Quartus II 实验 （二）——VHDL 4位加法器和4位乘法器

0x1 前言 

计算机组成原理实验项目要求之一，使用Quartus II的VHDL语言制作一个 4位加法器和4位乘法器，并烧到试验箱中进行测试。

关于我所使用的试验箱DICE-E213的部分介绍请参照 Quartus II 实验 （一）——软件和试验箱DICE-E213的基本说明 

 

0x2 四位乘法器

• 首先说明目录结构：

|

|-- and4a

|-- ls283

|-- mul4p  

• 二进制加法过程

• 模块说明
  • and4a 乘法模块，负责将 每一位乘数 与 被乘数 相乘
  • ls283 加法模块，负责将中间结果相加。

>>> 需要特别注意的是上述每一个都是一个工程，完成以后需要进行编译；在主程序中需要将上面两个模块引入，才能正常调用。

 

• and4a

Library ieee;                                         
Use ieee.std_logic_1164.all;
Use ieee.std_logic_unsigned.all;
Entity and4a is
	Port(a:in std_logic_vector(3 downto 0);
	    en:in std_logic;
	     r:out std_logic_vector(3 downto 0));
End and4a;
Architecture behave of and4a is
Begin 
	Process(en,a(3 downto 0))
	    Begin 
	         If (en='1') then
	              r<=a;
	         Else
	              r<="0000";
	         End if;
	End process;
End behave;

• ls283

Library ieee;
Use ieee.std_logic_1164.all;
Use ieee.std_logic_unsigned.all;
Entity  ls283  is	
	Port (o1,o2:in std_logic_vector(3 downto 0);
	     res:out std_logic_vector(4 downto 0));
End ls283;
Architecture behave of  ls283 is
Begin 
     Process(o1,o2)
     Begin
          res<=('0'&o1)+('0'&o2);
     End process;
End behave;

• mul4p

这部分是主程序

Library  ieee;	
Use ieee.std_logic_1164.all;
Use ieee.std_logic_unsigned.all;
Entity  mul4p  is
	Port (op1,op2:in std_logic_vector(3 downto 0);
	     result:out std_logic_vector(7 downto 0));
End mul4p;
Architecture  count  of  mul4p  is 
component  and4a port (a:in std_logic_vector(3 downto 0);
	                en:in std_logic;
	               r:out std_logic_vector(3 downto 0));
End component;
Component  ls283 port (o1,o2:in std_logic_vector(3 downto 0);
	                 res:out std_logic_vector(4 downto 0));
End component;
Signal sa:std_logic_vector(3 downto 0);
Signal sb:std_logic_vector(4 downto 0);
Signal sc:std_logic_vector(3 downto 0);
Signal sd:std_logic_vector(4 downto 0);
Signal se:std_logic_vector(3 downto 0);
Signal sf:std_logic_vector(3 downto 0);
Signal sg:std_logic_vector(3 downto 0);
--signal tmp1:std_logic;
Begin
     sg<=('0'&sf (3 downto 1));
     --tmp1<=op1(1);
     u0:and4a port map(a=>op2,en=>op1(1),r=>se);
     U1:and4a port map(a=>op2,en=>op1(3),r=>sa);
     U2:ls283 port map(o1=>sb(4 downto 1),o2=>sa,res=>result(7 downto 3));
     U3:and4a port map(a=>op2,en=>op1(2),r=>sc);
     U4:ls283 port map(o1=>sc,o2=>sd(4 downto 1),res=>sb);
     u5:ls283 port map(o1=>sg,o2=>se,res=>sd);
     u6:and4a port map(a=>op2,en=>op1(0),r=>sf);
     result(0)<=sf(0);
     result(1)<=sd(0);
     result(2)<=sb(0);
     --result(7 downto 0)<="00000000";
End count;

将上面两个模块引入主程序工程的方法是：

如图所示将另外两个工程的文件夹引入主程序工程。

编译！

 

• 上电！烧进实验箱

这个过程不在赘述，过程中如出现问题，可以参考 Quartus II 实验 （一）——软件和试验箱DICE-E213的基本说明

• 自定义引脚如图所示：

• 试验箱引脚组参考图（试验箱参考文档）：

参照上图不难看出，我使用的引脚组是

输入1：JP3（2，4，5，6）

输入2：JP4（3，4，5，6）

输出：JP6（1，2，3，4，5，6，7，8）

---

测试之前说说明一下：对于本实验箱：按钮输入的一组：按下0弹出1，对于推动开关输入的一组：推上1推下0，输出灯泡：亮0灭1。

测试试验箱的流程在有 Quartus II 实验 （一）——软件和试验箱DICE-E213的基本说明 详细介绍。

• 测试

此时上排按钮表示1111，下派开关输入量为0000，结果0000 0000 灯全亮。

 

此时上排1111，下排1111，结果应为225 即 ‭11100001‬

 

此时上排1000，下排1100，结果应为3，即 0000 0011

 

当上排按钮全部按下，上排0000，无论下派为何值，结果都为0000

 

• 结果正确，实验结束！

 

0x3四位加法器

操作和乘法器一样，不再赘述。

只做一点简要说明：

结构：halfadd-->fulladd-->adder4

贴出代码

• halfadd

Library ieee;
Use ieee.std_logic_1164.all;
Entity halfadd is
Port(a,b:in std_logic;
     S,c:out std_logic);
end halfadd;
Architecture add of halfadd is
begin
S<=a xor b;
c<=a and b;
end;

• fulladd

Library ieee;
Use ieee.std_logic_1164.all;
Entity fulladd is
Port(a,b,cin:in std_logic;
     S,c:out std_logic);
end fulladd;
Architecture add of fulladd is
signal m,n,k:std_logic;
component halfadd is
Port(a,b:in std_logic;
     S,c:out std_logic);
end component;
begin
U0:halfadd port map(a,b,m,n);
U1:halfadd port map(m,cin,S,k);
c<=n or k;
end;

• adder4

Library ieee;
Use ieee.std_logic_1164.all;
Entity adder4 is
Port(a,b:in std_logic_vector(3 downto 0);
      cin:in std_logic;
      S:out std_logic_vector(3 downto 0);
      co:out std_logic);
end adder4;
Architecture add of adder4 is
signal c:std_logic_vector(3 downto 0);
component fulladd is
Port(a,b,cin:in std_logic;
     S,c:out std_logic);
end component;
begin
U0:fulladd port map(a(0),b(0),cin,S(0),c(0));
U1:fulladd port map(a(1),b(1),c(0),S(1),c(1));
U2:fulladd port map(a(2),b(2),c(1),S(2),c(2));
U3:fulladd port map(a(3),b(3),c(2),S(3),co);
end;

最后说一点：工程路径不能有中文。

 

0x4 在此给出两份文件供大家参考

VHDL 4位加法器  VHDL 4位乘法器  http://sudo.ys168.com/  公共下载区

备用链接：https://download.csdn.net/download/qq_41420747/11248001

在试验过程中如有错误，欢迎留言，讨论，也欢迎指出我的错误。