写在前面的话
在前面小节的学习中，我们已经掌握了将二进制数转换成BCD码的方法。那么现在我们就反过来思考一下，设计一个什么样的电路，才可以将BCD码转换成二进制数呢？
基本概念
在数学中，我们都知道随便一个十进制数如5468 ，那么它的计算过程可以转换为：5468= 5*1000+4*100+6*10+8，因此BCD码转成二进制数的算法就是：
abcd = a*1000 + b*100 + c*10 +d
这种算法是最常规的一种算法，里面需要用到乘法器以及加法器，这种实现方式比较耗费资源，下面梦翼师兄会介绍一种算法，这种算法需要用到加法和移位来完成BCD转二进制数的功能，从而尽可能的节约逻辑资源。
移位算法原理
在介绍这种算法之前，梦翼师兄先来解释一个小小的问题：二进制码左移一位等于未左移的二进制码*2，例如有二进制码101001，转成十进制等于41，左移一位得到1010010，转成十进制等于82。
也就是说二进制码左移1位加上左移3位可以等效于二进制码乘以10，那么我们是否可以利用移位来代替乘法的运算呢?下面我们就来设计一个电路将输入的3位bcd码转换成二进制码，来实现BCD码转二进制数的功能。
顶层框图
顶层模块端口介绍
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端口名 |
端口说明 |
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clk |
系统50MHz时钟输入 |
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rst_n |
系统低电平复位 |
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bw |
BCD码百位输入 |
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shiw |
BCD码十位输入 |
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gew |
BCD码个位输入 |
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binary |
输出转换后的二进制数 |
代码实现
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/**************************************************** * Engineer : 梦翼师兄 * QQ : 761664056 * The module function: BCD码转二进制数模块 *****************************************************/ 01 module bcd_to_bin( 02 clk, //系统50Mhz时钟 03 rst_n, //系统低电平复位 04 bw, //输入的BCD码的百位 05 shiw, //输入的BCD码的十位 06 gew, //输入的BCD码的个位 07 binary //输出的二进制数 08 ); 09 10 input clk; 11 input rst_n; 12 input [3:0] bw; //百位 13 input [3:0] shiw; //十位 14 input [3:0] gew; //个位 15 16 output [9:0] binary; //转换结果 17 18 reg [9:0] bwValue1; //百位BCD码转换寄存器1 19 reg [9:0] bwValue2; //百位BCD码转换寄存器2 20 reg [9:0] bwValue3; //百位BCD码转换寄存器3 21 reg [9:0] shiwValue1; //十位BCD码转换寄存器1 22 reg [9:0] shiwValue2; //十位BCD码转换寄存器2 23 reg [9:0] gewValue; //个位BCD码转换寄存器 24 25 /***********转换操作*******************/ 26 always @(posedge clk or negedge rst_n) 27 if (!rst_n) 28 begin //寄存器赋初值 29 bwValue1 <= 0; 30 bwValue2 <= 0; 31 bwValue3 <= 0; 32 shiwValue1 <= 0; 33 shiwValue2 <= 0; 34 gewValue <= 0; 35 end 36 else 37 begin 38 //由我们得出的规律可知：a*100=a*(64+32+4)=a*64+a*32+a*4 39 //=a000000+a00000+a00，即a左移6位加上左移5位加上a左移2位 40 bwValue1 <= bw<<6; 41 bwValue2 <= bw<<5; 42 bwValue3 <= bw<<2; 43 //由我们得出的规律可知：a*10=a*(8+2)=a*8+a*2 =a000+a0， 44 //即a左移3位加上左移1位 45 shiwValue1 <= shiw<<3; 46 shiwValue2 <= shiw<<1; 47 gewValue <= gew; //个位数据不变 48 end 49 //将所有的各个位的转换结果相加就是转换后的二进制数 50 assign binary = bwValue1 + bwValue2 + bwValue3 + shiwValue1 51 + shiwValue2 + gewValue; 52 53 endmodule |
第18~23行我们定义了BCD码转换需要用到的寄存器，因为我们从算法原理这一部分中总结的规律是：百位的BCD码转换需要（a*100=a*(64+32+4)=a*64+a*32+a*4=a000000+a00000+a00，即a左移6位加上左移5位加上a左移2位）三部分组成，所以需要三组寄存器，同理十位和个位也分别需要两组和一组寄存器；37~48行测试执行移位操作，50~51行将移位的结果输出。
测试代码如下：
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/**************************************************** * Engineer : 梦翼师兄 * QQ : 761664056 * The module function: BCD码转二进制数测试模块 *****************************************************/ 01 `timescale 1ns/1ps 02 03 module bcd_to_bin_tb; 04 05 reg clk; 06 reg rst_n; 07 reg [3:0] bw; //百位 08 reg [3:0] shiw; //十位 09 reg [3:0] gew; //个位 10 11 wire [9:0] binary; 12 13 initial begin 14 clk = 0; 15 rst_n = 0; 16 bw = 4'd0; shiw = 4'd0; gew = 4'd0; 17 #1000 rst_n = 1; 18 19 #100 bw = 4'd1; shiw = 4'd2; gew = 4'd0; //120 20 #100 bw = 4'd3; shiw = 4'd2; gew = 4'd9; //329 21 #100 bw = 4'd7; shiw = 4'd0; gew = 4'd3; //703 22 #100 bw = 4'd0; shiw = 4'd2; gew = 4'd7; //027 23 #100 bw = 4'd2; shiw = 4'd9; gew = 4'd0; //290 24 25 end 26 27 always #10 clk = ~clk; 28 29 bcd_to_bin bcd_to_bin( 30 .clk(clk), //系统50Mhz时钟 31 .rst_n(rst_n), //系统低电平复位 32 .bw(bw), //输入的BCD码的百位 33 .shiw(shiw), //输入的BCD码的十位 34 .gew(gew), //输入的BCD码的个位 35 .binary(binary) //输出的二进制数 36 ); 37 38 endmodule |
我们在测试代码中写入了5组BCD码来检测输出是否正确
仿真分析
从仿真图可以看出，分别输入5组BCD码：120、329、703、27、290，观察输出可知转换之后的二进制数是正确的，成功的把BCD码转换成了二进制码。所以本次设计是成功的。