EDA实习之8位乘法器设计

EDA数字系统设计实验——8位二进制乘法电路学院：电子工程学院学号：0210****姓名：***8位二进制乘法电路1．选题目的：通过八位二进制乘法器设计实验，进一步熟悉VHDL语言的电路设计，及数字电路的基本知识，为以后进一步在数字电路学习上奠定基础。

2.设计要求8位二进制乘法采用移位相加的方法。

即用乘数的各位数码，从低位开始依次与被乘数相乘，每相乘一次得到的积称为部分积，将第一次（由乘数最低位与被乘数相乘）得到的部分积右移一位并与第二次得到的部分积相加，将加得的和右移一位再与第三次得到的部分积相加，再将相加的结果右移一位与第四次得到的部分积相加。

直到所有的部分积都被加过一次。

例如：被乘数（M7M6M5M4M3M2M1M0）和乘数（N7N6N5N4N3N2N1N0）分别为11010101和10010011,其计算过程如下：1 1 0 1 0 1 0 1× 1 0 0 1 0 0 1 11 1 0 1 0 1 0 1 N0与被乘数相乘的部分积，部分积右移一位1 1 0 1 0 1 0 1 N1与被乘数相乘的部分积+ 1 1 0 1 0 1 0 11 0 0 1 1 1 1 1 1 11 0 0 1 1 1 1 1 1 1 两个部分积之和，部分积之和右移一位+ 0 0 0 0 0 0 0 0 N2与被乘数相乘的部分积0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 10 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 与前面部分积之和相加,部分积之和右移一+ 0 0 0 0 0 0 0 0 N4与被乘数相乘的部分积· · ·· · · N7与被乘数相乘的部分积+ 1 1 0 1 0 1 0 11 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 与前面部分积之和相加0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 右移一位得到最后的积为了实现硬件乘法器，根据上面的乘法的计算过程可以得出3点：一是只对两个二进制数进行相加操作，并用寄存器不断累加部分积；而是将累加的部分积左移（复制的被乘数不移动）；三是乘数的对应位若为0时，对累加的部分积不产生影响（不操作）。

