基于Verilog的經(jīng)典數(shù)字電路設(shè)計（4）編碼器

引言

在近代戰(zhàn)爭中，軍事信息傳遞，例如通過發(fā)電報的方式，電報信息難免被敵方截獲，而我們又不得不通過發(fā)電報傳輸信息（喲，都近代了，就別飛鴿傳書了），所以發(fā)送方需要對信息進(jìn)行加密，也就是編碼，然后以一種雙方事先溝通好的編碼方式（密碼本就是這樣來的），在接收方再進(jìn)行反編碼，也就是解碼，這樣，即使信息被截獲了，短時間內(nèi)也難以被破解；這就是編碼器的重要性。

編碼器的邏輯功能就是將多輸入的每一個高、低電平信號轉(zhuǎn)為一個對應(yīng)的二進(jìn)制代碼，它分為普通編碼器和優(yōu)先編碼器。對于普通編碼器，任何時刻只允許輸入一個編碼信號，否則輸出將發(fā)生混亂。

一、普通編碼器的 Verilog 代碼實現(xiàn)和 RTL 電路實現(xiàn)

module Encoders(
    input wire [7:0] d, // 輸入信號_未編碼
    output reg [2:0] b = 3'b000 // 輸出信號_已編碼
    );  

    always @ ( d ) begin 
        case ( d )
            8'b0000_0001 : b <= 3'b000;
            8'b0000_0010 : b <= 3'b001;
            8'b0000_0100 : b <= 3'b010;
            8'b0000_1000 : b <= 3'b011;
            8'b0001_0000 : b <= 3'b100;
            8'b0010_0000 : b <= 3'b101;
            8'b0100_0000 : b <= 3'b110;
            8'b1000_0000 : b <= 3'b111; 
            default      : b <= 3'b000;
        endcase 
    end

endmodule

這是一個 8 線 ? 3 線普通編碼器，基于查找表 LUT（Look Up Table）的方式實現(xiàn)的一個電路，其 RTL 電路圖如下所示：

普通編碼器的 RTL 電路圖

優(yōu)先編碼器其實就是允許同時在幾個輸入端有輸入信號，編碼器按輸入信號排定的優(yōu)先順序，只對同時輸入的幾個信號中優(yōu)先權(quán)最高的一個進(jìn)行編碼，即已經(jīng)排好了隊，從高位向低位遞減。比如，8 線 - 3 線優(yōu)先編碼器的輸入有 “0、1、2、3、4、5、6、7” 八位輸入，而輸出只有 “Y0、Y1、Y2” 三位輸出，在這里，就是當(dāng) “7” 為 “1” 的時候，即 “7” 為有效值的時候，無論 “0” 到 “6” 之間為何值，都只對 “7” 進(jìn)行編碼，高位優(yōu)先判斷是否有效，以此類推。

二、優(yōu)先編碼器的 Verilog 代碼實現(xiàn)和 RTL 電路實現(xiàn)

module Encoders(
    input wire [7:0] d, // 輸入信號_未編碼
    output reg [2:0] b = 3'b000 // 輸出信號_已編碼
    );  

    always @ ( d ) begin 
        casex ( d )
            8'b0000_0001 : b <= 3'b000;
            8'b0000_001x : b <= 3'b001;
            8'b0000_01xx : b <= 3'b010;
            8'b0000_1xxx : b <= 3'b011;
            8'b0001_xxxx : b <= 3'b100;
            8'b001x_xxxx : b <= 3'b101;
            8'b01xx_xxxx : b <= 3'b110;
            8'b1xxx_xxxx : b <= 3'b111; 
            default      : b <= 3'bxxx;
        endcase 
    end

endmodule

這是一個 8 線 ? 3 線優(yōu)先編碼器，基于查找表 LUT（Look Up Table）的方式實現(xiàn)的一個電路，其 RTL 電路圖如下所示：

優(yōu)先編碼器的 RTL 電路圖

附加說明，其實，Verilog 中的 if - else 語句便隱含了優(yōu)先特性，可以進(jìn)行優(yōu)先編碼器的設(shè)計。中級及以上的 FPGA 玩家應(yīng)該能懂的。

總結(jié)

編碼器是非常重要的一個數(shù)字電路組合邏輯模塊，不僅可以大大減少傳輸數(shù)據(jù)的信號線的數(shù)量，還是密碼學(xué)的一部分，基于某種協(xié)議的編碼能夠讓雙方之間的通訊較為安全。