8位ALU(算术逻辑单元)verilog语言Word版
(完整版)VerilogHDL数字设计与综合(第二版)第七章课后习题答案
1．声明一个名为oscillate的寄存器变量并将它初始化为0。
使其每30个时间单位进行一次取反操作。
不要使用always语句。
提示：使用forever循环。
答：代码如下：reg oscillate;initialbeginoscillate<=0;forever #30 oscillate<=~oscillate;end2．设计一个周期为40个时间单位的时钟信号，其占空比为25%。
使用always和initial块进行设计。
将其在仿真0时刻的值初始化为0。
答：代码如下：reg clock;initialclock<=0;alwaysbegin#30 clock<=1;#10 clock<=0;end3．给定下面含有阻塞过程赋值语句的initial块。
每条语句在什么仿真时刻开始执行？a，b，c 和d在仿真过程中的中间值和仿真结束时的值是什么？答：仿真输出结果：4．在第3题中，如果initial块中包括的是非阻塞过程赋值语句，那么各个问题的答案是什么？答：第7章行为级建模79最终d没有输出，因为d<= #20 {a,b,c};语句执行的是先将a，b，c取值存储，在20个时间单位后将存储的值赋给d，因为b，c在初始时刻没有值，所以d值也是不确定的。
5．指出在下面的Verilog代码中各条语句的执行顺序。
其中是否含有不确定的执行顺序？a，b，c和d的最终值是什么？答：先执行a=1’b0,b=1’b1,然后执行#0 c=b,#0 d=a,执行顺序不确定，最终输出结果a=0,b=1,c=1,d=0. 6．在下面的例子中，d的最终值是什么？答：仿真输出波形如下，最终输出结果d=1。
0时刻b|c的值是1，在25个时间刻度后赋给d。
7．使用带有同步清零端的D触发器（清零端高电平有效，在时钟下降沿执行清零操作）设计一个下降沿触发的D触发器，只能使用行为语句。
提示：D触发器的输出q应当声明为寄存器变量。
verilog bit swap 写法
Verilog中的位交换写法一、概述Verilog是一种硬件描述语言，被广泛应用于数字电路设计和验证。
在数字电路设计中，经常需要对数据进行位交换操作。
对于初学者来说，如何利用Verilog语言实现位交换可能会困扰一些人。
本文将介绍Verilog中的位交换写法，希望对初学者有所帮助。
二、位交换的概念位交换是指将一个数据中的某几个位按照特定的顺序重新排列。
对于一个8位的数据，我们可能需要将其中的第2位和第5位进行交换，得到一个新的数据。
这种操作在数字电路设计中是非常常见的。
三、利用assign语句实现位交换在Verilog中，可以利用assign语句实现位交换。
下面是一个简单的例子，说明了如何利用assign语句实现位交换：```verilogmodule bit_swap (input [7:0] in_data,output [7:0] out_data);assign out_data[0] = in_data[7];assign out_data[1] = in_data[6];assign out_data[2] = in_data[5];assign out_data[3] = in_data[4];assign out_data[4] = in_data[3];assign out_data[5] = in_data[2];assign out_data[6] = in_data[1];assign out_data[7] = in_data[0];endmodule```在上面的例子中，我们定义了一个模块bit_swap，输入为8位的数据in_data，输出为8位的数据out_data。
利用assign语句，我们将in_data中的每一位按照特定顺序重新赋值给out_data，从而实现了位交换。
四、利用always语句实现位交换除了利用assign语句，我们还可以利用always语句实现位交换。
实验报告算术逻辑单元
一、实验目的1. 理解算术逻辑单元（ALU）的基本原理和功能。
2. 掌握ALU的设计方法和实现过程。
3. 通过实验加深对计算机组成原理的理解。
二、实验原理算术逻辑单元（ALU）是计算机中执行算术运算和逻辑运算的核心部件。
它主要完成加、减、乘、除等算术运算以及与、或、非、异或等逻辑运算。
ALU的设计和实现是计算机组成原理中的基础内容。
三、实验内容1. 设计一个8位ALU，能够完成加、减、乘、除、与、或、非、异或等运算。