8位乘法器设计范文1.乘法器的基本原理乘法器的基本原理是通过将两个数中的每一位进行相乘，得到部分乘积，然后将所有部分乘积相加得到最终的乘积。

以两个8位数A和B相乘为例，可以将A的每一位与B的每一位相乘，然后将部分乘积相加，得到一个16位的结果。

2.乘法器的电路结构一种常见的8位乘法器电路结构是使用一位乘法器和8位加法器组合而成。

这种结构可以将乘法操作分解为多个阶段，简化电路设计。

首先，使用一个一位乘法器对A的每一位分别与B的所有位进行相乘，得到8个部分乘积。

然后，使用8位加法器将这些部分乘积相加，得到最终的乘积。

3.一位乘法器的设计一位乘法器是8位乘法器的基本组成部分。

它是一个计算两个单独位的乘法结果的电路。

常见的一位乘法器实现方法包括使用门电路、Karnaugh图和有限状态机等。

3.1使用门电路的一位乘法器设计一位乘法器可以通过使用与门、或门和非门来实现。

基本原理是将两个输入位相与得到部分乘积的低位，然后使用或门和非门对部分乘积和进位进行处理，得到最终的乘积位和进位位。

3.2 使用Karnaugh图的一位乘法器设计Karnaugh图是一种按照二进制输入和输出函数绘制的图表。

它可以帮助分析和简化布尔代数函数。

使用Karnaugh图可以快速绘制并简化一位乘法器的逻辑电路。

3.3使用有限状态机的一位乘法器设计有限状态机是一种具有有限个状态和状态转移规则的模型。

可以使用有限状态机模型来描述和实现一位乘法器的行为。

这种设计方法可以更好地描述一位乘法器的状态转移关系，但也需要更复杂的控制电路。

4.8位乘法器的实现使用一位乘法器的设计方法，可以将乘法器分为两个阶段：部分乘积生成和部分乘积相加。

首先，使用8个一位乘法器对A的每一位与B的每一位进行相乘，得到8个部分乘积。

然后，使用8位加法器将这些部分乘积相加，得到最终的乘积。

这个设计方法的优点是每个一位乘法器可以独立并行地进行计算，提高了计算效率。

而且，部分乘积生成和部分乘积相加可以分别设计和优化，使得整个乘法器的电路结构更清晰。

电子技术课程设计----移位相加8位硬件乘法器电路计学院: 华科学院专业: 通信工程班级:通信052201H姓名: 张茹学号:200522080122指导教师:柴婷婷2007年12月30日一，设计任务与要求--------------------（3）1，内容2，要求二，总体框图---------------------------（3）1，电路的总体框图2，框图的说明3，设计思路4，方案设计三，选择器件与功能模块-----------------（5）1，选择器件各功能模块及功能说明四，功能模块----------------------------（8）1，ADDER8B的模块2，ANDARITH的模块3，ARICTL的模块4，REG16B的模块5，SREG8B的模块五，总体设计电路图----------------------（14）1，总体原理图2，仿真波形图3，管脚分配图4，硬件验证情况六，心得体会--------------------------------------（18）移位相加8位硬件乘法器一.设计任务与要求1．内容: 由8位加法器构成的以时序逻辑方式设计的8位乘法器乘法通过逐向移位加原理来实现，从被乘数的最低位开始，若为1，则乘数左移与上一次和相加；若为0，左移后以全零相加，直至被乘数的最高位。

2．要求: (1) 重点掌握VHDL设计电路模块(2)在掌握8位加法器设计的基础上，进一步掌握8×8位乘法器的设计；(3)进一步学习开发系统，掌握MAX+PLUS II的设计流程。

二．总体框图（电路的总体框图）1，说明:此电路由五部分组成2，它们分别是控制器，锁存器，寄存器，乘法器，加法器。

1控制器是一个乘法器的控制模块，用来接受实验系统上的连续脉冲。

2锁存器起锁存的作用，它可以锁存8位乘数。

3移位寄存器起移位的作用，便于被乘数可以逐位移出。

4乘法器功能类似一个特殊的与非门。

EDA课程设计报告实验名称：八位乘法器实验地点：@@@@班级：@@@@@学号：@@@@@姓名：@@@@目录一.引言1.1 EDA技术的概念••1.2 EDA技术的特点••1.3 EDA设计流程••1.4 VHDL介绍••二．八位乘法器的设计要求与设计思路••2.1 设计目的••2.2 设计要求••三．八位乘法器的综合设计••3.1 八位乘法器功能••3.2 八位乘法器设计方案••3.3 八位乘法器实体设计••3.4 八位乘法器VHDL设计••3. 5八位乘法器仿真图形••心得体会••参考文献••一、引言1.1 EDA技术的概念EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。

EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL 完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。

1.2 EDA技术的特点利用EDA技术进行电子系统的设计，具有以下几个特点：①用软件的方式设计硬件；②用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的；③设计过程中可用有关软件进行各种仿真；④系统可现场编程，在线升级；⑤整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。

