FPGA组合逻辑相关设计

1、FPGA组合逻辑相关设计4.1 简单的触发器设计o 定义：能够存储一位二进制量信息的基本单元电路通常称为触发器。o 特点：n为了记忆一位二值量信息，触发器应有两个能自行保持的稳定状态，分别用来表示逻辑0和1，或二进制的0和1。n在适当输入信号作用下，触发器可从一种稳定状态翻转为另一种稳定状态；并且在输入信号消失后，能保持翻转后的状态。4.1.1 RS触发器设计o 基本基本RS触发器触发器QQSR两互补输出端两互补输出端两输入端两输入端与非门基本RS触发器的真值表SRQ输入输入输出输出功能说明功能说明00不定不定不定不定禁止禁止1010置置10101置置011保持保持保持保持保持保持Q4.1.2

2、 RS触发器设计o同步同步RS触发器触发器 基本RS触发器的特点是直接受触发脉冲控制，只要置0或置1信号一出现，输出状态即随之发生翻转，或仍处于原状态。但在实际中往往要求触发器状态的翻转受统一的时钟脉冲控制，这个时钟脉冲也称同步信号（clock pulse，简称CP）。 同步RS触发器的逻辑图CDCPABQQSR给触发器加一个时给触发器加一个时钟控制端钟控制端CP，只有，只有在在CP端上出现时钟端上出现时钟脉冲时，触发器的脉冲时，触发器的状态才能变化。这状态才能变化。这种触发器称为同步种触发器称为同步触发器。触发器。同步RS触发器的真值表CP0时，触发器保持原来状态不变。CP1时，工作情况与基

3、本RS触发器相同。4.2.2 D触发器设计 G3 G4 G1 G2 S R D G1 G2 CP Q Q (a) D触发器的构成 1 D Q Q CP & & Q Q (b) D触发器的简化电路 S R & & & & & & 在在RS触发器的基础上，触发器的基础上，增加一个与非门，使信增加一个与非门，使信号号D从从S端输入，端输入，D经非经非门后从门后从R端输入，即可构端输入，即可构成同步式成同步式D触发器。触发器。D触触发器是最常用的触发器，发器是最常用的触发器，其他时序电路（包括其其他时序电路（包括其他触发器）都可以由他触发

4、器）都可以由D触触发器外加一部分组合逻发器外加一部分组合逻辑电路转换而来。辑电路转换而来。基本D触发器的真值表CPD说明00XX0101状态不变11000100置011110111置1nQ1nQD触发器在CP高电平作用时，触发器的 随D的状态而定。1nQ 74系列数字电路设计n 译码器是组合电路的一部分，数字系统处理和加工的信号都是由代码组成的，译码器的功能就是把代码的特定含义“翻译”出来，将其转变为对应的控制信号。n 74LS138是一款3-8二进制译码器，它具有3个输入端、3个控制端及8个输出端。74系列数字电路设计n 由74LS138译码器的逻辑图可以看出，只有当控制端 为“1、0、0”

5、时，才会在输出的某一端（由输入端A0、A1、A2的状态决定）输出低电平信号，其余的输出端仍为高电平。n 下表列出了74LS138的真值表。321SSS、74LS138真值表74系列数字电路设计n 无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到74LS138的八个输出引脚，任何时刻要么全为高电平1芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出引脚全为高电平1。如果出现两个输出引脚同时为0的情况，说明该芯片已经损坏。4.4 乘法器设计n 两个N位二进制数的乘积用X和A= 表示，按“手工计算”的方法给出公式如下。 下面的例子就是采用了这种“手工计算”方法来进行两个8位整数相乘102Nkkka102*

6、NkkkXaKAP乘法器流程4.5 除法器设计除法器设计n 定点原码移位除法是将除数放入R2，被除数放入R1，R0放余数。其实现过程如图：n 以7除以2为例，其过程如下表。循环步 骤余数商（R0R1）0初始值0000 01111.左移，商00000 111012.减去00101110 11103.加0010，商00000 11104.左移1位0001 110022.减去00101111 11003.加0010，商00001 11004.左移1位0011 100032.减去00100001 10003.商10001 10004.左移1位0011 000142.减去00100001 00013.商10001 00014.左移1位0010 00115.R0右移0001 0011除法器的外部接口BS：4位数据输入，被除数CS：4位数据输入，除数S：4位数据输出，商R：4位数据输出，余数Signal：