基于EDA技术的单片机IP核设计

基于EDA技术的单片机IP核设计

1. 引言

EDA（Electronic Design Automatic），简单的说就是通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计的电子系统到最终形成集成电子系统或专用集成芯片

的一门新技术。其中，EDA 关键技术之一就是可以用硬件描述语言（HDL）

来描述具有广泛应用前景、且具备自主知识产权的IP 核（Intellectual Property）。这种IP 核具有很高的通用性和灵活性，可以通过软件编程完成不同特定的功能，可以任意使用在各种嵌入式微控制系统中。嵌入式IP 核的应用，由于重用设计

思想、设计知识，极大地降低了设计成本，缩短了设计周期，成为当今片上系

统（SoC）的重要设计手段。【1】

MCS－51 系列单片机是目前国内应用时间最长、最普及、可获得应用资料最

多的功能强大的8 位MCU，建立兼容MCS－51 单片机IP 核对于各种嵌入式

系统和SoC 的应用具有重要意义。针对MCS－51 单片机的应用前景，笔者成

功设计了与MCS－51 系列微处理器指令集完全兼容且功能更强的8 位嵌入式

微处理器芯片，通过IP 核重用技术，可广泛应用在各种SoC 中。

2.系统简介

本课题采用Altera 公司的MAX+plusⅡ10.0 设计平台，以超高速集成电路硬

件描述语言VHDL 为系统逻辑描述的唯一表达方式，采用自顶向下的设计原则，对MCS-51 单片机进行反相设计。同时选用Altera 公司的ACEX 系列器件来实现最终的IP 核。由于篇幅的关系，笔者不打算对开发平台、开发工具以及最

终实现硬件电路的FPGA 芯片进行介绍，而是着重介绍整体的设计思想。图1

是本课题进行设计的顶层设计层次图。实线部分是MCS-51 单片机的内核部分，虚线部分是外围存储电路部分。下面介绍各部分的实现方法。

四位原码乘法器

1.课程设计的内容和要求 内容：设计四位原码乘法器电路。 要求：1.有关资料，设计乘法器电路； 2.画出乘法器逻辑图； 3.在实验箱上完成乘法器电路的组装，调试，核对记录，测试有关数据， 通过老师当场验收； 4.完成课程设计报告。 1.课程设计原理 运用存储器的存储功能实现数字的存储。令电路的初始状态为000，000，000000。以二进制的形式输入数字，计算方式是以十进制数字乘法。输入的数字为三位数字，输出的是六位数字。先存储输入的乘数和乘积，然后再将乘积的导线端连到输出段，此时之前输入的乘积就可以在输出端显示。 此时序电路的真值表为：

1.课程设计思路 本次课程设计的题目为四位原码乘法器，利用真值表输入乘数时，需要存放数字，于是我查阅了一些资料，用存储器可以实现这一电路，所以本实验中用到的是INTEL 2114芯片。 具体实现过程如下图： a a b b F 32F 1 1.课程设计所需的器材 1.2114是一个容量为1K4位的静态RAM芯片，常用于寄存器。 其具体的引脚图为： 此芯片的电路图为： 2.数字电路实验箱 3.导线若干 1.课程设计实现 本次课程设计的题目是四位原码乘法器电路。 此部分只用到了2块INTEL2114芯片，具体连接如下： 1、先将这些芯片按在电路板上（注意不要插反，否者容易烧毁芯片）。 2、将两片芯片的A6和GND端，A7,A8,A9接地。 3、Vcc端接电压5V，cs接存储端，WE端接控制端。 4、两块芯片的A5,A4,A3组成一个乘数，A0,A1,A2组成另一个乘数。其中一块芯

片的I/O1,I/O2,I/O3,I/O4和另一块芯片的I/O1,I/O2组成要求的乘积。乘数与乘积的显示方式均为二进制，但是计算方法是以十进制数的乘法法则计算。 1.调试步骤及方法 在连接实验器件之前，要先检查如下实验器件： 1、检查芯片引脚是否有损坏。 2、检查电路板是否好用。 连接实验器件时要注意： 2严格按照电路图一步一步连接，以避免连接错误。 3导线要先连接电源测试是否导电。 连接好电路进行数据测试，输入001，010，000010，存储；001，101，000101，存储；001，111，000111，存储。将连在输入端的四个输出连接到输出端，并输入001，010，但是结果并不是000010，而是000100；再输入001，101，也没有得到000101的结果，而是000110的结果。检查线路，发现输出的线路错位，纠正后重新输入乘数，结果均得到计算结果。调试成功。 1.实验结果 连接好整个电路。A5A4A3和A2A1A0为输入端,即乘数，F5F4F3F2F1F0为输出端，即乘积。如下表： 8. 课程设计结果 输入000，000，000000，存储；

EDA技术课程设计报告

课程设计任务书设计题目1：数码管显示数字钟设计

院（系）分管领导：教研室主任：指导教师： 2017年6月23日

目录 第1章引言 0 第2章电路原理 0 第3章程序设计 (1) 顶层模块设计 (2) 时钟分频模块设计 (2) 按键驱动模块设计 (2) 时钟计数模块设计 (3) 整点报时模块 (4) LED灯花样显示模块 (5) 数码管显示模块设计 (5) 第4章调试、测试分析及结果 (7)

