移位硬件八位乘法器
作者：孤灯
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。
关键词：加法器，寄存器，一位乘法器，锁存器。
Abstract
The pure combinatory logic constitution multiplier although the working speed quite is quick,But too takes the hardware resources,Realizes the wide position multiplier with difficulty.Meets the ROM multiplication table based on the PLD component outside the multiplier then is unable to constitute the
monolithic system,Also is impractica
Here introduced constitutes by eight accumulators by the succession logic way design eight multipliers,Has the certain practical value, Moreover constitutes the experimental system after FPGA,May be very easy to complete with the ASIC large-scale integration chip,The natural price is higher
than,Feasibility.
一．设计思路
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。
二．方案设计与论证
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。
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方面都比较好。综合
各方面的考虑，决定采用方案二。
三．工作原理
本乘法器由五个模块组成，其中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。
四．工作原理框图
五．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 is
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;
architecture one of add4b is
signal sint,aa,bb:std_logic_vector(4 downto 0);
begin
aa<='0' & a;
bb<='0' & b;
sint<=aa+bb+cin;
s<=sint(3 downto 0);
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 is
port( 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 is
component 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;
begin
u1: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 is
port( 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 is
begin
process(abin,din)
begin
for i in 0 to 7 loop
dout(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 is
port( clk,start:in std_logic;
clkout,rstall,ariend:out std_logic);
end;
architecture one of arictl is
signal cnt4b:std_logic_vector(3 downto 0);
begin
rstall<=start;
process(clk,start)
begin
if start='1' then cnt4b<="0000";
elsif clk'event and clk='1' then
if 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)
begin
if start='0' then
if cnt4b<8 then
clkout<=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 is
port( 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 is
signal r16s:std_logic_vector(15 downto 0);
begin
process(clk,clr)
begin
if clr='1' then r16s<="0000000000000000";
elsif clk'event and clk='1' then
r16s(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 is
port( clk,load:in std_logic;
din:in std_logic_vector(7 downto 0);
qb:out std_logic);
end;
architecture one of sreg8b is
signal reg8:std_logic_vector(7 downto 0);
begin
process(clk,load)
begin
if clk'event and clk='1' then
if 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 is
port( 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 is
port( 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 is
