• 实验题目

1.四位并行加法器的设计及仿真

2.16位ALU的设计及仿真

• 实验目的

1.熟悉quartus的使用方法；

2.掌握全加器的特点及设计方法；

3.掌握串行进位链的并行加法器的设计方法；

4.熟悉VHDL模块化设计方法；

5.熟悉ALU的设计方法。

• 实验要求

    1. 基于QuartusⅡ，设计实现一位全加器。

    2. 利用VHDL模块化设计方法，以设计完成的一位全加器为基础，设计实现4位并行加法器，QuartusⅡ下编译并仿真。。

3. 设计实现能完成8种算术运算和8逻辑运算的16位ALU，要求：

       (1)具有4位的功能选择端，其中的1位用来选择算术运算/逻辑运算，其余3位具体      给出是哪一种算术/逻辑运算。8种算术运算中必须包含加法、减法、加1、减1四种运算，其余自定。8种逻辑运算必须有与、或、非和传递四种运算，其余自定。固定的8种运算功能如表1所示。

                             表1 运算类型及操作列表        

    其中，A、B是参与运算的两个16位操作数，result是运算结果(16位)，Z是零标志位，当运算结果result=“0000000000000000”时，Z=‘1’，否则Z=‘0’。 C为进位标志位，当运算结果向高位(第16位)有进位时，C=‘1’，否则C=‘0’。

    (2)用VHDL编程实现，QuartusⅡ下编译并仿真。

四位并行加法器代码实现：

--------一位加法器
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
entity adder is
  port(  A,B,C: in std_logic;
         S,CO: out std_logic  );
end adder;

architecture isadder of adder is
begin
  S <= A xor B xor C;
  CO <= (A and C) or (B and C) or (A and B);
end isadder;
--------四位加法器     
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
entity adder_4 is
  port(   A,B: in std_logic_vector(3 downto 0);
          CI: in std_logic;
           S: out std_logic_vector(3 downto 0);
          CO: out std_logic       );
end adder_4;

architecture isadder_4 of adder_4 is
  component adder
  port(   A,B,C: in std_logic;
          S,CO: out std_logic    );
  end component;
  signal temp: std_logic_vector(4 downto 0);
begin
  temp(0) <= CI;
  CO <= temp(4);
  G: for I in 0 to 3 generate
      U: adder port map(A=>A(I),B=>B(I),C=>TEMP(I),S=>S(I),CO=>temp(I+1));
    end generate;
end isadder_4;

16位ALU代码实现：

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity alu is
port(   a,b: in std_logic_vector(15 downto 0);  --a,b是两个操作数
        sel: in std_logic_vector(3 downto 0);   --sel是选择控制端(选择某种运算，最高位是为了选择逻辑运算或者算术运算)
       cin: in std_logic;                      --cin是原来的进位值
         q: out std_logic_vector(15 downto 0);  --q是运算结果
      cout: out std_logic       );             --cout是运算后的进位值
end alu;

architecture isalu of alu is
    signal result:std_logic_vector(16 downto 0);          
begin
process(a,b,sel,cin,result)
begin
if sel(3)='0' then                      --当sel的最高位是0则选择算术运算
  case sel(2 downto 0) is
    when "000" =>                       --加法
      result <= ('0'&a)+('0'&b);
     q <= result(15 downto 0);
     cout <= result(16);
   when "001" =>                       --减法
      result <= ('0'&a)-('0'&b);
     q <= result(15 downto 0);
     cout <= result(16);
   when "010" =>                       --a+1
      result <= ('0'&a)+"00000000000000001";
     q <= result(15 downto 0);
     cout <= result(16);
   when "011" =>                       --a-1
      result <= ('0'&a)-"00000000000000001";
     q <= result(15 downto 0);
     cout <= result(16);
   when "100" =>                       --b+2
      result <= ('0'&b)+"00000000000000010";
     q <= result(15 downto 0);
     cout <= result(16);
   when "101" =>                       --b-2
      result <= ('0'&b)-"00000000000000010";
     q <= result(15 downto 0);
     cout <= result(16);
   when "110" =>                       --a+3
      result <= ('0'&a)+"00000000000000011";
     q <= result(15 downto 0);
     cout <= result(16);
   when "111" =>                       --a-3
      result <= ('0'&a)-"00000000000000011";
     q <= result(15 downto 0);
     cout <= result(16);
  end case;
else                                    --否则选择逻辑运算
   case sel(2 downto 0) is
   when "000" =>                       --与
            q <= a and b;
        cout <= cin;
   when "001" =>                       --或
            q <= a or b;
        cout <= cin;
   when "010" =>                       --非
            q <= not a;
   when "011" =>                       --传递
            q <= a;
         cout <= cin;
   when "100" =>                       --与非
            q <= a nand b;
         cout <= cin; 
   when "101" =>                       --或非
            q <= a nor b;
        cout <= cin;
   when "110" =>                       --异或
            q <= a xor b;
        cout <= cin;
   when "111" =>                       --同或
            q <= a xnor b;
        cout <= cin;
    end case;
end if;
end process;
end isalu;

以上就是我给大家分享的全部内容啦！

最后

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