调试 (7) 测试分析 (7) 结果 (9) 第5章小结 (10) 参考文献 (11) 附录电路图及程序 (11)

第1章引言 EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写，在20世纪60年代中期从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来的。 EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL 或者Verilog HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。 Verilog HDL是一种硬件描述语言，以文本形式来描述数字系统硬件的结构和行为的语言，用它可以表示逻辑电路图、逻辑表达式，还可以表示数字逻辑系统所完成的逻辑功能。 此次课程设计我们运用QuartusⅡ这个软件，使用Verilog HDL语言进行编程。 数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的钟表。与机械钟相比具有更高的准确性和直观性，具有更长的使用寿命，已得到广泛的使用。数字钟的设计方法有许多种，例如可用中小规模集成电路组成电子钟，也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟，还可以利用单片机来实现电子钟等等。这些方法都各有其特点，其中利用单片机实现的电子钟具有编程灵活，以便于功能的扩展。 本次课程设计要求利用EDA技术，设计一个数码管显示数字钟的样品，数字钟要求具备以下功能： 1、具有时、分、秒，计数显示功能，以24小时循环计时； 2、具有清零，调节小时、分钟功能； 3、具有整点报时功能，整点报时的同时LED花样显示。 第2章电路原理 数码管显示数字钟设计,运用到8位数码管，要求其中6位数码管动态显示，分别显示时、分、秒的计数，同时对时间进行设置，数字钟的总体功能按照要求可以分为基本的数字时钟显示（具有时、分、秒，计数显示功能，以24小时循环计时）、手动校准（具有清零，调节小时、分钟功能）、整点报时、LED灯花样显示

EDA课程设计

课程设计说明书 课程：EDA技术基础 题目：数字钟的设计 闹钟与整点报时模块 学生姓名：XXX 学号201265110204 班级 :1203班 专业：电子信息与科学 指导教师：XXX 2014年12月20日 长沙理工大学课程设计任务书 物理与电子科学学院电子信息与科学专业1203班姓名王玲课程名称EDA技术基础 题目数字钟的设计

长沙理工大学课程设计成绩评定表

目录 1数字钟设计闹钟模块基本任务要求4 2设计思想4 3简述闹钟模块的输入与输出5 4分进程描述6 5仿真结果与分析7 6简述数字钟的设计总成果10 7总结11 参考文献13 代码附件13

基本任务要求：运用QuartusⅡ13.1软件平台，用VHDL语言描述并设计的闹钟模块满足可调闹钟时间，当时钟时间到达闹钟时间后会响闹铃，（由于实验室权限问题会以FPGA开发板上12个LED灯交替发光来表现）；整点报时过程表现为整点的前十秒内响铃，（以FPGA开发板上一个LED灯交替发光来实现）。 设计思想：闹钟模块要以分频模块、计数器模块和译码显示模块为基础，将闹钟模块分为三个进程，一个进程用来实现调闹钟，一个进程来实现闹响闹钟（即实现LED灯交替发光），另一个进程来是实现整点报时。 （上面截图为数字钟整体编译后的RTL电路的闹钟模块） 简述闹钟模块图的输入与输出：上图中的输入粗黑实线为计数器模块输出的小时、分钟的高低位和秒钟的高位（都用四位的二进制表示）；输出的粗黑实线为定的闹钟时间（包括小时和分钟），将送到译码显示模块显示闹钟时间，闹钟时间与时钟都在FPGA上的数码管显示，用二选一实现交替显示。clk和clk1都是经过分频器分出的不同频率的信号分别用于整点报时的闪灯脉冲与闹钟调时、闹响的闪灯脉冲。

EDA技术实践课程设计--24进制计数器课件

东北石油大学EDA技术实践课程设计 课程EDA技术实践课程设计 题目24进制计数器 院系电气信息工程学院电气系 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 年7月25日

EDA技术实践课程设计任务书 课程EDA技术实践课程设计 题目24进制计数器 专业电气工程及其自动化姓名学号 主要内容： 1.熟练掌握Quartus II软件的使用。 2.熟练掌握在QuartusII平台上用原理图或者VHDL语言进行电路设计的方法。 3.学会用例化语句对EDA电路设计中顶层电路进行描述。 基本要求： 1.熟悉仿真开发软件Quartus II的使用； 2.根据功能要求，用原理图或文本输入方式完成设计； 3.用Quartus II做波形仿真调试； 4.下载至EDA试验仪调试设计。 主要参考资料： [1]潘松，黄继业. 《EDA技术实用教程》［M］.北京：科学出版社，2002. [2]卢杰，赖毅. 《VHDL与数字电路设计》［M］.北京：科学出版社，2001. [3]张明. 《Verilog HDL实用教程》［M］.成都：电子科技大学出版社，1999. [4]郑家龙，王小海，章安元.《集成电子技术基础教程》［M］.北京：高等教育出版社，2002. [5]王金明，杨吉斌. 《数字系统设计与Verilog HDL》［M］.北京：电子工业出版社，2002. 完成期限 指导教师 专业负责人 年7 月18日