port( abin:in std_logic;
din:in std_logic_vector(7 downto 0); dout:out std_logic_vector(7 downto 0));
end component;
component arictl is
port( clk,start:in std_logic;
clkout,rstall,ariend:out std_logic);
end component;
component reg16b is
port( 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 is
port( 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);
begin
dout<=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;
六．仿真结果图
以下是8位乘法器顶层设计的仿真波形图，其它各模块的仿真波形图省略。
七．实验下载验证情况
由于我们实验室采用GW48系列EDA系统平台，根据GW48系统和乘法器原理，我们选择模式一，定义管脚是：ARIEND接PIO39（D8），乘法运算时钟CLK接Clock0,清零及启动运算信号START由键8（PIO49）控制，乘数B[7..0]接PIO7~PIO0（由键2，键1输入8位二进制数），被乘数A[7..0]接PIO15~PIO8（由键4，键3输入8位二进制数），乘积输出DOUT[15..0]接PIO31~PIO16。编译，综合后向目标苡片下载适配后的逻辑设计文件，操作步骤省略。下载适配后，键8输入高电平时，乘积锁存器清零，乘数和被乘数值加载；低电平时开始乘法操作，8个脉冲后乘法结束，乘积显示在数码管8~5位，高位在左。例如：我们在乘数和被乘数都输入08H，键8输入低电平，8个脉冲后在高四个数码管显示0040H，实验证明成功。
八．总结
通过电子设计的数字部分EDA设计，我们掌握了系统的数字电子设计的方法，也知道了实验调试适配的具体操作方法。在设计过程中，我们遇到了各种问题，在老师的指导下和我们自己的努力，克服了各种问题，最后得到了成功。但是我也发现了一些问题，我们无法解决。如：在ARICTL控制器模块中有一个警告，还有在适配后得到频率高的执行速度还要慢一些等等。总之，这次设计使我掌握了很多有用的经验，也学到了很多在书本上学不到知识，为以后
的学习和工作打下坚实的基础。
九．参考文献
VHDL实用教程潘松王国栋编
VHDL数字系统设计Mark Zwolinski 著
十．结束
乘法运算电路 1、课程设计的目的 模拟电子技术基础课程设计是学习模拟电子技术基础课程之后的实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的模拟电子技术的基础知识。独立完成查找资料，选择方案，设计电路，撰写报告等工作。使学生进一步理解所学本课程的内容。并理论联系实际提高和培养学生的创新能力，为后续课程的学习毕业设计。毕业后的工作打下基础。 2、设计方案论证 理想模拟乘法器具备的条件：1.r i1和r i2为无穷大；2.r o为零； 3. k值不随信号幅值而变化，且不随频率而变化； 4.当u X或u Y为零时u o为零，电路没有失调电压、噪声。 由乘法电路的输出电压正比于其两个输入电压的乘积，即 u o = u I1u I2 求对数，得： 再求指数，得： 所以可以利用对数电路、求和电路和指数电路，得到乘法运算电路，其方块图1为： 对数电路 对数电路 u I1 u I2 ln u I1 ln u I2 求和电路 ln u I1+ ln u I2 指数电路
u O = u I1u I2 图1 乘法运算电路方块图 2.1 Multisim介绍 Multisim是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics 简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。它的前身为 EWB（Electronics Workbench）软件。它以界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用等突出优点，早在20世纪90年代初就在我国得到迅速推广，并作为电子类专业课程教学和实验的一种辅助手段。21世纪初，EWB 5.0更新换代推出EWB 6.0，并更名为Multisim 2001；2003年升级为Multisim 7.0；2005年发布Multisim 8.0时其功能已十分强大，能胜任电路分析、模拟电路、数字电路、高频电路、RF电路、电力电子及自动控制原理等个方面的虚拟仿真，并提供多达18种基本分析方法。 工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。2.1.1破解版Multisim7安装方法注：电脑第一次安装Multisim7，须安装两遍；第二次及以后安装均会将跳过第一遍步骤，直接从第二遍步骤开始。第一遍安装步骤：（1）双击Multisim7破解版文件夹/双击Electronics Workbench MULTISMv7.0文件夹/Setup/Next/ 接受协议/Next安装DAO3.5。（2）第一遍安装结束，问是否现在重起计算机？选择“NO”/Finish。第二遍安装步骤：（1）仍双击Electronics Workbench MULTISMv7.0文件夹下的Setup/Next/接受协议/在Serial栏输入任意密码，Next/要求第二次输入密
实验四8位乘法器实验 一、实验原理 8位乘法器，输入为两个8位信号，输出结果为16位。 module mult8(out, a, b); //8位乘法器源代码 parameter size=8; input[size-1:0] a,b; //两个操作数 output[2*size-1:0] out; //结果 assign out=a*b; //乘法运算符 endmodule 本实验采用Chipscope-Pro生成VIO/ICON核，并插入到8位乘法器设计中，在线进行观测和调试。 二、实验目的 1. 熟悉ISE9.1 开发环境，掌握工程的生成方法； 2. 熟悉SEED-XDTK XUPV2Pro 实验环境； 3. 了解Verilog HDL语言在FPGA 中的使用； 4. 通过掌握8位乘法器的Verilog HDL设计，了解数字电路的设计。 三、实验内容 1. 用Verilog HDL语言设计8位乘法器，进行功能仿真验证。 2. 使用chipscope-Pro 生成VIO/ICON 核，在线观测调试。 四、实验准备 1. 将USB 下载电缆与计算机及XUPV2Pro 板的J8 连接好； 2. 将RS232 串口线一端与计算机连接好，另一端与板卡的J11 相连接； 3. 启动计算机，当计算机启动后，将XUPV2Pro 板的电源开关SW11 打开到ON 上。观察XUPV2Pro 板上的＋2.5V，＋3.3V，＋1.5V 的电源指示灯是否均亮。若有不亮的，请断开电源，检查电源。
