8位二进制乘法器

8位二进制乘EDA实验法器学号：********[2013.12.15] 班级：021151姓名：***指导老师：***一.设计要求8位二进制乘法采用移位相加的方法。

即用乘数的各位数码，从低位开始依次与被乘数相乘，每相乘一次得到的积称为部分积，将第一次（由乘数最低位与被乘数相乘）得到的部分积右移一位并与第二次得到的部分积相加，将加得的和右移一位再与第三次得到的部分积相加，再将相加的结果右移一位与第四次得到的部分积相加，直到所有的部分积都被加过一次。

例如：11010101和10010011相乘，计算过程如下:二.设计方法按照这种算法，可以得到下图所示之框图和简单流程图。

按照这种算法，可以得到下图所示之框图和简单流程图。

图中Y寄存器存放被乘数M，B寄存器存放乘数N，A累加器存放部分积。

A和Y中的数据在加法器中相加后送入A 中，而A和B相级联又构成了一个16bit的移位寄存器，当它工作于移位模式时，可以实现数据的右移。

由于乘数的每一位不是0就是1 ，对应的部分积不是0就是被乘数本身，所以实际作部分积相加这一步时，只要根据乘数的对应位判断：如该位为1 ，则将累加器中的数据加上被乘数再移位；如该位为0时，就不加被乘数而直接移位。

运算时首先将累加器A清零，并将被乘数M和乘数N分别存入寄存器Y和B，然后依据寄存器B中最右一位B0（数据N0）确定第一个部分积。

将此部分积送入A累加器以后，将A连同寄存器B右移一位，部分积的最低位被移进寄存器B的最左位，乘数的最低位N0被移出寄存器B，而乘数的次低位N1被移至寄存器B的B0位。

第二次仍然依据B0位的数据（N1）来确定第二个部分积，将部分积与累加器中的数据相加后右移一位，N1又被移出寄存器，数据N2被移到B0位置。

这样，经过8次部分积相加位的操作，完成1次乘法运算，乘数N恰好被移出寄存器B，寄存器B中保存的就是运算积的低8位数据。

移位相加的次数应用一个计数器来控制，每移位一次，计数器计一个数。

当计数器计得8个数时，发出一个信号，使电路停止操作，并输出运算结果。

三.设计过程1：8位乘法器的顶层设计P IN_17P IN_22PIN_21P IN_52P IN_53P IN_55P IN_57P IN_58P IN_59P IN_60P IN_63P IN_24P IN_9P IN_8P IN_7P IN_41P IN_30P IN_28P IN_25P IN_126P IN_129P IN_132P IN_133P IN_120P IN_121P IN_122P IN_1252：设计程序（1） 数据输入num_input 的设计该部分是在时钟信号input_clk 的作用下，记录并保存输入的8位二进制数，并存放在a 和b 中。

该模块的程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity num_input isport(data:in std_logic_vector(7 downto 0);a,b:out std_logic_vector(7 downto 0);clk:in std_logic);end num_input ;architecture behave of num_input issignal times: std_logic;beginprocess(clk)beginif clk'event and clk = '1' thenif times = '0' thentimes <= '1';a(7 downto 0) <= data(7 downto 0);elsetimes <= '0';b(7 downto 0) <= data(7 downto 0);end if;end if;end process;end behave;（2） 8位移位寄存器sreg8b的设计8位移位寄存器是在时钟信号作用下，对乘数进行加载，对数据进行移位操作，同时定义一个信号sreg8b用来装载新数据及移位后的操作数。

该模块的程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity sreg8b isport(clk:in std_logic;load:in std_logic;din:in std_logic_vector(7 downto 0);s_end:out std_logic;qb:out std_logic);end sreg8b;architecture behave of sreg8b issignal reg8:std_logic_vector(7 downto 0);signal count:std_logic_vector(3 downto 0);beginprocess(clk,load)beginif load='1' thenreg8<=din;s_end <= '0';count <= "0000";elsif clk'event and clk='1'thencount <= count + 1;if count < 7 thenreg8(6 downto 0)<=reg8(7 downto 1);elses_end <= '1';end if;end if;end process;qb<=reg8(0);end behave;（3）乘法器andarith的设计利用循环语句完成8位二进制数与1位二进制的乘法运算，将8位二进制数a从最低位到最高位与1位二进制数分别做与运算，将结果送入加法器里。

该模块程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity andarith isport(abin:in std_logic;din:in std_logic_vector(7 downto 0);dout:out std_logic_vector(7 downto 0));end andarith;architecture behave of andarith isbeginprocess(abin,din)beginfor i in 0 to 7 loopdout(i)<=din(i)and abin;end loop;end process;end behave;（4） 8位加法器adder8的设计将每次的部分积相加得到部分积之和，再与下一次的部分积相加得到新的部分积之和，没计算一次将结果送入锁存器里。

该模块程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity adder8 isport(b,a:in std_logic_vector(7 downto 0);s:out std_logic_vector(8 downto 0));end adder8;architecture behave of adder8 isbegins<='0'&a+b;end behave;（5） 16位锁存器reg16b的设计该部分接收加法器送来的部分积之和，进行处理并取高八位送给加法器进行下一次的求和，然后进行重复运算直到得到最终结果并输出。

该模块程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity reg16b isport(clk,clr,r_end:in std_logic;d:in std_logic_vector(8 downto 0);q:out std_logic_vector(15 downto 0));end reg16b;architecture behave of reg16b issignal r16s:std_logic_vector(15 downto 0);beginprocess(clk,clr,r_end)beginif clr='1'thenr16s<=(others=>'0');elsif r_end = '1' thenr16s(15 downto 0) <= r16s(15 downto 0);elsif clk'event and clk='1'thenr16s(6 downto 0)<=r16s(7 downto 1);r16s(15 downto 7)<=d;end if;end process;q<=r16s;end behave;四.波形仿真五.心得体会本次课程设计培养了我的思维，增加了思维能力，也掌握了VHDL语言里用分层次结构设计乘法器的思想和方法。

同时，在课程设计的过程中，我通过对quatus的应用，锻炼了自己的编程能力，也学会了在遇到错误的时候对程序进行调试和改进。

另外，我也懂得程序的仿真和下载到开发板是不同的，仿真没有问题，并不代表下载到开发板也没问题，因此要对程序进行测试和改进，直到出来正确而稳定的结果。