ALU实验报告

算术逻辑部件ALU实验报告

一、实验目的

（1）熟悉硬件描述语言及开发环境，了解硬件系统开发的基本过程。

（2）掌握ALU基本设计方法和简单运算器的数据传送通路。

（3）验证ALU的功能。

二、实验环境

（1）硬件环境：安装有Windows 7 或以上操作系统的PC，THINPAD教学计算机。（2）软件开发：FPGA开发工具软件Xilinx ISE 12.3或以上。

三、实验内容

（1）根据实验原理中的要求，用VHDL语言实现一个简单的ALU。

（2）在教学计算机THINPAD上验证实现的ALU的功能。

四、实验原理

算术逻辑部件ALU的主要功能是对二进制数据进行定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作等。算术运算包括定点加减乘除运算，逻辑运算主要用逻辑与、逻辑或、逻辑异或和逻辑非等操作。ALU通常有两个数据输入端A和B输出操作数，一个数据输出端Y以及标志位输出结果，通过输入操作码op来确定所要进行的操作，本实验通过实现一个状态机，根据状态机状态的变化来输人操作数及操作码，并最终实现不同的运算，将结果和标志位呈现出来。

本实验中的ALU要求实现基本的算术运算、逻辑运算、移位运算等，具体功

五、实验步骤

本实验通过VHDL语言实现一个比较简单的ALU模块。

（1）用VHDL语言编写ALU功能代码，并用状态机对其进行控制，使其完成实验要求的操作。操作码和操作数的输入用微型开关SW0~SW15,计算结果的输出用数字机上的LED灯来展示。

（2）将代码下载到教学机的FPGA中，并调试完成。

（3）在THINPAD教学机上运行时，RST和时钟均用手动开关或按钮，便于演示。操作码和操作数在开关SW0~SW15上输入，为便于观察和调试，每次ALU得到操作数，最好可以在LED上显示一下，最后的运算结果在L0~L15上显示，标志位

可自行选择显示方法。

（4）状态机如下：

RST -> 状态0 输入操作数A -> CLK -> 状态1 输入操作数B -> CLK ->状态2 输入操作码op 输出操作结果r -> CLK -> 状态3 输出标志位 ->CLK ->状态0 实验主要代码如下：

操作码 A B 结果标志位与预期一致ADD 0 一致

SUB 111111111 0101 一致

ROL 1 一致

1、时序电路。

七、实验总结

通过该实验，我们小子熟悉了硬件描述语言的基本语法与调试方式。掌握了ALU的基本设计方法，并对XilinxISE开发环境有了更加深入的了解，学会了如

何设计工程、如何仿真，对THINPAD教学机器也更加熟悉了。