五、实验步骤 ⑴创建工程及设计输入 ①在E：\project\目录下，新建名为mult8的新工程； 器件族类型（Device Family）选择“Virtex2P”， 器件型号（Device）选“XC2VP30 ff896 -7”， 综合工具（Synthesis Tool）选“XST (VHDL/Verilog)”， 仿真器（Simulator）选“ISE Simulator” ②设计输入并保存。 ⑵功能仿真 ①在sources窗口sources for中选择Behavioral Simulation。 ②由Test Bench WaveForm 添加激励源，如图1所示。仿真结果如图2所示。 图1 波形激励编辑窗口 图2 仿真结果 从图中可以验证由Verilog HDL语言设计的8位乘法器的工作是正确的，不论是输入a的值变化还是输入b的值变化，输出值随之变化，为a与b的乘积。 ⑶生成核并添加核 本次试验内容为8位乘法器，不需要使用ILA核。因此下面使用核生成法生成一个ICON核，一个VIO核就可以了。 ①首先对生成的工程进行综合。 ②生成核 ③添加核
课程设计任务书 题目基于FPGA的6*6串行乘法器设计起讫日期 学生姓名专业班级通信工程 所在院系电气信息学院 指导教师职称 所在单位通信工程教研室
任务及要求： 1.设计内容和要求（包括设计内容、主要指标与技术参数） 设计内容：设计一个6*6串行乘法器 设计要求： (1)设计语言为Verilog，仿真软件为ISE自带仿真软件iSIM； (2)该设计不要求下载到硬件开发板上，只需给出仿真波形图，但要求能够从波形图 中看出实现了乘法运算 2.原始依据 本设计要求学生应用Xilinx FPGA设计一个6*6串行乘法器，通过设计能够让学生进一步掌握FPGA的基本开发流程，同时提高时序设计能力，学生已学习过EDA课程，掌握硬件描述语言基本知识，通过本次设计可进一步提高学生的动手能力，加强理论联系实际的能力。 3.进度计划 3.4-3.8 查阅相关资料，掌握FPGA基本知识。 3.11-3.15 应用Verilog语言进行程序开发，设计调试。 3.18-3.22 调试验收，撰写专业课程实践训练报告。 4.参考文献 [1] 夏宇闻. Verilog数字系统设计教程[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2008. [2] Snair Palnitkar(美). VerilogHDL数字设计与综合. 夏宇闻等译.（第二版）[M]. 北京:电子工业出版社，2009. [3] Xilinx. UG230 [Z/OL]. https://www.doczj.com/doc/2810251607.html, 指导教师签字： 教研室主任签字：
目录 摘要： (4) 关键词 (4) 一：FPGA (4) 1.1名称 (4) 1.2背景 (4) 1.3工作原理 (4) 1.4芯片结构 (5) 二：Verilog HDL (5) 2.1verilog hdl名称 (5) 2.2verilog hdl用途 (5) 2.3 Ve r i l o g硬件描述语言的主要能力 (6) 三：Spartan3E (7) 四：乘法器 (8) 4.1什么是乘法器 (8) 4.2实现乘法器的方法 (8) 4.3 6*6串行乘法器的设计思路 (9) 4.4 6*6乘法器程序代码 (9) 4.5 6*6乘法器设计仿真图 (11) 4.6结果分析 (12) 四：总结 (12) 参考文献 (12)
EDA技术课程大作业 设计题目：移位相加8位乘法器的设计 院系：电子信息与电气工程学院 学生姓名： 学号：200902070017 专业班级：09电子信息工程专升本 2010年12月3日
移位相加8位乘法器的设计 1.设计背景和设计方案 1.1设计背景 EDA技术（即Electronic Design Automation技术）就是依赖强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL（Hardware Ddscription Langurage）为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、布局布线以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。它在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术、IC版图设计、ASIC 测试和封装、FPGA(Gield Peogrammable Gate Array)/CPLD(Complex Programmable Logic Device)编程下载和自动测试等技术；在计算机辅助工程方面融合了计算机辅助设计(CAD)，计算机辅助制造（CAM），计算机辅助测试（CAT），计算机辅助工程（CAE）技术以及多种计算机语言的设计概念；而在现代电子学方面则容纳了更多的内容，如电子线路设计理论、数字信号处理技术、数字系统建模和优化技术及长线技术理论等。本文介绍设计一个两个5位数相乘的乘法器。用发光二极管显示输入数值，用7段显示器显示十进制结果。乘数和被乘数分两次输入。在输入乘数和被乘数时，要求显示十进制输入数据。输入显示和计算结果显示，采用分时显示方式进行，可参见计算器的显示功能 1.2设计方案 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，它的核心器件是八位加法器，所以关键是设计好八位加法器。 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方面都比较好。综合各方面的考虑，决定采用方案二。 该乘法器是由8位加法器构成的以时序方式设计的8位乘法器。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
