EDA技術(shù)與FPGA應(yīng)用設(shè)計(jì) 第三版 課件 第11章綜合設(shè)計(jì)

11.1

8位硬件乘法器一、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)乘法器，要求：（1）乘數(shù)和被乘數(shù)均為8位二進(jìn)制數(shù)，輸出16位乘法結(jié)果，并用數(shù)碼管顯示。（2）采用移位相加原理，設(shè)計(jì)時(shí)序式乘法器。（3）設(shè)置開(kāi)始控制和結(jié)束指示。二、設(shè)計(jì)原理由加法器構(gòu)成的時(shí)序邏輯方式工作的乘法器原理：乘法通過(guò)逐項(xiàng)移位相加原理來(lái)實(shí)現(xiàn)，從被乘數(shù)的最低位開(kāi)始，若為1，則乘數(shù)左移后與上一次的和相加；若為0，左移后以全零相加，直至被乘數(shù)的最高位。二、設(shè)計(jì)原理11.1

8位硬件乘法器運(yùn)算控制器ARICTLLIBRARYIEEE；USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL；ENTITYARICTLIS --乘法運(yùn)算控制器

PORT(CLK：INSTD_LOGIC；START：INSTD_LOGIC；

EN：OUTSTD_LOGIC；RSTALL：OUTSTD_LOGIC；

ARIEND：OUTSTD_LOGIC)；ENDENTITYARICTL；ARCHITECTUREART5OFARICTLISSIGNALCNT4B：STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0)；BEGIN

三、參考程序11.1

8位硬件乘法器RSTALL<=START；

PROCESS(CLK，START)ISBEGINIFSTART='1'THENCNT4B<="0000"；高電平計(jì)數(shù)器清零ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENIFCNT4B<8THEN--運(yùn)算次數(shù)計(jì)數(shù)，等于8表明乘法運(yùn)算結(jié)束

CNT4B=CNT4B+1；

ENDIF；

ENDIF；ENDPROCESS；11.1

8位硬件乘法器PROCESS(CLK，CNT4B，START)ISBEGINIFSTART='0'THENIFCNT4B<8THEN--乘法運(yùn)算正在進(jìn)行

EN<=’1’；ARIEND<='0'；

ELSEEN<=‘0’；

ARIEND<='1'；--運(yùn)算已經(jīng)結(jié)束

ENDIF；

ELSEEN<=’1’；ARIEND<='0'；

ENDIF；ENDPROCESS；ENDARCHITECTUREART5；11.1

8位硬件乘法器11.2秒表一、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)時(shí)秒表，具體要求如下：1．設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)時(shí)范圍為0.01秒～60分鐘的數(shù)字秒表。2．計(jì)時(shí)器有六位數(shù)碼顯示，分別為百分之一秒、十分之一秒、秒、十秒、分、十分。3．設(shè)置一個(gè)控制信號(hào)，循環(huán)控制計(jì)時(shí)器的清零、啟動(dòng)、停止功能。4．計(jì)時(shí)到60分鐘后，蜂鳴器鳴響10聲。

二、模塊結(jié)構(gòu)11.2秒表三、主要參考程序LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYKEYISPORT(S:INSTD_LOGIC;CLR,START:OUTSTD_LOGIC);END;ARCHITECTUREARTOFKEYISSIGNALQ1:STD_LOGIC_VECTOR(1DOWNTO0):="00";BEGIN11.2秒表PROCESS(S)ISBEGINIFS'EVENTANDS='1'THENIFQ1="10"THENQ1<="00"; ELSE Q1<=Q1+1;ENDIF;ENDIF;

ENDPROCESS;

