实验四 数据选择器
一、实验设计目标
（1）使用case语句设计实现自定义数据位宽的4选1数据选择器。
（2）通过此实验初步掌握case语句的使用方法。
（3）通过此实验初步掌握参数（parameter）型常数的定义方法和使用方法。
二、实验设计思路
数据选择器又称多路转换器或称多路开关，其功能是根据地址码的不同，从多个输入数据流中选择一个送往公共的输出端。根据数据输入端的个数的不同，可分为16选1、8选1、4选1等数据选择器。
本实验设计使用case语句实现4选1数据选择器功能，包含4个数据输入端D3D0，2个地址输入端A1A0，一个输入使能控制端CSn和一个数据输出端Y。当CSn为低电平时允许数据选择器工作；每组输入信号（D3~D0）的数据位宽是可自定义的，因按键开关个数限制，在验证实验时将其位宽定为1位。表4.1给出了对应的真值表。
表4.1 4选1数据选择器真值表
| 地址 | 使能 | 输入 | 输出1 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
| X | X | 1 | 0 | ||||
| 0 | 0 | 0 | |
||||
| 0 | 1 | 0 | |
||||
| 1 | 0 | 0 | |
||||
| 1 | 1 | 0 | |
三、功能模块图与输入输出引脚说明
数据选择器工程包含顶层模块mux41与底层模块mux41_module，图4.1是整个工程的模块功能图。下面介绍一下各主要引脚的功能：
图4.1 数据选择器模块功能图
（1）Width：数据位宽，在程序中定义，不属于输入输出信号。实验时，将width定为1，即每组输入信号和输出端信号的位宽都为1位。
（2）CSn：输入使能控制信号，低电平有效，连接在SW_In[2]。当CSn=0时，允许数据选择器工作；当CSn=1时，禁止数据选择器工作。
（3）SW_In[1:0]：拨动开关输入，共有两位。SW_In[1:0]分别连接“数据选择器”的地址输入信号A1~A0，用于地址选择。
（4）Data_In[3:0]：“数据选择器”的数据输入信号D[3:0]，连接到拨动开关SW_In[7:4]。
（5）LED_Out：输出到LED灯，共有八位。LED_Out0连接“数据选择器”的数据输出端Y，通过LED灯的亮灭情况来显示结果。LED_Out[7:1]输出恒定低电平。
四、程序设计
图4.2是截取自底层模块mux41_module的部分代码：
图4.2 数据选择器实验核心代码
5-8：输入输出信号声明。
12：敏感事件程序清单中的*号将自动包含always块中的语句或条件表达式中的所有信号，也可直接写always @ ( A or CSn )。
15-20：使用case语句实现数据选择，选择方式请参考真值表4.4。
21：当使能控制信号CSn=1时，数据选择器不工作，输出恒为0。
五、FPGA管脚配置
以下是Anlogic FPGA的IO Constraint，输入控制使能信号CSn与Anlogic_FPGA开发板上SW2相连；SW_In[1:0] 分别与开发板上的SW1SW0相连；Data_In0 Data_In3分别与开发板上的SW4~SW7相连；LED_Out[0]与开发板上的LED0相连。
set_pin_assignment { CSn } { LOCATION = B10; IOSTANDARD = LVCMOS33; }
set_pin_assignment { Data_In0 } { LOCATION = A12; IOSTANDARD = LVCMOS33; }
set_pin_assignment { Data_In1 } { LOCATION = B12; IOSTANDARD = LVCMOS33; }
set_pin_assignment { Data_In2 } { LOCATION = A13; IOSTANDARD = LVCMOS33; }
set_pin_assignment { Data_In3 } { LOCATION = A14; IOSTANDARD = LVCMOS33; }
set_pin_assignment { LED_Out[0] } { LOCATION = B14; IOSTANDARD = LVCMOS33; }
set_pin_assignment { LED_Out[1] } { LOCATION = B15; IOSTANDARD = LVCMOS33; }
set_pin_assignment { LED_Out[2] } { LOCATION = B16; IOSTANDARD = LVCMOS33; }
set_pin_assignment { LED_Out[3] } { LOCATION = C15; IOSTANDARD = LVCMOS33; }
set_pin_assignment { LED_Out[4] } { LOCATION = C16; IOSTANDARD = LVCMOS33; }
set_pin_assignment { LED_Out[5] } { LOCATION = E13; IOSTANDARD = LVCMOS33; }
set_pin_assignment { LED_Out[6] } { LOCATION = E16; IOSTANDARD = LVCMOS33; }
set_pin_assignment { LED_Out[7] } { LOCATION = F16; IOSTANDARD = LVCMOS33; }
set_pin_assignment { Sw_In[0] } { LOCATION = A9; IOSTANDARD = LVCMOS33; }
set_pin_assignment { Sw_In[1] } { LOCATION = A10; IOSTANDARD = LVCMOS33; }
图4.3 数据选择器IO Constraint
六、实验结果
当拨动开关SW2拨至“DOWN”，且SW1~SW0均拨至“UP”，选中输入SW7，此时LED0输出SW7的状态，当拨下SW7时，LED0灭，反之则亮。具体实验现象请参照真值表4.1自行验证。
七、实验小结
（1）if语句必须包含在一个always块中，always块中的语句按它们出现的顺序执行。
（2）用parameter来定义一个标识符代表一个常量，称为符号常量，即标识符形式的常量，采用符号常量可提高程序的可读性和可维护性。