因此，EDA技术是现代电子设计的发展趋势。

1.3 EDA设计流程典型的EDA设计流程如下:1、文本/原理图编辑与修改。

首先利用EDA工具的文本或图形编辑器将设计者的设计意图用文本或图形方式表达出来。

2、编译。

完成设计描述后即可通过编译器进行排错编译，变成特定的文本格式，为下一步的综合做准备。

3、综合。

将软件设计与硬件的可实现性挂钩，是将软件转化为硬件电路的关键步骤。

8位乘法器的设计1.实验目的1)学习MAX+plus II软件的基本使用方法。

2)了解VHDL程序的基本逻辑电路的综合设计。

2.实验内容设计并调试好一个8位乘法器，并用MAX+plus II实验开发系统进行系统仿真。

这里的设计思路是由8位加法器构成的以时序逻辑方式设计的8位乘法器。

乘法通过逐位相加原理来实现，从被乘数的最低为开始，若为1，则被乘数左移后与上一次和相加；若为0，左移后与全零相加，直至被乘数的最高位。

8为乘法器有乘法运算控制电路ARICTL、8位右移寄存器SREG8B、16为锁存器REG16B、选通与门ANDARITH、和8位加法器的ADDER8B逻辑构成。

3.实验条件1)开发软件：MAX+plus II。

2)实验设备：装有VISTA系统电脑一台。

4.实验设计1)系统的原理框图2)VHDL源程序--选通与门模块的源程序ANDARITH.VHDLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY ANDARITH ISPORT(ABIN: IN STD_LOGIC;DIN: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); DOUT: OUT STD_LOGIC_vector(7 DOWNTO 0)); END ENTITY ANDARITH;ARCHITECTURE ART OF ANDARITH ISBEGINPROCESS(ABIN,DIN)ISBEGINFOR I IN 0 TO 7 LOOPDOUT(I)<=DIN(I)AND ABIN;END LOOP;END PROCESS;END ARCHITECTURE ART;--4位二进制并行加法器的源程序ADDER4B.VHD LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY ADDER4B ISPORT(C4: IN STD_LOGIC;A4: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);B4: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);S4: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);CO4: OUT STD_LOGIC);END ENTITY ADDER4B;ARCHITECTURE ART OF ADDER4B ISSIGNAL S5: STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0); SIGNAL A5,B5: STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0); BEGINA5<='0'&A4;B5<='0'&B4;S5<=A5+B5+C4;S4<=S5(3 DOWNTO 0);CO4<=S5(4);END ARCHITECTURE ART;--8位二进制加法器的源程序ADDER8B.VHD LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY ADDER8B ISPORT(CIN: IN STD_LOGIC;A: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);B: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);S: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);COUT: OUT STD_LOGIC);END ENTITY ADDER8B;ARCHITECTURE ART OF ADDER8B ISCOMPONENT ADDER4B ISPORT(C4: IN STD_LOGIC;A4: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);B4: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);S4: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);CO4: OUT STD_LOGIC);END COMPONENT ADDER4B;SIGNAL SC: STD_LOGIC;BEGINU1: ADDER4BPORT MAP(C4=>CIN,A4=>A(3 DOWNTO 0),B4=>B(3 DOWNTO 0), S4=>S(3 DOWNTO 0),CO4=>SC);U2: ADDER4BPORT MAP(C4=>SC,A4=>A(7 DOWNTO 4),B4=>B(7 DOWNTO 4), S4=>S(7 DOWNTO 4),CO4=>COUT);END ARCHITECTURE ART;--6位锁存器的源程序REG16B.VHDLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY REG16B ISPORT (CLK: IN STD_LOGIC;CLR: IN STD_LOGIC;D: IN STD_LOGIC_VECTOR(8 DOWNTO 0);Q: OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0));END ENTITY REG16B;ARCHITECTURE ART OF REG16B ISSIGNAL R16S: STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(CLK,CLR)ISBEGINIF CLR='1' THEN R16S<="0000000000000000";ELSIF CLK'EVENT AND CLK= '1' THENR16S(6 DOWNTO 0)<=R16S(7 DOWNTO 1);R16S(15 DOWNTO 7)<=D;END IF;END PROCESS;Q<=R16S;END ARCHITECTURE ART;--8位右移寄存器的源程序SREG8B.VHDLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY SREG8B ISPORT(CLK: IN STD_LOGIC;LOAD: IN STD_LOGIC;DIN: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);QB: OUT STD_LOGIC);END ENTITY SREG8B;ARCHITECTURE ART