FPGA学习之inout双向口

本文介绍Inout端口在芯片设计中的使用原理及其如何通过控制信号实现输入输出的功能转换。通过一个具体的Verilog代码示例,展示了Inout端口在不同工作模式下的行为,以及如何设置高阻态来确保信号的正确读取。

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    芯片外部管脚很多都做成inout类型的,目的是为了节省管脚。一般的信号线用作总线等双向数据传输的时候就要用到inout类型了。其实就是一个端口既作输入又作输出,但不是同时,需要有一个控制信号out_en控制h何时为输出,何时为输入。具体可以看下这个例子:

module dual_port(

                 ...

                 inout_pin,

                 ...

                );

inout inout_pin;

wire inout_pin;

wire input_of_inout;

wire output_of_inout;

wire out_en;

assign input_of_inout=inout_pin;//当作输入时读取引脚状态值

assign inout_pin=out_en?output_of_inout:1'bZ;//判断是否为输出并赋值

endmodule

从例子可以知道,当inout用作输出时,就像平常一样。当inout用作输入时,需要设为高阻态,这样其电平就可以由外部输入信号决定了(这是高阻态的特性)。

 

### 使用 FPGA 的 `inout` 端口进行双向信号传输 在 Verilog 中,`inout` 是一个双向接口,允许数据既可以从主设备流向从设备,也可以反向流动[^1]。为了实现这种功能,在设计中通常会涉及到三态缓冲器的概念。 #### 实现原理 当使用 `inout` 端口时,内部逻辑需要控制何时作为输入工作以及何时切换到输出模式。这通常是通过使能信号来完成的;例如,在写操作期间激活该信号使得模块能够驱动外部总线,而在读取周期内禁用它以便接收来自其他源的数据[^2]。 #### 设计实例:基于 RAM 的 InOut 接口 下面展示了一个简单的例子,展示了如何利用 `inout` 来创建具有读/写能力的记忆体单元: ```verilog // 定义内存数组 reg [15:0] mem [127:0]; // 始终在上升沿触发 always @(posedge clk) if(write_enable) // 如果写入使能有效,则执行存储操作 mem[address] <= data_in; // 将 io_data 设置为高阻状态或从内存读取值取决于 write_enable 的状态 assign io_data = (!write_enable) ? mem[address] : 8'bz; ``` 此代码片段定义了一种方式,其中 `io_data` 被配置成可以在不同条件下充当输入或输出的角色——具体来说就是根据 `write_enable` 是否被置位而定。当 `write_enable` 处于低电平时(`!write_enable`),则将当前地址处的内容赋给 `io_data`; 否则设置其为高阻抗(即浮空),从而允许外部电路将其视为有效的输入路径。
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