vlsi課程設(shè)計 --8位移位寄存器設(shè)計

1、<p>　　《VLSI設(shè)計基礎(chǔ)》課程設(shè)計報告</p><p>　　班 級： 電子10-02班</p><p>　　學(xué) 號： 1006040208</p><p><b>　　姓 名： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p>

2、<p><b>　　8位移位寄存器設(shè)計</b></p><p><b>　　一、設(shè)計要求 </b></p><p>　　1.查閱書籍資料，根據(jù)題目要求確定電路結(jié)構(gòu)； </p><p>　　2.明確電路實現(xiàn)的功能；</p><p>　　3.明確電路中端口的數(shù)目、所聯(lián)接的信號類型以及工作時序

3、；</p><p>　　4.采用Modelsim、Quartus II、Altium designer 中的任一種軟件，基于Verilog或VHDL語言設(shè)計綜合設(shè)計題目中電路，實現(xiàn)功能仿真。 </p><p><b>　　二、設(shè)計目的 </b></p><p>　　1.培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識獨立完成課題的工作能力，為畢業(yè)設(shè)計打好基</p

4、><p><b>　　礎(chǔ)；</b></p><p>　　2.培養(yǎng)學(xué)生從文獻和調(diào)查研究中獲取知識的能力，提高學(xué)生從別人經(jīng)驗，從</p><p>　　其他學(xué)科找到解決問題的新途徑的悟性；</p><p>　　3.培養(yǎng)學(xué)生綜合運用本專業(yè)基本理論、基本知識和基本技能的能力，使學(xué)生</p><p>　　獲得從事

5、本專業(yè)工程技術(shù)工作的基本訓(xùn)練； </p><p>　　4.培養(yǎng)學(xué)生勇于探索，嚴謹推理，實事求是，用實踐來檢驗理論、全方位地</p><p>　　考慮問題等科學(xué)技術(shù)人員應(yīng)具有的素質(zhì)； </p><p>　　5.提高學(xué)生對工作認真負責、一絲不茍，對同學(xué)友愛團結(jié)、協(xié)作攻關(guān)，對新</p><p>　　事物能潛心考察，勇于開拓，勇于實踐的基本素質(zhì)。&l

6、t;/p><p><b>　　三、設(shè)計的具體實現(xiàn)</b></p><p><b>　　1.電路概述 </b></p><p>　　此電路由8個4選1數(shù)據(jù)選擇器、8個帶異步清零的D觸發(fā)器組成。所有的數(shù)據(jù)選擇器編碼端分別對應(yīng)地接在一起，同時選擇D觸發(fā)器的信號數(shù)據(jù)來源。D觸發(fā)器時鐘端CP接一起，清零端也同樣接在一起，這樣可以保證級聯(lián)

7、D觸發(fā)器的同步，和并行輸出數(shù)據(jù)的清零。另，每個D觸發(fā)器的輸出對應(yīng)一位并行輸入。Dsr是右移串行數(shù)據(jù)輸入端，Dsl是左移串行數(shù)據(jù)輸入端，分別接最低有效位對應(yīng)的數(shù)據(jù)選擇器和最高有效位對應(yīng)的數(shù)據(jù)選擇器。</p><p>　　圖3 8位雙向移位寄存器</p><p>　　表2 8位雙向移位寄存器真值表</p><p>　　2. 設(shè)計綜合電路 </p>&l

8、t;p><b>　　設(shè)計流程</b></p><p>　　編寫源代碼。打開QuartusII軟件平臺，點擊File中得New建立一個文件。編寫的文件名與實體名一致，點擊File/Save as以“.vhd”為擴展名存盤文件；</p><p>　　按照實驗箱上FPGA的芯片名更改編程芯片的設(shè)置。操作是點擊Assign/Device,選取芯片的類型；</p&g

9、t;<p>　　編譯與調(diào)試。確定源代碼文件為當前工程文件，點擊Complier進行文件編譯。編譯結(jié)果有錯誤或警告，則將要調(diào)試修改直至文件編譯成功；</p><p>　　波形仿真及驗證。在編譯成功后，點擊Waveform開始設(shè)計波形。點擊“insert the node”,按照程序所述插入節(jié)點。</p><p>　　時序仿真。將波形區(qū)域分段顯示，如每個10.0ns重復(fù)一次步驟四

