基础项目（10）BCD转二进制程序设计讲解

Posted 2020-11-13 mengyi1989

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

端口名	端口说明
clk	系统50MHz时钟输入
rst_n	系统低电平复位
bw	BCD码百位输入
shiw	BCD码十位输入
gew	BCD码个位输入
binary	输出转换后的二进制数

代码实现

/****************************************************            *   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：

/****************************************************            *   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。