OF SREG8B ISSIGNAL REG8B: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); BEGINPROCESS(CLK,LOAD)ISBEGINIF CLK'EVENT AND CLK='1' THENIF LOAD='1' THEN REG8B<=DIN;ELSE REG8B(6 downto 0)<=REG8B(7 DOWNTO 1);END IF;END IF;END PROCESS;QB<=REG8B(0);END ARCHITECTURE ART;--乘法运算控制器的源程序ARICTL.VHDLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY ARICTL ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC; START:IN STD_LOGIC;ARIEND:OUT STD_LOGIC;CLKOUT: OUT STD_LOGIC;RSTALL: OUT STD_LOGIC);END ENTITY ARICTL;ARCHITECTURE ART OF ARICTL ISSIGNAL CNT4B: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINRSTALL<=START;PROCESS(CLK,START)ISBEGINIF START='1'THEN CNT4B<="0000";ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1'THENIF CNT4B<8 THENCNT4B <=CNT4B+1;END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(CLK,CNT4B,START)ISBEGINIF START='0' THENIF CNT4B<8 THENCLKOUT <=CLK;ARIEND<='0';ELSE CLKOUT<='0';ARIEND<='1';END IF;ELSE CLKOUT<=CLK;ARIEND<='0';END IF;END PROCESS;END ARCHITECTURE ART;--8位乘法器的源程序MULTI8X8.VHDLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY MULTI8X8 ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;START:IN STD_LOGIC;A:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);B:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);ARIEND:OUT STD_LOGIC;DOUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0)); END ENTITY MULTI8X8;ARCHITECTURE ART OF MULTI8X8 ISCOMPONENT ARICTL ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;START:IN STD_LOGIC;CLKOUT:OUT STD_LOGIC; RSTALL:OUT STD_LOGIC;ARIEND: OUT STD_LOGIC);END COMPONENT ARICTL;COMPONENT ANDARITH ISPORT(ABIN:IN STD_LOGIC;DIN:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);DOUT: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));END COMPONENT ANDARITH;COMPONENT ADDER8B ISPORT(CIN: IN STD_LOGIC;A: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);B: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);S: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);COUT: OUT STD_LOGIC);END COMPONENT ADDER8B ;COMPONENT SREG8B ISPORT(CLK: IN STD_LOGIC;LOAD: IN STD_LOGIC;DIN: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);QB: OUT STD_LOGIC);END COMPONENT SREG8B ;COMPONENT REG16B ISPORT (CLK: IN STD_LOGIC;CLR: IN STD_LOGIC;D: IN STD_LOGIC_VECTOR(8 DOWNTO 0);Q: OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0));END COMPONENT REG16B ;SIGNAL S1: STD_LOGIC;SIGNAL S2: STD_LOGIC;SIGNAL S3: STD_LOGIC;SIGNAL S4: STD_LOGIC;SIGNAL S5: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL S6: STD_LOGIC_VECTOR(8 DOWNTO 0);SIGNAL S7: STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0);BEGINDOUT<=S7; S1<='0';U1:ARICTL PORT MAP(CLK=>CLK,START=>START,CLKOUT=>S2,RSTALL=>S3,ARIEND=>ARIEND);U2:SREG8B PORT MAP(CLK=>S2,LOAD=>S3,DIN=>A,QB=>S4);U3:ANDARITH PORT MAP(ABIN=>S4,DIN=>B,DOUT=>S5);U4:ADDER8B PORT MAP(CIN=>S1,A=>S7(15 DOWNTO 8),B=>S5,S=>S6(7 DOWNTO 0),COUT=>S6(8));U5:REG16B PORT MAP(CLK=>S2,CLR=>S3,D=>S6(8 DOWNTO 0),Q=>S7(7 DOWNTO 0));END ARCHITECTURE ART;5.实验结果及总结1)系统仿真情况输入值A=0AH、B=0CH,结果DOUT=0078H;输入值A=0CH、B=0AH,结果DOUT=0078H;输入值A=02H、B=03H,结果DOUT=0006H;仿真图如下：2)仿真分析当START输入信号为“1”，REG16B清零和被乘数A[7..0]向移位寄存器加载。

