news 2026/4/18 14:33:23

FPGA应用开发和仿真【1.3】

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张小明

前端开发工程师

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FPGA应用开发和仿真【1.3】
1.6.7 数值比较器

数值比较器用于比较输入的两个二进制数的大小。这两个二进制数或同为无符号数或同为有符号数,输入为无符号数的称为无符号数比较器,输入为有符号数的称为有符号数比较器,输出信号可以有一个或多个,用于表达“小于”、“小于或等于”、“等于”、“大于或等于”或“大于”。有的数值比较器还提供比较输入,用于多个级联。

图1-80所示是一个4位数值比较器,它既有比较输入又有比较输出。

表1-24是它的真值表。

从表1-24中可以看出,在级联模式下,当本级输入的A和B相等时,才考虑比较输入的值,因此,作为最后输出的那一级应该是数据的高位。图1-81所示是将两个4位数值比较器级联为一个8位比较器的电路。

1.7 锁存器

前面介绍的组合逻辑的输出只与当前的输入值有关,换句话说,它们没有记忆能力。而锁存器和触发器则能够记忆输入值。锁存器在FPGA中几乎没有应用,本节仅简单介绍SR锁存器和D锁存器。

1.7.1 SR锁存器

考虑图1-82所示的电路。假定初始状态下R=0,S=0,Q=0,则Q必然为1。如果S和R发生变化,波形将如图1-83所示。

图1-83中没有画出S和R同时为高的情况(此时Q和Q均输出为低),如果不考虑这种情况,可以看到,S(意为Set)上升为高时,会使得Q输出为高,但当S下降为低时,Q继续保持为高;当R(意为Reset)上升为高时,会使得Q输出为低,但当R下降为低时,Q继续保持为低。总的来说,在S和R变得同为低时,Q的状态会保持前一时刻的状态,可能是高,也可能是低。SR锁存器也可简化为如图1-84所示符号。

有时电路中并不需要Q输出,也可以不画出。表1-25是SR锁存器的真值表,表中Qk和Qk-1分别表示条件发生之前的状态和条件发生之后的状态。

1.7.2 D锁存器

考虑如图1-85所示的电路。当En为高时,S=D,R=D,无论D为何值,Q输出与D一致,而当En为低时,S=R=0,Q将保持En变低之前的值,此时无论D怎样变化,Q都会保持不变,即Q锁存了En变低之前的D值。

D锁存器可简化为如图1-86所示符号。

图1-87是D锁存器的典型工作波形。

表1-26所示是D锁存器的真值表。

在CMOS电路中,D锁存器还可以由传输门和非门更简单地构成,如图1-88所示。在En为高时,G1开通,G2关断,经过两

个非门,Q和Q随D变化而变化;当En为低时,G1关断,G2开通,两个非门构成反馈环,保持当前的状

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