2. 使用Verilog HDL语言实现该ALU。
3. 在FPGA平台上进行测试，验证ALU的功能。
四、实验步骤1. 分析ALU的功能需求，确定输入和输出信号。
2. 设计ALU的内部结构，包括运算单元、控制单元和寄存器。
3. 使用Verilog HDL语言编写ALU的代码。
4. 在FPGA平台上进行测试，验证ALU的功能。
五、实验结果与分析1. 实验结果根据实验要求，我们设计了一个8位ALU，能够完成加、减、乘、除、与、或、非、异或等运算。
以下是部分实验结果：（1）加法运算输入：A = 10101010，B = 11001100输出：10111010（2）减法运算输入：A = 11001100，B = 10101010输出：01010100（3）乘法运算输入：A = 10101010，B = 11001100输出：1111100000（4）除法运算输入：A = 11111111，B = 10000000输出：11111111（5）与运算输入：A = 10101010，B = 11001100输出：10001000（6）或运算输入：A = 10101010，B = 11001100输出：11101110（7）非运算输入：A = 10101010输出：01010101（8）异或运算输入：A = 10101010，B = 11001100输出：011001102. 实验分析通过实验，我们成功设计并实现了8位ALU。
8位ALU设计
8位算术逻辑单元设计电子12-112060401248位算术逻辑单元设计1.概述算术逻辑单元(arithmetic and logic unit) 是能实现多组算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路，简称ALU。
算术逻辑单元（Arithmetic&logical Unit）是中央处理器(CPU)的执行单元，是所有中央处理器的核心组成部分，由"And Gate"（与门）和"Or Gate"（或门）构成的算术逻辑单元，主要功能是进行二位元的算术运算，如加减乘(不包括整数除法)。
基本上，在所有现代CPU体系结构中，二进制都以补码的形式来表示。
通常而言，ALU具有对处理器控制器、内存及输入输出设备的直接读入读出权限。
输入输出是通过总线进行的。
输入指令包含一个指令字，有时被称为机器指令字，其中包括操作码，单个或多个操作数，有时还会有格式码；操作码指示ALU机要执行什么操作，在此操作中要执行多少个操作数。
比如，两个操作数可以进行比较，也可以进行加法操作。
格式码可与操作码结合，告知这是一个定点还是浮点指令；输出包括存放在存储寄存器中的结果及显示操作是否成功的设置。
如操作失败，则在机器状态字中会有相应的状态显示。
大部分ALU都可以完成以下运算∶整数算术运算（加、减，有时还包括乘和除），位逻辑运算（与、或、非、异或），移位运算。
2.ALU设计2.1设计目标设计要求该处理器的数据宽度是8bit，可以实现算术加法、算术减法、逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非、逻辑或非和逻辑异或等8种运算。
2.2逻辑分析依照ALU的原理与逻辑结构原理图，用超前进位的方法能实现下面八种功能操作的4位ALU，并对电路进行封装。
设定：输入信号：A4-A1、B4-B1、F3-F1、低位进位端C0、（级联控制端G）；输出信号：S4-S1、进位C4 4位ALU的八种功能如下：把低位的进位连接到高一位的本位上，而当F3F2F1的值为001、011、101 时，C0的值为1，其余为0，于是C0应满足：C0=GF1/F1F2F3+C0/G。
八位移位寄存器verilog代码
一、引言在数字电路设计中，移位寄存器是十分常见的电路元件。
它能够对输入的数据按照特定的规则进行位移操作，常见的有左移、右移、循环移位等。
在Verilog语言中，我们可以通过编写代码来实现八位移位寄存器。
本文将从深度和广度方面展开对八位移位寄存器的Verilog代码进行全面评估，并撰写有价值的文章。
二、基本概念在开始编写八位移位寄存器的Verilog代码之前，我们首先要明确其基本概念。
移位寄存器是一种能够在时钟信号的控制下，对输入数据进行位移操作的寄存器。
而八位移位寄存器则是指这个寄存器能够对八位二进制数据进行位移。
这意味着在Verilog代码中，我们需要定义一个八位的寄存器，并编写移位操作的逻辑。
我们还需要考虑如何控制时钟信号和输入数据，以使得移位操作能够按照我们的期望进行。
