数字电路-基础逻辑门实验

基础逻辑门是数字电路设计的核心元件，它们执行的是基本的逻辑运算。通过这些基本运算，可以构建出更为复杂的逻辑功能。常见的基础逻辑门包括与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）、异或门（XOR）、与非门（NAND）和或非门（NOR）。这些逻辑门广泛应用于计算机、嵌入式系统以及各种数字电子设备中。

1、与门

1.1、符号

与门（AND gate），又称逻辑积电路。 只有当输入都为高电平（逻辑1）时，输出才为高电平（逻辑1），否则输出为低电平（逻辑0），与门逻辑符号（矩形国标符号与形状特征符号）如下所示。

1.2、与门真值表

1.3、与门波形图

本质其实就是都是1就是1。

我们为什么在写 FPGA 时要先进行仿真，主要原因如下：

验证设计正确性:仿真可以在硬件实现之前验证逻辑设计的正确性。通过模拟输入信号并观察输出，设计者可以确保设计按照预期工作，及时发现并纠正逻辑错误。

减少硬件调试时间：在实际硬件上测试发现问题，调试往往非常耗时且复杂。通过在仿真环境中提前发现问题，可以大幅减少在FPGA硬件上的调试时间和成本。

功能验证:设计过程中，仿真可以用于验证各个功能模块的交互和整体系统的功能。确保模块之间的数据传输和控制信号的正确性。

  提供的仿真例程文件都在对应工程的 sim 文件夹里面，如果想跟着一起写的话，先创建一个工程，工程里面包含 doc 、 rtl 、 sim 。

  仿真文件 logical_and_mod.v 例程如下所示：

`timescale 1ns / 1ns  // 定义时间单位为1纳秒，时间精度也为1纳秒

module logical_and_mod();  // 模块定义，名称为logical_and_mod

//reg define
reg A;  // 定义A，作为输入信号
reg B;  // 定义B，作为输入信号

//wire define
wire X;  // 定义逻辑与运算的输出

// 初始化信号
initial begin
    A = 1'b0;  // 将寄存器A初始化为0
    B = 1'b0;  // 将寄存器B初始化为0
    #200;      // 等待200纳秒

    A = 1'b0;  // 设置A为0
    B = 1'b1;  // 设置B为1
    #200;      // 等待200纳秒

    A = 1'b1;  // 设置A为1
    B = 1'b0;  // 设置B为0
    #200;      // 等待200纳秒

    A = 1'b1;  // 设置A为1
    B = 1'b1;  // 设置B为1
    #200;      // 等待200纳秒
end

// 例化
logical_and u_logical_and(
    .A(A),      // 输入A
    .B(B),      // 输入B
    .X(X)       // 输出X，存储逻辑与运算结果
);

endmodule  // 模块结束

initial begin 表示 初始化过程，在仿真开始时执行。

在 initial 块内，给 A 和 B 分别赋值，并使用 #200 来表示等待 200 纳秒。

1'b0 表示 1 位的二进制值 0。

1'b1 表示 1 位的二进制值 1。

总共进行 4 次信号的变化，每次设置不同的值，然后等待 200 纳秒。

第一次： A = 0, B = 0

第二次： A = 0, B = 1

第三次： A = 1, B = 0

第四次： A = 1, B = 1

module logical_and(
	input A,      //输入 A
	input B,      //输入 B

	output X      //输出 X

);

assign X = A & B;  //将输入 A & B 的结果直接赋值给 输出 X

endmodule

module logical_and(...)：这是一个名为 logical_and 的 Verilog 模块定义。这个模块实现了逻辑与（AND）运算。

input A：定义了输入端口 A，它是一个 1 位二进制输入信号。

input B：定义了输入端口 B，它也是一个 1 位二进制输入信号。

output X：定义了输出端口 X，它是一个 1 位二进制输出信号，用于存储逻辑与运算的结果。

assign X = A & B;：这是 Verilog 中的 连续赋值语句，表示将 A 和 B 进行 按位与（AND） 运算的结果直接赋值给输出端口 X。

A & B：对输入信号 A 和 B 进行 按位与（AND） 运算，运算规则如下：

0 AND 0 = 0

0 AND 1 = 0

1 AND 0 = 0

1 AND 1 = 1

结果 X 只会在 A 和 B 都为 1 时为 1，否则为 0。