Diseño práctico a nivel de puertas en Verilog: Puertas AND, OR, NOT y Multiplexor 2x1

Algunas de las principales primitivas integradas se discutieron en el artículo anterior y sería bueno ver algunos ejemplos prácticos de uso de puertas simples and, nor y not.

Tenga en cuenta que para escribir el código Verilog usando puertas, es necesario que usted sepa cómo conectar los elementos. Esto es muy diferente de una descripción conductual en cuyo caso la selección y conexión de elementos queda a cargo de las herramientas de síntesis.

Ejemplo #1: Multiplexor 2x1

La salida del módulo debe ser de tipo wire para poder conectarse con el puerto de salida de una primitiva.

module mux_2x1 (
  input a, b, sel,
  output out
);
  wire sel_n;
  wire out_0;
  not (sel_n, sel);
  and (out_0, a, sel);
  and (out_1, b, sel_n);
  or (out, out_0, out_1);
endmodule

module tb;
  reg a, b, sel;
  wire out;
  integer i;
  mux_2x1 u0 (
    .a(a), .b(b), .sel(sel), .out(out)
  );
  initial begin
    {a, b, sel} <= 0;
    $monitor ("T=%0t a=%0b b=%0b sel=%0b out=%0b", $time, a, b, sel, out);
    for (int i = 0; i < 10; i = i+1) begin
      #1 a <= $random;
      b <= $random;
      sel <= $random;
    end
  end
endmodule

ncsim> run
T=0 a=0 b=0 sel=0 out=0
T=1 a=0 b=1 sel=1 out=0
T=2 a=1 b=1 sel=1 out=1
T=3 a=1 b=0 sel=1 out=1
T=6 a=0 b=1 sel=0 out=1
T=7 a=1 b=1 sel=0 out=1
T=8 a=1 b=0 sel=0 out=0
T=9 a=0 b=1 sel=0 out=1
T=10 a=1 b=1 sel=1 out=1
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Sumador completo (Full Adder)

module fa (
  input a, b, cin,
  output sum, cout
);
  wire s1, net1, net2;
  xor (s1, a, b);
  and (net1, a, b);
  xor (sum, s1, cin);
  and (net2, s1, cin);
  xor (cout, net1, net2);
endmodule

module tb;
  reg a, b, cin;
  wire sum, cout;
  integer i;
  fa u0 (
    .a(a), .b(b), .cin(cin),
    .sum(sum), .cout(cout)
  );
  initial begin
    {a, b, cin} <= 0;
    $monitor ("T=%0t a=%0b b=%0b cin=%0b cout=%0b sum=%0b", $time, a, b, cin, cout, sum);
    for (i = 0; i < 10; i = i+1) begin
      #1 a <= $random;
      b <= $random;
      cin <= $random;
    end
  end
endmodule

ncsim> run
T=0 a=0 b=0 cin=0 cout=0 sum=0
T=1 a=0 b=1 cin=1 cout=1 sum=0
T=2 a=1 b=1 cin=1 cout=1 sum=1
T=3 a=1 b=0 cin=1 cout=1 sum=0
T=6 a=0 b=1 cin=0 cout=0 sum=1
T=7 a=1 b=1 cin=0 cout=1 sum=0
T=8 a=1 b=0 cin=0 cout=0 sum=1
T=9 a=0 b=1 cin=0 cout=0 sum=1
T=10 a=1 b=1 cin=1 cout=1 sum=1
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Decodificador 2x4

module tb;
  reg x, y, en;
  wire a, b, c, d;
  integer i;
  dec_2x4 u0 (
    .x(x), .y(y), .en(en),
    .a(a), .b(b), .c(c), .d(d)
  );
  initial begin
    {x, y, en} <= 0;
    $monitor ("T=%0t x=%0b y=%0b en=%0b a=%0b b=%0b c=%0b d=%0b", $time, x, y, en, a, b, c, d);
    en <= 1;
    for (i = 0; i < 10; i = i+1) begin
      #1 x <= $random;
      y <= $random;
    end
  end
endmodule

ncsim> run
T=0 x=0 y=0 en=1 a=0 b=0 c=0 d=1
T=1 x=0 y=1 en=1 a=0 b=0 c=1 d=0
T=2 x=1 y=1 en=1 a=1 b=0 c=0 d=0
T=4 x=1 y=0 en=1 a=0 b=1 c=0 d=0
T=5 x=1 y=1 en=1 a=1 b=0 c=0 d=0
T=6 x=0 y=1 en=1 a=0 b=0 c=1 d=0
T=7 x=1 y=0 en=1 a=0 b=1 c=0 d=0
T=10 x=1 y=1 en=1 a=1 b=0 c=0 d=0
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Codificador 4x2

module enc_4x2 (
  input a, b, c, d,
  output x, y
);
  or (x, b, d);
  or (y, c, d);
endmodule

module tb;
  reg a, b, c, d;
  wire x, y;
  integer i;
  enc_4x2 u0 (
    .a(a), .b(b), .c(c), .d(d),
    .x(x), .y(y)
  );
  initial begin
    {a, b, c, d} <= 0;
    $monitor("T=%0t a=%0b b=%0b c=%0b d=%0b x=%0b y=%0b", $time, a, b, c, d, x, y);
    for (i = 0; i <= 16; i = i+1) begin
      #1 {a, b, c, d} <= i;
    end
  end
endmodule

ncsim> run
T=0 a=0 b=0 c=0 d=0 x=0 y=0
T=2 a=0 b=0 c=0 d=1 x=1 y=1
T=3 a=0 b=0 c=1 d=0 x=0 y=1
T=4 a=0 b=0 c=1 d=1 x=1 y=1
T=5 a=0 b=1 c=0 d=0 x=1 y=0
T=6 a=0 b=1 c=0 d=1 x=1 y=1
T=7 a=0 b=1 c=1 d=0 x=1 y=1
T=8 a=0 b=1 c=1 d=1 x=1 y=1
T=9 a=1 b=0 c=0 d=0 x=0 y=0
T=10 a=1 b=0 c=0 d=1 x=1 y=1
T=11 a=1 b=0 c=1 d=0 x=0 y=1
T=12 a=1 b=0 c=1 d=1 x=1 y=1
T=13 a=1 b=1 c=0 d=0 x=1 y=0
T=14 a=1 b=1 c=0 d=1 x=1 y=1
T=15 a=1 b=1 c=1 d=0 x=1 y=1
T=16 a=1 b=1 c=1 d=1 x=1 y=1
T=17 a=0 b=0 c=0 d=0 x=0 y=0
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Modelado a nivel de puertas: Puentes entre esquemas de hardware y código Verilog Comprender los retrasos de puertas en Verilog: Temporización precisa para diseños digitales confiables

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