Verilog HDL基础教程之：组合逻辑电路的实现

数字逻辑电路分为两种，分别是组合逻辑与时序逻辑。

(1)组合逻辑：输出只是当前输入逻辑电平的函数(有延时)，与电路的原始状态无关的逻辑电路。也就是说，当输入信号中的任何一个发生变化时，输出都有可能会根据其变化而变化，但与电路目前所处的状态没有任何关系。其中组合逻辑是由与、或、非门组成的网络。常用的组合电路有：多路器、数据通路开关、加法器、乘法器等。

(2)时序逻辑：输出不只是当前输入的逻辑电平的函数，还与电路目前所处的状态有关。

时序逻辑由多个触发器和多个组合逻辑块组成的网络，常用的有：计数器、复杂的数据流动控制逻辑、运算控制逻辑、指令分析和操作控制逻辑等。同步时序逻辑是设计复杂的数字逻辑系统的核心。时序逻辑借助于状态寄存器记住它目前所处的状态。在不同的状态下，即使所有的输入都相同，其输出也不一定相同。

assign语句实现组合逻辑

组合逻辑电路可以用assign语句实现，例如：

例1：assign加法器。

wire a,b,c;

assign c = a + b;               //加法器

例1实现的是一个简单的加法器，assign语句也可以实现复杂一些的组合逻辑电路，例如：

例2：assign选择器。

wire a,b,c;

wire ena；

assign c = ena ? a : b;     //数据选择器

例2实现的是一个数据选择器。如果组合逻辑比较复杂，用assign语句书写就会比较繁琐，可读性较差。例如用assign语句实现一个8选1数据选择器，如下所示：

例3：assign 8选1选择器。

wire a0,a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,b;

wire ［2:0］ addr；

assign b =                      //8选1数据选择器

       （addr == 3’d0） ? a0 :（addr == 3’d1） ? a1 :

       （addr == 3’d2） ? a2 :（addr == 3’d3） ? a3 :

       （addr == 3’d4） ? a4 :（addr == 3’d5） ? a5 :

       （addr == 3’d6） ? a6 : a7;

                  //在该表达式中，当addr不等于d0～d6时，b等于a7

                  //当addr等于d6时，b等于a6；当addr等于d5时，b等于a5，且优先级

                  //高于addr等于d6时的情况，依次类推

所以复杂的组合逻辑电路最好用always块实现。

从上面的几个例子可以看出，使用assign语句描述组合逻辑电路时，格式为：

assign 输出变量 = 输入变量之间的运算结果;

always块实现组合逻辑

组合逻辑电路也可以用assign语句实现，例如：

例4：always加法器。

wire a,b,c;

always @ （a or b）       //当a和b有变化时，触发加法器操作

      c = a + b;

上面这个例子实现了一个加法器，如果需要实现一个数据选择器，可以书写如下：

例5：always选择器。

wire a,b,c;

wire ena；

always @ （a or b or ena）       //当a、b和ena有变化时，进行下列操作

     if（ena == 1’b0）      c = b;

     else   c = a;

如果想实现一个比较复杂的组合逻辑电路，例如：

例6：always8选1选择器。

wire a0,a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,b;

wire ［2:0］ addr；

always @ （a0 or a1 or a2 or a3 or a4 or a5 or a6 or a7 or addr） begin

      case（addr）             //使用case语句实现8选1数据选择器

            3’d0: b = a0;     //只有当a0～a7以及addr有变化时，才触发case的操作

            3’d1: b = a1;

            3’d2: b = a2;

            3’d3: b = a3;

            3’d4: b = a4;

            3’d5: b = a5;

            3’d6: b = a6;

            3’d7: b = a7;

      endcase

end

由于在always块中可以使用if、case等语句，所以对于复杂的组合逻辑，使用always语句进行描述显得层次更加清楚，可读性更强。

从上面几个例子可以看出，使用always语句描述组合逻辑电路时，格式为：

always @ （敏感变量1 or敏感变量2 or敏感变量3 or …） begin

      各种语句的组合

end

其中的敏感变量包括所有的会引起输出变化的输入变量以及相应的控制变量。另外，使用always语句描述组合逻辑电路时，应该使用阻塞赋值方式，即“=”，而不是“<=”。