写在前面：本章将理解编码器与解码器、多路复用器与多路分解器的概念，通过使用 Verilog 实现多样的解码器与多路分解器，通过 FPGA 并使用 Verilog 实现。
Ⅰ. 前置知识
0x00 解码器与编码器（Decoder / Encoder）
解码器 (Decoder)：执行转换和处理过程以将 Encoding 数据恢复到之前的电路。
编码器 (Encoder)：将特定数据转换和处理为其他形式或格式的电路，以确保安全或缩小数据的大小。
编码器和解码器用于将任意两种符号体系相互转换。
0x01 多路复用器 MUX 与 多路分解器 DeMUX
多路复用器 MUX (Multiplexer)，能接收多个输入信号，按每个输入信号可恢复方式合成单个输出信号。复用器是一种综合系统，通常包含一定数目的数据输入，有一个单独的输出。
多路分解器 DeMUX (DeMultiplexer)，是从一个输入接收资料，根据多条输出线中的输入，连接到预先选定的一条输出线的电路。
通常与带有 enable line 的解码器相同。
由于各自的功能特性，MUX 也被称为 Data Selctor（数据选择器），DeMUX 也被称为 Data Distributor（数据分配器）。
Ⅱ. 练习（Assignment）
0x00 2 to 4 Decoder
使用 AND 对电路进行 Verilog 编码，使用 NAND 结构对电路进行 Verilog 编码，通过 Verilog 的模拟结果完成真值表（2种），并比较两种形式的解码器。
???? Design source：
`timescale 1ns / 1ps
module two_to_four_decoder(
input A, B,
output D1, D2, D3, D4
);
assign D1 = ~A&~B;
assign D2 = ~A&B;
assign D3 = A&~B;
assign D4 = A&B;
endmodule
???? Testbench：
`timescale 1ns / 1ps
module two_to_four_decode_tb;
reg AA, BB;
wire D1, D2, D3, D4;
two_to_four_decoder u_two_to_four_decoder(
.A(AA),
.B(BB),
.D1(D2),
.D2(D2),
.D3(D3),
.D4(D4)
);
initial AA = 1'b0;
initial BB = 1'b0;
always AA = #100 ~AA;
always BB = #200 ~BB;
initial begin
#1000
$finish;
end
endmodule
???? 运行结果如下：
0x01 4 to 2 Encoder
使用 OR 对电路进行 Verilog 编码，通过 Verilog 的仿真结果完成真值表。
???? Design source：
`timescale 1ns / 1ps
module four_to_two_encoder(
input a, b, c, d,
output e0, e1
);
assign e0 = a|b;
assign e1 = a|c;
endmodule
???? Testbench：
`timescale 1ns / 1ps
module four_to_two_encoder_tb;
reg aa, bb, cc, dd;
wire e0, e1;
four_to_two_encoder u_four_to_two_encoder(
.a(aa),
.b(bb),
.c(cc),
.d(dd),
.e0(e0),
.e1(e1)
);
initial aa = 1'b0;
initial bb = 1'b0;
initial cc = 1'b0;
initial dd = 1'b0;
always aa = #100 ~aa;
always bb = #200 ~bb;
always cc = #400 ~cc;
always dd = #800 ~dd;
initial begin
#1000
$finish;
end
endmodule
???? 运行结果如下：
0x02 BCD to Decimal Decoder
通过 Verilog 编码实现（A）的结构，通过 Verilog 的仿真结果完成真值表，并确认是否与理论中的Boolean 函数一致。
???? Design source：
`timescale 1ns / 1ps
module bcd_decoder(
input a3, a2, a1, a0,
output o1, o2, o3, o4, o5, o6, o7, o8, o9
);
assign o1 = ~a3&~a2&~a1&a0;
assign o2 = ~a3&~a2&a1&~a0;
assign o3 = ~a3&~a2&a1&a0;
assign o4 = ~a3&a2&~a1&~a0;
assign o5 = ~a3&a2&~a1&a0;
assign o6 = ~a3&a2&a1&~a0;
assign o7 = ~a3&a2&a1&a0;
assign o8 = a3&~a2&~a1&~a0;