目录 1设计 (1) 2方案选择与电路原理图的设计 (1) 2.124进制计数器的基本原理 (1) 2.2设计流程图 (1) 2.3原理图 (1) 374LS161元件说明 (2) 3.1 简介 (2) 3.274ls161管脚图与介绍 (2) 3.374ls161功能表 (3) 3.474ls161主要特点 (3) 4设计过程 (4) 4.1新文件的建立 (4) 4.2宏功能模块的使用 (5) 4.3普通元件的添加 (8) 4.4 电路连接 (9) 5功能仿真 (9) 6出现的问题及调试方法 (11) 7总结 (11) 参考文献 (12) 附录VHDL语言编写的该程序清单 (13)

44数字乘法器设计

4*4数字乘法器设计 1．设计任务 试设计一4位二进制乘法器。4位二进制乘法器的顶层符号图如图1所示。 END P A B 1 0 1 11 1 0 1×1 0 1 10 0 0 01 0 1 11 0 1 1 1 1011001 图1 4位乘法器顶层符号图 图2 4位乘法运算过程 输入信号：4位被乘数A （A 3 A 2 A 1 A 0），4位乘数B （B 3 B 2 B 1 B 0），启动信号START 。 输出信号：8位乘积P （P 7 P 6 P 5 P 4 P 3 P 2 P 1 P 0），结束信号END 。· 当发出一个高电平的START 信号以后，乘法器开始乘法运算，运算完成以后发出高电平的END 信号。 2．顶层原理图设计 从乘法器的顶层符号图可知，这是一个9输入9输出的逻辑电路。一种设计思想是把设计对象看作一个不可分割的整体，采用数字电路常规的设计方法进行设计，先列出真值表，然后写出逻辑表达式，最后画出逻辑图。这种设计方法有很多局限性，比如，当设计对象的输入变量非常多时，将不适合用真值表来描述，同时，电路功能任何一点微小的改变或改进，都必须重新开始设计。另一种设计思想是把待设计对象在逻辑上看成由许多子操作和子运算组成，在结构上看成有许多模块或功能块构成。这种设计思想在数字系统的设计中得到了广泛的应用。 对于4位乘法器而言，设A =1011，B =1101，则运算过程可由图2所示。从乘法运算过程可知，乘法运算可分解为移位和相加两种子运算，而且是多次相加运算，所以是一个累加的过程。实现这一累加过程的方法是，把每次相加的结果用部分积P 表示，若B 中某一位 B i =1，把部分积P 与A 相加后右移1位；若B 中某一位B i = 0，则部分积P 与0相加后右移1位（相当于只移位不累加）。通过4次累加和移位，最后得到的部分积P 就是A 与B 的乘积。 为了便于理解乘法器的算法，将乘法运算过程中部分积P 的变化情况用图3表示出来。存放部分积的是一个9位的寄存器，其最高位用于存放在做加法运算时的进位输出。先把寄存器内容清零，再经过4次的加法和移位操作就可得到积。注意，每次做加法运算时，被乘

EDA技术实践课程设计--24进制计数器

E D A技术实践课程设计 --24进制计数器 -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1

东北石油大学EDA技术实践课程设计 年 7月 25日

EDA技术实践课程设计任务书 课程 EDA技术实践课程设计 题目 24进制计数器 专业电气工程及其自动化姓名学号 主要内容： 1.熟练掌握Quartus II软件的使用。 2.熟练掌握在QuartusII平台上用原理图或者VHDL语言进行电路设计的方法。 3.学会用例化语句对EDA电路设计中顶层电路进行描述。 基本要求： 1.熟悉仿真开发软件Quartus II的使用； 2.根据功能要求，用原理图或文本输入方式完成设计； 3.用Quartus II做波形仿真调试； 4.下载至EDA试验仪调试设计。 主要参考资料： [1]潘松，黄继业. 《EDA技术实用教程》［M］.北京：科学出版社，2002. [2]卢杰，赖毅. 《VHDL与数字电路设计》［M］.北京：科学出版社，2001. [3]张明. 《Verilog HDL实用教程》［M］.成都：电子科技大学出版社，1999. [4]郑家龙，王小海，章安元.《集成电子技术基础教程》［M］.北京：高等教育出版社，2002. [5]王金明，杨吉斌. 《数字系统设计与Verilog HDL》［M］.北京：电子工业出版社，2002. 完成期限 指导教师 专业负责人 年 7 月18日

目录 1设计 (1) 2方案选择与电路原理图的设计 (1) 2.124进制计数器的基本原理 (1) 2.2设计流程图 (1) 2.3原理图 (1) 374LS161元件说明 (2) 3.1 简介 (2) 3.274ls161管脚图与介绍 (2) 3.374ls161功能表 (3) 3.474ls161主要特点 (3) 4设计过程 (4) 4.1新文件的建立 (4) 4.2宏功能模块的使用 (5) 4.3普通元件的添加 (8) 4.4 电路连接 (9) 5功能仿真 (9) 6出现的问题及调试方法 (11) 7总结 (11) 参考文献 (12) 附录VHDL语言编写的该程序清单 (13)

