多路选择器

一.多路选择器原理

1.1 二选一多路选择器原理

• 因为两个输入端，sel位宽取1位（即0/1即可表示选择的是in_a还是in_b）我们可以设sel=0时，out=in_a；sel=1时，out=in_b。
  

1.2 二选一多路选择器真值表

in_a	in_b	sel	out
0	0	0	0
0	1	0	0
1	0	0	1
1	1	0	1
0	0	1	0
0	1	1	1
1	0	1	0
1	1	1	1

1.3 四选一多路选择器原理

• 同二选一多路选择器原理一样，只不过变成了四个输入，那么就需要用两位宽的sel（00,01,10,11）分别表示选择输出out等于a,b,c,d的哪一个

二.主要代码及编译

2.1 以四选一多路选择器为例

module MUX4_1 (
    input       in_a,
    input       in_b,
    input       in_c,
    input       in_d,
    input [1:0] sel,
    
    output      out
);
    reg out_r;

always @(*) begin
    case (sel)
        2'b00:out_r = in_a;
        2'b01:out_r = in_b;
        2'b10:out_r = in_c;
        2'b11:out_r = in_d; 
        default: ;
    endcase
end

assign out = out_r;
endmodule

2.2 代码分析

1. 四个输入信号，一个输入的选择信号，一个输出信号。选择信号需要两位位宽足够选择四个输入信号。

2. 使用组合逻辑电路，always语句中需使用reg类型，所以先定义一个reg类型的out_r在always语句中使用，最后再用assign out = out_r实现同步。

3. 组合逻辑中要用阻塞赋值“ = ”

4. case语句中default在无其他情况下可以不写，但是“ ; ”是一定要写的，容易在这个地方出现错误。

2.3 编译

• Quartus上面的菜单栏中，如图中框1是全编译，如图中框2为分析综合。仅分析综合可以实现语法检错，并且比全编译要更快一些。
  

• 如上图所示即为全编译通过

2.4 原理图

• Quartus中点击Tools->Netlist Viewers->RTL viewer可以查看原理图
  

四.仿真及仿真效果

4.1 仿真代码

• 此处由于赋值的种类太多了，我只列举了其中几种。

`timescale 1ns/1ns
module tb_MUX4_1 ();
    
//激励信号
reg tb_in_a;
reg tb_in_b;
reg tb_in_c;
reg tb_in_d;
reg [1:0] tb_sel;

//输出信号
wire out;

//模块例化
MUX4_1 u_MUX4_1(
.in_a   (tb_in_a),
.in_b   (tb_in_b),
.in_c   (tb_in_c),
.in_d   (tb_in_d),
.sel    (tb_sel),

.out(out)
);

initial begin
    tb_in_a = 0;
    tb_in_b = 0;
    tb_in_c = 0;
    tb_in_d = 0;
    tb_sel = 2'b01;
    #20;
    tb_in_a = 0;
    tb_in_b = 0;
    tb_in_c = 1;
    tb_in_d = 0;
    tb_sel = 2'b10;
    #20; 
    tb_in_a = 0;
    tb_in_b = 1;
    tb_in_c = 1;
    tb_in_d = 0;
    tb_sel = 2'b00;
    #20;
    tb_in_a = 1;
    tb_in_b = 0;
    tb_in_c = 1;
    tb_in_d = 0;
    tb_sel = 2'b00;
    #20;
end
endmodule

4.2 仿真过程

• 将仿真文件添加进建立的工程中
  

• setting中添加仿真文件
  

• 点击菜单栏中Tools->Run Simulation Tools->RTL Simulation
  

4.3 波形及有关操作

• 打开波形后点击左上方的图标即可显示波形
  

• 观测例化模块波形按下图操作
  

• 回到wave界面对波形crtl+A，再ctrl+G可以对信号进行分类。再点击Restart和Run all，即可得到最终的信号波形