8位乘法器设计范文乘法器是计算机中常见的一种算术逻辑单元（ALU），用于执行两个数相乘的操作。

在计算机体系结构中，乘法器的设计是非常重要的，因为它对计算机的性能和功耗有很大的影响。

本文将介绍一种设计8位乘法器的方法，包括乘法器的原理、设计要点和优化技术等。

以下是本文的详细内容。

乘法器的原理：乘法操作可以通过多次的加法和移位操作来实现。

具体来说，乘法操作可以分解为一系列的部分积相加。

例如，8位二进制数A和B的乘积可以通过以下步骤计算得到：1.取出乘数A的最低位，判断该位是否为1，若为1，则将被乘数B加到一个累加器中；2.将乘数A向右移位一位，将被乘数B向左移位一位；3.重复以上两步，直到乘数A的所有位都被处理完。

设计要点：在设计8位乘法器时，需要考虑以下几个关键要点：1.输入和输出：8位乘法器的输入包括两个8位的二进制数A和B，输出为一个16位的二进制数，表示A和B的乘积；2.延迟：乘法器的延迟是指执行完一次乘法操作所需要的时钟周期数。

延迟越短，计算速度越快；3.精度：乘法器应能够正确计算任意两个8位数的乘积，所以输出的位数应足够表示结果；4.功耗：乘法器的功耗是指在执行乘法操作时消耗的能量，应尽量减小功耗以提高系统的能效。

优化技术：为了提高8位乘法器的性能和功耗，可以采用以下几种优化技术：1.并行计算：将乘法操作拆分成多个部分积相加的过程，并行计算可以显著减小乘法器的延迟；2.压缩编码：利用矩阵乘积的性质，对部分积进行压缩编码，减少中间结果的位数，从而减小乘法器的面积和功耗；3.位分块技术：将输入的位数按照一定的规则分成多个块，对每个块进行乘法操作，然后将部分积相加得到最终结果；4.低功耗技术：采用节能的电路设计和优化布局，例如使用低阈值电平、降低电压和电流等。

总结：本文介绍了8位乘法器的设计原理、设计要点和优化技术。

乘法器是计算机中常用的算术逻辑单元，对计算机的性能和功耗有很大的影响。

通过采用并行计算、压缩编码、位分块和低功耗技术等优化技术，可以提高乘法器的性能和功耗效率。

6.2 8位乘法器的设计1.实验目的（1）熟悉isEXPERT/MAX+plusisEXPERT/MAX+plus II/Foudation Series 软件的基本使用方法。