11.2秒表PROCESS(Q1)ISBEGIN CASEQ1IS WHEN"00"=>CLR<='1';START<='0'; WHEN"01"=>CLR<='0';START<='1'; WHEN"10"=>CLR<='0';START<='0'; WHENOTHERS=>CLR<='1';START<='0'; ENDCASE; ENDPROCESS; ENDARCHITECTUREART;11.2秒表11.3搶答器一、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)搶答器，具體要求如下：1.搶答器可容納供4組參賽者，分別用4個(gè)按鈕S0～S3模擬。2.設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)“開(kāi)始復(fù)位”開(kāi)關(guān)S，該開(kāi)關(guān)由主持人控制（當(dāng)主持人按下該開(kāi)關(guān)后以前的狀態(tài)復(fù)位并且開(kāi)始計(jì)時(shí)搶答）。3．搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4.搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間（0-30S）。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開(kāi)始復(fù)位”鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。5.如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。二、模塊結(jié)構(gòu)11.3搶答器三、參考程序1、搶答鎖存LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYLOCKISPORT(CLEAR:INSTD_LOGIC;WARN:INSTD_LOGIC;S:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);STATES:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);STOP:OUTSTD_LOGIC;LED:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));ENDLOCK;11.3搶答器ARCHITECTUREONEOFLOCKISSIGNALG:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALSTOP1:STD_LOGIC;BEGINPROCESS(CLEAR,S,WARN)BEGINIFCLEAR='1'THENG<="0000";LED<="0000";ELSIF(WARN='0'ANDSTOP1='0')THENG<=S;ENDIF;STOP1<=G(0)ORG(1)ORG(2)ORG(3);LED<=G;11.3搶答器CASEGISWHEN"0001"=>STATES<="0001";WHEN"0010"=>STATES<="0010";WHEN"0100"=>STATES<="0011";WHEN"1000"=>STATES<="0100";WHENOTHERS=>STATES<="0000";ENDCASE;ENDPROCESS;STOP<=STOP1;ENDARCHITECTUREONE;11.3搶答器三、參考程序2、計(jì)時(shí)器LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYCOUNTISPORT(CLK,CLEAR,STOP:INSTD_LOGIC;WARN:OUTSTD_LOGIC; HIGH,LOW:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));ENDCOUNT;11.3搶答器ARCHITECTURETHREEOFCOUNTISSIGNALTMPA:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);SIGNALTMPB:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0); BEGINPROCESS(CLEAR,CLK)ISBEGINIFCLEAR='1'THENTMPA<="0000";TMPB<="0011";WARN<='0';ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENIFSTOP='0'THENIFTMPA="0000"THEN

