EGO1—使用8选1数据选择器实现四输入逻辑函数 f=∑wxyz(1,3,6,7,11,13,14)

数字设计 FPGA 应用，第三章组合逻辑设计和 VIVADO 进阶，课程设计性质的作业题2

第二题：再建一个工程，调用该 IP 核实现 4 输入逻辑函数f=∑wxyz（1,3,6,7,11,13,14）。对该工程进行仿真测试（必须）

使用软件： Vivado
开发板： EGO1采用Xilinx Artix-7系列XC7A35T-1CSG324C FPGA

第一题及生成的IP核见链接：
第一题：实现8选1的数据选择器74HC151

问题分析

74HC151及其功能表如下图所示：

1. 当EN_L=0时，74HC151的输出逻辑表达式可以写为：
   Y=(C’B’A’) · D₀+(C’B’A)· D₁+(C’BA’)· D₂+(C’BA)· D₃+(CB’A’)· D₄+(CB’A)· D₅+(CBA’)· D₆+(CBA)· D₇
2. 将给定的逻辑函数 f=∑wxyz(1,3,6,7,11,13,14)写为：
   f=w’x’y’z+w’x’yz+w’xyz’+w’xyz+wx’yz+wxy’z+wxyz’
   3.逻辑函数式对应1中的逻辑表达式写成如下格式：
   f=(w’x’y’)· z+(w’x’y)· z+(w’xy’)· 0+(w’xy)· (z+z’)+(wx’y’)· 0+(wx’y)· z+(wxy’)· z+(wxy1)· z’

Y与f式相对应即可得出74HC151的输入：
令 C=w、B=x、A=y、D₀=z、D₁=z、D₂=0、D₃=1、D₄=0、D₅=z、D₆=z、D₇=z’

如下图所示：

代码实现

1. Verilog代码

`timescale 1ns / 1ps
//
// Create Date: 2022/09/16 12:42:49
// Design Name: 
// Module Name: f_74hc151_ip
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//

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module f_74hc151_ip(w,x,y,z,f);
input w,x,y,z;
output f;
wire Y;
wire Y_;
wire[7:0] D;
// D = {D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0};
assign D[0]=z,D[1]=z,D[2]=0,D[3]=1,D[4]=0,D[5]=z,D[6]=z,D[7]=~z;
//运行出错：assign D = {~z,z,z,0,1,0,z,z};
assign f=Y;
v_74hc151_0 uut(
.E_(0),
.S({w,x,y}),
.D(D),
.Y(Y),
.Y_(Y_)
);
endmodule

2. 仿真文件

`timescale 1ns / 1ps
//
// Create Date: 2022/09/16 12:58:16
// Design Name: 
// Module Name: sim_74hc151_ip
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//

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module sim_74hc151_ip(

    );
reg a,b,c,d;
wire f;
f_74hc151_ip tt(a,b,c,d,f);
initial begin
    a=0;b=0;c=0;d=0;
end
always #10 {a,b,c,d} = {a,b,c,d}+1;

endmodule

仿真结果：

3. 约束文件

## Switch
set_property PACKAGE_PIN P5 [get_ports w]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports w]
set_property PACKAGE_PIN P4 [get_ports x]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports x]
set_property PACKAGE_PIN P3 [get_ports y]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports y]
set_property PACKAGE_PIN P2 [get_ports z]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports z]
## LED
set_property PACKAGE_PIN F6 [get_ports f]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports f]

4. 运行结果
   下图展示了wxyz=0110(=6)时的结果，LED灯 F6点亮，一般仿真正确则运行也会正确，其他情况显示与仿真结果一致。