EDA实验-- 译码器与编码器的设计与仿真

实验三译码器与编码器的设计与仿真
一、实验目的：
熟悉Quartus软件的基本操作，掌握用Quartus软件验证VHDL语言。

熟悉译码器与编码器所实现功能及其应用，通过实验堆译码器与编码器有更深刻理解。

一、实验内容：
1．参照芯片74LS138的电路结构，用逻辑图和VHDL语言设计3-8译码器；2．参照芯片74LS148的电路结构，用逻辑图和VHDL语言设计8-3优先编码器。

三、实验原理：
电路功能介绍
1．74148：8-3优先编码器（8 to 3 Priority Encoder）
用途：将各种输入信号转换成一组二进制代码，使得计算机可以识别这一信号的作用。

键盘里就有大家天天打交道的编码器，当你敲击按键时，被敲击的按键被键盘里的编码器编码成计算机能够识别的ASCII码。

译码器与编码器的功能正好相反。

逻辑框图
逻辑功能表
INPUTS OUTPUTS
EN 0N 1N 2N 3N 4N 5N 6N 7N A2 A1 A0 EO GS
1 × × × × × × × × 1 1 1 1 1
0 × × × × × × × 0 0 0 0 0 1
0 × × × × × × 0 1 0 0 1 0 1
0 × × × × × 0 1 1 0 1 0 0 1
0 × × × × 0 1 1 1 0 1 1 0 1
0 × × × 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1
0 × × 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1
0 × 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1
0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0
逻辑表达式和逻辑图：由你来完成。

2．74138：3-8译码器（3 to 8 Demultiplexer），也叫3-8解码器
用途：用一组二进制代码来产生各种独立的输出信号，这种输出信号可以用来执行不同的工作。

显示器中的像素点受到译码器的输出控制。

逻辑框图：用逻辑符号（Symbol）来解释该电路输入与输出信号之间的逻辑关系，既省事又直观。

如下图所示。

代
码
输入端
解
码
信
号
输
出
端低
电
平
有
效
使能输入端
逻辑功能表：用真值表来定量描述该电路的逻辑功能。

这个表是设计3-8译码器的关键；74138的逻辑功能表如下：
注：使能端G1是高电平有效；
使能端G2是低电平有效，G2 = G2A AND G2B。

四、实验步骤：
1、译码器：
（1）在Quartus软件中输入以下程序：
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity lbz3 is
port (A : in std_logic_vector(2 downto 0);
Y : out std_logic_vector(7 downto 0));
end lbz3;
architecture art of lbz3 is
begin
Y<="10000000" when(A="111")else
"01000000" when(A="110")else
"00100000" when(A="101")else
"00010000" when(A="100")else
"00001000" when(A="011")else
"00000100" when(A="010")else
"00000010" when(A="001")else
"00000001";
end art;
在Quartus中对程序进行编译如下所示：
从编译界面可以看到程序运行无错误；通过“RTL viewer”按钮生成综合电路图如下：
（2）根据综合电路图生成如下功能仿真波形：
如仿真图可以看出当A=“001”时Y=“00000010”，同理当A取其他值时Y也输出相应的值，满足译码器逻辑功能表。

（3）对应时序波形如下所示：
2、编码器：
（1）在Quartus软件中输入以下程序：
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity lbz31 is
port (A : in std_logic_vector(0 to 7);
Y : out std_logic_vector(0 to 2));
end lbz31;
architecture art of lbz31 is
begin
process(A)
begin
if (A(7)='0')then Y<="111";
elsif (A(7)='0')then Y<="111";
elsif (A(6)='0')then Y<="110";
elsif (A(5)='0')then Y<="101";
elsif (A(4)='0')then Y<="100";
elsif (A(3)='0')then Y<="011";
elsif (A(2)='0')then Y<="010";
elsif (A(1)='0')then Y<="001";
elsif (A(0)='0')then Y<="000";
end if;
end process;
end;
（2）在Quartus中对程序进行编译如下所示：
从编译界面可以看到程序运行无错误；通过“RTL viewer”按钮生成综合电路图如下：
（3）根据综合电路图生成如下功能仿真波形：
如仿真图可以看出当A=“10000000”时Y=“110”，同理当A取其他值时Y也输出相应的值，满足译码器逻辑功能表。

（4）对应时序波形如下所示：
五、实验总结：
（1）通过实验掌握了译码器与编码器的原理与运行程序；（2）加深了对译码器与编码器的使用；
（3）对Quartus软件有更深刻的理解。