11.3搶答器IFTMPB="0000"THENTMPB<="0000";TMPA<="0000";WARN<='1';ELSETMPB<=TMPB-1;TMPA<="1001";ENDIF;ELSETMPA<=TMPA-1;ENDIF;ELSEWARN<='1';ENDIF; ENDIF;ENDPROCESS;LOW<=TMPA;HIGH<=TMPB;ENDARCHITECTURETHREE;11.3搶答器11.4數(shù)字鐘一、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字鐘，具體要求如下：1、具有時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)顯示功能，以二十四小時(shí)循環(huán)計(jì)時(shí)。2、具有清零、校時(shí)、校分功能。3、具有整點(diǎn)蜂鳴器報(bào)時(shí)功能。二、模塊結(jié)構(gòu)11.4數(shù)字鐘三、主要參考程序LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYMINUTEISPORT(CI,NRESET,CLK,JF:INSTD_LOGIC;CO:OUTSTD_LOGIC; QH,QL:outSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));ENDENTITYMINUTE;11.4數(shù)字鐘ARCHITECTUREARTOFMINUTEISSIGNALQH1,QL1:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);BEGINCO<='1'WHEN(QH1="0101"ANDQL1="1001"ANDCI='1')ELSE'0';PROCESS(CLK,NRESET)ISBEGINIF(NRESET='0')THEN QH1<="0000";QL1<="0000";ELSIF(CLK'EVENTANDCLK='1')THEN11.4數(shù)字鐘IF(CI='1')OR(JF='1')THEN IF(QL1=9)THENQL1<="0000";IF(QH1=5)THENQH1<="0000";ELSE QH1<=QH1+1;ENDIF;ELSEQL1<=QL1+1;ENDIF;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;QL<=QL1;QH<=QH1;ENDARCHITECTUREART;11.4數(shù)字鐘11.5交通燈控制器一、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)由一條主干道和一條支干道的十字路口的交通燈控制器，具體要求如下：(1)主、支干道各設(shè)有一個(gè)綠、黃、紅指示燈，兩個(gè)顯示數(shù)碼管。(2)主干道處于常允許通行狀態(tài)，而支干道有車來(lái)才允許通行。當(dāng)主干道允許通行亮綠燈時(shí)，支干道亮紅燈。而支干道允許通行亮綠燈時(shí)，主干道亮紅燈。(3)當(dāng)主、支道均有車時(shí)，兩者交替允許通行，主干道每次放行45s，支干道每次放行25s，由亮綠燈變成亮紅燈轉(zhuǎn)換時(shí)，先亮5s的黃燈作為過(guò)渡，并進(jìn)行減計(jì)時(shí)顯示。二、設(shè)計(jì)方案選擇（參考）(1)設(shè)置支干道有車開(kāi)關(guān)SB。(2)系統(tǒng)中要求有45秒、25秒和5秒三種定時(shí)信號(hào)，需要設(shè)計(jì)三種相應(yīng)的計(jì)時(shí)顯示電路。計(jì)時(shí)方法為倒計(jì)時(shí)。定時(shí)的起始信號(hào)由主控電路給出，定時(shí)時(shí)間結(jié)束的信號(hào)輸入到主控電路。11.5交通燈控制器(3)主控制電路的輸入信號(hào)一方面來(lái)自車輛檢測(cè)，另一方面來(lái)自45秒、25秒、5秒的定時(shí)到信號(hào)；輸出有計(jì)時(shí)啟動(dòng)信號(hào)（置計(jì)數(shù)起始值）和紅綠燈驅(qū)動(dòng)信號(hào)。狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖所示，用狀態(tài)機(jī)描述。11.5交通燈控制器三、模塊結(jié)構(gòu)11.5交通燈控制器四、參考程序1.JTDKZLIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYJTDKZISPORT(CLK,SB,cnt,RST:INSTD_LOGIC;en,MR,MY,MG,BR,BY,BG:OUTSTD_LOGIC;din:outSTD_LOGIC_vector(7downto0));ENDENTITYJTDKZ;ARCHITECTUREARTOFJTDKZISTYPESTATE_TYPEIS(A,B,C,D);SIGNALp_STATE,n_state:STATE_TYPE;BEGIN11.5交通燈控制器reg:PROCESS(CLK，rst)IS

BEGINifrst='1'thenp_STATE<=A;ELSIF(CLK'EVENTANDCLK='1')THENp_STATE<=n_state;ENDIF;endprocessreg;11.5交通燈控制器com:PROCESS(sb,cnt,p_state)beginCASEp_STATEISWHENA=>MR<='0';MY<='0';MG<='1';BR<='1';BY<='0';BG<='0';IF(SBANDcnt)='1'THENn_STATE<=B;din<="00000101";EN<='0';ELSEn_STATE<=A;din<="01000101";EN<='1';ENDIF;11.5交通燈控制器WHENB=>MR<='0';MY<='1';MG<='0';BR<='1';BY<='0';BG<='0';IFcnt='1'THENn_STATE<=C;din<="00100101";EN<='0';ELSE n_STATE<=B;din<="01000101";EN<='1';ENDIF;WHENC=>MR<='1';MY<='0';MG<='0';BR<='0';BY<='0';BG<='1';IFcnt='1'THENn_STATE<=D;din<="00000101";EN<='0';ELSEn_STATE<=C;din<="01000101";EN<='1';ENDIF;11.5交通燈控制器WHEND=>MR<='1';MY<='0';MG<='0';BR<='0';BY<='1';BG<='0';IFcnt='1'THENn_STATE<=A;din<="01000101";EN<='0';ELSEn_STATE<=D;din<="01000101";EN<='1';ENDIF;ENDCASE;

ENDPROCESScom;ENDARCHITECTUREART;11.5交通燈控制器2.JSQLIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYjsqISPORT(e