HDLBits第九章练习及答案

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HDLBits第九章练习及答案

2023-12-02 09:33| 来源: 网络整理| 查看: 265

卡诺图到电路 1、三变量2、四变量13、四变量24、四变量35、最小SOP式和POS式6、卡诺图17、卡诺图28、用多路选择器实现卡诺图

1、三变量

实现下面卡诺图所描述的电路。 在这里插入图片描述 代码实现:

module top_module( input a, input b, input c, output out ); assign out = a | ((~a) & c) | ((~a) & b); endmodule

验证结果: 在这里插入图片描述

2、四变量1

实现下面卡诺图所描述的电路。 在这里插入图片描述 代码实现:

module top_module( input a, input b, input c, input d, output out ); assign out = ((~b)&(~c)) | ((~a)&(~d)) | (b&c&d) | (a&c&d) ; endmodule

验证结果: 在这里插入图片描述

3、四变量2

实现下面卡诺图描述的电路。 在这里插入图片描述 注:d可以根据化简需求自己制定为0或是1。

代码实现:

module top_module( input a, input b, input c, input d, output out ); assign out = a | (a&c) | ((~b)&c); endmodule

验证结果: 在这里插入图片描述

4、四变量3

实现下面卡诺图描述的电路。 在这里插入图片描述 代码实现:

module top_module( input a, input b, input c, input d, output out ); assign out = ((~a)&b&(~c)&(~d)) | (a&(~b)&(~c)&(~d)) | ((~a)&(~b)&(~c)&d) | (a&b&(~c)&d) | (a&(~b)&c&d) | ((~a)&b&c&d) | ((~a)&(~b)&c&(~d)) | (a&b&c&(~d)); endmodule

验证结果: 在这里插入图片描述

5、最小SOP式和POS式

真值表:

真值表是表征逻辑事件输入和输出之间全部可能状态的表格。以1表示真,0表示假。

从真值表到标准式

SOP标准式:找出真值表中所有输出为1的表项,按照输入的情况,为1用变量表示,为0则用反变量表示,得出若干乘积项,然后求和。

POS标准式:找出真值表中所有输出为0的表项,按照输入的情况,为1用反变量表示,为0则用原变量表示,得出若干求和项,然后求积。

举例说明

有如下真值表

ABCD00000010010001111001101011011111

若针对所有F=1的表项,可轻松写出SOP标准式如下:

F=ABC+ABC+ABC+ABC

若针对所有F=0的表项,可轻松写出POS标准式如下:

F=(A+B+C)(A+B+C)(A+B+C)(A+B+C)

从标准SOP式到最简SOP式

标准表达式并非最简表达式,从标准SOP式到最简SOP式为一个标准的逻辑化简的过程。

此时可以引入卡诺图,来寻找最小项的合并规律,从而可以轻易的进行化简工作,此处仅介绍系统化简法。

1、求出函数的SOP标准式

例如,对于函数:

F=ABC+ABC+D+ABCD

可写出其标准的SOP式为 在这里插入图片描述 2、求出函数的全部主要项

首先,将最小项按其内部包含1的个数多少进行排列、分组,可得下表: 在这里插入图片描述 其次,根据该表,可以发现能合并的两个最小项必定位于相邻的两组,因此从最低组开始,和相邻高位组逐个运算合并,并按乘积项中1的个数进行排列得到的新表如下:(注:1、在合并的同时,需在之前的表中用勾标注出被使用过的最小项;2、如果合并结果与之前某次一样,则无需列出。) 在这里插入图片描述 第三,参考前两个步骤,继续对表项合并,直至无法合并为止。之后的合并过程需注意的是“—”的位置要相同,继续合并的结果如下: 在这里插入图片描述在这里插入图片描述 第四,上述各表中,凡是没被“√”标记的合并项,就是主要项。对于该例,主要项就是:P0=AB和P1=D。

3、求出必要项、列出化简结果

如果某一个主要项中,至少包含一个其他项不包含的最小项,则它必然是必要项。 得到主要项后再进行验证是否存在等价主要项,并将其删除。

练习:

实现一个有四输入(a.b,c,d)的单输出数字系统,当2、7或15出现在输入端时,生成逻辑1,当0、1、4、5、6、9、10 13或14出现时,生成逻辑0。数字3、8、11和12的输入不会出现在这个系统中。例如,7对应于a和b。c,d分别被设为0,1,1,1。

确定最小SOP格式的输出out_sop和最小POS格式的输出out_pos。

代码实现:

module top_module ( input a, input b, input c, input d, output out_sop, output out_pos ); assign out_sop = c & d | ~a & ~b & c; assign out_pos = ~((~c | ~d) & (a | b | ~c)); endmodule

验证结果: 在这里插入图片描述

6、卡诺图1

实现下面卡诺图所描述的电路。 在这里插入图片描述 注:d可以根据化简需求自己制定为0或是1。

代码实现:

方法一:

module top_module ( input [4:1] x, output f ); assign f = (x[3] & x[4]) | ((~x[1]) & x[3]) | (x[1] & (~x[2]) & x[3]) | (x[2] & (~x[3]) & x[4]) | (x[1] & (~x[3]) & (~x[4])); endmodule

方法二:

module top_module ( input [4:1] x, output f ); assign f = ~x[1]&x[3] | x[2]&x[4]; endmodule

验证结果: 在这里插入图片描述

7、卡诺图2

实现下面卡诺图所描述的电路。 在这里插入图片描述 要求:简化 SOP 和 POS 形式的函数。

代码实现:

方法一:

module top_module ( input [4:1] x, output f ); assign f = (~x[1] & x[3]) | (x[2] & x[3] & x[4]) | (~x[2] & ~x[3] & ~x[4]) | (x[1] & ~x[2] & x[3] & ~x[4]); endmodule

方法二:

module top_module ( input [4:1] x, output f ); assign f = ~x[2]&~x[4] | ~x[1]&x[3] | x[2]&x[3]&x[4]; endmodule

验证结果: 在这里插入图片描述

8、用多路选择器实现卡诺图

对于下面的卡诺图,用一个4-1多路选择器和不限的2-1多路选择器,但2-1多路选择器的使用要尽可能少。你不允许使用任何其他逻辑门,你必须使用a和b作为多路复用器选择器的输入,如下面的4- 1多路选择器所示。

您只实现了标记为top_module的部分,以便整个电路(包括 4 对 1 多路选择器)实现卡诺图。 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 代码实现:

module top_module ( input c, input d, output [3:0] mux_in ); always @(*) begin case({c,d}) 2'b0: mux_in = 4'b0100; 2'b1: mux_in = 4'b0001; 2'b11: mux_in = 4'b1001; default: mux_in = 4'b0101; endcase end endmodule

验证结果: 在这里插入图片描述

参考资料: 卡诺图与最简SOP式.



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