16位通用移位寄存器设计报告.docVIP

设计题目要求 设计一个16位循环右移电路，S是移位数，A是移位前的并行输入，Y是移位后的并行输出（在本设计中，我用Pin表示移位前的并行输入，Pout表示移位后的并行输入，S表示移位数），要求估算电路占用的资源大小及电路的速度； 以上面设计好的16位循环右移电路为核心，扩展设计一个能进行循环右移、循环左移、算术右移、算术左移、逻辑右移、逻辑左移的通用移位电路。 设计工具及版本 Quartus II 9.0 设计原理及结构方案 （1）在考虑16位循环右移电路的设计时，我选择用 74151“8选1数据选择器”配合门电路进行搭建桶形移位电路，对于每个输出断对应需要用两片74151对16位并行输入数据进行选择，用移位数控制端S（S3S2S1S0）中的S3实现两片74151的片选进而将两片74151组成“16选1数据选择器”，结构如图1。用16个如图1的结构这可以构成16位输出的循环右移电路结构框图，如图2。 （图1） （图2） 以16位循环右移电路（结构图如上图2）为核心进行构建多功能移位通用电路（结构图如下图3）： （图3） 电路设计描述 （1）16位循环右移电路设计： 选择用2片74151“8选1数据选择器”对16位并行输入数据根据移位数和所在输出位置进行选择，作为Pout[n]，例如Pout[0]对应的第一片74151的D7D6D5D4D3D2D1D0分别对应Pin[7]---Pin[0], 第二片74151的D7D6D5D4D3D2D1D0分别对应Pin[15]---Pin[8]；再如Pout[6]对应的第一片74151的D7D6D5D4D3D2D1D0分别对应Pin[13]---Pin[6], 第二片74151的D7D6D5D4D3D2D1D0分别对应Pin[5]---Pin[0]Pin[15]Pin[14]，按照这样的方式不同的输出位对应的不同的接线方法就可以根据S（S3S2S1S0）选择相应的输入数据作为输出Pout[n]。 （2）扩展为16位的循环右移电路： 对于循环移位而言，循环左移N位即相当于右移16-N位，根据这个原理，在左移N位时就可以将控制端S（S3S2S1S0）各位分别求反然后加1既得16-N，然后用新产生的移位位数作为16位循环右移电路的移位位数控制端，这样输出就是右移16-N位，也即左移N位。 （3）将循环左右移位电路扩展为算术左右移位、逻辑左右移位通用电路： 首先，我们知道算术左移是低位移向高位，最低位补“0”，算术右移是高位移向低位，最高位保持不变；逻辑左移是低位移向高位，最低位补“0”，逻辑右移是高位移向低位，最高位移入“1”。通过观察我们发现，算术左移和逻辑左移是相同的移位操作，因此扩展时实际上是扩展为三类：算术\逻辑左移、算术右移、逻辑右移。 其次，对各个扩展移位功能分配移位方式控制信号：A B LorR=000时进行循环右移；A B LorR=001时进行循环左移；A B LorR=011时进行算术\逻辑左移；A B LorR=100时进行算术右移；A B LorR=100时进行逻辑右移。 然后，通过观察发现算术、逻辑移位实际是对循环移位进行相应位的变化而得到。在这里我们首先设计一个自定义的4—16译码器，要求译码器的真值表如下： S3 S2 S1 S0 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0