加减交替阵列除法器的设计与仿真实现

加减交替阵列除法器的设计与仿真实现

一、引言

随着数字电路的发展，除法器在计算机和通信系统中的应用越来越广泛。加减交替阵列除法器是一种高效的除法器，具有运算速度快、面

积小等优点。本文将详细介绍加减交替阵列除法器的设计与仿真实现。

二、加减交替阵列除法器原理

加减交替阵列除法器是一种基于移位和加减运算的快速除法器。其主

要原理如下：

1. 将被除数左移n位，得到一个n+1位的数（其中最高位为0）。

2. 对于每个n+1位的数，采用加减交替的方式进行运算。

3. 在第n步时，判断商是否已经求出。

4. 如果商未求出，则返回第1步。

三、加减交替阵列除法器设计

1. 系统框图

加减交替阵列除法器由以下模块组成：被除数寄存器、商寄存器、余

数寄存器、控制单元、计算单元和状态机。系统框图如下所示：

2. 系统模块设计

（1）被除数寄存器

被除数寄存器用于存储待处理的被除数。它由一个n位的寄存器和一

个移位器组成，可以将被除数左移n位。

（2）商寄存器

商寄存器用于存储计算得到的商。它由一个n位的寄存器和一个移位

器组成，可以将商左移1位。

（3）余数寄存器

余数寄存器用于存储计算得到的余数。它由一个n+1位的寄存器和一个移位器组成，可以将余数左移1位。

（4）控制单元

控制单元用于控制整个系统的运行。它根据状态机的输出信号来控制

各个模块之间的数据传输和运算。

（5）计算单元

计算单元是加减交替阵列除法器最核心的部分，用于进行加减运算。

它由若干个加法器和减法器组成，每个加法器或减法器都能够进行一

次加或减运算。

（6）状态机

状态机用于控制控制单元的工作状态，并输出相应的信号。它有以下

三种状态：

a. 初始化状态：在这个状态下，被除数、商、余数等变量都被初始化。

b. 运行状态：在这个状态下，加减交替阵列除法器按照原理进行运算。

c. 结束状态：在这个状态下，商已经求出，整个系统停止工作。

四、加减交替阵列除法器仿真实现

1. 系统仿真

为了验证加减交替阵列除法器的正确性，需要对其进行仿真。采用Verilog HDL语言对系统进行建模，并使用ModelSim软件进行仿真。

2. 仿真结果分析

在ModelSim软件中运行仿真程序，可以得到如下波形图：

从波形图可以看出，加减交替阵列除法器的运行过程符合设计原理，并且最终得到了正确的商和余数。

五、总结

本文详细介绍了加减交替阵列除法器的设计原理和仿真实现。通过对系统进行建模和仿真，证明了该除法器具有高效、快速、面积小等优点。同时，本文还介绍了系统框图和各个模块的设计方法。