EDA技术课程设计报告

课程设计任务书 设计题目1：数码管显示数字钟设计 学生姓名 课程名称EDA技术课程设计专业班级 地点起止时间2017年6月19日— 6月23日 设 计 内 容 硬件设计及样品制作 设计参数1、具有时、分、秒，计数显示功能，以24小时循环计时； 2、具有清零，调节小时、分钟功能； 3、具有整点报时功能，整点报时的同时LED花样显示。 设计进度1.2017年6月19日—20日查阅资料，确定设计方案 2.2017年6月21日—22日程序设计和硬件调试 3.2017年6月23日撰写课程设计报告，答辩 设计成果1. 设计说明书一份（不少于2000字）； 2. 样品一套。 参考资料1.周润景等，基于Quartus II的FPGA/CPLD数字系统设计实例，电子工业 出版社，2010 2.夏宇闻，Verilog数字系统设计教程（第二版），北京航空航天大学出版 社，2014 说明1．本表应在每次实施前由指导教师填写一式2份，审批后所在系（部）和指导教师各留1份。2．多名学生共用一题的，在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。3．若填写内容较多可另纸附后。 院（系）分管领导：教研室主任：指导教师： 2017年 6月 23日

EDA技术课程设计报告 目录 第1章引言 (1) 第2章电路原理 (2) 第3章程序设计 (3) 3.1 顶层模块设计 (3) 3.2 时钟分频模块设计 (4) 3.3 按键驱动模块设计 (4) 3.4 时钟计数模块设计 (4) 3.5 整点报时模块 (5) 3.6 LED灯花样显示模块 (7) 3.7 数码管显示模块设计 (7) 第4章调试、测试分析及结果 (10) 4.1 调试 (10) 4.2 测试分析 (10) 4.3 结果 (12) 第5章小结 (13) 参考文献 (14) 附录电路图及程序 (15)

乘法器课程设计

摘要：基于VHDL的数字系统设计具有设计技术齐全、方法灵活、支持广泛等优点,同时也是EDA技术的重要组成部分.文章用VHDL语言设计了左移法和进位节省法实现的两种组合乘法器,通过功能仿真,对两种乘法器的性能进行了比较,从而得知后者的传输延迟时间小,即速度较快.通过设计实例,介绍了利用VHDL语言进行数字系统设计的方法. 关键词：VHDL语言左移法进位节省法 Abstract:Digital system design based on VHDL has complete design techniques, methods, the advantages of flexible and wide support, at the same time also is the important component of the EDA technology. The article using VHDL language to design the left shift method and carry save method to realize the combination of two kinds of multiplier, through the function simulation, compares the performance of the two kinds of multiplier, which the latter's small transmission delay time, namely fast. Through the design example, introduced the method of using VHDL language to design digital system. Keywords:VHDL language ，left shift method ，carry save method

EDA技术课程设计题目与任务

五课程设计题目与内容 1. 电子秒表设计 内容及要求： 完成具有多计数功能的秒表，并可将结果逐一显示在7 段数码管上，具体要求如下： (1)输入时钟10khz ，采用Altera EP1C6Q240C8 FPGA ； (2)异步、同步复位，计时精度1ms,最大计时240秒； (3)至少对 6 个目标计时，并可显示于7 段数码管，格式为xxx.yyy ，秒为单位； ( 4)计时值可逐一顺序回显； ( 5)按下一次终止键完成一个对象的计时,计时间隔小于最大计时值； ( 6)完成全部流程：设计规范文档、模块设计、代码输入、功能仿真、约束与综合、布局布线、时序仿真、下载验证等。 进度安排： 本设计持续10天,其中最后一天(依例周五)为答辩时间。 第1-2 天：讲解题目,准备参考资料,检查、调试实验软硬件,进入设计环境,开始设计方案和验证方案的准备； 第3-4 天：完成设计与验证方案,经指导老师验收后进入模块电路设计； 第5-7 天：完成模块电路设计,进行代码输入,并完成代码的初步仿真； 第8-9 天：代码功能仿真正确,约束设计,综合、下载,实现设计目标,并指导老师验收设计；整理设计资料,撰写报告、准备答辩； 第10 天：验收合格后进行答辩。 选题：限2人：共同进行电路和验证方案设计，1人仿真，另1人FPGA实现

2. aval on 总线从接口设计 内容及要求： 实现Altera 的NiosII CPU 外部总线接口电路，完成存储器的读写操作。 (1) CPU采用Altera Nios n； ( 2)接口电路采用同步操作，注意时钟的选择； ( 3)寻址空间0x8000~0x8ffff ，数据总线宽度8 比特； ( 4)存储器的种类为寄存器即可，具有读写功能； ( 5) avalon 总线接口为slave ； (6)下载验证时要和CPU一同实现相应的功能，软件进行读写操作。 进度安排： 本课程设计持续10 天，其中最后一天( (依例周5)为答辩时间。 第1-2 天：讲解题目，准备参考资料，检查、调试实验软硬件，进入设计环境，开始设计方案和验证方案的准备； 第3-4 天：完成设计与验证方案，经指导老师验收后进入模块电路设计； 第5-7 天：完成模块电路设计，进行代码输入，并完成代码的仿真； 第8-9天：约束设计，与CPU集成综合、下载，用c语言实现操作，并指导老师验收设计；整理设计资料，撰写报告、准备答辩； 第10 天：验收合格后进行答辩。 选题：限 2 人：共同进行电路和验证方案设计， 1 人逻辑电路设计与仿真，另1人系统集成及软件代码设计

