简单,易于扩展,但是底层具体的实现方式比较抽象。

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// 1 位全加器
module full_add1(a,b,cin,sum,cout);
input a,b,cin;
output sum,cout;

assign {cout,sum} = a b cin;  // 位拼接,直接描述功能

endmodule

扩展,4 位全加器,运算不需要改变,只需要更改位宽:

代码语言:javascript复制
 module add4(cout,sum,a,b,cin);

 input[3:0] a,b;
 input cin;
 output[3:0] sum;
 output cout;
 
 assign {cout,sum}=a b cin;
 
 endmodule

半减器

输入:被减数 A,减数 B

输出:差 S,借位 Cout

(1)0 - 0 = 0,不需要借位,所以 S = 0,Cout = 0;

(2)0 - 1 = 1,需要借位,所以 S = 1,Cout = 1;

(3)1 - 1 = 0,不需要借位,所以 S = 0,Cout = 0;

(4)1 - 0 = 0,不需要借位,所以 S = 1,Cout = 0;

通过观察(或者卡诺图化简),可以得出

代码语言:javascript复制
S = A ^ B;
Cout = (~A) & B;

全减器

输入:被减数 A,减数 B,低位向高位的借位 Cin

输出:差 S,借位 Cout

这里需要注意:需要计算的是 A - B - Cin

(1) 0 - 0 - 0 = 0,不需要借位,所以 S = 0,Cout = 0;

(2) 0 - 1 - 0 = 1,需要借位,所以 S = 1,Cout = 1;

(3) 1 - 1 - 0 = 0,不需要借位,所以 S = 0,Cout = 0;

(4) 1 - 0 - 0 = 1,不需要借位,所以 S = 1,Cout = 0;

(5) 0 - 0 - 1 = 1,需要借位,所以 S = 1,Cout = 1;

(6) 0 - 1 - 1 = 0,需要借位,所以 S = 0,Cout = 1;

(7) 1 - 1 - 1 = 1,需要借位,所以 S = 1,Cout = 1;

(8) 1 - 0 - 1 = 0,不需要借位,所以 S = 0,Cout = 0;

对 Cout,不容易观察其表达式,使用卡诺图化简:

代码语言:javascript复制
S = A ^ B ^ Cin
Cout = (~A) & ( B ^ Cin )   B & Cin

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