三、设计两个四位二进制比较器

时间: 2023-08-31 10:48:01 浏览: 183

实验4 比较器设计

### 实验4 比较器设计 #### 实验前准备在开始实验之前，我们需要准备好以下设备与工具： 1. **EXCD-1可编程片上系统开发板**：这是进行实验的主要平台，上面集成了多种接口和硬件资源。 2. **下载线**：用于将设计好的程序下载到开发板上的工具。 3. **5V电源**：为开发板供电。 #### 实验目的本实验旨在帮助学生理解并掌握以下内容： 1. **比较器的逻辑功能和工作原理**：学习如何通过逻辑门实现数字之间的比较。 2. **ISE的工作环境及操作**：熟练使用ISE软件进行VHDL编程和仿真测试。 3. **VHDL语言的应用**：通过实践项目加深对VHDL语言的理解，并能够编写简单的比较器程序。 #### 实验原理 **数值比较器**是一种常用的数字电路，用于判定两个数字的相对大小。根据输入的不同，它可以输出三个状态：`A>B`、`A<B` 和 `A=B`。对于一位数值比较器，其真值表如下： | 输入 | 输出 | |------|------| | A | B | FA>B | FA<B | FA=B | | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 对于多位数的比较，一般从最高位开始比较，若高位不同，则比较结果即为该位的结果；若高位相同，则继续向下一位比较，直到找出不同的位或比较完所有位为止。 #### 实验内容本次实验要求设计一个4位数值比较器，具体要求如下： - **输入数据**：`A(SW7~SW4)` 和 `B(SW3~SW0)`，分别代表4位二进制数A和B。 - **输出结果**：通过三个LED灯表示比较结果：`A>B` 时，`D2` 亮；`A<B` 时，`D1` 亮；`A=B` 时，`D0` 亮。（注意：在本实验中，LED采用的是高电平熄灭的方式，即高电平为熄灭状态，低电平为点亮状态）例如： - 当 `A = 1111`，`B = 1111` 时，`D0` 熄灭，表示 `A=B`。 - 当 `A = 1111`，`B = 1110` 时，`D2` 熄灭，表示 `A>B`。 - 当 `A = 1110`，`B = 1111` 时，`D1` 熄灭，表示 `A<B`。 #### 引脚分配在本实验中，各个输入输出信号与FPGA管脚的具体对应关系如下： | 对应板上资源 | 信号名 | FPGA引脚分配 | |--------------|--------|--------------| | SW7 | x<3> | p194 | | SW6 | x<2> | p204 | | SW5 | x<1> | p6 | | SW4 | x<0> | p14 | | SW3 | y<3> | p20 | | SW2 | y<2> | p26 | | SW1 | y<1> | p32 | | SW0 | y<0> | p43 | | D2 | gt | p30 | | D1 | it | p31 | | D0 | eq | p33 | #### 源程序代码下面是实验中使用的VHDL代码，用于实现4位数值比较器的功能： ```vhdl library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity comp4 is Port (x : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); y : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0); gt : out STD_LOGIC; eq : out STD_LOGIC; it : out STD_LOGIC); end comp4; architecture Behavioral of comp4 is begin process (x, y) begin if (x > y) then gt <= '1'; eq <= '0'; it <= '0'; elsif (x = y) then gt <= '0'; eq <= '1'; it <= '0'; else gt <= '0'; eq <= '0'; it <= '1'; end if; end process; end Behavioral; ``` 这段代码定义了一个实体`comp4`，它包含两个输入端口`x`和`y`以及三个输出端口`gt`、`eq`和`it`。在`Behavioral`架构中，通过`process`语句实现了输入向量`x`和`y`的比较逻辑，并根据比较结果设置相应的输出端口。通过以上步骤，我们不仅可以完成一个基本的4位数值比较器的设计，还能够深入理解比较器的工作原理及其在实际应用中的重要性。此外，这个实验也为我们提供了一个很好的机会来熟悉ISE开发环境和VHDL编程语言。

下面是两个四位二进制比较器的设计： 1. 简单比较器这个比较器的输入是两个四位的二进制数，输出是一个单独的比较结果，如果第一个输入大于等于第二个输入，则输出1，否则输出0。设计思路： 1）将两个四位二进制数分别输入到两个四位比较器中进行比较。 2）将四位比较器的输出结果进行逻辑运算，得到一个单独的比较结果。设计图如下： ![简单比较器](https://img-blog.csdnimg.cn/20210615181900790.png) 2. 复杂比较器这个比较器的输入是两个四位的二进制数，输出是三个比较结果，分别是等于、大于和小于。如果第一个输入等于第二个输入，则输出1，否则输出0；如果第一个输入大于第二个输入，则输出1，否则输出0；如果第一个输入小于第二个输入，则输出1，否则输出0。设计思路： 1）将两个四位二进制数分别输入到两个四位比较器中进行比较。 2）将四位比较器的输出结果进行逻辑运算，得到三个比较结果。设计图如下： ![复杂比较器](https://img-blog.csdnimg.cn/20210615181926354.png)

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三、设计两个四位二进制比较器

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