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文档简介
1、电 子 科 技 大 学UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA数字逻辑设计实验报告实验题目: 4B5B编码器 学生姓名: 指导老师: 一、实验内容4B/5B编码是百兆以太网中线路层编码类型之一,该试验需要实现用5bit的二进制数来表示4bit二进制数。二、实验要求1、功能性要求: 能够实现4B5B编码,即输入4bit数据时能输出正确的5bit编码结果。2、算法要求: 利用卡诺图对编码真值表进行化简,得出其逻辑表达式,并基于此进行硬件设计。3、设计性要求:使用代码及原理图两种设计方式来进行设计。采用基本门结构化描述。能够编写
2、Test Bench文件,并利用Modelsim进行仿真。三、实验原理及设计思路1、实验原理:在IEEE 802.9a等时以太网标准中的4B:5B编码方案,因其效率高和容易实现而被采用。这种编码的特点是将欲发送的数据流每4bit作为一个组,然后按照4B/5B编码规则将其转换成相应5bit码。5bit码共有32种组合,但只采用其中的16种对应4bit码的16种,其他的16种或者未用或者用作控制码,以表示帧的开始和结束、光纤线路的状态(静止、空闲、暂停)等。4B5B编码表如下:2、 设计思路:(1) 整体思路: 对已知的编码真值表,首先利用卡诺图对其进行化简,得出其逻辑表达式,再用基本门结构将其实
3、现。(2) 卡诺图与表达式: 设输入的4位编码为:ABCD,输出的5位编码为:VWXYZ,则分别画出其卡诺图并得出表达式如下:1.V:V=A+BD+BC2.W:W=B+AC3.X:X=C+ABD4.Y:Y=AB+AB+CD+AC5.Z:Z=D(3) 基本门结构设计: 由上述表达式可见,用到的基本门有:非门、2输入与门、3输入与门、2输入或门、3输入或门、4输入或门,用not、and、or将其一一表示出即可。四、程序设计1、顶层模块:library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;entity main is Port ( a : in STD_LOGIC; b
4、 : in STD_LOGIC; c : in STD_LOGIC; d : in STD_LOGIC; v : out STD_LOGIC; w : out STD_LOGIC; x : out STD_LOGIC; y : out STD_LOGIC; z : out STD_LOGIC);end main;architecture Behavioral of main isCOMPONENT notiPORT(i : IN std_logic; o : OUT std_logic);END COMPONENT;COMPONENT and2iPORT(i1 : IN std_logic;i
5、2 : IN std_logic; o : OUT std_logic);END COMPONENT; COMPONENT and3iPORT(i1 : IN std_logic;i2 : IN std_logic;i3 : IN std_logic; o : OUT std_logic);END COMPONENT;COMPONENT or2iPORT(i1 : IN std_logic;i2 : IN std_logic; o : OUT std_logic);END COMPONENT;COMPONENT or3iPORT(i1 : IN std_logic;i2 : IN std_lo
6、gic;i3 : IN std_logic; o : OUT std_logic);END COMPONENT;COMPONENT or4iPORT(i1 : IN std_logic;i2 : IN std_logic;i3 : IN std_logic;i4 : IN std_logic; o : OUT std_logic);END COMPONENT;signal nota,notb,notc,notd,v1,v2,v3,w1,w2,x1,x2,y1,y2,y3,y4,vv,ww,xx,yy,zz : std_logic;begin-not-Inst_noti_nota: noti P
7、ORT MAP(i => a,o => nota);Inst_noti_notb: noti PORT MAP(i => b,o => notb);Inst_noti_notc: noti PORT MAP(i => c,o => notc);Inst_noti_notd: noti PORT MAP(i => d,o => notd);-v-v1<=a;Inst_and2i_v2: and2i PORT MAP(i1 => notb,i2 => notd,o => v2 );Inst_and2i_v3: and2i PO
8、RT MAP(i1 => notb,i2 => c,o => v3 );Inst_or3i_vv: or3i PORT MAP(i1 => v1,i2 => v2,i3 => v3,o => vv);-w-w1<=b;Inst_and2i_w2: and2i PORT MAP(i1 => nota,i2 => notc,o => w2 );Inst_or2i_ww: or2i PORT MAP(i1 => w1,i2 => w2,o => ww);-x-x1<=c;Inst_and3i_x2: and3i
9、 PORT MAP(i1 => nota,i2 => notb,i3 => notd,o => x2);Inst_or2i_xx: or2i PORT MAP(i1 => x1,i2 => x2,o => xx);-y-Inst_and2i_y1: and2i PORT MAP(i1 => nota,i2 => b,o => y1);Inst_and2i_y2: and2i PORT MAP(i1 => a,i2 => notb,o => y2);Inst_and2i_y3: and2i PORT MAP(i1 =&
10、gt; notc,i2 => notd,o => y3);Inst_and2i_y4: and2i PORT MAP(i1 => a,i2 => notc,o => y4);Inst_or4i_yy: or4i PORT MAP(i1 => y1,i2 => y2,i3 => y3,i4 => y4,o => yy);-z-zz<=d;-not-Inst_noti_v: noti PORT MAP(i => vv,o => v);Inst_noti_w: noti PORT MAP(i => ww,o =>