10、，分別設(shè)置不同的a,b的輸入波形，點擊保存按鈕保存，從而得出相應(yīng)的結(jié)果，最后形成完整的連續(xù)的時序仿真圖。</p><p><b>　　程序源代碼</b></p><p>　　ENTITY shifter IS</p><p><b>　　PORT (</b></p><p>　　data_in

11、: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); --輸入的數(shù)據(jù)</p><p>　　n : IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); --移位的數(shù)量</p><p>　　dir : IN STD_LOGIC; --移動的方向 0:左 1:右</p><p>　　ki

12、nd : IN STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); </p><p>　　--移動類型 00:算術(shù)移 01:邏輯移 10:循環(huán)移</p><p>　　clock : IN BIT; --手動時鐘PULSE</p><p>　　data_out : OUT STD

13、_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0) --移位的結(jié)果</p><p><b>　　);</b></p><p>　　END shifter;</p><p>　　ARCHITECTURE behav of shifter IS</p><p><b>　　BEGIN</b><

14、/p><p>　　PROCESS (data_in, n, dir, kind) </p><p>　　VARIABLEx,y : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);</p><p>　　VARIABLEctrl0,ctrl1,ctrl2 : STD_LOGIC_VECTOR (3 DOWNTO 0);</p><p&g

15、t;<b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF (clock'EVENT AND clock = '1')THEN --產(chǎn)生控制向量ctrl</p><p>　　ctrl0 := n(0) & dir & kind(1) & kind(0);</p><p>　　

16、ctrl1 := n(1) & dir & kind(1) & kind(0);</p><p>　　ctrl2 := n(2) & dir & kind(1) & kind(0);</p><p>　　CASE ctrl0 IS</p><p>　　WHEN "0000" | "0001

17、" | "0010" | "0100" | "0101" | "0110"=> x := data_in; </p><p>　　--n=0時不移動WHEN "1000" => x := data_in(6 DOWNTO 0) & data_in(0); --算術(shù)左移1位 &

18、lt;/p><p>　　WHEN "1001" => x := data_in(6 DOWNTO 0) & '0'; --邏輯左移1位 </p><p>　　WHEN "1010" => x := data_in(6 DOWNTO 0) & data_in(7); --循環(huán)左移

19、1位</p><p>　　WHEN "1100" => x := data_in(7) & data_in(7 DOWNTO 1); --算術(shù)右移1位 </p><p>　　WHEN "1101" => x := '0' & data_in(7 DOWNTO 1); --邏

20、輯右移1位 </p><p>　　WHEN "1110" => x := data_in(0) & data_in(7 DOWNTO 1); --循環(huán)右移1位</p><p>　　WHEN others => null;</p><p><b>　　END CASE;</b></p>

21、;<p>　　CASE ctrl1 IS </p><p>　　WHEN "0000" | "0001" | "0010" | "0100" | "0101" | "0110" => y := x;</p><p><b&g

22、t;　　--n=0時不移動</b></p><p>　　WHEN "1000" => y := x(5 DOWNTO 0) & x(0) & x(0); --算術(shù)左移2位 </p><p>　　WHEN "1001" => y := x(5 DOWNTO 0) & "00&q

23、uot;; --邏輯左移2位 </p><p>　　WHEN "1010" => y := x(5 DOWNTO 0) & x(7 DOWNTO 6); --循環(huán)左移2位</p><p>　　WHEN "1100" => y := x(7) & x(7) & x(7 DOWNT

24、O 2); --算術(shù)右移2位 </p><p>　　WHEN "1101" => y := "00" & x(7 DOWNTO 2); --邏輯右移2位 </p><p>　　WHEN "1110" => y := x(1 DOWNTO 0) & x(7

25、DOWNTO 2); --循環(huán)右移2位</p><p>　　WHEN others => null;</p><p><b>　　END CASE;</b></p><p>　　CASE ctrl2 IS</p><p>　　WHEN "0000" | "0001"

26、| "0010" | "0100" | "0101" | "0110"=> data_out <= y; </p><p><b>　　--n=0時不移動</b></p><p>　　WHEN "1000" => data_out <= y(3

27、DOWNTO 0) & y(0) & y(0) & y(0) & y(0); </p><p>　　--算術(shù)左移4位 </p><p>　　WHEN "1001" => data_out <= y(3 DOWNTO 0) & "0000"; --邏輯左移4位 </p>&