（2）熟悉GW48-CK EDA实验开发系统的基本使用方法。

（3）学习VHDL基本逻辑电路的综合设计。

2．实验内容设计并调试好由8位加法器构成的以时序逻辑方式设计的8位乘法器。

此乘法器通过判断被乘数的位值为1还是零，并通过乘数的左移与上一次和相加的方法，实现了8位乘法的运算，并用GW48-CK EDA实验开发系统进行硬件验证。

3.实验条件（1）开发设备：Lattice ispEXPERT。

（2）实验设备：GW48-CK EDA实验开发系统。

（3）拟用芯片：ispLSI1032E PLCC-84或EPF10K10LC84-3或XCS05/XL PLCC84以及运算控制电路和外部时钟。

4.实验设计1）系统的原理框图2）VHDL源程序（1）选通与门模块的源程序ANDARITH.VHDLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY ANDARITH ISPORT(ABIN: IN STD_LOGIC;DIN: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); DOUT: OUT STD_LOGIC_vector(7 DOWNTO 0)); END ENTITY ANDARITH;ARCHITECTURE ART OF ANDARITH ISBEGINPROCESS(ABIN,DIN)ISBEGINFOR I IN 0 TO 7 LOOPDOUT(I)<=DIN(I)AND ABIN;END LOOP;END PROCESS;END ARCHITECTURE ART;(2)16位锁存器的源程序REG16B.VHD LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY REG16B ISPORT (CLK: IN STD_LOGIC;CLR: IN STD_LOGIC;D: IN STD_LOGIC_VECTOR(8 DOWNTO 0); Q: OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0)); END ENTITY REG16B;ARCHITECTURE ART OF REG16B ISSIGNAL R16S: STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0); BEGINPROCESS(CLK,CLR)ISBEGINIF CLR='1' THEN R16S<="0000000000000000"; ELSIF CLK'EVENT AND CLK= '1' THENR16S(6 DOWNTO 0)<=R16S(7 DOWNTO 1);R16S(15 DOWNTO 7)<=D;END IF;END PROCESS;Q<=R16S;END ARCHITECTURE ART;(3)8位右移寄存器的源程序SREG8B.VHDLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY SREG8B ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC; LOAD:IN STD_LOGIC; DIN:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); QB: OUT STD_LOGIC);END ENTITY SREG8B;ARCHITECTURE ART OF SREG8B ISSIGNAL REG8B :STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); BEGINPROCESS(CLK, LOAD)ISBEGINIF CLK'EVENT AND CLK='1'THENIF LOAD='1'THEN REG8B<=DIN;ELSE REG8B(6 DOWNTO 0)<=REG8B(7 DOWNTO 1); END IF;END IF;END PROCESS;QB<=REG8B(0);END ARCHITECTURE ART;(4)乘法运算控制器的源程序ARICTL.VHDLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY ARICTL ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC; START:IN STD_LOGIC; ARIEND:OUT STD_LOGIC;CLKOUT: OUT STD_LOGIC;RSTALL: OUT STD_LOGIC);END ENTITY ARICTL;ARCHITECTURE ART OF ARICTL ISSIGNAL CNT4B: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); BEGINRSTALL<=START;PROCESS(CLK,START)ISBEGINIF START='1'THEN CNT4B<="0000";ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1'THENIF CNT4B<8 THENCNT4B <=CNT4B+1;END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(CLK,CNT4B,START)ISBEGINIF START='0' THENIF CNT4B<8 THENCLKOUT <=CLK;ARIEND<='0';ELSE CLKOUT<='0';ARIEND<='1';END IF;ELSE CLKOUT<=CLK;ARIEND<='0';END IF;END PROCESS;END ARCHITECTURE ART;(5)8位乘法器的源程序MULTI8X8.VHDLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY MULTI8X8 ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;START:IN STD_LOGIC;A:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);B:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);ARIEND:OUT STD_LOGIC;DOUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0)); END ENTITY MULTI8X8;ARCHITECTURE ART OF MULTI8X8 ISCOMPONENT ARICTL ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;START:IN STD_LOGIC;CLKOUT:OUT STD_LOGIC; RSTALL:OUT STD_LOGIC; ARIEND: OUT STD_LOGIC);END COMPONENT ARICTL;COMPONENT ANDARITH ISPORT(ABIN:IN STD_LOGIC;DIN:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);DOUT: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)); END COMPONENT ANDARITH;COMPONENT ADDER8B ISPORT(CIN: IN STD_LOGIC;A: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);B: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);S: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);COUT: OUT STD_LOGIC);END COMPONENT ADDER8B ;COMPONENT SREG8B ISPORT(CLK: IN STD_LOGIC;LOAD: IN STD_LOGIC;DIN: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);QB: OUT STD_LOGIC);END COMPONENT SREG8B ;COMPONENT REG16B ISPORT (CLK: IN STD_LOGIC;CLR: IN STD_LOGIC;D: IN STD_LOGIC_VECTOR(8 DOWNTO 0);Q: OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0)); END COMPONENT REG16B ;SIGNAL S1: STD_LOGIC;SIGNAL S2: STD_LOGIC;SIGNAL S3: STD_LOGIC;SIGNAL S4: STD_LOGIC;SIGNAL S5: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL S6: STD_LOGIC_VECTOR(8 DOWNTO 0);SIGNAL S7: STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0);BEGINDOUT<=S7; S1<='0';U1:ARICTL PORT MAP(CLK=>CLK,START=>START,CLKOUT=>S2,RSTALL=>S3,ARIEND=>ARIEND);U2:SREG8B PORT MAP(CLK=>S2,LOAD=>S3,DIN=>A,QB=>S4);U3:ANDARITH PORT MAP(ABIN=>S4,DIN=>B,DOUT=>S5);U4:ADDER8B PORT MAP(CIN=>S1,A=>S7(15 DOWNTO 8)),B=>S5(7 DOWNTO 0),S=>S6(7 DOWNTO 0),COUT=>S6(8); U5:REG16B PORT MAP(CLK=>S2,CLR=>S3,D=>S6(8 DOWNTO 0),Q=>S7(7 DOWNTO 0));END ARCHITECTURE ART;5.系统仿真文件当ATRRT为高电平时，将16位寄存器清零，当START为低电平时，在CLK为1时进行乘法运算，通过8次移位和加法操作，运算进行8个CLK为1的时钟，之后得到输出结果，且ARIEND为1,乘法运算结束。

