位移位乘法器

位移位乘法器第一页，共十五页，2022年，8月28日实验其乘法原理是：乘法通过逐项移位相加原理来实现，从被乘数的最低位开始，若为1，则乘数左移后与上一次的和相加；若为0，左移后以全零相加，直至被乘数的最高位。从图9-5的逻辑图及其乘法操作时序图图9-4（示例中的相乘数为9FH和FDH）上可以清楚地看出此乘法器的工作原理。图9-5中，START信号的上跳沿及其高电平有两个功能，即16位寄存器清零和被乘数A[7..0]向移位寄存器SREG8B加载；它的低电平则作为乘法使能信号。CLK为乘法时钟信号。当被乘数被加载于8位右移寄存器SREG8B后，随着每一时钟节拍，最低位在前，由低位至高位逐位移出。当为1时，1位乘法器ANDARITH打开，8位乘数B[7..0]在同一节拍进入8位加法器，与上一次锁存在16位锁存器REG16B中的高8位进行相加，其和在下一时钟节拍的上升沿被锁进此锁存器。而当被乘数的移出位为0时，与门全零输出。如此往复，直至8个时钟脉冲后，最后乘积完整出现在REG16B端口。在这里，1位乘法器ANDARITH的功能类似于1个特殊的与门，即当ABIN为‘1’时，DOUT直接输出DIN，而当ABIN为‘0’时，DOUT输出全“00000000”。实验8-1移位相加8位硬件乘法器电路设计第二页，共十五页，2022年，8月28日实验8-1移位相加8位硬件乘法器电路设计电路原理第三页，共十五页，2022年，8月28日实验8-1移位相加8位硬件乘法器电路设计第四页，共十五页，2022年，8月28日实验8-1移位相加8位硬件乘法器电路设计第五页，共十五页，2022年，8月28日实验8-1移位相加8位硬件乘法器电路设计第六页，共十五页，2022年，8月28日实验8-1移位相加8位硬件乘法器电路设计第七页，共十五页，2022年，8月28日实验【例8-32】LIBRARYIEEE;--8位右移寄存器USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYSREG8BISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;LOAD:INSTD_LOGIC;DIN:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);QB:OUTSTD_LOGIC);ENDSREG8B;ARCHITECTUREbehavOFSREG8BISSIGNALREG8:STD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);BEGINPROCESS(CLK,LOAD)BEGINIFLOAD='1'THENREG8<=DIN;ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENREG8(6DOWNTO0)<=REG8(7DOWNTO1);ENDIF;ENDPROCESS;QB<=REG8(0);--输出最低位ENDbehav;实验8-1移位相加8位硬件乘法器电路设计第八页，共十五页，2022年，8月28日实验【例8-33】LIBRARYIEEE;--8位加法器USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYADDER8ISPORT(B,A:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);S:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(8DOWNTO0));ENDADDER8;ARCHITECTUREbehavOFADDER8ISBEGINS<='0'&A+B;ENDbehav;实验8-1移位相加8位硬件乘法器电路设计第九页，共十五页，2022年，8月28日实验【例8-34】LIBRARYIEEE;--1位乘法器USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYANDARITHIS--选通与门模块PORT(ABIN:INSTD_LOGIC;DIN:INSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);DOUT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0));ENDANDARITH;ARCHITECTUREbehavOFANDARITHISBEGINPROCESS(ABIN,DIN)BEGINFORIIN0TO7LOOP--循环，完成8位与1位运算DOUT(I)<=DIN(I)ANDABIN;ENDLOOP;ENDPROCESS;ENDbehav;实验8-1移位相加8位硬件乘法器电路设计第十页，共十五页，2022年，8月28日实验【例8-35】LIBRARYIEEE;--16位锁存器/右移寄存器USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYREG16BISPORT(CLK,CLR:INSTD_LOGIC;D:INSTD_LOGIC_VECTOR(8DOWNTO0);Q:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(15DOWNTO0));ENDREG16B;ARCHITECTUREbehavOFREG16BISSIGNALR16S:STD_LOGIC_VECTOR(15DOWNTO0);BEGINPROCESS(CLK,CLR)BEGINIFCLR='1'THENR16S<=(OTHERS=>'0');--清零信号ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN--时钟到来时，锁存输入值，并右移低8R16S(6DOWNTO0)<=R16S(7DOWNTO1);--右移低8位R16S(15DOWNTO7)<=D;--将输入锁到高8位ENDIF;ENDPROCESS;Q<=R16S;ENDbehav;实验8-1移位相加8位硬件乘法器电路设计第十一页，共十五页，2022年，8月28日实验

（3）实验内容1：根据给出的乘法器逻辑原理图及其各模块的VHDL描述，在MAX+plusII上完成全部设计，包括编辑、编译、综合和仿真操作等。以87H乘以F5H为例，进行仿真，对仿真波形作出详细解释，包括对8个工作时钟节拍中，每一节拍乘法操作的方式和结果，对照波形图给以详细说明。

（4）实验内容2：编程下载，进行实验验证。实验电路可选择附图1-3，8位乘数和被乘数可分别用键2、键1、键4和键3输入；16位乘积可由4个数码管显示；用键8输入CLK，键7输入START。详细观察每一时钟节拍的运算结果，并与仿真结果进行比较。实验8-1移位相加8位硬件乘法器电路设计第十二页，共十五页，2022年，8月28日实验实验8-1移位相加8位硬件乘法器电路设计图8-48位移位相加乘法器运算逻辑波形图第十三页，共十五页，2022年，8月28日实验

（5）实验内容3：乘法时钟连接实验系统上的连续脉冲，如clock0，设计一个此乘法器的控制模块，接受实验系统上的连续脉冲，如clock0，当给定启动/清0信号后，能自动发出CLK信号驱动乘法运算，当8个脉冲后自动停止。

（6）思考题：用MAX+plusII进行优化设计后，具体说明并比较组合电路乘法器与本乘法器的逻辑资源占用情况和运行速度。