Комбинационная логика с FPGA-тян / Habr

Привет! С вами снова Александр и мой бессменный ассистент FPGA-тян!

Да, тема сегодняшней статьи комбинационная логика и её применение в электронике. Это такая логика, при которой состояние выхода комбинационной схемы определяет только множество входных сигналов. Изначально звучит довольно сложно, да?

Ну будет тебе, ещё чуть теории и перейдём к практике. Связь логических элементов с физическим миром осуществляется через биполярные или полевые транзисторы, как на Рисунке 1.

*Рисунок 1- транзисторное представление комб. функций*

Совершенно верно, или по академически: Конъюнкция,Дизъюнкция и Инверсия (Отрицание). На основе этих трёх элементов с помощью СДНФ и СКНФ можно реализовать любую логическую комбинационную функцию. то есть это как кирпичики для строительства дома.

Ещё существуют законы Де`Моргана по преобразованию одних логических функций в другие (Рисунок 2).

Да, верно, первый элемент- инверсия. Выполняет функцию инвертирование, то есть сигнал изменяется на свою противоположность (Рисунок 3). Также, будем приводить таблицы истинности для каждого элемента.

a	~(a)
0	1
1	0

Следующий элемент – логическое И. выход будет равен логической единице только если на обоих входах единицы (Рисунок 4).

a	b	x
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Последний элемент логического базиса – логическое ИЛИ. В противоположность И, выход истинен всегда, кроме случая, когда на обоих входах логические нули (Рисунок 5).

a	b	x
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

И бонусный четвёртый элемент – исключающие ИЛИ. Выход истинен только тогда, когда один из входов 0 а другой 1 (Рисунок 6).

a	b	x
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Ну на сегодня, наверное, уже всё. Думаю, для статьи этого будет достаточно.

Ладно-ладно, давай напишем прошивку с логическим ИЛИ на FPGA.

Вот код прошивки для ПЛИС:

//FPGA -xc7a15tcsg325-1 отладочная плата - QMTECH_XC7A15T_35T_50T_CSG325

module Logic_OR(
input a,b,//sw1 и sw2
output c,d,osc
    ); 
assign c=~(a&b); 
assign d = ~c; //
assign osc =c; //выход осцилографа
endmodule

Вот файл xdc для прошивки ПЛИС:

#FPGA -xc7a15tcsg325-1 отладочная плата - QMTECH_XC7A15T_35T_50T_CSG325

set_property PACKAGE_PIN C8 [get_ports c]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports c]

set_property PACKAGE_PIN A9 [get_ports osc]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports osc]

set_property PACKAGE_PIN H18 [get_ports a]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports a]

set_property PACKAGE_PIN H17 [get_ports b]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports b]

set_property PACKAGE_PIN D8 [get_ports d]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports d]

Вид отладочной платы на Рисунке 7

Изначально у нас горит светодиод D4 который является прямым выходом С. т.к. светодиоды инверсные то они работают горят по низкому уровню, то есть по нулю, значит при нулях на вх��де светодиод D4 горит, а на светодиод D1 подаётся инверсный сигнал, и он не светится. Но стоит нажать один из переключателей Sw1 или Sw2, как огонёк переходит с D4 на D1 (Рисунок 8).