8位乘法器设计8位乘法器设计一、摘要纯组合逻辑构成的乘法器虽然工作速度比较快，但过于占用硬件资源，难以实现宽位乘法器，基于PLD器件外接ROM九九表的乘法器则无法构成单片系统，也不实用。

这里介绍由八位加法器构成的以时序逻辑方式设计的八位乘法器，具有一定的实用价值，而且由FPGA 构成实验系统后，可以很容易的用ASIC大型集成芯片来完成，性价比高，可操作性强。

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。

此设计是由八位加法器构成的以时序逻辑方式设计的八位乘法器，它的核心器件是八加法器，所以关键是设计好八位加法器。

二、综述ARICTL是乘法运算控制电路，它的START信号上的上跳沿与高电平有2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，乘法时钟信号从ARICTL的CLK输入。

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，一位乘法器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，一位乘法器全零输出。

如此往复，直至8个时钟脉冲后，由ARICTL的控制，乘法运算过程自动中止，ARIEND输出高电平，乘法结束。

此时REG16B的输出即为最后的乘积。

三、方案设计与分析方案一：八位直接宽位加法器，它的速度较快，但十分耗费硬件资源，对于工业化设计是不合理的。

方案二：由两个四位加法器组合八位加法器，其中四位加法器是四位二进制并行加法器，它的原理简单，资源利用率和进位速度等方面较好，综合各方面的考虑，决定采用第二种方案。