有符号5位整数乘法器设计与制作

哈尔滨工业大学（威海） 信息科学与工程学院 EDA课程设计报告 有符号5位整数乘法器设计与制作 指导老师：胡屏 学生班级：0802102 学生姓名：傅愉 学生学号：080210210 2009年11月10日

目录 1.课程设计的性质、目的和任务 (1) 2.题目要求 (1) 3.总体设计 (1) 3.1算法设计 (1) 3.2整体框图及原理 (2) 4.电路设计 (4) 4.1 乘法器总体电路原理图： (4) 4.2分时输入模块电路图： ........................................................... - 5 - 4.3乘法运算电路图： (6) 4.4阀门控制模块电路： ............................................................... - 9 - 4.5计数单元电路图： ................................................................. - 12 - 4.6数码管显示单元电路： ......................................................... - 14 - 4.7报警电路示意： ......................................... 错误！未定义书签。 5.调试过程中出现的问题以及解决办法 .......................................... - 19 - 6.心得体会........................................................................................... - 20 - 7.建议：............................................................................................... - 21 - 1.课程设计的性质、目的和任务 创新精神和实践能力二者之中，实践能力是基础和根本。这是由

跑马灯设计方案EDA课程设计方案

第一章设计内容与设计方案 1.1课程设计内容 控制8个LED进行花样性显示。 设计4种显示模式：s0，从左到右逐个点亮LED；s1，从右到左逐个点亮LED；s2，从两边到中间逐个点亮LED；s3，从中见到两边逐个点亮LED。 4种模式循环切换，复位键（rst）控制系统的运行停止。数码管显示模式编号。 可预置彩灯变换速度，4档快、稍快、中速、慢速，默认工作为中速。 1.2设计方案 在掌握常用数字电路功能和原理的基础上，根据EDA技术课程所学知识，以及平时实验的具体操作内容，利用硬件描述语言HDL，EDA软件QuartusⅡ和硬件平台cycloneⅡFPGA进行一个简单的电子系统设计，本次课程设计采用Verilog HDL硬件描述语言编写控制程序，应用Quartus Ⅱ软件实现仿真测试。采用FPGA芯片对LED灯进行控制，使其达到流水跑马灯显示的效果，LED灯采用共阳极接法，当给它一个低电平时，LED点亮，我们利用移位寄存器使各输出口循环输出高低电平，达到控制的目的。

2.1设计原理及设计流程 本次试验我所完成的内容是跑马灯的设计，下面我简单的进行一下原理的阐述。 跑马灯课程设计的要求是控制8个LED进行花样显示，设计四种显示模块：第一种显示是从左向右逐个点亮LED。第二种显示：从右向左逐个点亮LED。第三种显示：从两边向中间逐个点亮LED。第四种显示：从中间到两边逐个点亮LED。四种显示模式循环切换，并带有一位复位键控制系统的运行停止。为了完成要求的效果显示，由于要求比较简单，所以不用分为很多模块来具体控制，所以我先择利用移位寄存器来完成灯的点亮，我们将LED灯采用共阳极接法，当给于低电平时点亮，那么当我们需要点亮某位LED灯时，只需在该位上赋予低电平即可，比如：如果我们要实现8个数码灯从左到右依次点亮，那么我们就可以给这8个数码灯分别赋值10000000，经过一段时间的延时后再给其赋值01000000，再经过一段时间延时后再给其赋值00100000，依次类推，则最后一种赋值状态为00000001，这样就得到了相应的现象。同理，要实现数码灯从右向左依次点亮，从中间向两端依次点亮，从两端向中间依次点亮都可以采用这样赋值的方法。为了达到四种显示模式循环切换的目的，可以将以上的所有赋值语句以顺序语句的形式置于进程中，这样在完成了一种显示方式后就会自动进入下一种设定好的显示模式，如此反复循环。当需要程序复位时，只需按下rst键即可，程序不管走都那里，执行那条语句，只要确定复位键按下时，程序立刻返回到程序执行语句的第一步，程序接着进行新的循环点亮。