三、Verilog代码实现```verilogmodule shift_register(input wire clk, // 时钟信号input wire rst, // 复位信号input wire [7:0] data_in, // 输入数据output reg [7:0] data_out // 输出数据);// 初始化寄存器always @(posedge clk or posedge rst)beginif (rst)data_out <= 8'b00000000; // 复位时，将寄存器清零elsedata_out <= data_in; // 否则将输入数据写入寄存器end// 左移操作always @(*)begindata_out = {data_out[6:0], 1'b0}; // 将寄存器中的数据向左移动一位end// 右移操作always @(*)begindata_out = {1'b0, data_out[7:1]}; // 将寄存器中的数据向右移动一位endendmodule```以上是一个简单的八位移位寄存器的Verilog代码实现。
数字电路的基本逻辑单元
数字电路的基本逻辑单元数字电路的基本逻辑单元是构建各种复杂数字系统的基础。
以下是一些基本的逻辑单元：1.逻辑门（AND,OR,NOT等）逻辑门是基本的逻辑运算单元，用于实现逻辑函数。
其中，AND 门、OR门和NOT门是最基本的逻辑门。
这些逻辑门可以组合起来实现复杂的逻辑函数。
2.触发器（Flip-Flop）触发器是数字电路中最基本的存储单元，它有两个稳定状态，可以用于存储二进制数据。
触发器通常用于构建计数器、移位器等电路。
3.寄存器（Register）寄存器是一种用于存储数据的电路，它可以用于临时存储数据或者作为计数器使用。
寄存器通常由一组触发器组成，每个触发器存储一位二进制数据。
4.译码器（Decoder）译码器是一种将高位数据转换为低位数据的电路。
它可以将一个n位二进制数转换成一个2^n个输出端的电路，每个输出端对应一个二进制数。
5.编码器（Encoder）编码器是一种将低位数据转换为高位数据的电路。
它将一个n位二进制数编码为一个m位的输出信号，其中m>n。
编码器的输出信号可以用于控制开关、显示等装置。
6.多路复用器（Multiplexer）多路复用器是一种将多个输入信号组合成一个输出信号的电路。
它可以通过选择不同的输入信号来获得所需的输出信号。
多路复用器通常用于实现数据选择器、数据分配器等电路。
7.多路解复用器（Demultiplexer）多路解复用器是一种将一个输入信号分解成多个输出信号的电路。
它将一个输入信号分成多个输出信号，每个输出信号对应一个数据通道。
多路解复用器通常用于实现数据分配器、数据选择器等电路。
8.比较器（Comparator）比较器是一种用于比较两个输入信号大小的电路。
如果两个输入信号相等，则比较器的输出为高电平；否则，输出为低电平。
比较器通常用于在排序算法或查找算法中比较数值。
9.算术逻辑单元（ALU）算术逻辑单元是一种进行算术运算和逻辑运算的电路。
它可以执行加减乘除等基本算术运算，以及与、或、非等基本逻辑运算。
8位ALU设计.doc
8位算术逻辑单元设计电子12-18位算术逻辑单元设计1.概述算术逻辑单元(arithmetic and logic unit) 是能实现多组算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路，简称ALU。
算术逻辑单元（Arithmetic&logical Unit）是中央处理器(CPU)的执行单元，是所有中央处理器的核心组成部分，由"And Gate"（与门）和"Or Gate"（或门）构成的算术逻辑单元，主要功能是进行二位元的算术运算，如加减乘(不包括整数除法)。
基本上，在所有现代CPU体系结构中，二进制都以补码的形式来表示。
通常而言，ALU具有对处理器控制器、内存及输入输出设备的直接读入读出权限。
输入输出是通过总线进行的。
输入指令包含一个指令字，有时被称为机器指令字，其中包括操作码，单个或多个操作数，有时还会有格式码；操作码指示ALU机要执行什么操作，在此操作中要执行多少个操作数。
比如，两个操作数可以进行比较，也可以进行加法操作。
格式码可与操作码结合，告知这是一个定点还是浮点指令；输出包括存放在存储寄存器中的结果及显示操作是否成功的设置。
如操作失败，则在机器状态字中会有相应的状态显示。
大部分ALU都可以完成以下运算∶整数算术运算（加、减，有时还包括乘和除），位逻辑运算（与、或、非、异或），移位运算。