11、; w);Inst_noti_x: noti PORT MAP(i => xx,o => x);Inst_noti_y: noti PORT MAP(i => yy,o => y);Inst_noti_z: noti PORT MAP(i => zz,o => z);end Behavioral;2、非门:entity noti is Port ( i : in STD_LOGIC; o : out STD_LOGIC);end noti;architecture Behavioral of noti isbegino <= not i;end Beh
12、avioral;3、2输入与门:entity and2i is Port ( i1 : in STD_LOGIC; i2 : in STD_LOGIC; o : out STD_LOGIC);end and2i;architecture Behavioral of and2i isbegino <= i1 and i2;end Behavioral;4、3输入与门:entity and3i is Port ( i1 : in STD_LOGIC; i2 : in STD_LOGIC; i3 : in STD_LOGIC; o : out STD_LOGIC);end and3i;arch
13、itecture Behavioral of and3i isbegino<=i1 and i2 and i3;end Behavioral;5、2输入或门:entity or2i is Port ( i1 : in STD_LOGIC; i2 : in STD_LOGIC; o : out STD_LOGIC);end or2i;architecture Behavioral of or2i isbegino<=i1 or i2;end Behavioral;6、3输入或门:entity or3i is Port ( i1 : in STD_LOGIC; i2 : in STD_
14、LOGIC; i3 : in STD_LOGIC; o : out STD_LOGIC);end or3i;architecture Behavioral of or3i isbegino <= i1 or i2 or i3;end Behavioral;7、4输入或门:entity or4i is Port ( i1 : in STD_LOGIC; i2 : in STD_LOGIC; i3 : in STD_LOGIC; i4 : in STD_LOGIC; o : out STD_LOGIC);end or4i;architecture Behavioral of or4i isb
15、egino<=i1 or i2 or i3 or i4;end Behavioral;5、 仿真与硬件调试1、仿真:(1)顶层仿真:1.仿真文件:LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.ALL;ENTITY test1 ISEND test1; ARCHITECTURE behavior OF test1 IS - Component Declaration for the Unit Under Test (UUT) COMPONENT main PORT( a : IN std_logic; b : IN std_logic; c : IN std_l
16、ogic; d : IN std_logic; v : OUT std_logic; w : OUT std_logic; x : OUT std_logic; y : OUT std_logic; z : OUT std_logic ); END COMPONENT; -Inputs signal a : std_logic := '0' signal b : std_logic := '0' signal c : std_logic := '0' signal d : std_logic := '0' -Outputs sig
17、nal v : std_logic; signal w : std_logic; signal x : std_logic; signal y : std_logic; signal z : std_logic; - No clocks detected in port list. Replace <clock> below with - appropriate port name BEGIN - Instantiate the Unit Under Test (UUT) uut: main PORT MAP ( a => a, b => b, c => c, d
18、 => d, v => v, w => w, x => x, y => y, z => z ); - Stimulus process stim_proc: process begina<='0'b<='0'c<='0'd<='0' wait for 100 ns; a<='0'b<='0'c<='0'd<='1' wait for 100 ns; a<='0'b
19、<='0'c<='1'd<='0' wait for 100 ns; a<='0'b<='0'c<='1'd<='1' wait for 100 ns; a<='0'b<='1'c<='0'd<='0' wait for 100 ns; a<='0'b<='1'c<='0'd<=
20、9;1' wait for 100 ns; a<='0'b<='1'c<='1'd<='0' wait for 100 ns; a<='0'b<='1'c<='1'd<='1' wait for 100 ns; a<='1'b<='0'c<='0'd<='0' wait for 100 ns; a<='1'
21、;b<='0'c<='0'd<='1' wait for 100 ns; a<='1'b<='0'c<='1'd<='0' wait for 100 ns; a<='1'b<='0'c<='1'd<='1' wait for 100 ns; a<='1'b<='1'c<='0'd<='0' wait for 100 ns; a<='1'b<='1'c<='0'd<='1' wait for 100 ns; a<='1'b<='1'c<='
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