28、lt;p>　　WHEN "1010" | "1110" => data_out <= y(3 DOWNTO 0) & y(7 DOWNTO 4); </p><p>　　--循環(huán)左(右)移4位</p><p>　　WHEN "1100" => data_out <= y(7) & y(

29、7) & y(7) & y(7) & y(7 DOWNTO 4); </p><p><b>　　--算術(shù)右移4位 </b></p><p>　　WHEN "1101" => data_out <= "0000" & y(7 DOWNTO 4); --邏輯右移4位

30、 </p><p>　　WHEN others => null;</p><p>　　END CASE; </p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　END behav;</p>

31、<p><b>　　編譯過程、調(diào)試結(jié)果</b></p><p><b>　　3．仿真 </b></p><p>　　時序仿真過程及仿真結(jié)果</p><p>　　多次實驗后比以前更熟悉軟件，所以運行時序仿真功能的過程也較為順利。雖然把波段為50ns，但從截圖中還是可以看出，輸出信號較輸入信有時間差，即電路信號通過門

32、電路時還是有延遲的現(xiàn)象。設(shè)置為算數(shù)移（kind=00），每次都移動一位（n=001），前半部分選定右移（dir=1）后半部分選定左移（dir=0），可以清楚地看到功能的實現(xiàn)。</p><p>　　功能仿真過程及仿真結(jié)果</p><p>　　完成時序仿真之后在Assignment的Settings中選定仿真類型為Function（功能仿真），對波形圖進行保存然后運行，即生成功能仿真圖。從圖中

33、可以看到，延遲現(xiàn)象得到解決，各個波段輸入對應(yīng)輸出更加清楚。在時序仿真中弄不太明白的clock的作用也在這里得到解決：clock=1左/右移功能實現(xiàn)，clock=0功能未執(zhí)行，輸出保留為上一個波段的結(jié)果。</p><p><b>　　四、結(jié)論與展望 </b></p><p>　　通過這次的實驗，我移位寄存器無論從功能還是原理方面都有了較為系統(tǒng)的了解和學(xué)習(xí)。這次實驗沒有給

34、現(xiàn)成的代碼，不過在網(wǎng)上可以找到對應(yīng)的源代碼，而且源代碼附著較為詳細的注釋，方便了我的學(xué)習(xí)。找到源代碼之后的編譯、仿真部分因為熟能生巧，都較為順利。但一開始仿真時候波段的值沒有選好，亂七八糟的找不到對比，這對理解分析功能造成了一定的困惑。多次重復(fù)試驗之后，終于畫出來可以幫助我更好理解左/右移意義的仿真圖。雖然有點繁瑣，但是所幸有所收獲。</p><p><b>　　五、心得體會及建議</b>&

35、lt;/p><p>　　通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)8位移位寄存器的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，這也讓我們發(fā)現(xiàn)了自身的不足。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲齲最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于迎刃而

36、解。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠不可能得到社會及他人對你的認可!課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設(shè)計讓我感觸很

37、深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設(shè)計，我掌握了常用元件的識別和測試，熟悉了常用儀器、儀表，了解了電路的連線方法，以及如何提高電路的性能等等，掌握了焊</p><p>　　回顧起此課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)

38、合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。實驗過程中，也對團隊精神的進行了考察，讓我們在合作起來更加默契，在成功后一起體會喜悅的心情。果然是團結(jié)就是力量，只有互相之間默契融洽的配合才能換來最終完美的結(jié)果。此次設(shè)計也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明

39、白的地方要及時請教或上網(wǎng)查詢，只要認真鉆研，動腦思考，動手實踐，就沒有弄不懂的知識，收獲頗豐。</p><p><b>　　六、參考文獻 </b></p><p>　　[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分[M].北京:高等教育出版社, 2006</p><p>　　[2]趙艷華,曹丙霞,張睿.基于Quartus II的FPGA/CPLD設(shè)計與應(yīng)用

40、[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2009</p><p>　　[3]周潤景,蘇良碧.基于Quartus II的數(shù)字系統(tǒng)Verilog HDL設(shè)計實例詳解[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010</p><p>　　[4]喬廬峰,王志功.Verilog HDL數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與驗證[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009</p><p>　　[5]何賓.EDA原理及Veril