基于Verilog的經(jīng)典數(shù)字電路設(shè)計(jì)（3）選擇器

引言

在數(shù)字信號的傳輸過程中，有時需要從一組輸入數(shù)據(jù)中選出某一個來，比如輸入有 “A、B、C、D” 四個數(shù)據(jù)，那么我們想要哪個字母輸出，就可以設(shè)置哪個字母輸出，這里的設(shè)置，即所謂的 “選擇開關(guān)” ；又或者，你可以理解為多個通道輸入到單個通道的輸出；于是，數(shù)據(jù)選擇器（Data Selector）或多路開關(guān)（Multiplexer）的邏輯電路便應(yīng)運(yùn)而生。

一、2 選 1 數(shù)據(jù)選擇器的 Verilog 代碼實(shí)現(xiàn)和 RTL 電路實(shí)現(xiàn)

module Multiplexer(
    input wire a, // 輸入數(shù)據(jù)信號
    input wire b, // 輸入數(shù)據(jù)信號
    input wire sel, // 輸入控制信號
    output result // 輸出數(shù)據(jù)信號_已選擇
    );

 assign result = sel ? a : b;

endmodule

這是 2 選 1 數(shù)據(jù)選擇器的設(shè)計(jì)代碼，非常簡單明了，主要是輸入數(shù)據(jù) a 和 b，然后通過 sel 信號來選擇輸出是 a 還是 b。倘若 sel 拉高，即為 “1” 的時候，那么就輸出 “a”，反之，倘若 sel 拉低，即為 “0” 的時候，那么就輸出 “b”。

這是一個數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)是一個直接用組合邏輯語句或者也可以說是連續(xù)賦值語句 assign 的方式描述的電路，其 RTL 電路圖如下所示：

2 選 1 數(shù)據(jù)選擇器的 RTL 電路圖

二、4 選 1 數(shù)據(jù)選擇器的 Verilog 代碼實(shí)現(xiàn)和 RTL 電路實(shí)現(xiàn)

module Multiplexer(
    input wire a, // 輸入數(shù)據(jù)信號
    input wire b, // 輸入數(shù)據(jù)信號
    input wire c, // 輸入數(shù)據(jù)信號
    input wire d, // 輸入數(shù)據(jù)信號
    input wire [1:0] sel, // 輸入控制信號
    output reg result // 輸出數(shù)據(jù)信號_已選擇
    );

   always @(sel, a, b, c, d)
      case (sel)
         2'b00: result <= a;
         2'b01: result <= b;
         2'b10: result <= c;
         2'b11: result <= d;
      endcase

endmodule

這是一個 4 選 1 數(shù)據(jù)選擇器，基于查找表 LUT（Look Up Table）（查找表在 FPGA 中非常重要，軟件思維可以理解為 “索引”，它是 FPGA 芯片架構(gòu)的重要組成部分，合理利用查找表，能夠使你的 FPGA 硬件工程達(dá)到一定程度的優(yōu)化設(shè)計(jì)）的方式實(shí)現(xiàn)的一個電路，其 RTL 電路圖如下所示：

4 選 1 數(shù)據(jù)選擇器的 RTL 電路圖

總結(jié)

數(shù)據(jù)選擇器在實(shí)際生活中應(yīng)用廣泛。比如，在實(shí)際中對選手進(jìn)行挑選，比如在歌手舞臺對 “小洪” 編號為 “a”，對 “小華” 編號為 “b”，然后 “sel” 選擇信號就交給 “裁判”，倘若 “小洪” 唱歌功底勝出，那么輸出 “a”，反之輸出 “b”，是不是很形象呢？！