如何采用模塊化思路構(gòu)建一個3-8譯碼器

我們用一個3-8譯碼器來結(jié)束本次對組合邏輯電路的介紹，并且最后我們還給大家準(zhǔn)備了一個略微酸爽的任務(wù)，確保大家的腦神經(jīng)都可以得到充分的摩擦。閑話不多，現(xiàn)在開始。

本次實(shí)驗(yàn)的任務(wù)是構(gòu)建一個3-8譯碼器，且將譯碼結(jié)果通過小腳丫的LED燈顯示。

聽上去并不難，而且我能想象到，一定會有不少同學(xué)會立刻開始畫一個8行的真值表，然后通過卡諾圖進(jìn)行化簡，且根據(jù)最終的邏輯表達(dá)式畫出門電路圖。這個方法當(dāng)然沒有錯，不過，如果面對更多位數(shù)的系統(tǒng)，比如4-16或者是8-256的譯碼器，建一個幾百行的真值表并進(jìn)行邏輯運(yùn)算聽上去似乎不那么科學(xué)。

在這里我們將采用模塊化的思路來完成我們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計。

在開始進(jìn)行模塊化設(shè)計之前，我們先做一個2-4譯碼器，也就是譯碼器系列中最底層的基礎(chǔ)模塊。

這次的代碼我們采用行為級描述（Behavioral-level）的寫法，直接根據(jù)真值表將輸入與輸出的各種組合進(jìn)行直接關(guān)聯(lián)?？梢钥闯?，行為級的寫法甚至不需要構(gòu)建門電路，僅通過輸入輸出對應(yīng)關(guān)系即可構(gòu)建，因此最為抽象。

有了最基礎(chǔ)的模塊，如何通過它搭建出3-8譯碼器呢？現(xiàn)在，我們在原有的真值表上加上一路使能信號E，再來觀察一下新的真值表?？梢园l(fā)現(xiàn)，當(dāng)E為低電平時，不論輸入的取值如何，前四位輸出均為0。當(dāng)E為高電平時，右側(cè)仍然為2-4譯碼器的輸出結(jié)構(gòu)。

我們可以把表3看作為一個3-8譯碼器的真值表，只不過輸入端的最高位由E代替。由于E為低電平時輸出最高的四位均為0，因此確保我們在對后四位輸出（黃色）進(jìn)行賦值不會影響到前四位的輸出。

從表3不難看出，黃框和紅框?qū)?yīng)的其實(shí)就是一個帶有使能端的2-4譯碼器，且使能端E控制著前后半端位數(shù)的輸出結(jié)果。也就是說，一個3-8譯碼器可以由兩個2-4譯碼器構(gòu)成。同理，一個4-16譯碼器可以由兩個3-8譯碼器構(gòu)成，以此類推。

帶有使能E的2-4譯碼器如下圖所示。實(shí)際上就是在之前的代碼上稍做修改，在這里我們就不詳細(xì)寫出來了，給大家自行練習(xí)的機(jī)會。

接下來，按照之前的分析，我們畫出由兩個2-4譯碼器組成的3-8譯碼器的結(jié)構(gòu)。

以下是用Verilog寫的一個3-8譯碼器，在程序里我們調(diào)用了兩次2-4譯碼器的子模塊。注意，子模塊的文件需要和decode38文件放在同一個工程目錄下，不然就成了隔壁老王了。

當(dāng)你反復(fù)在圖和代碼之間徘徊幾輪，并有了多么痛的領(lǐng)悟之后，你就可以把自己編譯好的程序下載到小腳丫里，然后通過實(shí)驗(yàn)測試你的代碼了。

練習(xí)一下，當(dāng)我們把輸出D7-D1分別對應(yīng)為小腳丫上的L7-L1，且輸入X2-X0分別對應(yīng)至小腳丫的SW3-SW1，請判斷以下的LED狀態(tài)（低電平亮）。

在倒騰了半天之后，你終于搞定了代碼，并且成功在小腳丫上驗(yàn)證了你的設(shè)計，于是滿懷信心的你終于可以嘗試一下通過模塊化的設(shè)計思路去構(gòu)建4-16甚至更多位的譯碼器了。
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