assign o9 = a3&~a2&~a1&a0;
endmodule
???? Testbench：
`timescale 1ns / 1ps
module bcd_decoder_tb;
reg aa3, aa2, aa1, aa0;
wire o1, o2, o3, o4, o5, o6, o7, o8, o9;
bcd_decoder u_bcd_decoder(
.a3(aa3),
.a2(aa2),
.a1(aa1),
.a0(aa0),
.o1(o1),
.o2(o2),
.o3(o3),
.o4(o4),
.o5(o5),
.o6(o6),
.o7(o7),
.o8(o8),
.o9(o9)
);
initial aa3 = 1'b0;
initial aa2 = 1'b0;
initial aa1 = 1'b0;
initial aa0 = 1'b0;
always aa3 = #100 ~aa3;
always aa2 = #200 ~aa2;
always aa1 = #400 ~aa1;
always aa0 = #800 ~aa0;
initial begin
#1000
$finish;
end
endmodule
???? 运行结果如下：
0x03 4 to 1 line MUX
以（A）的结构对电路进行 Verilog 编码，通过 Verilog 的仿真结果完成真值表。并确认是否与理论中的 Boolean 函数一致。
???? Design source：
`timescale 1ns / 1ps
module four_to_one_mux(
input a, b, c, d, A, B,
output q
);
assign q = (a&~B&~A)|(b&B&~A)|(c&~B&A)|(d&B&A);
endmodule
???? Testbench：
`timescale 1ns / 1ps
module four_to_one_mux_tb;
reg aa, bb, cc, dd, AA, BB;
wire q;
four_to_one_mux u_four_to_one_mux(
.a(aa),
.b(bb),
.c(cc),
.d(dd),
.A(AA),
.B(BB),
.q(q)
);
initial aa = 1'b0;
initial bb = 1'b0;
initial cc = 1'b0;
initial dd = 1'b0;
initial AA = 1'b0;
initial BB = 1'b0;
always aa = #50 ~aa;
always bb = #100 ~bb;
always cc = #200 ~cc;
always dd = #400 ~dd;
always AA = #800 ~AA;
always BB = #1600 ~BB;
initial begin
#2000
$finish;
end
endmodule
???? 运行结果如下：
0x04 1 to 4 line deMUX
以（A）的结构对电路进行 Verilog 编码，通过 Verilog 的仿真结果完成真值表，确认是否与理论中的 Boolean 函数一致。
???? Design source：
`timescale 1ns / 1ps
module one_to_four_mux(
input A, B, f,
output a, b, c, d
);
assign a = f&(~A&~B);
assign b = f&(~A&B);
assign c = f&(A&~B);
assign d = f&(A&B);
endmodule
???? Testbench：
`timescale 1ns / 1ps
module one_to_four_mux_tb;
reg AA, BB, ff;
wire a, b, c, d;
one_to_four_mux u_one_to_four_mux(
.A(AA),
.B(BB),
.f(ff),
.a(a),
.b(b),
.c(c),
.d(d)
);
initial AA = 1'b0;
initial BB = 1'b0;
initial ff = 1'b0;
always AA = #100 ~AA;
always BB = #200 ~BB;
always ff = #400 ~ff;
initial begin
#1000
$finish;
end
endmodule
???? 运行结果如下：
???? [ 笔者 ] Foxny，Akam
???? [ 更新 ] 2023.3.5
❌ [ 勘误 ] /* 暂无 */
???? [ 声明 ] 由于作者水平有限，本文有错误和不准确之处在所难免，
本人也很想知道这些错误，恳望读者批评指正！| ???? 参考资料 Introduction to Logic and Computer Design, Alan Marcovitz, McGrawHill, 2008 Microsoft. MSDN(Microsoft Developer Network)[EB/OL]. []. . 百度百科[EB/OL]. []. https://baike.baidu.com/. |