各种乘法器比较 韦其敏08321050 引言：乘法器频繁地使用在数字信号处理和数字通信的各种算法中，并往往影响着整个系统的运行速度。如何实现快速高效的乘法器关系着整个系统的运算速度和资源效率。本位用如下算法实现乘法运算：并行运算、移位相加、查找表、加法树。并行运算是纯组合逻辑实现乘法器，完全由逻辑门实现；移位相加乘法器将乘法变为加法，通过逐步移位相加实现；查找表乘法器将乘积结果存储于存储器中，将操作数作为地址访问存储器，得到的输出数据就是乘法运算结果；加法树乘法器结合移位相加乘法器和查找表乘法器的优点，增加了芯片耗用，提高运算速度。 注：笔者使用综合软件为Quartus II 9.1，选用器件为EP2C70，选用ModelSim SE 6.1b进行仿真，对于其他的软硬件环境，需视具体情况做对应修改。 汇总的比较： 详细实现过程： 1.并行乘法器 源代码： module Mult1(outcome,a,b); parameter MSB=8; input [MSB:1] a,b; output [2*MSB:1] outcome; assign outcome=a*b; endmodule
资源耗用情况： ModelSim测试激励文件源代码：`timescale 10ns/1ns module Mult1_test(); reg [8:1] a,b; wire [16:1] outcome; Mult1 u1(outcome,a,b); parameter delay=2; initial begin a=1; b=0; end initial forever begin #delay a=a+1; b=b+1; if(outcome>=16'h0FFF) $stop;
一、概述 利用四位二进制寄存器、全加器以及D触发器等元器件，实现四位二进制乘法器的控制部分和乘法的实现部分。成法是加法的简便运算乘法运算只能通过加法运算以及移位运算来实现。在控制端用四个触发器产生四个控制信号来控制实现的加法移位功能，实现端在控制端信号作用下依次执行置零、加法、移位和循环操作。 二、方案说明 设计一个4位二进制乘法器，可以存储其乘积。 电路原理框图如图1所示。乘法器可以利用家发起和寄存器实现。 图1 乘法器原理框图 寄存器B存放被乘数，寄存器Q存放乘数，两个乘积长度可能是原来的2倍，故计算完成后将累加和高位放入寄存器A，而Q放寄存器的低位，P 记录乘数的位数，每形成一个部分P加1，当P=4时，乘法结束，两数之积放在AQ寄存器中。 控制端产生四个控制信号分别为T0、T1、T2、T3。在初态T0时，被乘数和乘数已分别存于寄存器B和Q中，等待启动信号S的到来，当S=1时控制器进入状态T1，在此状态下A、E、P清零，准备乘法操作。 从状态T2开始，控制器进入累计部分积的循环操作过程。首先检验乘数的最低有效位Q1。如Q1=1，A和B相加结果存于A和E之中；如果Q1=0，不做加法运算。无论Q1为何值，都要将计数器P加1。在状态T3，合成寄存器EAQ右移一位得到累计的部分积，时检测P之值，如果P不等于4，状态返回T2，继续累计部分积的过程。如果P=4，停止循环，系统返回初始状态T0。 三、电路设计 1、控制器设计
根据图2所示的ASM图表，可以设计二进制乘法器的控制器。 图2 二进制乘法器ASM图表四个D触发器的驱动方程为： D0=T0S’+T3Z=((T0S’)’·(T3Z)’)’ D1=T0S=((T0S)’)’ D2=T1+T3Z’=(T1’·(T3Z’)’)’ D3=T2
模拟乘法器的应用 ——乘积型混频器 学号：200800120228 姓名：辛义磊仪器编号：30 一、实验目的 1、掌握集成模拟乘法器的工作原理及其特点 2、进一步掌握集成模拟乘法器（MC1596/1496）实现振幅调制、同步检波、混频、倍频的电路调整与测试方法 二、实验仪器 低频信号发生器 高频信号发生器 频率计 稳压电源 万用表 示波器 三、实验原理与实验电路 集成模拟乘法器是继集成运算放大器后最通用的模拟集成电路之一，是一种多用途的线性集成电路。可用作宽带、抑制载波双边带平衡调制器，不需要耦合变压器或调谐电路，还可作为高性能的SSB乘法检波器、AM调制解调器、FM解调器、混频器、倍频器、鉴相器等，它与放大器相结合还可以完成许多数学运算，如乘法、除法、乘方、开放等。 MC1496的内部电路继引脚排列如图所示
MC1496型模拟乘法器只适用于频率较低的场合，一般工作在1MHz以下的频率。双差分对模拟乘法器MC1496/1596的差值输出电流为 MC1595是差值输出电流为 式中，错误！未找到引用源。为乘法器的乘法系数。 MC1496/1596使用时，VT 1至VT 6 的基极均需外加偏置电压。 实验电路 四、实验步骤
检查电路无误后接通电源，完成如下操作： 1、 当本振信号的频率为43 .4=L f MHz 、振幅为5 .0≤-p p V V ，输入信号的频率 为4 =C f MHz ，振幅为50 ≤-p p V mV 时，观察并测绘输入输出信号波形，记 录I L C f f f 、、。 2、当本振信号的频率为43.4=L f MHz 、振幅为5.0≤-p p V V ，输入信号的振幅为 50 ≤-p p V mV 时，改变输入信号频率C f （在3.9-4.1MHz 之间，每隔200kHz 测量 一次），测量输出信号的频率和幅度，记录在表格中，并由此计算带通滤波器的 通频带宽度。 f c 3.9MHz 4.0MHz 4.1MHz f 4.43 MHz 4.43 MHz 4.43 MHz v 500mV 500mV 500mV 3、保持两输入信号的频率及本振信号幅度不变，改变输入信号振幅V sm （峰峰值在40-100mV 之间变化）的大小，逐渐测量输入V sm 和中频输出V im 。将测量及计算结果填入表格中，并完成下列任务： ①计算混频增益A vc 。将混频电压增益A vc 定义为变频器中频输出电压幅值与输入信号幅值之比，以分贝表示为sm vc V V A Im lg 20= ②作出V sm 和V im 的关系曲线 V sm 40 mV 60 mV 80 mV 100mV V im 60mV 85mV 100mV 120mV 五、思考题