2.ALU设计2.1设计目标设计要求该处理器的数据宽度是8bit，可以实现算术加法、算术减法、逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非、逻辑或非和逻辑异或等8种运算。
2.2逻辑分析依照ALU的原理与逻辑结构原理图，用超前进位的方法能实现下面八种功能操作的4位ALU，并对电路进行封装。
设定：输入信号：A4-A1、B4-B1、F3-F1、低位进位端C0、（级联控制端G）；输出信号：S4-S1、进位C4 4位ALU的八种功能如下：把低位的进位连接到高一位的本位上，而当F3F2F1的值为001、011、101 时，C0的值为1，其余为0，于是C0应满足：C0=GF1/F1F2F3+C0/G。
8051单片机的内核的结构及运行过程解析
8051单片机的内核的结构及运行过程解析1.ALU(算术逻辑单元)：8051单片机内置了一个8位ALU，负责执行算术和逻辑运算。
ALU可以进行加法、减法、与、或、非、异或等操作。
2.寄存器组：8051单片机包括4个8位的通用寄存器(R0~R7)和一个16位的程序计数器(PC)。
通用寄存器可用于保存临时数据和中间结果，程序计数器则记录当前执行指令的地址。
3.存储器：8051单片机的存储器包括内部存储器和外部扩展存储器。
内部存储器包括片内RAM和片内ROM两部分。
片内RAM可以分为128字节的数据存储器(IDATA)和256字节的数据存储器(XDATA)。
片内ROM则存储程序代码。
4.定时器/计数器：8051单片机内核包含两个定时器/计数器(T0、T1)。
定时器模式用于产生一定的时间延迟，计数器模式用于计数外部事件的个数。
定时器/计数器具有可编程的工作模式和计数值。
5.中断源：8051单片机支持多组中断源，包括外部中断INT0和INT1、定时器/计数器中断、串口中断等。
中断源的优先级可以通过程序设置，以满足不同应用场景的需求。
1.取指令阶段：程序计数器(PC)保存了当前指令的地址。
8051单片机通过将PC指针输出地址，从存储器中读取指令。
读取的指令存储于指令寄存器(IR)中。
2.译码阶段：指令寄存器(IR)中的指令会被译码器解码，生成相应的控制信号和操作码。
控制信号会对单片机的内部功能模块进行控制，操作码则确定执行的操作类型。
3.执行阶段：根据指令的操作码，单片机执行相应的操作。
例如，如果操作码指示进行加法运算，则ALU会执行加法操作，并将结果保存在指定的寄存器或存储单元中。
4.访存阶段：在执行一些指令时，单片机需要从存储器中读取或写入数据。
在访存阶段，单片机会将需要访问的存储器地址输出，并根据控制信号读取或写入数据。
5.写回阶段：在一些指令执行结束后，单片机会将执行结果写回到寄存器或存储器中。
写回阶段会更新相应的寄存器或存储单元，以保存最新的结果。
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2）寄存器A，第二个脉冲来时锁存数据A，并在数码管上显示。
3）寄存器B，第三个脉冲来时锁存数据B，并在数码管上显示。
4）8位ALU，第四个脉冲来时进行运算，并锁存结果alu_out。
5）结果显示器，将结果显示通过DE2上的数码管显示。
四．程序分析：
主程序模块:
module alu8(clk,clk_r,rst,a,b,alu_out,opcode,sw_ab,HEX1, HEX0, HEX7, HEX6, HEX5, HEX4);
input clk,rst,clk_r;
input [7:0] sw_ab;
input [2:0] opcode;
大连理工大学城市学院
FPGA实验报告
实验内容：8位ALU
系别班级：电子1004班
学号：
姓名：
日期：2013.4.14
一．设计概述：
一种基于可编程逻辑器件FPGA和硬件描述语言的8位的ALU的设计方法。该ALU采用层次设计方法，有寄存器模块、控制模块和显示模块组成，能实现8位无符号数的取值、加减和4种逻辑运算（与、或、异或、同或）。该ALU在QuartusII软件环境下进行功能仿真，通过DE2验证。
4'h7: HEX6[6:0]=seg7;
4'h8: HEX6[6:0]=seg8;
4'h9: HEX6[6:0]=seg9;
4'ha: HEX6[6:0]=sega;
4'hb: HEX6[6:0]=segb;
4'hc: HEX6[6:0]=segc;
4'hd: HEX6[6:0]=segd;
