南京邮电大学电工电子（数电）实验报告——二进制全加器 & 数据选择器 & 集成触发器

一、设计二进制全加器

（1）实验目的

1、掌握常用译码器的工作原理与逻辑功能。
2、了解动态扫描显示电路的工作原理与优缺点。
3、掌握十进制数字动态显示电路的设计方法。

（2）设计原理或设计过程

（3）实验电路图

（4）RTL代码设计（加分项）

• RTL代码

module full_adder(
	input wire in1,
	input wire in2,
	input wire cin,
	
	output wire cout,
	output wire sum
);

	wire sum0;
	wire cout0;
	wire cout1;
	
	assign {cout0,sum0}=in1+in2;
	
	assign {cout1,sum}=cin+sum0;
	
	assign cout=cout0 | cout1;

endmodule 
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• 仿真测试模块代码
  三个输入端产生0到1的随机数。

`timescale 1ns/1ns

module full_adder_tb;

	reg in1;
	reg in2;
	reg cin;
	
	wire cout;
	wire sum;
	
	
	full_adder full_adder(
		.in1(in1),
		.in2(in2),
		.cin(cin),
		
		.cout(cout),
		.sum(sum)
	);
	
	initial begin
		in1=0;
		in2=0;
		cin=0;
	end
	
	always #10 in1<={$random}%2;
	always #10 in2<={$random}%2;
	always #10 cin<={$random}%2;
	
	initial begin
		$timeformat(-9,0,"ns",6);
		$monitor("@time %t: in1=%d in2=%d cin=%d cout=%d sum=%d",$time,in1,in2,cin,cout,sum);
	end
endmodule 
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• 仿真波形图
  

（5）ISE原理图输入的实验数据分析和实验结果

二、数据选择器及应用

（1）实验目的

1、熟悉中规模集成电路数据选择器的工作原理与逻辑功能。
2、掌握数据选择器的应用。

（2）实验原理或设计过程

1.用数据选择器M8_1E实现函数F=（m0,m4,m5.m8.m12,m14）
用M8_1E，画出F的卡诺图，降一维，实现电路。

（3）实验电路图

（4）RTL代码设计（加分项）

• RTL代码

module mux(
	input wire A,
	input wire B,
	input wire C,
	input wire D,
	
	output reg F
);

	always @(*)
		case({C,B,A})
			3'd0,3'd4,3'd6,3'd7 	: F = ~D;
			3'd1,3'd3,3'd5			: F = 1'b0;
			3'd2 						: F = 1'b1;
		endcase

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• 仿真测试模块代码

`timescale 1ns/1ns

module mux_tb;

	reg A;
	reg B;
	reg C;
	reg D;
	
	wire F;

	mux mux_inst(
		.A(A),
		.B(B),
		.C(C),
		.D(D),
		
		.F(F)
	);

	initial begin
		A=1'b0;
		B=1'b0;
		C=1'b0;
		D=1'b0;
	end
	
	always #10 A <= {$random}%2;
	always #10 B <= {$random}%2;
	always #10 C <= {$random}%2;
	always #10 D <= {$random}%2;

endmodule 
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• 仿真波形图
  

（5）ISE原理图输入的实验数据分析和实验结果

三、集成触发器及应用

（1）实验目的

1、掌握集成触发器的逻辑功能。
2、熟悉用触发器构成计数器的设计方法。
3、掌握集成触发器的基本应用。

（2）实验原理或设计过程

设计一个3bit可控延时电路，该电路有一个输入信号CP，一个串行输入信号F1，一个串行输出信号F2，F1和F2与CP同步，另有两个控制信号K1和K2。对该电路的逻辑功能要求：（1）当K1K2=00，F1和F2没有延时；（2）当K１K２＝０1时，延时一个时钟周期；（３）当K1K2=10，延时两个时钟周期；（4）当K1K2=11，延时三个时钟周期。
①串行输入信号F1：可用2位二进制计数器的Tc输出端。
②3bit延时电路：运用D触发器实现，将F1置于触发器D端，在后续CP作用下，触发器Q端输出即为延迟一个时钟周期的F２，将３个D触发器级联，可实现３ｂｉｔ延时。
③控制电路：利用四选一数据选择器在开关控制下依次选择F１，Q１，Q２，Q３到数据选择器的输出端即可。

（3）实验电路图

（4）RTL代码设计（加分项）

• RTL代码

module bit_3(
	input wire clk,
	input wire [1:0]K,
	input wire clr,
	
	output reg F1,
	output reg F2
);

	reg Q1;
	reg Q2;
	reg Q3;
	reg clk_4;
	reg [1:0]cnt;
	
	always @(posedge clk or negedge clr)
	if(!clr)
		cnt <= 1'b0;
	else if(cnt == 2'd3)
		cnt <= 1'b0;
	else 
		cnt <= cnt + 1'b1;
		
	always @(posedge clk or negedge clr)
	if(!clr)
		clk_4 <= 1'b0;
	else if(cnt == 2'd2)
		clk_4 <= ~clk_4;
	
	always @(posedge clk_4 or negedge clr)
	if(!clr)
		F1 <= 1'b0;
	else
		F1 <= ~F1;
		
	always @(posedge clk or negedge clr)
	if(!clr) begin
		Q1 <= 1'b0;
		Q2 <= 1'b0;
		Q3 <= 1'b0;
	end
	else begin
		Q1 <= F1;
		Q2 <= Q1;
		Q3 <= Q2;
	end
	
	always @(*)
	if(!clr)
		F2 <= 1'b0;
	else begin
		case(K)
			2'b00 : F2 = F1;
			2'b01 : F2 = Q1;
			2'b10 : F2 = Q2;
			2'b11 : F2 = Q3;
		endcase
	end

endmodule 
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• 仿真测试模块代码

`timescale 1ns/1ns
`define clk_period 20

module bit_3_tb;

	reg clk;
	reg [1:0]K;
	reg clr;
	
	wire F1;
	wire F2;

	 bit_3 bit_3_inst(
		.clk(clk),
		.K(K),
		.clr(clr),
		
		.F1(F1),
		.F2(F2)
	);
	
	initial begin
		clr = 1'b0;
		K = 1'b0;
		#20;
		clr = 1'b1;
		K = 2'b00;
		#(`clk_period*50);
		K = 2'b01;
		#(`clk_period*50);
		K = 2'b10;
		#(`clk_period*50);
		K = 2'b11;
		#(`clk_period*50);
	end
	
	initial clk = 1'b1;
	always #(`clk_period/2) clk = ~clk;
	
endmodule 
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• 仿真波形图
  K=00
  
  K=01
  
  K=10
  
  K=11
  

（5）ISE原理图输入的实验数据分析和实验结果