16位循环移位寄存器的设计并扩展循环移位逻辑移位算术移位vlsi超大规模集成电路设计Word文档下载推荐.docx

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AlteraMAX+PLUSⅡVersion10.2.07/10/2002

设计原理及结构方案

本文设计的循环移位寄存器主要是以2输入4路复用器为基本单元，通过对2输入4路复用器74x157进行扩展实现可控制型16位多路复用移位。

通过调整74x157输入端的输入数据，实现1bit、2bit、4bit、8bit移位，再通过这几种移位的组合实现1-16bit移位。

左右移位也是通过增加74x157组，控制输入端数据实现。

逻辑、算术左移需要在最低位补零，这通过在移位前加入赋零选择电路。

几种移位的选择也由2路、2路、4路选择器实现。

本设计的结构方案是首先设计循环右移电路，在此基础上扩展出循环左移、逻辑移位、算术移位。

其中循环右移电路决定了该设计的总体框架，它包括四个大的模块：

移1bit模块、移2bit模块、移4bit模块和移8bit模块。

在每个模块中分别先后加入左移模块、逻辑移位模块、算术移位模块就可实现全部功能。

电路设计描述

循环右移一位的设计:

如图，74x157功能是2输入4位多路复用器，一片74x157的AB输入端分别输入DI[15:

12]和DI[14:

11]即可通过S0的控制实现右移一位或保持。

实际电路图如下：

循环右移多位的设计:

原理如上图，类似循环右移一位的设计可以设计出循环右移2位、4位、8位的电路。

将这几种移位给以串联即可实现1到15位的任意位数的循环右移。

S[3:

0]来控制位数，该电路还有节省器件的优点但延迟较大。

将循环右移1位、2位、4位、8位的电路做成电路模块shiftr1、shiftr2、shiftr4、shiftr8并进行串联得总的循环右移电路图如下：

循环左移的实现：

在每个右移模块中加入左右选择电路，即可实现左移与右移输出，其中sel控制左移与右移，具体实现电路如下：

在此电路后再加入选择复用电路即可实现左移、右移、保持三种功能如下图：

此即一位左移、右移、保持电路，2bit、4bit移位类似，两个控制端是S1、S0，其中S1用来控制左移还是右移，S0用来控制移动或者保持。

8bit移位比较特殊，因为左移8位与右移8位结果相同，因此可以有相对简单的电路，可以省略左移右移选择功能，电路图如下：

4个模块的循环左右移均已实现，只需将4个模块串联即可实现1到15位的循环左移右移。

逻辑移位的设计：

逻辑移位要求：

逻辑左移时，低位移向高位，最低位补“0”；

逻辑右移时，高位移向低位，最高位移入“1”。

因为还是涉及到移位并且左右移动和循环移位有很大共同处，因此逻辑移位的设计是以循环移位为基础。

以循环移动一位为例，在此加入逻辑移位功能。

因为只移动一位，因此右移时将最高位赋值“1”，左移时最低位补“0”。

这都是在循环移位模块的输入端进行处理。

当然逻辑移位功能的加入不能去掉循环移位的功能，另外还有算术移位的功能，因此本设计采用三选一选择器来加以控制：

低位的处理与高位的类似。

对于2位逻辑移位，则需要修改最高两位和最低两位的值，需要分别加二选一选择器。

移动四位时如果直接用与非门搭会比较繁琐，因此本设计采用2输入4位多路复用器74x157，前后两个74x157的sel端可以控制逻辑移位、算术移位、循环移位三种功能

移动8位时与移动四位时类似，只不过这时要变成八位的选择与更改，需要的74x157个数翻番。

算术移位的设计：

算术移位要求：

逻辑右移时，高位移向低位，最高位维持原值不变。

该功能与逻辑功能基本类似，只需右移时将最高位赋予DI15即可。

由于8位循环移位的特殊性，增加逻辑算术移位时也会比较特殊。

后端74x157中输入短的输入会有差别，这时的左右移位和循环移位时也会产生差别，因此必须加入左右移动控制端S1.S1为1时右移，S1为0时左移，需要用非门、与门加以控制。

最后得出总的具有全部功能的8位移动模块电路，如下图：

整体程序的设计：

最终的1bit模块、2bit模块、4bit模块、8bit模块分别命名为logic1、logic2、logic4、logic8，将他们进行串联，用XH、LO、MA、LR分别控制循环移位、逻辑移位、算术移位、左右移位功能，用S[3:

0]来控制位数。

最后整体电路如下：

控制的优化设计：

因为XH、LO、MA分别实现循环移位、逻辑移位、算术移位功能，不能同时为“1”，因此可以用译码器加以控制，比如74ls138。

这样XH、LO、MA就不会同时为“1”了。

仿真激励设计方案及电路仿真结构

仿真激励设计方案：

利用MAX+PLUSⅡ提供的工具进行仿真。

其中各个端口功能如下：

XH：

循环移位，高电平有效

LO：

逻辑移位，高电平有效

MA：

算术移位，高电平有效

LR：

左右移位，“1”为右移，“0”为左移

0]:

移动的位数

仿真结果：

循环右移:

XH=1；

LR=1

运行时间为1us。

循环左移:

LR=0

逻辑右移:

LO=1；

逻辑左移:

运行时间为1us

算术右移:

MA=1；

算术左移:

从仿真结果可以看出，该设计完全达到了题目要求的功能，且速度比较快。

占用资源的大小：

该电路总共有37个74x157和少量与门、或门、非门，电路占用资源不多。

设计总结

通过作者将仿真结果与预期结果进行了认真的比较后，充分说明了本文提出的设计方法的可行性和准确性。

若读者觉得结果还不是很可靠，将设计中的lm1248各个端口赋予其它的十六位的二进制数再来进行仿真验证。

通过设计本文中的通用移位电路，我收获到了许多。

首先，学习了AlteraMAX+PLUSⅡ这个软件。

其次，成功设计了该软件进行了比较大的电路的设计，成功运用了该工具对程序进行了仿真和测试，得到了令人满意的结果。

调试电路是最能促人进步的，特别是最后，一切都调的差不多了，终究是差一点不能成功，通过对全部电路的大检查我对该设计更加熟悉，想多了更多的设计，因而所学到的不仅仅是这一个设计。

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