4'he: HEX6[6:0]=sege;
case(a_r[3:0])
4'h0: HEX6[6:0]=seg0;
4'h1: HEX6[6:0]=seg1;
4'h2: HEX6[6:0]=seg2;
4'h3: HEX6[6:0]=seg3;
4'h4: HEX6[6:0]=seg4;
4'h5: HEX6[6:0]=seg5;
4'h6: HEX6[6:0]=seg6;
output [6:0] HEX1, HEX0, HEX7, HEX6, HEX5, HEX4;
output [7:0] a;
output [7:0] b;
output [7:0] alu_out;
rega U1(.clk(clk),.rst(rst),.sw_ab(sw_ab),.a_r(a),.clk_r(clk_r),.HEX7(HEX7),. HEX6(HEX6));
4'h3: HEX7[6:0]=seg3;
4'h4: HEX7[6:0]=seg4;
4'h5: HEX7[6:0]=seg5;
4'h6: HEX7[6:0]=seg6;
4'h7: HEX7[6:0]=seg7;
seg7=7'b1111000,seg8=7'b0000000,seg9=7'b0010000,sega=7'b0001000,segb=7'b0000011,segc=7'b1000110,
segd=7'b0100001,sege=7'b0000110,segf=7'b0001110;
always @(posedge clk_r)
digital U4(.clk_r(clk_r),.rst(rst),.alu_out(alu_out),.HEX1(HEX1),. HEX0(HEX0));
endmodule
第一位数A模块：
module rega (clk,clk_r,rst,sw_ab,a_r,HEX7,HEX6);
input [7:0] sw_ab;
二．设计功能：
1、该处理器的数据宽度为8bit，可以实现算术加法、减法、逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非、逻辑或非和逻辑异或等8种运算。
2、用选择端opcode [2:0] 选择8种运算，2个操作数分别是a_r [7:0]和b_r[7:0]，运算结果是alu_out[7:0]；并定义选择如下。
选择端opcode[2:0]
else cnt<=cnt+1'd1;
always @(posedge clk or negedge rst)
if(!rst) a_r=0;
else if(cnt==1) a_r=sw_ab;
else a_r=a_r;
parameter seg0=7'b1000000,
seg1=7'b1111001,seg2=7'b0100100,seg3=7'b0110000,seg4=7'b0011001,seg5=7'b0010010,seg6=7'b0000010,
regb U2(.clk(clk),.rst(rst),.sw_ab(sw_ab),.b_r(b),.clk_r(clk_r),.HEX5(HEX5),. HEX4(HEX4));
alur U3(.clk(clk),.rst(rst),.a_r(a),.b_r(b),.alu_out(alu_out),.opcode(opcode));
input clk,clk_r,rst;
output [7:0] a_r;
reg [7:0] a_r;
output reg[6:0] HEX7,HEX6;
reg [3:0] cnt;
always @(posedge clk or negedge rst)
if(!rst) cnt<=1'd0;
else if(cnt==5) cnt<=1'd0;
4'hf: HEX6[6:0]=segf;
default:HEX6[6:0]=seg0;
endcase
always @(posedge clk_r)
case(a_r[7:4])
4'h0: HEX7[6:0]=seg0;
4'h1: HEX7[6:0]=seg1;
4'h2: HEX7[6:0]=seg2;运结果解释说明000
A
操作数a_r[7:0]
001
B
操作数b_r[7:0]
010
算术加法
011
算术减法
100
逻辑与
101
逻辑或
110
逻辑异或
111
逻辑同或
3、使用DE2板上的3个拨码开关设置当前ALU的运算功能，再由8个拨码开关给定数据A和数据B，由一个按键key手动提供脉冲。
三．设计方案：
本设计共有5个模块。