实验三8位乘法器的设计 一、实验目的 1)了解8位乘法器的工作原理 2)熟悉MAX+plusII软件的基本使用方法 3)熟悉EDA实验开发的基本使用方法 4)学习VHDL程序中数据对象，数据类型，顺序语句，并行语句的综合使用 二、实验内容 设计一个由8位加法器构成的以时序逻辑方式设计的8位乘法器。其乘法原理是：乘法通过逐项位移相加原理来实现，以被乘数的最低位开始，若为1，则乘数左移后与上一次和相加，若为0，左移后以全零相加，直至被乘数的最高位。 三、实验条件 开发软件：MAX+plus II 9.23 Baseline 硬件设备：装有windows7的pc机 四、实验设计 1)系统的原理框架图
2)VHDL源程序 andarith.vhd源代码 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity andarith is port(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 is begin process(abin, din)is begin for i in 0 to 7 loop dout(i)<=din(i)and abin; end loop; end process; end architecture art; arictl.vhd源代码 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity arictl is port(clk:in std_logic; start: in std_logic; clkout:out std_logic; rstall: out std_logic; ariend: out std_logic); end entity arictl; architecture art of arictl is signal cnt4b:std_logic_vector(3 downto 0); begin rstall<=start; process(clk, start)is begin if start='1' then cnt4b<="0000"; elsif clk'event and clk='1'then if cnt4b<8 then cnt4b<=cnt4b+1; end if; end if;
收稿日期：2011-09-20；修回日期：2011-11-04 基金项目：国家科技重大专项基金资助项目（2009ZX01030-001-002）． 作者简介：曾宪恺（1987-），男，湖北孝感人，硕士，主要研究方向为超大规模集成电路设计自动化（zengxk@vlsi．zju．edu．cn ）；郑丹丹（1981-），女，博士，主要研究方向为超深亚微米集成电路SOC 设计；严晓浪（1947-），男，教授，主要研究方向为超大规模集成电路设计、VLSI 设计自动化；吕冬明（1981-），男，博士，主要研究方向为集成电路CAD 研究；葛海通（1972-），男，博士，主要研究方向为嵌入式系统设计． 基于标准单元库扩展的快速乘法器设计 * 曾宪恺，郑丹丹，严晓浪，吕冬明，葛海通 （浙江大学超大规模集成电路设计研究所，杭州310027） 摘 要：设计并实现17?17bit 带符号数字乘法器。为了提高乘法器的性能，采用改进的Booth 编码算法、 Wal-lace 树型结构以及基于标准单元库扩展的设计方法。该方法使用逻辑功效模型分析乘法器的关键路径，通过构造驱动能力更为完备的单元以实现关键路径中每一级门功效相等，从而得到最短路径延时。将TSMC 90nm 标准单元库扩展得到扩展单元库， 使用两个单元库版图分别实现数字乘法器，基于扩展单元库实现的乘法器速度提升10．87%。实验结果表明，基于标准单元库扩展的半定制设计方法可以有效提升电路的性能，这种方法尤其适用于电路负载过大的情况。 关键词：乘法器；标准单元库扩展；改进的Booth 编码算法；Wallace 树；逻辑功效中图分类号：TN47 文献标志码：A 文章编号：1001-3695（2012）05-1778-03 doi ：10．3969/j．issn．1001-3695．2012．05．047 Design of high-speed multiplier based on standard cell library extension ZENG Xian-kai ，ZHENG Dan-dan ，YAN Xiao-lang ，LV Dong-ming ，GE Hai-tong （Institute of VLSI Design ，Zhejiang University ，Hangzhou 310027，China ） Abstract ：This paper proposed a 17?17bit signed digital multiplier．To improve the performance ，the multiplier used modi-fied Booth ’s recoding algorithm ，a Wallace tree structure and design method based on standard cell library extension．It ana-lyzed critical path using logical effort model ，and by constructing cells with different driving capabilities ， it implemented equal logical effort in each stage to achieve minimum path delay．Based on TSMC 90nm standard cell library ， generated an extended cell library ，and implemented the layouts of multiplier respectively．Compared to standard cell library ，the multiplier imple-mented with extended cell library achieved a performance improvement of 10．87%．