有符號位的除法器課程設計報告

PAGE2有符號5位整數(shù)除法器設計與制作1．課程設計的性質(zhì)、目的和任務創(chuàng)新精神和實踐能力二者之中，實踐能力是基礎和根本。這是由于創(chuàng)新基于實踐、源于實踐，實踐出真知，實踐檢驗真理。實踐活動是創(chuàng)新的源泉，也是人才成長的必由之路。通過課程設計的鍛煉，要求學生掌握電路的一般設計方法，具備初步的獨立設計能力，提高綜合運用所學的理論知識獨立分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。2.課程設計基本要求掌握現(xiàn)代大規(guī)模集成數(shù)字邏輯電路的應用設計方法，進一步掌握電子儀器的正確使用方法，以及掌握利用計算機進行電子設計自動化(EDA)的基本方法。3.設計課題要求設計一個兩個五位數(shù)相除的整數(shù)除法器。用發(fā)光二極管顯示輸入數(shù)值，用7段顯示器顯示結(jié)果十進制結(jié)果。除數(shù)和被除數(shù)分兩次輸入，在輸入除數(shù)和被除數(shù)時，要求顯示十進制輸入數(shù)據(jù)。采用分時顯示方式進行，可參見計算器的顯示功能。4.設計內(nèi)容:有符號5位整數(shù)除法器設計與制作根據(jù)系統(tǒng)設計要求，系統(tǒng)設計采用自頂向下的設計方法。頂層設計采用原理圖設計方式，系統(tǒng)的整體組裝設計原理圖如下圖所示，它由除法器輸入模塊、除法實現(xiàn)模塊和顯示譯碼模塊三部分組成。4.1除法器輸入模塊本除法器的被除數(shù)和除數(shù)(有符號5位整數(shù))分兩次輸入，設置兩個標志位A和B，A和B的初值均為0。當A=1，B=0時，輸入為被除數(shù)；當A=1，B=1時，輸入為除數(shù)。將被除數(shù)和除數(shù)分別送至顯示電路，以十進制形式顯示，同時送入除法實現(xiàn)電路進行除法運算。輸入模塊的源程序如下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYSHURU1ISPORT(LOADA,LOADB,CLK:INSTD_LOGIC;DIN:INSTD_LOGIC_VECTOR(4DOWNTO0);A,B:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(4DOWNTO0));ENDSHURU1;ARCHITECTUREBEHAVEOFSHURU1ISBEGINPROCESS(LOADA,LOADB,DIN,CLK)BEGINIF(CLK'EVENTANDCLK='1')THENIF(LOADA='1'ANDLOADB='0')THENA<=DIN;ENDIF;IF(LOADA='1'ANDLOADB='1')THENB<=DIN;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;ENDBEHAVE;生成模塊如圖（1-1）所示：如圖（1-1）本模塊的仿真波形如圖（1-2）所示：如圖（1-2）4.2除法實現(xiàn)模塊本模塊作用是將輸入的被除數(shù)和除數(shù)進行除法運算，輸出商和余數(shù)。計算前在A和B端口輸入被除數(shù)和除數(shù)，然后在Load線上送高電平，把數(shù)據(jù)存到除法計算電路內(nèi)部，然后經(jīng)過若干個時鐘周期，計算出商和余數(shù)，并在SH和YU端輸出。其實現(xiàn)方法是，將除法器分為兩個狀態(tài)：等待狀態(tài)與運算狀態(tài)。開始時除法器處于等待狀態(tài)，在該狀態(tài)，在每一時鐘上升沿，采樣Load信號線，若是低電平，則仍處于等待狀態(tài)，如果采樣到高電平，除法器讀取A，B數(shù)據(jù)線上的輸入數(shù)據(jù)，保存到內(nèi)部寄存器a_r，b_r，置sh_r為0，yu_r為a_r，判斷除數(shù)是否為零，若不為零則進入運算狀態(tài)。在運算狀態(tài)，設置符號位寄存器fu_r，將a_r和b_r的最高位（即符號位）異或后賦給fu_r。在每一時鐘上升沿，除法器先比較yu_r，b_r低四位的大小,若yu_r大于等于b_r，則sh_r增加一，yu_r=yu_r–b_r（均為低四位），仍處于運算狀態(tài)。若yu_r小于b_r的低四位，則說明運算已經(jīng)完成，再將sh_r、yu_r填上符號位作為結(jié)果輸出到SH，YU數(shù)據(jù)線，再次回到等待狀態(tài)，等待下一次的除法運算。除法實現(xiàn)模塊的源程序所下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYCHUFAISPORT(CLK,LOAD:INSTD_LOGIC;A:INSTD_LOGIC_VECTOR(4DOWNTO0);B:INSTD_LOGIC_VECTOR(4DOWNTO0);SH,YU:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(4DOWNTO0));ENDCHUFA;ARCHITECTUREDIVOFCHUFAISBEGINPROCESS(CLK)VARIABLEA_R,B_R,SH_R,YU_R,FU:STD_LOGIC_VECTOR(4DOWNTO0);VARIABLESTATE:STD_LOGIC;BEGINIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENCASESTATEISWHEN'0'=>IFLOAD='1'THENA_R:=A;B_R:=B;YU_R:="00000";YU_R(3DOWNTO0):=A_R(3DOWNTO0);SH_R:="00000";STATE:='1';ELSESTATE:='0';ENDIF;WHEN'1'=>IFB_R="00000"THENSH_R:="00000";YU_R:="00000";STATE:='0';ELSIFYU_R(3DOWNTO0)>=B_R(3DOWNTO0)THENYU_R(3DOWNTO0):=YU_R(3DOWNTO0)-B_R(3DOWNTO0);SH_R(3DOWNTO0):=SH_R(3DOWNTO0)+1;STATE:='1';ELSEFU:="00000";FU(4):=A_R(4)XORB_R(4);SH<=SH_RORFU;YU<=YU_RORFU;STATE:='0';ENDIF;WHENOTHERS=>ENDCASE;ENDIF;ENDPROCESS;ENDDIV;生成模塊如圖（2-1）所示：圖（2-1）本模塊的仿真波形如圖（2-2）所示：圖（2-2）4.3除法器顯示譯碼模塊模塊1本模塊的作用是通過標志位A，B的不同狀態(tài)來區(qū)分被除數(shù)，除數(shù)，商和余數(shù)，將他們送至輸出端進行顯示。