数电设计步骤与 FPGA 实现的本质区别

数字电路设计的真值表、逻辑函数化简到电路图，构成了「逻辑设计层」；而 LUT（查找表）则是 FPGA 底层「物理实现层」的载体。理解这两者的差异，能帮你更清晰地把握从传统硬件到可编程逻辑的转变。

回顾经典数电设计流程

以 2 输入与非门为例，传统的数电设计遵循一套固定路径：

1. 设计真值表：明确输入 (A/B) 和输出 (Y) 的逻辑关系。

A	B	Y
0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

2. 写逻辑函数：根据真值表推导出布尔表达式。
3. 化简：利用卡诺图等方法消去冗余项，得到最简式。
4. 画电路图：用分立元件（如与门、非门）拼接出实际电路。

FPGA 如何实现同一功能

在 FPGA 开发中，核心逻辑依然依赖真值表和函数定义，但物理实现方式发生了根本变化。

• 保留核心步骤：你仍需明确「输入输出的逻辑关系」。无论是状态机的跳转条件还是控制信号（CS/RD），这是数电设计的灵魂，FPGA 无法替你思考。
• 工具自动完成映射：不需要手动化简或画图。**综合工具（如 Vivado、Quartus）**会接管后续工作：
  • 自动化简 Verilog 代码中的逻辑（消去冗余）；
  • 将化简后的逻辑直接「烧写」到 LUT 的存储单元中（相当于把真值表的输出值写入 RAM）。
• LUT 承载逻辑：数电里的「门电路拼接」变成了「查表逻辑」。
  • FPGA 实现时，将 A/B 作为 LUT 的地址输入，LUT 内部已预存了真值表的输出值（00→1, 01→1, 10→1, 11→0）。输入地址后直接读取输出 Y。

关键对比：数电步骤 vs FPGA LUT

数电设计步骤	FPGA 中的对应操作	LUT 的角色
设计真值表	写 Verilog 定义逻辑（if/else/assign）	无（这是你的设计工作）
写逻辑函数	Verilog 代码本质即硬件描述	无（工具基于此解析逻辑）
逻辑函数化简	综合工具自动化简	无（工具输出最简逻辑给 LUT）
画数字电路图