Experimental results show that the semi-custom design methodology based on standard cell library extension can improve circuit performance effectively ，which is espe-cially appropriate for designs with large loads． Key words ：multiplier ；standard cell library extension ；modified Booth ’s recoding algorithm ；Wallace tree ；logical effort 0引言 乘法器是嵌入式CPU 的重要部件，其运算速度决定了逻 辑运算单元的工作频率，因此高性能乘法器的设计仍然被关注 ［1，2］ 。同时，市场的需求加速了产品的上市进程，从而要求 设计者尽量缩短设计时间。为了兼顾乘法器的性能和设计时间， 通常使用基于标准单元库的半定制设计方法。但该方法受限于库中标准单元有限的驱动能力，无法实现最短路径延时。为此，本文提出基于标准单元库扩展的乘法器设计方法，消除了传统方法因关键路径优化不足对乘法器性能的影响。基于TSMC 90nm 工艺标准单元库扩展，设计并实现了17?17bit 乘法器模块。该乘法器支持带符号二进制乘法运算， 最差情况下（工作电压0．9V ，温度125℃）工作频率为346MHz 。设计过程中，使用EDA 工具进行了速度优先的逻辑综合以及布局布线；在关键路径的处理中，采用了基于逻辑功效的优化方法。 1乘法器 二进制乘法器实现了二进制数的乘法运算，它将两个二进 制数X 和Y 作为输入，将乘法运算的积Z 作为输出。设被乘数为m 位，记为X m －1X m －2…X 0，乘数为n 位，记为Y n －1Y n －2…Y 0，则积为m +n 位，记为Z m +n －1Z m +n －2…Z 0。将m 位被乘数X 与n 位乘数Y 的每一位进行与运算，可以得到n 项位数为m 的部分积， 用加法器阵列将n 项部分积相加，得到积Z 。乘法器的具体实现分为部分积生成、部分积压缩、最终加法三个步骤。通常，使用与门来产生部分积，用加法器阵列对部分积压缩来构成阵列乘法器。这种架构算法简单，易于实现，并且能够实现规则的版图结构，但是由于部分积个数较多，压缩时间较长，无法得到快速的乘法器。使用改进的Booth 编码算法［3，4］ 有效地减少了部分积的个数，使用Wallace 树型结 构 ［5］ 缩短部分积压缩的时间，其算法较复杂，并且版图结构不 规则， 但可以有效地提升乘法器的性能。第29卷第5期2012年5月计算机应用研究 Application Research of Computers Vol.29No.5May 2012
生命科学技术学院《CMOS专用集成电路》实验报告 学院（系）：生命科学技术学院 专业：生物医学工程 班级：151011 学号：15101004 学生姓名：柳琳 2013年06 月29 日
一、实验题目 （1）更改测试文件相关部分的参数值，将该乘法器的数据位宽改为8-Bit。 （2）根据对实验电路的分析，绘制该移位式乘法器电路详细的电路结构框图，并对每一功能部件的功能及相关参数的意义进行说明； （3）采用Verilog HDL硬件描述语言设计一个16-Bit超前进位加法器； （4）在上面超前进位加法器基础上，将原电路的部分积求和电路改进成超前进位加法器。 二、实验结果与讨论 （1）更改测试文件相关部分的参数值，将该乘法器的数据位宽改为8-Bit。 module multiplier_nbit ( rst, clk, x, y, result ); parameter mwidth = 8; parameter rwidth = mwidth + mwidth; input rst, clk; … reg [1:0] stcnt; reg [2:0] mucnt; … assign mucnt_en = (stcnt == 2'b01) ? 1'b1 : 1'b0; assign mucnt_full = (mucnt == 3'b111) ? 1'b1 : 1'b0; assign stcnt_load = (stcnt == 2'b10) ? 1'b1 : 1'b0; … always @(posedge rst or posedge clk) begin if(rst) mucnt <= 3'b000; else if(mucnt_en) mucnt <= mucnt + 1; else mucnt <= mucnt; end module test_mult; reg rst, clk; reg [7:0] x, y; wire [15:0] result;
模拟乘法器及其应用
摘要 模拟乘法器是一种普遍应用的非线性模拟集成电路。模拟乘法器能实现两个互不相关的模拟信号间的相乘功能。它不仅应用于模拟运算方面，而且广泛地应用于无线电广播、电视、通信、测量仪表、医疗仪器以及控制系统，进行模拟信号的变换及处理。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。 Analog multiplier is a kind of widely used nonlinear analog integrated multiplier can be achieved between two unrelated analog multiplication is not only applied in the simulation operation aspect, and widely used in radio, television, communications, measuring instruments, medical equipment and control system, the analog signal conversion and the high frequency electronic circuit, amplitude modulation, synchronous detection, mixing, frequency doubling, frequency, modulation and demodulation process, the same as can be seen as two signal multiplication or contain multiplication function is realized by using integrated analog multiplier than using discrete components such as diodes and transistors are much more simple, and superior performance.