3.1程序清单1．library ieee; ----四位二进制并行加法器use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity add4b isport( cin:in std_logic;a,b:in std_logic_vector(3 downto 0);s:out std_logic_vector(3 downto 0);cout:out std_logic);end;architecture one of add4b issignal sint,aa,bb:std_logic_vector(4 downto 0);beginaa<='0' & a;bb<='0' & b;sint<=aa+bb+cin;s<=sint(3 downto 0);cout<=sint(4);end;2．library ieee; --由两个四位二进制并行加法器级联而成的八位二进制加法器;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity adder8b isport( cin:in std_logic;a,b:in std_logic_vector(7 downto 0);s:out std_logic_vector(7 downto 0);cout:out std_logic);end;architecture one of adder8b iscomponent add4b --对要调用的元件add4b的端口进行说明port( cin:in std_logic;a,b:in std_logic_vector(3 downto 0);s:out std_logic_vector(3 downto 0);cout:out std_logic);end component;signal carryout: std_logic;beginu1:add4b port map(cin,a(3 downto 0),b(3 downto 0),s(3 downto 0),carryout);u2:add4b port map(carryout,a(7 downto 4),b(7 downto 4),s(7 downto 4),cout);end;3.library ieee; --一位乘法器;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity andarith isport( abin:in std_logic;din:in std_logic_vector(7 downto 0);dout:out std_logic_vector(7 downto 0));end;architecture one of andarith isbeginprocess(abin,din)beginfor i in 0 to 7 loopdout(i)<=din(i) and abin;end loop;end process;end;4.library ieee; --乘法运算控制器use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity arictl isport( clk,start:in std_logic;clkout,rstall,ariend:out std_logic);end;architecture one of arictl issignal cnt4b:std_logic_vector(3 downto 0);beginrstall<=start;process(clk,start)beginif start='1' then cnt4b<="0000";elsif clk'event and clk='1' thenif cnt4b<8 then --小于8则计数，等于8则表明乘法运算已经结束cnt4b<=cnt4b+1;end if;end if;end process;process(clk,cnt4b,start)beginif start='0' thenif cnt4b<8 thenclkout<=clk; ariend<='0';else clkout<='0'; ariend<='1';end if;else clkout<=clk; ariend<='0';end if;end process;end;5.library ieee; --16位锁存器use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity reg16b isport( clk,clr:in std_logic;d:in std_logic_vector(8 downto 0);q:out std_logic_vector(15 downto 0)); end; architecture one of reg16b issignal r16s:std_logic_vector(15 downto 0); begin process(clk,clr)beginif clr='1' then r16s<="0000000000000000"; elsif clk'event and clk='1' thenr16s(6 downto 0)<=r16s(7 downto 1);r16s(15 downto 7)<=d;end if;end process;q<=r16s;end;6.library ieee; --8位右移寄存器use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity sreg8b isport( clk,load:in std_logic;din:in std_logic_vector(7 downto 0);qb:out std_logic);end;architecture one of sreg8b issignal reg8:std_logic_vector(7 downto 0); beginprocess(clk,load)beginif clk'event and clk='1' thenif load='1' then reg8<=din;else reg8(6 downto 0)<=reg8(7 downto 1); end if;end if;end process;qb<=reg8(0);end;7.library ieee;--8位乘法器顶层设计use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity mult8x8 isport( clk:in std_logic;start:in std_logic;a,b:in std_logic_vector(7 downto 0); dout:out std_logic_vector(15 downto 0); ariend:out std_logic);end;architecture struc of mult8x8 is component adder8b isport( cin:in std_logic;a,b:in std_logic_vector(7 downto 0);s:out std_logic_vector(7 downto 0); cout:out std_logic);end component;component andarith isport( abin:in std_logic;din:in std_logic_vector(7 downto 0);dout:out std_logic_vector(7 downto 0)); end component; component arictl isport( clk,start:in std_logic;clkout,rstall,ariend:out std_logic);end component;component reg16b isport( clk,clr:in std_logic;d:in std_logic_vector(8 downto 0);q:out std_logic_vector(15 downto 0)); end component; component sreg8b isport( clk,load:in std_logic;din:in std_logic_vector(7 downto 0);qb:out std_logic);end component;signal gndint :std_logic;signal intclk :std_logic;signal rstall :std_logic;signal qb :std_logic;signal andsd :std_logic_vector(7 downto 0);signal dtbin :std_logic_vector(8 downto 0);signal dtbout :std_logic_vector(15 downto 0);begindout<=dtbout; gndint<='0';u1:arictl port map( clk,start,intclk,rstall,ariend);u2:sreg8b port map(intclk,rstall,b,qb);u3:andarith port map(qb,a,andsd);u4:adder8b port map(gndint,dtbout(15 downto 8),andsd,dtbin(7 downto 0),dtbin(8));u5:reg16b port map(intclk,rstall,dtbin,dtbout);end;3.2仿真结果（1）输入波形图（2）输出波形图3.3工作原理图cin a[7..0]b[7..0]s[7..0]coutadder8binst1abin din[7..0]dout[7..0]andarithinst2clkstart clkout rstallariend arictl inst3clk clr d[8..0]q[15..0]reg16b inst5clk loaddin[7..0]qbsreg8b inst6dout[15..0]OUTPUTVCCB[7..0]INPUT VCCA[7..0]INPUT dout5[15..0]OUTPUT二、方案综合评价与结论它由两个四位加法器组合八位加法器，其中四位加法器是四位二进制并行加法器，它的原理简单，资源利用率和进位速度方面都比较好，电路原理简单，连线很少，制作起来方便易行，总体来说还是很成功的。