简单微处理器设计实验报告

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1、目录目录1表目录2图目录31文档说明（Introduction）42描述习惯（Conventions）53微处理器各功能模块63.1概述63.2结构框图63.2.1ALUpart63.2.2controlpart93.2.3CPU113.3功能列表123.3.1ALUpart123.3.2controlpart133.3.2.1状态转移图133.4工作环境介绍143.4.1设计代码143.4.2测试平台143.4.3电路综合环境163.4.4后仿真环境163.5功能验证结果173.5.1前仿真结果173.5.2后仿真结果193.6综合结果2020表目录表1ALU8模块

2、I/O接口表2通用寄存器堆模块I/O接口表3alupart输入输出I/O口列表表4控制器模块I/O接口表5IRRAM模块I/O接口表6Control-part结构整体I/O接口表7CPU整体模块I/O接口表8ALU指令集表9添加的JUMP指令20图目录图1ALU8模块框图图2通用寄存器RAM模块框图图3ALUpart模块框图图4控制器模块框图图5IRRAM模块框图图6Control-part结构框图图7CPU结构框图图8ALUpart状态转移图图9controlpart状态转移图图10CPU计算5！的全图图11controllpart执行一条指令的波形图图12cont

3、rol执行非跳转指令的状态机波形图13control执行跳转指令的状态机波形图14ALUpart执行一条指令的波形图图15ALUpart执行指令状态机的波形图16综合的Timingreport图17综合的Areareport图18门级仿真5!的波形结果图19门级仿真产生的延时20IC课程设计_微处理器设计_实验报告第40组1文档说明（Introduction）本文档描述了简单微处理器的总体设计，如功能、模块结构、关键时序等等。本设计参照了课程设计文档的系统原理框图和功能列表，根据需求作了一些改动，将累加器A合并到ALU单元中，将寄存器Rn合并到通用寄存器RAM（8*8

4、）中；将程序计数器和指令寄存器合并到控制模块controller中等。指令方面，添加了Acc非零时跳转指令JNZ。20IC课程设计_微处理器设计_实验报告第40组2描述习惯（Conventions）在文档写作中黑色字体表明已经确定的内容，尚未完全确定的内容以蓝色字体表示，有疑问或需要醒目标示的内容则以红色字体表示。代码方面，使能信号习惯采用低电平有效。20IC课程设计_微处理器设计_实验报告第40组3微处理器各功能模块3.1概述8位微处理器的硬件系统主要包括运算器ALU、控制器CON、指令存储器IRRAM(64*8)、通用寄存器堆RAM(8*8)等逻辑部件。能够通过控

5、制器读取指令集，对8位数据进行运算和操作。本次设计有独立的控制模块和运算模块，通用寄存器堆合并到ALU模块中，IRRAM合并到CON控制模块中。仿真周期采用10ns。微处理器的指令系统通过指令码实现，根据其格式的不同，可分为算术、逻辑、数据转移、跳转指令等。在功能列表部分将做详细介绍。本次课程设计实现了阶乘5！以验证处理器的运算类指令。已成功实现RTL级设计、功能仿真、综合、门及仿真。3.2结构框图3.2.1ALUpart图1ALU8模块框图ALU模块是运算模块，有3个状态，从controller中读取数据和使能信号等，根据选通信号op判断当前要进行的指令操作。先读取

6、Rn_rd和reg_add，状态并不跳转，等待直到data_le低有效，读取到立即数data时，状态跳转到运算状态，再通过case语句进行相应运算操作。20IC课程设计_微处理器设计_实验报告第40组表1ALU8模块I/O接口SIGNALBITSI/OSIGNALDESCRIPTIONclk1I时钟信号rst1I复位信号Rn_rd1I读Rn使能信号，低有效Reg_add3IRn在RAM中的地址Rn8I寄存器，暂存中间运算数据Rn_wr1O写使能信号，低有效op4I运算功能选择信号data8I立即数data_le1I读立即数使能信号，低有效busy1OALU8忙，低有效

7、carry1O进位信号，carry=1时JCaddrAcc8O运算器结果通用寄存器堆RAM(8*8)，储存中间数据Rn，结构框图：图2通用寄存器RAM模块框图下表为输入输出接口：表2通用寄存器堆模块I/O接口SIGNALBITSI/OSIGNALDESCRIPTIONclk1I时钟信号rst1I复位信号Rn_rd1I读Rn使能信号，低有效Reg_add3I要操作的操作数Rn在RAM中的地址Rn8O寄存器，暂存中间运算数据Rn_wr1I写使能信号，低有效Acc8I运算器运算结果20IC课程设计_微处理器设计_实验报告第40组图3ALUpart模块框图A