HDLBits学习------Problem 43~59

2023-12-02 09:01:16

参考链接：HDLBits导学

Problem 43 Wire

问题：实现如下电路

解决：

module top_module (
    input in,
    output out);
	
assign out = in;

endmodule

Problem 44 GND

问题：实现如下电路

解决：

module top_module (
    output out);

assign out = 0;

endmodule

Problem 45 NOR

问题：实现如下电路

解决：

module top_module (
    input in1,
    input in2,
    output out);
	
assign out = ~ (in1 | in2);

endmodule

Problem 46 Another gate

问题：实现如下电路

解决：

module top_module (
    input in1,
    input in2,
    output out);
	
assign out = in1 & ~in2;

endmodule

Problem 47 Two gates

问题：实现如下电路

解决：

module top_module (
    input in1,
    input in2,
    input in3,
    output out);
	
wire out1;
assign out1 = ~(in1 ^ in2);
assign out = in3 ^ out1;

endmodule

Problem 48 More logic gates

问题： 本题希望我们用两输入的组合电路来实现如下功能，该电路共用于7个输出，具体情况如下：

out_and: a and b
out_or: a or b
out_xor: a xor b
out_nand: a nand b
out_nor: a nor b
out_xnor: a xnor b
out_anotb: a and-not b

解决：

module top_module( 
    input a, b,
    output out_and,
    output out_or,
    output out_xor,
    output out_nand,
    output out_nor,
    output out_xnor,
    output out_anotb
);

assign out_and = a & b;
assign out_or = a | b;
assign out_xor = a ^ b;
assign out_nand = ~(a & b);
assign out_nor = ~(a | b);
assign out_xnor = ~(a ^ b);
assign out_anotb = a & ~b;

endmodule

Problem 49 : 7420 chip

问题：7420 chip是拥有两组4输入的与非门芯片，本练习需要构造一个与7420 chip功能一样的电路，拥有8个输入与2个输出

解决：

module top_module ( 
    input p1a, p1b, p1c, p1d,
    output p1y,
    input p2a, p2b, p2c, p2d,
    output p2y );

assign p1y = ~(p1a & p1b & p1c & p1d);
assign p2y = ~(p2a & p2b & p2c & p2d);

endmodule

Problem 50 Truth tables （真值表）

问题：创建一个电路实现下面的真值表

思路：真值表表达式的化简，卡洛图法和公式法（数电知识）

公式法：图来自上述参考链接

解决：

module top_module( 
    input x3,
    input x2,
    input x1,  // three inputs
    output f   // one output
);

assign f = (!x3 & x2) | (x3 & x1);
    
endmodule

Problem 51 Two-bit equality

问题： 创建一个两输入inputs A [1:0], B[1:0]，输出为Z。当A 与 B 相等时，Z 输出为1，否则为0

解决：

module top_module ( input [1:0] A, input [1:0] B, output z ); 
	assign z = (A == B)? 1 : 0; 
endmodule

Problem 52 Simple circuit A

问题：创建一个电路，其功能可以实现 z = (x ^ y) & x

解决：

module top_module (input x, input y, output z);
    assign z = (x ^ y) & x;
endmodule

Problem 53 Simple circuit B

问题：根据仿真时序图创建电路B

思路：分析一下时序图可以看出是一个同或门的时序，不过同或没有符号表示，所以需要实验异或的非

解决：

module top_module ( input x, input y, output z );
	assign z = ~(x ^ y);
endmodule

Problem 54 Combine circuits A and B

问题： 根据子模块Problem 52 与 53来实现如下电路

思路：构建A和B两个子电路，然后例化这两个电路来实现。有简单的写法，但感觉这样写更符合题目要求

解决：

module top_module ( input x, input y, output z );
	
wire zA1,zA2,zB1,zB2;

assign z = (zA1 | zB1) ^ (zA2 & zB2);

A IA1(
	.x(x),
	.y(y),
	.z(zA1)
);
A IA2(
	.x(x),
	.y(y),
	.z(zA2)
);
B IB1(
	.x(x),
	.y(y),
	.z(zB1)
);
B IB2(
	.x(x),
	.y(y),
	.z(zB2)
);
endmodule

module A (input x, input y, output z);
    assign z = (x ^ y) & x;
endmodule

module B ( input x, input y, output z );
	assign z = ~(x ^ y);
endmodule

Problem 55 Ring or vibrate

问题：假设你正在设计一个电路来控制手机的振铃器和振动电机。当手机来电时(input ring)，电路必须把震动( output motor = 1 )或响铃( output ringer = 1 )打开，但不能同时打开。当手机处于震动模式时( input vibrate = 1 )，则打开震动( output motor = 1 )。否则打开响铃。