8位二进制乘EDA实验 法器 学号：02115024 [2013.12.15] 班级：021151 姓名：王浩楠 指导老师：徐少莹
一.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：11010101和10010011相乘，计算过程如下: 二.设计方法 按照这种算法，可以得到下图所示之框图和简单流程图。按照这种算法，可以得到下图所示之框图和简单流程图。图中Y寄存器存放被乘数M，B寄存器存放乘数N，A累加器存放部分积。A和Y中的数据在加法器中相加后送入A 中，而A和B相级联又构成了一个16bit的移位寄存器，当它工作于移位模式时，可以实现数据的右移。由于乘数的每一位不是0就是1 ，对应的部分积不是0就是被乘数本身，所以实际作部分积相加这一步时，只要根据乘数的对应位判断：如该位为1 ，则将累加器中的数据加上被乘数再移位；如该位为0时，就不加被乘数而直接移位。运算时首先将累加器A清零，并将被乘数M和乘数N分别存入寄存器Y和B，然后依据寄存器B中最右一位B0（数据N0）确定第一个部分积。将此部分积送入A累加器以后，将A连同寄存器B右移一位，部分积的最低位被移进寄存器B的最左位，乘数的最低位N0被移出寄存器B，而乘数的次低位N1被移至寄存器B的B0位。第二次仍然依据B0位的数据（N1）来确定第二个部分积，将部分积与累加器中的数据相加后右移一位，N1又被移出寄存器，数据N2被移到B0位置。。。。。这样，经过8次部分积相加位的操作，完成1次乘法运算，乘数N恰好被移出寄存器B，寄存器B中保存的就是运算积的低8位数据。移位相加的次数应用一个计数器来控制，每移位一次，计数器计一个数。当计数器计得8个数时，发出一个信号，使电路停止操作，并输出运算结果。
沈阳航空航天大学 课程设计报告 课程设计名称：计算机组成原理课程设计 课程设计题目：定点原码二位乘法器的设计 目录 第1章总体设计方案 (1) 1.1设计原理 (1) 1.2设计思路 (3) 1.3设计环境 (5) 第2章功能模块的设计与实现 (6) 2.1总体的设计与实现 (6) 2.1.1总体方案的逻辑图 (6) 2.2基本功能模块的组成及工作原理 (8) 2.2.1被乘数模块的组成及工作原理 (8) 2.2.2乘数模块的组成及工作原理 (8) 2.2.3选择模块的组成及工作原理 (9) 2.2.4 移位模块的工作原理 (9)
第3章程序仿真与测试 (10) 3.1程序仿真 (10) 3.2仿真测试及结果分析 (10) 参考文献 (12) 附录（汇编程序） (13)
第1章总体设计方案 1.1 设计原理 定点原码两位乘与定点原码一位乘一样，符号位的运算和数值部分是分开进行的，但为了提高运算速度，所以采用了原码两位乘，因为原码两位乘是用乘数的末两位的状态来决定新的部分积如何形成，可提高运算速度。乘数和被乘数都用原码表示。 两位乘数有四种可能的组合，每种组合对应的操作如表1.1所示 表1.1 乘数组合与部分积关系对照表 乘数y n-1y n 新的部分积 00 新部分积等于原部分积右移两位 01 新部分积等于原部分积加被乘数后右移两位 10 新部分积等于原部分积加2倍被乘数后右移两位 11 新部分积等于原部分积加3倍被乘数后右移两位 与一位乘法比较，多出了+2X和3X两种情况。把X左移1位即得到2X，在机器内通常采用左斜送一位来实现。可是+3X一般不能一次完成，如分成两次进行，又降低了计算速度。解决问题的办法是：以（4X-X）来代替3X运算，在本次运算中只执行-X，而+4X则归并到下一步执行，此时部分积以右移了两位，上一步欠下的+4X已变成+X，在实际线路中要用一个触发器C来记录是否欠下+4X，若是，则C变为1。因此实际操作用Yi-1，Yi，C三位来控制，运算规则如下所示： 表1.2 判断值对应的操作以及C值的变化情况 组合值Yi-1 Yi C 操作C值变化 0 0 0 0 部分积＋0；右移两位C=0 1 0 0 1 部分积＋x；右移两位C=0 1 0 1 0 部分积＋x；右移两位C=0 2 0 1 1 部分积＋2x；右移两位C=0 2 1 0 0 部分积＋2x；右移两位C=0
实验课程名称：_高频电子线路
五．实验原理与电路设计仿真 1、集成模拟乘法器1496的内部结构 集成模拟乘法器是完成两个模拟量（电压或电流）相乘的电子器件。在高频电子线路中，振幅调制、同步检波、混频、倍频、鉴频、鉴相等调制与解调的过程，均可视为两个信号相乘或包含相乘的过程。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件如二极管和三极管要简单的多，而且性能优越。所以目前在无线通信、广播电视等方面应用较多。集成模拟乘法器的常见产品有BG314、F1595、F1596、MC1495、MC1496、LM1595、LM1596等。下面介绍MC1496集成模拟乘法器。 （1）MC1496的内部结构 MC1496 是目前常用的平衡调制/解调器。