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1、烟台师范学院学报(自然科学版)YantaiNormalUniversityJournal(NaturalScience)2002,18(2):153—155教学研究四位乘法器的VHDL语言设计12刘姝延,杨世平(11烟台师范学院物理系,山东烟台264025;21延安大学物理与电子信息系,陕西延安716000)摘要:介绍了使用VHDL语言设计的4位乘法器,给出了功能仿真波形,举例说明了实现电子设计自动化(EDA)的过程。关键词:VHDL语言;四位乘法器;功能仿真;电子设计自动化中图分类号:TN702文献标识码:A文章编号:100424930(2002)0220153
2、203 随着计算机技术和大规模集成电路技术的发展,为我们所熟悉的传统的通过逻辑图和布尔代数设计数字系统的方法已远远不能满足现代电路的要求,取而代之的是硬件描述语言HDL(HardwareDescriptionLanguage),这是硬件设计领域的一次变革。最有代表性的HDL是美国国防部开发的超高速集成电路硬件描述语言VHDL(VeryHighSpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage),是唯一被接纳为IEEE标准的语言。用VHDL硬件描述语言设计数字系统的设计方法是用语言编程来表示逻辑器件及系统硬件功能与行
3、为的全新硬件电路设计方法,它的语言形式、描述风格与句法十分类[1]似于一般的计算机高级语言,具有以下几个特点:(1)采用自上而下(TopDown)的高级设计方法。与传统的自下而上的设计方法不同,VHDL硬件描述语言从系统总体的要求出发,自上而下地分层次对系统进行描述、仿真和综合,避免了后期整体仿真带来的复杂化或因存在较大缺陷而要重新设计系统的可能,大大缩短了系统设计的周期。(2)系统的硬件描述能力强。可以描述从系统的数学模型直至门级电路。强大的行为描述能力,使得设计避开具体的器件结构,不必在设计电路前写出该电路的逻辑表达式和真值表,从逻辑行为上描述和设计大规模电子
4、系统,只定义系统的抽象行为功能,摆脱了电路细节设计的束缚,编程与工艺无关,大幅度降低了硬件电路设计的难度,是设计大规模电子系统的重要保证。(3)大量采用可编程逻辑器件和ASIC芯片。不需要受使用通用逻辑元、器件的限制,电路尺寸大为缩小,保密程序大为提高。(4)VHDL语言标准、规范,易于共享和复用。VHDL语言作为一种IEEE工业标准,目前大多数EDA公司纷纷使新开发的电子设计软件与VHDL语言兼容。可见,使用VHDL语言来设计数字系统为大势所趋。 本文用VHDL语言设计了一个四位乘法器,举例说明利用VHDL语言实现电子设计自动化(EDA)的过程。 收稿日期:
5、2002203203 作者简介:刘姝延(1964—),女,讲师,大学本科,主要从事电子技术教学与实验.154烟台师范学院学报(自然科学版)第18卷 1 四位乘法器的设计 四位乘法器输入信号(被乘数、乘数)为X(X3X2X1X0)和Y(Y3Y2Y1Y0),输出信号为P(P7P6P5P4P3P2P1P0),P=X×Y。程序设计中利用Y(i)(i=0,1,2,3)分别与X相乘后[2,3]左移i位再累加的方法,以实现乘法运算。四位乘法器源程序mul4.vhd:LIBRARYieee;USEieee.stdlogic1164.all;USEieee.stdlogicun
6、signed.all;ENTITYmul4ISPORT(X,Y:INSTDLOGICVECTOR(3downto0);P:OUTSTDLOGICVECTOR(7downto0);ENDmul4;ARCHITECTUREaOFmul4ISSIGNALtemp1:STDLOGICVECTOR(3downto0);SIGNALtemp2:STDLOGICVECTOR(4downto0);SIGNALtemp3:STDLOGICVECTOR(5downto0);SIGNALtemp4:STDLOGICVECTOR(6downto0);BEGINtemp1〈=XWHENY(
7、0)=′1′ELSE″0000″;temp2〈=(X&′0′)WHENY(1)=′1′ELSE″00000″;temp3〈=(X&″00″)WHENY(2)=′1′ELSE″000000″;temp4〈=(X&″000″)WHENY(3)=′1′ELSE″000000″;P〈=temp1+temp2+temp3+(′0′&temp4);ENDa;2 对源程序进行编译并仿真 为了验证设计的正确性,利用美国Altera公司开发的EDA工具软件MAX+PLUSÊ,指定器件为MAX7000系列的EPM7032LC4426,对mul4.vhd进行编译,直至通过。功能仿真波
8、形如图1所
