数字逻辑电路课程设计_4B5B编码_VHDL实现(含完整代码!!)

1、电 子 科 技 大 学UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA数字逻辑设计实验报告实验题目： 4B5B编码器 学生姓名： 指导老师： 一、实验内容4B/5B编码是百兆以太网中线路层编码类型之一，该试验需要实现用5bit的二进制数来表示4bit二进制数。二、实验要求1、功能性要求： 能够实现4B5B编码，即输入4bit数据时能输出正确的5bit编码结果。2、算法要求： 利用卡诺图对编码真值表进行化简，得出其逻辑表达式，并基于此进行硬件设计。3、设计性要求：使用代码及原理图两种设计方式来进行设计。采用基本门结构化描述。能够编写

2、Test Bench文件，并利用Modelsim进行仿真。三、实验原理及设计思路1、实验原理：在IEEE 802.9a等时以太网标准中的4B:5B编码方案,因其效率高和容易实现而被采用。这种编码的特点是将欲发送的数据流每4bit作为一个组，然后按照4B/5B编码规则将其转换成相应5bit码。5bit码共有32种组合，但只采用其中的16种对应4bit码的16种，其他的16种或者未用或者用作控制码，以表示帧的开始和结束、光纤线路的状态（静止、空闲、暂停）等。4B5B编码表如下：2、 设计思路：（1） 整体思路： 对已知的编码真值表，首先利用卡诺图对其进行化简，得出其逻辑表达式，再用基本门结构将其实

3、现。（2） 卡诺图与表达式： 设输入的4位编码为：ABCD，输出的5位编码为：VWXYZ，则分别画出其卡诺图并得出表达式如下：1.V:V=A+BD+BC2.W:W=B+AC3.X:X=C+ABD4.Y:Y=AB+AB+CD+AC5.Z:Z=D（3） 基本门结构设计： 由上述表达式可见，用到的基本门有：非门、2输入与门、3输入与门、2输入或门、3输入或门、4输入或门，用not、and、or将其一一表示出即可。四、程序设计1、顶层模块：library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;entity main is Port ( a : in STD_LOGIC; b

4、 : in STD_LOGIC; c : in STD_LOGIC; d : in STD_LOGIC; v : out STD_LOGIC; w : out STD_LOGIC; x : out STD_LOGIC; y : out STD_LOGIC; z : out STD_LOGIC);end main;architecture Behavioral of main isCOMPONENT notiPORT(i : IN std_logic; o : OUT std_logic);END COMPONENT;COMPONENT and2iPORT(i1 : IN std_logic;i

5、2 : IN std_logic; o : OUT std_logic);END COMPONENT; COMPONENT and3iPORT(i1 : IN std_logic;i2 : IN std_logic;i3 : IN std_logic; o : OUT std_logic);END COMPONENT;COMPONENT or2iPORT(i1 : IN std_logic;i2 : IN std_logic; o : OUT std_logic);END COMPONENT;COMPONENT or3iPORT(i1 : IN std_logic;i2 : IN std_lo

6、gic;i3 : IN std_logic; o : OUT std_logic);END COMPONENT;COMPONENT or4iPORT(i1 : IN std_logic;i2 : IN std_logic;i3 : IN std_logic;i4 : IN std_logic; o : OUT std_logic);END COMPONENT;signal nota,notb,notc,notd,v1,v2,v3,w1,w2,x1,x2,y1,y2,y3,y4,vv,ww,xx,yy,zz : std_logic;begin-not-Inst_noti_nota: noti P

7、ORT MAP(i = a,o = nota);Inst_noti_notb: noti PORT MAP(i = b,o = notb);Inst_noti_notc: noti PORT MAP(i = c,o = notc);Inst_noti_notd: noti PORT MAP(i = d,o = notd);-v-v1 notb,i2 = notd,o = v2 );Inst_and2i_v3: and2i PORT MAP(i1 = notb,i2 = c,o = v3 );Inst_or3i_vv: or3i PORT MAP(i1 = v1,i2 = v2,i3 = v3,

8、o = vv);-w-w1 nota,i2 = notc,o = w2 );Inst_or2i_ww: or2i PORT MAP(i1 = w1,i2 = w2,o = ww);-x-x1 nota,i2 = notb,i3 = notd,o = x2);Inst_or2i_xx: or2i PORT MAP(i1 = x1,i2 = x2,o = xx);-y-Inst_and2i_y1: and2i PORT MAP(i1 = nota,i2 = b,o = y1);Inst_and2i_y2: and2i PORT MAP(i1 = a,i2 = notb,o = y2);Inst_a