當A=1，B=0時，將被除數(shù)送至輸出端；A=1,B=1時，將除數(shù)送至輸出端；除法運算結(jié)束后，A=0,B=1時，將商送至輸出端；A=0,B=0時，將余數(shù)送至輸出端；從而實現(xiàn)分時顯示。顯示模塊1的源程序如下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_arith.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_unsigned.ALL;ENTITYXIANSHI1ISPORT(A:INSTD_LOGIC;B:INSTD_LOGIC;LOAD:INSTD_LOGIC;BEICHU:INSTD_LOGIC_VECTOR(4DOWNTO0);CHU:INSTD_LOGIC_VECTOR(4DOWNTO0);SH:INSTD_LOGIC_VECTOR(4DOWNTO0);YU:INSTD_LOGIC_VECTOR(4DOWNTO0);ZJ:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(4DOWNTO0));ENDXIANSHI1;ARCHITECTUREMYOFXIANSHI1ISBEGINPROCESS(BEICHU,CHU,SH,YU,A,B)BEGINIF(A='1'andB='0')THENZJ<=BEICHU;ELSIF(A='1'andB='1')THENZJ<=CHU;ELSIF(A='0'andB='1')THENZJ<=SH;ELSEIF(LOAD='1')THENZJ<=YU;ELSEZJ<="00000";ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;ENDMY;生成模塊如圖（3-1）所示：圖（3-1）模塊2：本模塊的作用是采用3個8段顯示器分時顯示有符號的十進制結(jié)果。模塊2的源程序如下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_arith.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_unsigned.ALL;ENTITYXIANSHI2ISPORT(ZJ:INSTD_LOGIC_VECTOR(4DOWNTO0);FU:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);SHI:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);GE:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0));ENDXIANSHI2;ARCHITECTUREMYOFXIANSHI2ISBEGINPROCESS(ZJ)BEGINIF(ZJ(4)='0')THENFU<="11111111";ELSEFU<="10111111";ENDIF;IF(ZJ(3DOWNTO0)>"1001")THENSHI<="11111001";ELSESHI<="11111111";ENDIF;CASEZJ(3DOWNTO0)ISWHEN"0000"=>GE<="11000000";WHEN"0001"=>GE<="11111001";WHEN"0010"=>GE<="10100100";WHEN"0011"=>GE<="10110000";WHEN"0100"=>GE<="10011001";WHEN"0101"=>GE<="10010010";WHEN"0110"=>GE<="10000010";WHEN"0111"=>GE<="11011000";WHEN"1000"=>GE<="10000000";WHEN"1001"=>GE<="10010000";WHEN"1010"=>GE<="11000000";WHEN"1011"=>GE<="11111001";WHEN"1100"=>GE<="10100100";WHEN"1101"=>GE<="10110000";WHEN"1110"=>GE<="10011001";WHEN"1111"=>GE<="10010010";WHENOTHERS=>GE<="11111111";ENDCASE;ENDPROCESS;ENDMY;生成模塊如圖（3-2）所示：圖（3-2）本模塊的仿真波形如圖（3-3）所示：圖（3-3）5.調(diào)試與仿真結(jié)果總電路如下圖:仿真結(jié)果如下：6.調(diào)試中遇到的問題及解決方法第一次調(diào)試時數(shù)碼管顯示了一些亂碼，懷疑是顯示模塊出了問題，便想到改程序。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，由于存在兩個process，之間產(chǎn)生沖突，于是我就把顯示電路拆成了兩個模塊，利用了一個中間量進行數(shù)值傳遞，這樣就避免了兩個process在一個結(jié)構(gòu)體中因敏感信號而產(chǎn)生沖突。第二次調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)除法器總是會顯示上一次除法的結(jié)果，我就想到一定是除法寄存器在下一次運算前沒有清零，于是檢查并改動了除法運算模塊，是結(jié)果正確。以上是調(diào)試過程中存在比較大的問