它的典型应用包括乘、除、平方、开方、倍频、调制、混频、检波、鉴相、鉴频、动态增益控制等。MC1496 的和内部电路与外部引脚图如图1(a)(b)所示。 (a)1496内部电路 (b)1496引脚图 图1 MC1496的内部电路及引脚图 它内部电路含有 8 个有源晶体管，引脚 8 与 10 接输入电压 VX、1与 4接另一输入电压VY，6 与12 接输出电压 VO。一个理想乘法器的输出为VO=KVXVY，而实际上输出存在着各种误差，其输出的关系为：VO=K（VX +VXOS）（VY+VYOS）+VZOX。为了得到好的精度，必须消除 VXOS、VYOS与 VZOX三项失调电压。引脚 2 与 3 之间需外接电阻，对差分放大器 T5与 T6产生交流负反馈，可调节乘法器的信号增益，扩展输入电压的线性动态范围。 各引脚功能如下： 1：SIG+ 信号输入正端 2: GADJ 增益调节端 3：GADJ 增益调节端 4: SIG- 信号输入负端 5：BIAS 偏置端 6: OUT+ 正电流输出端 7: NC 空脚 8: CAR+ 载波信号输入正端 9: NC 空脚 10: CAR- 载波信号输入负端11: NC 空脚 12: OUT- 负电流输出端 13: NC 空脚 14: V- 负电源 （2）Multisim建立MC1496电路模块 启动multisim11程序，Ctrl+N新建电路图文件，按照MC1496内部结构图，将元器件放到电子工作平台的电路窗口上，按住鼠标左键拖动，全部选中。被选择的电路部分由周围的方框标示，表示完成子电路的选择。为了能对子电路进行外部连接，需要对子电路添加输入/输出。单击Place / HB/SB Connecter 命令或使用Ctrl+I 快捷操作，屏幕上出现输入/输出符号，
EDA课程设计报告 实验名称：八位乘法器
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。 4、行为仿真和功能仿真。利用产生的网表文件进行功能仿真，以便了解设计描述与设计意图的一致性。 5、适配。利用FPGA/CPLD布局布线适配器将综合后的网表文件针对某一具体的目标器件进行逻辑映射操作，其中包括底层器件配臵、逻辑分割、逻辑优化、布局布线。适配报告指明了芯片内资源的分配与利用、引脚锁定、设计的布尔方程描述情况。
流水线乘法器 一般的快速乘法器通常采用逐位并行的迭代阵列结构，将每个操作数的N位都并行地提交给乘法器。但是一般对于FPGA来讲，进位的速度快于加法的速度，这种阵列结构并不是最优的。所以可以采用多级流水线的形式，将相邻的两个部分乘积结果再加到最终的输出乘积上，即排成一个二叉树形式的结构，这样对于N位乘法器需要log2（N）级来实现。一个8位乘法器，如图所示。 module mux_4(mul_a,mul_b,mul_out,clk,rst_n); parameter MUL_WIDTH = 4; parameter MUL_RESULT = 8; input [MUL_WIDTH-1:0] mul_a; input [MUL_WIDTH-1:0] mul_b; input clk; input rst_n; output [MUL_RESULT-1:0] mul_out; reg [MUL_RESULT-1:0] mul_out; reg [MUL_RESULT-1:0] stored0; reg [MUL_RESULT-1:0] stored1; reg [MUL_RESULT-1:0] stored2; reg [MUL_RESULT-1:0] stored3; reg [MUL_RESULT-1:0] add01; reg [MUL_RESULT-1:0] add23; always @(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin mul_out <= 8'b0000_0000;
stored0 <= 8'b0000_0000; stored1 <= 8'b0000_0000; stored2 <= 8'b0000_0000; stored3 <= 8'b0000_0000; add01 <= 8'b0000_0000; add23 <= 8'b0000_0000;; end else begin stored3 <= mul_b[3] ? {1'b0,mul_a,3'b0} : 8'b0; stored2 <= mul_b[2] ? {2'b0,mul_a,2'b0} : 8'b0; stored1 <= mul_b[1] ? {3'b0,mul_a,1'b0} : 8'b0; stored0 <= mul_b[0] ? {4'b0,mul_a} : 8'b0; add01 <= stored1 + stored0; add23 <= stored3 + stored2; mul_out <= add01 + add23; end end endmodule