【FPGA】Verilog：解码器 | 实现 2-4 解码器

**实践内容：**解释 2 至 4 解码器的结果和仿真过程 (包括真值表创建和 k 映射、AND 门）。

0x00 解码器（Decoder）

解码器是一种根据输入信号从多个输出 bit 中只选择一个的设备。

例如，如果有一个解码器接收一个 2 位二进制数值作为输入，它可以接收 00、01、10、11 四个数值作为输入，并通过为每个输入只选择四个位中的一个来输出 1000、0100、0010 和 0001 四个数值。只选择一个输出位为 1 的解码器称为主动高电平解码器，只选择一个输出位为 0 的解码器称为主动低电平解码器。当输入存储在特定存储器中的字地址时，主要用于解码操作数/地址，如发出信号选择相应的字（地址解码器）。

解码器分为两种类型：

主动高电平解码器：在输出中只有一个位是高电平（1），其他位都是低电平（0）。
主动低电平解码器：在输出中只有一个位是低电平（0），其他位都是高电平（1）。

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| Active High Decoder ||
| | |
| Active High Decoder ||
| | |

0x01 2-4 解码器的实现

解释 2 至 4 解码器的结果和仿真过程 (包括真值表创建和 k 映射、AND 门）。

📃 真值表如下：

|---|---|----|----|----|----|
| 输入 || 输出 ||||
| A | B | D0 | D1 | D2 | D3 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |

📜 K-map：

💬 Design source：（使用AND门实现）

cpp 复制代码

`timescale 1ns / 1ps

module h_dec(
    input A,
    input B,
    output D0,
    output D1,
    output D2,
    output D3
    );

assign D0 = (~A) & (~B);
assign D1 = B & (~A);
assign D2 = A & (~B);
assign D3 = A & B;

endmodule

💬 Testbench：

cpp 复制代码

`timescale 1ns / 1ps

module h_dec_tb;
reg A,B;
wire D0,D1,D2,D3;

h_dec u_h_dec (
    .A(A ),
    .B(B ),
    .D0(D0 ),
    .D1(D1 ),
    .D2(D2 ),
    .D3(D3 )
);

initial begin
    A = 1'b0;
    B = 1'b0;
end

always@(A or B) begin
    A <= #10 ~A;
    B <= #20 ~B;
end

initial begin
    #40
    $finish;
end

endmodule

🚩 运行结果如下：

💭 Schematic：

输入 N 位的情况下返回 2^N 位的输出，其中只有一位为 1，其余为 0（高电平有效），或者只有一位为 0，其余为 1（低电平有效）。将 A、B 作为单个 2 位输入，并将 A 视为 MSB，因此如果 A、B 的值为 00，则 D0、D1、D2、D3 的输出为 1000，01 为 0100，10 为 0010，11 为 1111。

D0 = (~A) & (~B); D0 输出被设置为 A 和 B 的取反的与操作。当 A 和 B 都为0时，D0 被激活，即输出为1。
D1 = B & (~A); D1 输出被设置为 B 和 A 的取反的与操作。当 A 为0且 B 为1时，D1 被激活，即输出为1。
D2 = A & (~B); D2 输出被设置为 A 和 B 的取反的与操作。当 A 为1且 B 为0时，D2 被激活，即输出为1。
D3 = A & B; D3 输出被设置为 A 和 B 的与操作。当 A 和 B 都为1时，D3 被激活，即输出为1。

根据输入的不同组合，解码器的四个输出信号中的一个会被激活。

cpp 复制代码

📌 [ 笔者 ]   최역우
📃 [ 更新 ]   2023.12.14
❌ [ 勘误 ]   /* 暂无 */
📜 [ 声明 ]   由于作者水平有限，本文有错误和不准确之处在所难免，
              本人也很想知道这些错误，恳望读者批评指正！

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| 📜 参考资料 Introduction to Logic and Computer Design, Alan Marcovitz, McGrawHill, 2008 Microsoft. MSDN(Microsoft Developer Network)[EB/OL]. []. . 百度百科[EB/OL]. []. https://baike.baidu.com/. |