9、nd2i_y3: and2i PORT MAP(i1 = notc,i2 = notd,o = y3);Inst_and2i_y4: and2i PORT MAP(i1 = a,i2 = notc,o = y4);Inst_or4i_yy: or4i PORT MAP(i1 = y1,i2 = y2,i3 = y3,i4 = y4,o = yy);-z-zz vv,o = v);Inst_noti_w: noti PORT MAP(i = ww,o = w);Inst_noti_x: noti PORT MAP(i = xx,o = x);Inst_noti_y: noti PORT MAP(

10、i = yy,o = y);Inst_noti_z: noti PORT MAP(i = zz,o = z);end Behavioral;2、非门：entity noti is Port ( i : in STD_LOGIC; o : out STD_LOGIC);end noti;architecture Behavioral of noti isbegino = not i;end Behavioral;3、2输入与门：entity and2i is Port ( i1 : in STD_LOGIC; i2 : in STD_LOGIC; o : out STD_LOGIC);end a

11、nd2i;architecture Behavioral of and2i isbegino = i1 and i2;end Behavioral;4、3输入与门：entity and3i is Port ( i1 : in STD_LOGIC; i2 : in STD_LOGIC; i3 : in STD_LOGIC; o : out STD_LOGIC);end and3i;architecture Behavioral of and3i isbegino=i1 and i2 and i3;end Behavioral;5、2输入或门：entity or2i is Port ( i1 :

12、in STD_LOGIC; i2 : in STD_LOGIC; o : out STD_LOGIC);end or2i;architecture Behavioral of or2i isbegino=i1 or i2;end Behavioral;6、3输入或门：entity or3i is Port ( i1 : in STD_LOGIC; i2 : in STD_LOGIC; i3 : in STD_LOGIC; o : out STD_LOGIC);end or3i;architecture Behavioral of or3i isbegino = i1 or i2 or i3;e

13、nd Behavioral;7、4输入或门：entity or4i is Port ( i1 : in STD_LOGIC; i2 : in STD_LOGIC; i3 : in STD_LOGIC; i4 : in STD_LOGIC; o : out STD_LOGIC);end or4i;architecture Behavioral of or4i isbegino=i1 or i2 or i3 or i4;end Behavioral;5、 仿真与硬件调试1、仿真：（1）顶层仿真：1.仿真文件：LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.ALL;ENTI

14、TY test1 ISEND test1; ARCHITECTURE behavior OF test1 IS - Component Declaration for the Unit Under Test (UUT) COMPONENT main PORT( a : IN std_logic; b : IN std_logic; c : IN std_logic; d : IN std_logic; v : OUT std_logic; w : OUT std_logic; x : OUT std_logic; y : OUT std_logic; z : OUT std_logic );

15、END COMPONENT; -Inputs signal a : std_logic := 0; signal b : std_logic := 0; signal c : std_logic := 0; signal d : std_logic := 0; -Outputs signal v : std_logic; signal w : std_logic; signal x : std_logic; signal y : std_logic; signal z : std_logic; - No clocks detected in port list. Replace below w

16、ith - appropriate port name BEGIN - Instantiate the Unit Under Test (UUT) uut: main PORT MAP ( a = a, b = b, c = c, d = d, v = v, w = w, x = x, y = y, z = z ); - Stimulus process stim_proc: process begina=0;b=0;c=0;d=0; wait for 100 ns; a=0;b=0;c=0;d=1; wait for 100 ns; a=0;b=0;c=1;d=0; wait for 100

17、 ns; a=0;b=0;c=1;d=1; wait for 100 ns; a=0;b=1;c=0;d=0; wait for 100 ns; a=0;b=1;c=0;d=1; wait for 100 ns; a=0;b=1;c=1;d=0; wait for 100 ns; a=0;b=1;c=1;d=1; wait for 100 ns; a=1;b=0;c=0;d=0; wait for 100 ns; a=1;b=0;c=0;d=1; wait for 100 ns; a=1;b=0;c=1;d=0; wait for 100 ns; a=1;b=0;c=1;d=1; wait f

18、or 100 ns; a=1;b=1;c=0;d=0; wait for 100 ns; a=1;b=1;c=0;d=1; wait for 100 ns; a=1;b=1;c=1;d=0; wait for 100 ns; a=1;b=1;c=1;d=1; - insert stimulus here wait; end process;END;2.仿真结果：（2）非门仿真：（3）2输入与门仿真：（4）2输入或门仿真：（5）3输入或门仿真：（6）4输入或门仿真：2、 硬件调试：（1） 管脚配置：NET a LOC = P6; #sb1NET b LOC = P141;NET c LOC = P136;NET d LOC = P129;NET v LOC = P122;NET