我们尝试仅适用assign语句来实现该组合电路

解决：

module top_module (
    input ring,
    input vibrate_mode,
    output ringer,       // Make sound
    output motor         // Vibrate
);

assign ringer = ring ? (vibrate_mode ? 0 : 1) : 0;
assign motor = ring ? (vibrate_mode ? 1 : 0) : 0;

//参考大佬写法
assign motor = ring & vibrate_mode;
assign ringer  = ring & (!vibrate_mode);

endmodule

Problem 56 Thermostat

问题：一个冷/热恒温控制器可以同时在冬季和夏季对温度进行调节。设计一个电路，根据需要打开和关闭加热器、空调和鼓风机风扇。（本题可参照Problem 55 ）

恒温器可以处于两种模式之一：制热（mode = 1）和制冷（mode = 0）。在制热模式下，当温度过低时（too_cold = 1），打开加热器，但不要使用空调。在制冷模式下，当温度过高（too_hot = 1）打开空调，但不要打开加热器。当加热器或空调打开时，也打开风扇使空气循环。此外，即使加热器和空调关闭，用户也可以请求将风扇打开（fan_on = 1）

思路：有点理解这种逆向思维的想法了，也就是真值表的做法，考虑输出为1的时候，输入应该是什么，这样就省去了判断条件了

解决：

module top_module (
    input too_cold,
    input too_hot,
    input mode,
    input fan_on,
    output heater,
    output aircon,
    output fan
); 

assign fan = fan_on | heater | aircon;
assign heater = mode & too_cold;
assign aircon = !mode & too_hot;


endmodule

Problem 57 3-bit population count

问题： 设计一个电路来计算输入中 ‘ 1 ’ 个数

解决：

module top_module( 
    input [2:0] in,
    output [1:0] out );
	
assign out = in[0]+in[1]+in[2];

endmodule

Problem 58 Gates and vectors

问题： 有一个4bit输入的电路，我们需要了解4bit输入数据之间的关系。

out_both: 输入的每一个bit均需要检测该bit位与其左侧（即高比特位）是否全为 ‘ 1 ’ 。示例： out_both[2]应检测in[2] 与 in[3] 是否均为 ‘ 1 ’ 。因为in[3] 为输入的最高位，故我们无需检测out_both[3]
out_any: 输入的每一个bit均需要检测该bit位与其右侧（即低比特位）两者其中一个为 ‘ 1 ’ 。示例： out_any[2]应检测in[2] 与 in[1] 两者其中一个为 ‘ 1 ’ 。因为in[0] 为输入的最低位，故我们无需检测out_any[0]
out_different: 输入的每一个bit均需要检测该bit位与其左侧（即高比特位）两者是否不同。示例： out_different[2]应检测in[2] 与 in[3] 两者是否不同。在本节中，我们将输入变成一个环，所以in[3]的左侧为in[0]

思路：（本来想用for循环的，看了一眼大佬的写法）拼接牛逼

解决：

module top_module( 
    input [3:0] in,
    output [2:0] out_both,
    output [3:1] out_any,
    output [3:0] out_different );
	
assign out_both = {(in[2] & in[3]),(in[1] & in[2]),(in[0] & in[1])};
assign out_any = {(in[2] | in[3]),(in[1] | in[2]),(in[0] | in[1])};
assign out_different = {(in[3] ^ in[0]),(in[2] ^ in[3]),(in[1] ^ in[2]),(in[0] ^ in[1])};

endmodule

Problem 59 Even longer vectors

问题：该题与P58类似，仅将输入从4bit改为100bit ( input [99:0] )，题目的其余要求均相同

思路：大佬牛！！！（很好的想法）

解决：

module top_module( 
    input [99:0] in,
    output [98:0] out_both,
    output [99:1] out_any,
    output [99:0] out_different );

    assign out_both = in[98:0] & in[99:1];
    assign out_any  = in[99:1] | in[98:0];
    assign out_different = in ^ {in[0],in[99:1]};

endmodule

码农公寓

参考链接：HDLBits导学

Problem 43 Wire

Problem 44 GND

Problem 45 NOR

Problem 46 Another gate

Problem 47 Two gates

Problem 48 More logic gates

Problem 49 : 7420 chip

Problem 50 Truth tables （真值表）

Problem 51 Two-bit equality

Problem 52 Simple circuit A

Problem 53 Simple circuit B

Problem 54 Combine circuits A and B

Problem 55 Ring or vibrate

Problem 56 Thermostat

Problem 57 3-bit population count

Problem 58 Gates and vectors

Problem 59 Even longer vectors

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