1、位二進制乘法電路該乘法器是有由8位加法器構成的以時序方式設計的8位乘法器，采用逐項移位相加的方法來實現相乘。用乘數的各位數碼，從低位開始依次與被乘數相乘，每相乘一次得到的積稱為部分積，將第一次(由乘數最低位與被乘數相乘)得到的部分積右移一位并與第二次得到的部分積相加，將加得的和右移一位再與第三次得到的部分積相加，再將相加的結果右移一位與第四次得到的部分積相加。直到所有的部分積都被加過一次。例如：被乘數 (M7M6M5M4M3M2M1M0 )和乘數(N7N6N5N4N3N2N1N0 )分別為 11010101 和10010011,其計算過程如下：11010101X 100100111101010

2、1NO與被乘數相乘的部分積，部分積右移一位11010101N1與被乘數相乘的部分積十 1101010110011111111001111111兩個部分積之和，部分積之和右移一位:前簡單流程圖)0 0 00N2與被乘數相乘的部分積與前面部分積之和相加，部分積之和右移一- 0 00 0 00 0 0N4與被乘數相乘的部分積 N7與被乘數相乘的部分積-110 10 10 1與前面部分積之和相加 右移一位得到最后的積下面分解8位乘法器的層次結構，分為以下 右移寄存器模塊：這是 行乘法運算的移位操作。 加法器模塊：這是一個 1位乘法器模塊：完成 鎖存器模塊：這是一個 輸入數值的鎖存與移位。按照上4個模塊

3、：個8位右移寄存器，可將乘法運算中的被乘數加載于其中，同時進8位加法器，進行操作數的加法運算。8位與1位的乘法運算。16位鎖存器，同時也是一個右移寄存器，在時鐘信號的控制下完成圖中8位移位寄存器reg_8存放 數送至1 8位乘法器 multi_1中，同時 送至 8位加法器adder_8中，同時取reg_16 中，進述算法流程圖?？趇ll時 制信號乘數加 清出零或鎖存移位寄存送至reg_16右移后并進行鎖進行相加,Z再詁加后結果即部分積存入行移位后并保存。這樣經過8次對乘數a的移位操作，所以的部分積已全加至reg_16中，此時鎖存器reg_16存放的值即所要求的積。(1) 8位移位寄存器reg_

4、8的設計) 信號作用下，當1時，將 8 位r8_load=0時，對數據進行移位操作8-同時定義一個信號氐位oadr8_eu8(0)傳送給r8r8_i n7.Oreg_8reg8用來裝載 out輸出。8位移位寄存器是在時鐘(r8_clkeve nt and r8_clk=1 乘數加載進入；而當新數據及移位后的操作數，完成這些操作后，寄存器的最低 元件實體原理圖如右圖：該模塊元件的程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_ un sig ned.all;use ieee.std_logic_arith.all;

5、en tity reg_8 is-實體描述port(r8_clk,r8_load:i n std_logic;r8_in:in stdo gic_vector(7 dow nto 0);r8_out:out std_logic);end reg_8;architecture arc_reg_8 of reg_8 is-結構體描述sig nal reg8:std_logic_vector(7 dow nto 0);-定義信號變量beginprocess(r8_clk,r8_load)beginif r8_clkeve nt and r8_clk=1 the n-時鐘上升沿到來if r8_load

6、=1 the n-鎖存新數據reg8=r8_i n;elsereg8(6 dow nto 0)=reg8(7 dow nto 1);-數據右移end if;end if;end process;r8_out=reg8(0);-輸出最低位end arc_reg_8;仿真波形圖如下：NapeD ps20.0 m40.0 m60.080.0 ns1D0. D in120.0 m140.iiiiiiD 20 ps0 PJ比0:r0_clkA 0TL rL TL nL_r_rL_n_rL_r_r-L_rL_rL_TLL_rLAlIH T8_inH 47F4F11r8_flutA 0Liii i(2) 8

7、位加法器adder_8的設計I)該加法器由兩個四位二進制加法器組成。其中設計四位二進制加法器時，為了避免加法運 算時產生溢出，故定義了三個信號量ss,aa,bb將加數a4_a, a4_b分別與0連接后賦值給aa,bb,形成5位二進制數，然后 aa，bb與進位位a4_in相加賦值給ss,最后將ss的低四位賦值給和a4_s，同時將ss的最高位送給a4_out輸出。 元件實體原理圖如右圖：a4_i na4_s3.0 a4_a3.0 a4_b3.0a4_outadder 4其程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic

8、_ un sig ned.all;use ieee.std_logic_arith.all;en tity adder_4 is-實體描述port(a4_in :in std_logic;a4_a,a4_b:i n std_logic_vector(3 dow nto 0); a4_s:out std_logic_vector(3 dow nto 0); a4_out:out std_logic);end adder_4;architecture arc_adder_4 of adder_4 is-結構體描述sig nal ss:std_logic_vector(4 downto 0);-定義

9、信號變量sig nal aa,bb:std_logic_vector(4 dow nto 0);beginaa=0&a4_a;-為避免溢出，將 0與a4_a連接bb=0&a4_b;-將 0 與 a4_b 連接ss=aa+bb+a4_i n;-執行加法運算a4_s=ss(3 dow nto 0);-輸出結果a4_out28a8_tnilk D(3) 1位乘法器40. xis80.甲 he100.0 M1 j 10 X 11 jriFX 131516 jri)riaH 11 X 12】4 X 15 廠仃 X 18 廠帀 I： 1IT JCgOmulti_1的設計利用循環語句FOR-LOOP完成8位