乘法器的设计

物理与电子工程学院集成电路设计课程论文题目：乘法器的研究 学生姓名：XXX 指导教师：XXX 201X年XX月XX日

乘法器 摘要：乘法器，其基础就是加法器结构，它已经是现代计算机中必不可少的一部分。 乘法器的模型就是基于“移位和相加”的算法。本文讨论基本的阵列乘法器，以及产生部分 积和最终求和。 关键词：全加器，半加器，阵列。 引言： 乘法运算非常耗费硬件面积并且速度很慢，许多计算问题解决的快慢受乘法器电 路工作速度的约束，因此在现代高级的数字信号处理器和微处理器中都集成了硬件乘法单 元。并且乘法器在当今数字信号处理以及其他诸多应用领域中起着十分重要的作用。随着科 学技术的发展，许多研究人员已经开始试图设计一类拥有更高速率和低功耗，布局规律占用 面积小，集成度高的乘法器。这样，就能让它们更加适用于高速率，低功耗的大规模集成电 路的应用当中。通常的乘法计算方法是添加和位移的算法。在并行乘法器当中，相加的部分乘积的数量是主要的参数。它决定了乘法器的性能。为了减少相加的部分乘积的数量，修正 的Booth 算法是最常用的一类算法。但是，随着并行化的增多，大量的部分乘积和中间求和 的增加，会导致运行速度的下降。不规则的结构会增加硅板的面积，并且由于路由复杂而导 致中间连接过程的增多继而导致功耗的增大。另一方面串并行乘法器牺牲了运行速度来获得 更好的性能和功耗。因此，选择一款并行或串行乘法器实际上取决于它的应用性质。 主体 1.1.1二进制乘法定义 考虑两个无符号二进制数X 和Y ，X 为M 位宽，Y 为N 位宽，将它们用下列二进制数形 式表达 i 1 -M 0i i 2X X ∑== （1.1） j 1 -N 0j j 2Y Y ∑== （1.2） 其中i X 和j Y 为0或者1，那么X 和Y 的乘法运算定义如下 Z=X ×Y= k 1 -N M 0k k 2Z ∑+= =（i M i i X 210∑-=）（j 1-N 0j j 2Y ∑=）=∑∑=-=+???? ??1-M 0i 10j 2N j i j i Y X （1.3） 我们先来看一下手工是如何进行二进制乘法运算的。如图1-1所示，被乘数与乘数的第一个 位相乘（实际为“与”操作）产生积，并且根据乘数相应位的位置对部分积进行左移（例如， 被乘数与乘数的第0位相乘，则不移位；与第一位相乘，部分积左移1位，以此类推），最 终将所有的部分积相加得到乘法运算的结果。M 位被乘数与N 位乘数相乘得到的乘积是 M+N 位的。 1.1.2部分积生成

VHDL的乘法器设计——数字电路课程设计

数字电路课程设计 题目乘法器设计 班级实验二班 学号 姓名 时间第十三、十四周 地点科A-304 指导陈学英唐青

【摘要】：用FPGA设计完成基于半加器、全加器和保留进位思想设计的4BIT四级流水乘法器，用modelsim仿真其结果。 【目录】： 第一章、实验任务及原理 第二章、设计思路方法及方案 第三章、FPGA模块程序设计与仿真 第四章、结束语

【正文】 【第一章】：实验任务及原理 本实验只要求编写乘法器的硬件代码，并用Modelsim进行仿真测 试。设计乘法器，两个输入都是4BIT，对所有输入相乘都得到正 确结果，乘法器采用四级流水设计，以增加处理速度。用modelsim 仿真时，要求用时钟上升沿方式遍历所有输入，检查输出结果是否 正确。原理用到流水，进位保留思想。 【第二章】：设计思路及方案 算法结构（无符号） 由上图可见，乘法的运算最终是加法的运算，两个4BIT输入，输出为7BIT。模块一、半加器：单比特输入相加， 模块二、全加器：由两个半加器组成，有一个进位输入， 模块三、进位保留加法器：

最终程序结构图 流水设计的原理：在前向割集上加入四级流水 图一 图二 如上图所示方框代表触发器，五边形代表组合逻辑块，假设图一中逻辑块输入输出延时为Ta，图二将逻辑块切割成两块，延时分别为T1，T2，且Ta=T1+T2，

并在两逻辑块之间加触发器，两个逻辑块工作频率都可以达到clk频率，故工作速度增加一倍，虽然时延增加了，但资源优化了许多。 【第三章】：FPGA程序模块及仿真 半加器的程序模块： entity half_adder is port(a,b:in std_logic; s,cout:out std_logic); end half_adder; architecture Behavioral of half_adder is begin s<=a xor b; cout<=a and b; end Behavioral; 全加器的程序模块：调用半加器，采用顶层设计 entity full_adder is port(a,b,cin:in std_logic; s,cout:out std_logic); end full_adder; architecture Behavioral of full_adder is component half_adder port(a,b:in std_logic; cout,s:out std_logic); end component; signal h1s,h1cout,h2cout:std_logic; begin u1:half_adder port map(a,b,h1cout,h1s); u2:half_adder port map(cin,h1s,h2cout,s); cout<=h1cout or h2cout; end Behavioral; 乘法器的程序模块： library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ----Uncomment the following library declaration if instantiating ----any Xilinx primitives in this code. --library UNISIM; --use UNISIM.VComponents.all;

EDA技术课程设计之六位频率计的设计

目录 一概述............................................................................................................................................. - 1 - （一）设计背景及意义 (1) （二）设计任务与要求 (1) 二六位频率计的工作原理............................................................................................................. - 1 -三六位频率计的设计与仿真......................................................................................................... - 2 - （一）六位十进制频率计的设计与仿真 (2) （二）六位十六进制频率计的设计与仿真 (5) 四调试过程、测试结果及分析 ..................................................................................................... - 8 - （一）六位十进制频率计的测试结果与分析 (8) （二）六位十进制频率计扩展功能的测试结果与分析 (9) （三）六位十六进制频率计的测试结果与分析 (10) 五课程设计体会........................................................................................................................... - 11 -六参考文献................................................................................................................................... - 11 -

