VHDLFPGA寄存器.doc

VHDL与数字系统设计课程设计报告( 2014 - 2015 年度第 1 学期)名 称： VHDL与数字系统设计 题 目： 双向移位寄存器 院 系： 电气与电子工程学院 班 级： 电子1301 学 号： 1131230106 学生姓名： 韩辉 指导教师： 高雪莲 设计周数： 2周 成 绩： 日期： 2015年 1 月 日 课程 课程设计报告一、 课程设计的目的与要求1.设计目的（1）熟悉MAXPLUS2/Quartus II软件，掌握软件的VHDL程序输入、程序编译和程序仿真操作；（2）学习利用VHDL语言设计双向移位寄存器电路程序。2设计要求：根据设计正文提出的双向移位寄存器功能设置，实现电路设计。二、设计正文1.双向移位寄存器工作原理及设计思路双向移位寄存器有三种输入方式：4位并行输入、1位左移串行输入、1位右移串行输入；双向移位寄存器有一种输出方式：4位并行输出。（1）.双向移位寄存器工作过程如下：当1位数据从左移串行输入端输入时，首先进入内部寄存器最高位，并在并行输出口最高位输出，后由同步时钟的上跳沿触发向左移位。当1位数据从右移串行输入端输入时，首先进入内部寄存器最低位，并在并行输出口的最低位输出，后由同步时钟的上跳沿触发向右移位。（2）.双向移位寄存器的输入、输出端口如下：CLR：异步清零输入端；SRSI：串行右移输入端；SLSI：串行左移输入端；A、B、C、D：4位并行输入端；QA、QB、QC、QD：4位并行输出端；S0，S1：两位控制码输入端。（3）.双向移位寄存器的端口功能如下：当CLR0时，4位输出端清0；当CLK0时，4位输出端保持原来状态不变；当S00时，4位输出端保持原来的状态不变；当S01时，允许串行右移输入1位数据；当S10时，允许串行左移输入1位数据；当S11时，允许4位数据从并行端口输入。2.双向移位寄存器设计的源程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; 包含库和程序包ENTITY double_dir_regt is 定义实体为double_dir_regtPORT ( s: in std_logic_vector(1 downto 0); clr,clk,srsi,slsi,a,b,c,d:in std_logic; result: out std_logic_vector(3 downto 0); 设置端口参数输入控制信号s,时钟clk,并行输入abcd,END double_dir_regt;输出resultARCHITECTURE rtl of double_dir_regt issignal result1: std_logic_vector(3 downto 0); 设置信号result1BEGIN result=result1;PROCESS (clk,clr) 敏感信号为时钟和清零信号beginif (clr=0)then result1 控制信号为00时实现保持功能 result1(0)=result1(0); result1(1)=result1(1);result1(2)=result1(2);result1(3) 控制信号为01时实现右移功能result1(3)=srsi;result1(2)=result1(3);result1(1)=result1(2);result1(0) 控制信号为10时实现左移功能result1(0)=slsi;result1(1)=result1(0);result1(2)=result1(1);result1(3) 控制信号为11时实现并行输入功能result1(0)=a;result1(1)=b;result1(2)=c;result1(3)=d; END case;END if; END process;END rtl; 程序结束二、 课程设计结论1.双向移位寄存器的仿真波形图及其分析：图1 双向移位寄存器保持功能仿真波形图0 0 1 1 0 0 当控制信号s0s1=10时实现左移功能，得到0000,0001，0011，0110的输出结果，当s0s1=00时，输出result一直保持0110不变，实现保持功能，根据仿真波形图可知，寄存器实现了保持的功能。图1为双向移位寄存器保持功能的仿真波形图，由图1分析可得：当S=01时实现右移功能，得到0000、1000、1100的输出结果；当S=00时，输出result一直保持1100不变，即寄存器实现了保持功能。图2 双向移位寄存器右移仿真波形图0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 图2为双向移位寄存器右移功能的仿真波形图，由图2分析可得：srsi端输入00110011001100，当S=01时，输出端result按顺序输出0000、1000、1100、0110、0011、1001、1100 由数据可以看出，后一位的数据在前一位的基础上右移一位，即寄存器实现了右移的功能。图3 双向移位寄存器左移仿真波形图1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 图3为双向移位寄存器左移功能的仿真波形图，由图3分析可得：slsi端输入00110011001100，当S=10时，输出端result按顺序输出0000、0001、0011、0110、1100、1001、0011 由数据可以看出，后一位的数据在前一位的基础上左移一位，即寄存器实现了左移的功能。图4 双向移位寄存器并行输入仿真波形图图4为双向移位寄存器并行输入功能的仿真波形图，由图4分析可得：当S=11时，输入端输入dcda=0101，当时钟脉冲到来后，寄存器输出端result输出结果,为并行输入数据bcda=0101。根据仿真波形图可知，输出结果result先出现0000的初始结果，经过一段时间的延迟，输出result=0101，为并行输入数据，实现了并行输入的功能。综合图1、2、3、4可知，双向移位寄存器在不同控制信号的控制下可以实现左移、右移、并行输入、数据保持的功能。2.课程设计总结与改进方案（1） SRSI（串行右移输入端）与SLSI（串行左移输入端）的输入过于复杂，最终得到的仿真波形图结果不够清晰明了。可以