10、二進制數與1位二進制的乘法運算，將8位二進制數 m1_y從最低位到最高位與 1位二進制m1_x分別做與運算，最后將結果依次送到 m1_out輸出。 即當m1_x為1時，m1_out輸出為 m1_y ;當m1_x為0時，m1_out輸出全為零。元件實體原理圖如右圖：其程序如下：ml xlibrary ieee;use ieee.stdo gic_1164.all;use ieee.std_logic_ un sig ned.all;use ieee.std_logic_arith.all;en tity multi_1 is-實體描述port(m1_x:in std_logic;m1_y:in

11、std_logic_vector(7 dow nto 0);m1_out:out std_logic_vector(7 dow nto 0);end multi_1;architecture arc multi 1 of multi 1 is -結構體描述beginprocess(m1_x,m1_y)m1_out7.0m1 y7m0ilti 1beginfor i in 0 to 7 loop-循環完成8位與1位的乘法運算m1_out(i)=m1_y(i)a nd m1_x;end loop;end process;end arc_multi_1;其仿真電路圖如下:口當清零信號(r16_clr

12、=1)到來時，定義信號變 一reg16清零；否則在時鐘信號r16_clrr16_out15.0r16_i n8.Oreg_16r16 elk上升沿到來時，將reg16的低8位進行移位操作，同時將16_位的數據輸入r16_in鎖存到reg16的高 8位，最后賦值給r16_out輸出。元件實體原理圖如右圖：其程序如下：use ieee.std _lo gic_1164.all;use ieee.std_logic_ un sig ned.all;use ieee.std_logic_arith.all;en tity reg_16 is-實體描述port(r16_clk,r16_clr:in st

13、d_logic;r16_in:in std_logic_vector(8 dow nto 0); r16_out:out stdo gic_vector(15 dow nto 0);end reg_16;architecture arc_reg_16 of reg_16 is-結構體描述sig nal reg16:stdo gic_vector(15 dow nto 0);-定義信號變量beginprocess(r16_clk,r16_clr)beginif r16_clr=1 then-clr 為高電平，清零reg16=0000000000000000;elsif r16_clkeve nt

14、 and r16_clk=1 the n-時鐘上升沿到來reg16(6 dow nto 0)=reg16(7 dow nto 1);-右移，并鎖存低八位reg16(15 dow nto 7)=r16_i n;-將輸入鎖存到高 8 位end if;end process;r16_out=reg16;-數據輸出end arc_reg_16;仿真電路圖如圖所示：(5) 8位乘法器的頂層設計元件實體原理圖如圖：RJLTI_8CLK 其頂層電路如圖：如上圖所示，當 STAR上升沿到來，將乘數 a鎖存到REG_8中，同時將16位的移位寄 存器REG_16清零，然后隨著時鐘 CLK上升沿的到來，對REG_8

15、中的乘數進行移位操作，最低位在前，由低到高逐位輸出。1位乘法器中進行與 8位被乘數的相乘運算，并與鎖存在16位寄存器reg_16中的高8位進行相加，其和(包含進位)在下一個時鐘的上升沿到來時鎖存 到16位寄存器中。如此進行直到第八個時鐘上升沿到來時，reg_16的輸出即為所求的乘積。其頂層程序如下：use ieee.std _lo gic_1164.all; use ieee.std_logic_ un sig ned.all;use ieee.std_logic_arith.all;en tity multi_8 is-實體描述port(clk,start:in std_logic;a,b:

16、i n std_logic_vector(7 dow nto 0);result:out std_logic_vector(15 dow nto 0); end multi_8;architecture arc_multi_8 of multi_8 is-結構體描述compo nent multi_1-調用1位乘法器聲明port(m1_x:i n std_logic;m1_y:in std_logic_vector(7 dow nto 0);m1_out:out std_logic_vector(7 dow nto 0);end comp onent;component adder_8-調用8

17、位加法器聲明port(a8_ in :in std_logic;a8_a,a8_b:i n std_logic_vector(7 dow nto 0);a8_s:out std_logic_vector(7 dow nto 0); a8_out:out std_logic);end comp onent;component reg_8 -調用8位寄存器聲明 port(r8_clk,r8_load:i n std_logic;r8n:in std_logic_vector(7 dow nto 0);r8_out:out std_logic);end comp onent;component re

18、g_16 -調用16位寄存器聲明 port(r16_clk,r16_clr:in std_logic;r16_in:in std_logic_vector(8 dow nto 0); r16_out:out stdo gic_vector(15 dow nto 0);end comp onent;sig nal gndin t, newstart,qb:std_logic;-定義信號變量sig nal an dsd:std_logic_vector(7 dow nto 0);sig nal dtb in: std_logic_vector(8 dow nto 0);sig nal dtbout

19、:std_logic_vector(15 dow nto 0);beginresult=dtbout;gndin t=0;process(clk,start)beginif start=1 the n n ewstart=1;elsif clk=0 the n n ewstartincfime 呂 an:Q p$*J Poihler42 irtslinflervat42 西 nsJ pv20. f m40 f nxg m 9gp n0 P5 PS JelkA 01 1J 11 1 1 1 1 11 1 1 1_1_1 _L* 11 - :El *H 93r!93 bM B5rD5PH re-sultK 0000Loooo6ASD狀號FCT敝7E7S WfcX 3J3C