EDA技术课程设计任务书2015

课程设计(论文)任务书 电气与电子工程学院电子信息工程专业2013- 2班 一、课程设计(论文)题目数字频率计 二、课程设计(论文)工作自 2015 年12 月28 日起至2016 年1 月 8 日止。 三、课程设计(论文) 地点: 电子测控实验室 四、课程设计(论文)内容要求： 1）课程设计任务： 1：设计一个能测量方波信号的频率的频率计。 2：测量的频率范围是0~999999 hz。 3: 测量结果用十进制数显示。 4: 量程自动切换，超限报警。 2）课程设计论文编写要求 （1）课程设计任务及要求 （2）总体电路设计 （3）模块设计---给出各个模块的详细设计思路 （4）管脚绑定---列表或截图给出管脚绑定情况 （5）仿真及FPGA开发板调试---给出运行仿真波形截图，分析运行结果。 （6）设计体会与小结---设计遇到的问题及解决办法，通过设计学到了哪些新知识，巩固了哪些知识，有哪些提高。 （7）参考文献（必须按标准格式列出，可参考教材后面的参考文献格式） （8）报告按规定排版打印，要求装订平整，否则要求返工； （9）课设报告的装订顺序如下：封面---任务书---中文摘要---目录----正文---附录(代码及相关图片) （10）严禁抄袭，如有发现，按不及格处理。 3）课程设计评分标准： （1）学习态度：10分；

（2）系统设计：20分； （3）代码调试：20分； （4）回答问题：20分； （5）论文撰写：30分。 4）课程设计进度安排 进度安排： 本设计持续10天，其中最后一天为答辩时间。 第1-2天：讲解题目，准备参考资料，检查、调试实验软硬件，进入设计环境，开始设计方案和验证方案的准备； 第3-4天：完成设计与验证方案，经指导老师验收后进入模块电路设计； 第5-7天：完成模块电路设计，进行代码输入，并完成代码的初步仿真； 第8-9天：代码功能仿真正确，约束设计，综合、下载，实现设计目标，并指导老师验收设计；整理设计资料，撰写报告、准备答辩； 第10天：验收合格后进行答辩。 学生签名： 2015 年12 月28 日 课程设计(论文)评审意见 （1）学习态度（10分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（2）系统设计（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（3）代码调试（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（4）回答问题（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（5）论文撰写（30分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）； 评阅人：职称： 2016 年 1 月10 日

EDA技术课程设计-脉冲按键电话显示器.

课程EDA技术课程设计 题目脉冲按键电话显示器 专业电子信息工程 主要内容、基本要求、主要参考资料等 主要内容： 设计一个准确地反映按键数字具有8位显示的电话按键显示器，该电话显示器要求具有重拨的功能，当按下重拨键时，能够显示最后一次输入的电话号码。 基本要求： 1、设计一个具有8位显示的电话按键显示器； 2、能准确地反映按键数字； 3、显示器显示从低位向高位前移，逐位显示按键数字，最低位为当前输入位； 4、设置一个“重拨”键，按下此键，能显示最后一次输入的电话号码； 5、挂机2秒后或按熄灭按键，熄灭显示器显示。 主要参考资料： [1] 潘松著.EDA技术实用教程(第二版). 北京：科学出版社,2005. [2] 康华光主编.电子技术基础模拟部分. 北京：高教出版社,2006. [3] 阎石主编.数字电子技术基础. 北京：高教出版社,2003. 完成期限2011.3.11 指导教师 专业负责人 2011年3月7日

一、总体设计思想 1.基本原理 本次课程设计是用VHDL语言实现一个能准确地反映按键数字、具有8位显示的电话按键显示器。摘机时开始工作，显示器显示从低位向高位前移，逐位显示按键数字，最低位为当前输入位；设置一个“重拨”键，按下此键能显示最后一次输入的电话号码；挂机2秒后或按熄灭键，熄灭显示器显示。 本文设计的脉冲按键电话显示器由五个模块组成：按键电路、译码器、移位寄存、锁存器和数码管显示电路，其中移位寄存、锁存器和数码管译码显示电路为系统的主要组成部分。 （1）按键电路模块。提供“0”到“9”数字按键的输入，同时设置有拨号键，清除键，挂机键和重拨键。 （2）译码电路模块。译码器有两个功能。第一，把输入的一位键值转换成四位BCD码；第二，把4位二进制码译成相应的数码管输出显示码。 BCD码对应的七段数码管显示如下表： BCD码对应的数码管显示

4位二进制乘法器课设报告

课程设计4位二进制乘法器电路的设计 班级 学号 学生姓名 指导教师

课程设计任务书 课程名称数字逻辑课程设计 课程设计题目4位二进制乘法器电路的设计 课程设计的内容及要求： 一、设计说明 设计一个4位二进制乘法器，可以存贮其乘积。 电路原理框图如图1所示。乘法器可以利用加法器和寄存器实现。 图1 乘法器原理框图 寄存器B存放被乘数，寄存器Q存放乘数，两个乘积长度有可能是原来的2倍，故计算完成后将累加和寄存器A放乘积的高位，而Q放乘积的低位，P记录乘数的位数，每形成一个部分积P加1，当P=4时，乘法结束，两数之积放在AQ寄存器中。 二、技术指标 1．设计4位二进制乘法器。 2．其乘积可以存贮。 三、设计要求 1．在选择器件时，应考虑成本。 2．根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数。

3．主要器件：(1)74LS74双D触发器；(2)74LS194双向移位的寄存器； (3)74LS283加法器；(4)74LS00、74LS04等门电路。 四、实验要求 1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。 2．进行实验数据处理和分析。 五、推荐参考资料 1.谢自美. 电子线路设计·实验·测试. [M]武汉：华中理工大学出版社，2000年 2.阎石. 数字电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社，2006年 3.付家才. 电子实验与实践. [M]北京：高等教育出版社，2004年 六、按照要求撰写课程设计报告 成绩评定表： 指导教师签字：

一、概述 4位二进制乘法器在实际中具有广泛应用。它是一些计算器的基本组 成部分，其原理适用于很多计算器和大型计算机，它涉及到时序逻辑电路如何 设计、分析和工作等方面。通过此电路更深刻的了解时序逻辑部件的工作原理，从而掌握如何根据需要设计满足要求的各种电路图，解决生活中的实际问题，将所学知识应用于实践中。 根据任务书规定，设计电路的技术指标：设计乘积可存贮的4位二进制乘法器；设计要求：根据成本选择器件，根据技术指标确定电路形式和元器件参数；实验要求：根据技术指标制定实验方案，并验证所设计的电路，对实验数据进行处理和分析。 二、方案论证 本实验要求设计一个乘积可存贮的4位二进制乘法器。 实验电路输入的被乘数取值范围为(0000)2~(1111)2，乘数的取值范围为(0000)2~(1111)2。通过计算可得，乘积的取值范围为(00000000)2~(11100001)2。通过初步的数值位数分析可知，储存被乘数需要1片4位二进制寄存器，储存乘数需要1片4位二进制寄存器，储存乘积需要2片4位二进制寄存器。 由图1中二进乘法竖式计算可以看出：二进制乘法可以转化为移位累加操作。对于4位二进制乘法，以8位乘积寄存器的高4位储存累加结果。运算时先将乘 图1 4位二进制乘法运算竖式分析

EDA课程设计洗衣机控制器要点

东北石油大学课程设计 2014年 3 月7日

东北石油大学课程设计任务书 课程EDA技术课程设计 题目洗衣机控制器 专业电子信息工程姓名学号 主要内容、基本要求、主要参考资料等 主要内容： 设计一个洗衣机控制器，要求洗衣机有正转、反转、暂停三种状态。设定洗衣机的工作时间，要洗衣机在工作时间内完成：定时启动→正转20秒→暂停10秒→反转20秒→暂停10秒→定时未到回到“正转20秒→暂停10秒→……”，定时到则停止，同时发出提示音。 基本要求： 1、设计一个电子定时器，控制洗衣机作如下运转：定时启动→正转20秒→暂停10秒→反转20秒→暂停10秒→定时未到回到“正转20秒→暂停10秒→……”，定时到则停止； 2、若定时到，则停机发出音响信号； 3、用两个数码管显示洗涤的预置时间（分钟数），按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到停机；洗涤过程由“开始”信号开始； 4、三只LED灯表示“正转”、“反转”、“暂停”三个状态。 主要参考资料： [1] 潘松著.EDA技术实用教程(第二版). 北京：科学出版社,2005. [2] 康华光主编.电子技术基础模拟部分. 北京：高教出版社,2006. [3] 阎石主编.数字电子技术基础. 北京：高教出版社,2003. 完成期限2014.3.7 指导教师 专业负责人 2014年3月3日

一、设计思想 1.基本原理 洗衣机控制器的设计主要是定时器的设计。由一片FPGA和外围电路构成了电器控制部分。FPGA接收键盘的控制命令，控制洗衣机的进水、排水、水位和洗衣机的工作状态、并控制显示工作状态以及设定直流电机速度、正反转控制、制动控制、起停控制和运动状态控制。对芯片的编程采用模块化的VHDL (硬件描述语言)进行设计，设计分为三层实现，顶层实现整个芯片的功能。顶层和中间层多数是由VHDL的元件例化语句实现。中间层由无刷直流电机控制、运行模式选择、洗涤模式选择、定时器、显示控制、键盘扫描、水位控制以及对直流电机控制板进行速度设定、正反转控制、启停控制等模块组成，它们分别调用底层模块。 2.设计框图 图1 设计框图 用两位数码管预置洗涤时间(分钟数)，洗涤过程在送入预置时间后开始运转，洗涤中按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，用LED表示电动机的正、反转，如果定时时间到，则停机并发出音响信号。 二、设计步骤和调试过程 1、模块设计和相应模块代码 洗衣机控制器电路主要有五大部分组成，包括：减法计数器、时序控制电