北邮数电实验报告副本.docx

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北邮数电实验报告副本

数字电路与逻辑设计

实验报告

姓名：

班级：

学号：

班内序号：

时间：

2015/10/19-2015/11/2

简易计算器实验报告

一、要求要求：

基本要求：

1、利用4X4小键盘作为输入，包括：

数字键0-9，清除键，等号键及‘+’‘-’‘*’运算符号键。

2、实现输入为99以内自然数的加、减、乘运算；

3、能够实现多次连续计算（无优先级，从左到右计算结果），如：

12+34×2-78=14

4、最大结果为99999（五位），溢出报警；

5、用数码管显示输入的数字和结果，最左侧数码管用来表示数字的正负，其他五位数

码管表示结果；结果的绝对值大于99999时，数码管显示‘Error’。

提高要求：

1、实现输入为9999以内自然数的加、减法；

2、实现除法运算，不能除尽时小数保留1位有效数字；

3、能够区分运算优先级（先乘除，后加减），如：

12+34×2-78=2

4、自拟其他功能。

二、系统设计：

设计思路：

1、将该程序进行分模块设计。

可以将程序分为：

主程序、译码模块和防抖模块。

其中，

主程序负责将输入的数据进行存储，对数据进行运算，将数据输出到数码上等；防抖模块负责对按键输入的数防抖；译码模块负责对输入的数据进行译码（由8421bcd码转化为十进制的编码）。

2、分模块进行相应模块的编写。

3、对编好的模块进行测试。

4、编写主程序并进行调试。

总体框图：

流程图：

分块设计：

（按实际操作的分块）

输入模块：

由符号开关和拨码开关构成。

采用序列存储的方式存储相应的输入。

输入译码模块：

将输入的符号序列转化成先用状态，以便选取对应的计算方法；将输入的8421bcd码转化成相应的两位十进制数。

数码显示模块：

将寄存器内的数进行输出到数码管上。

显示所输入的第一个数以及最后的结果。

计算模块：

调用相应的计算方式，对所输入的数进行计算。

防抖模块：

在用按键输入时，所得到的信号可能会有抖动，因此加入此抖动电路。

三、仿真波形及波形分析：

分析（波形仿真时，为了方便观察，将8421bcd码输入方式，改为了十进制的直接输入方式，并将输出，有原来的数码管显示改成了直接数字显示）

由图中可以看出，当输入12，按下“确定”，数字就输入到了寄存器中，输入“+”号（对应仿真中的fuhao“100000”），在输入一个数35，按下“确定”，该计算器就件寄存器中的数与第二次输入的数进行相加，得到结果47。

此时该结果又被直接保存到了寄存器中，继续输入运算符“-”（对应仿真中得fuhao“010000”），输入第三个数18，按下“确定”，计算器对其做减法运算，得到结果29，该结果又在寄存器中存储着。

继续后续输入相应符号，相应数字可以继续进行相应的计算，只要结果在（-99999,99999）之间，就可以一直进行计算。

四、源程序：

主程序：

LIBRARYIEEE;

USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

USEIEEE.STD_LOGIC_SIGNED.ALL;

Entitylzjisuanqiis

port（

cat:

OUTSTD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0）;

digital:

OUTSTD_LOGIC_VECTOR（6DOWNTO0）;

clk:

instd_logic;

beep:

outstd_logic;

num:

instd_logic_vector（7downto0）;

fuhao:

instd_logic_vector（5downto0）

）;

endentitylzjisuanqi;

architecturelzoflzjisuanqiis

componenttransform

port（cin:

instd_logic_vector（7downto0）;

cout:

outintegerrange0to99）;

endcomponent;

componentfangdouIS

PORT（

clk:

INSTD_LOGIC;

key_in:

INSTD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0）;

key_out:

OUTSTD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0）

）;

endcomponent;

typestate_typeis（s0,s1,s2）;

signalstate:

state_type;

typetime_typeis（t1,t2,t3,t4,t5,t6）;

signaltime1:

time_type;

signalnum1:

integerrange0to99;

signalresult1:

integerrange-99999to99999;

signalresult2:

integerrange-99999to99999;

signalcat0:

integerrange0to9;

signalcat1:

integerrange0to9;

signalcat2:

integerrange0to9;

signalcat3:

integerrange0to9;

signalcat4:

integerrange0to9;

signalcnt:

integerrange0to50000;

signalclk_tmp:

std_logic;

signalffuhao:

std_logic_vector（5downto0）;

signalh1:

integerrange0to10;

signall1:

integerrange0to10;

begin

m1:

process（num）

begin

casenum（7downto4）is

when"0000"=>

h1<=0;

when"0001"=>

h1<=1;

when"0010"=>

h1<=2;

when"0011"=>

h1<=3;

when"0100"=>

h1<=4;

when"0101"=>

h1<=5;

when"0110"=>

h1<=6;

when"0111"=>

h1<=7;

when"1000"=>

h1<=8;

when"1001"=>

h1<=9;

whenothers=>

h1<=10;

endcase;

endprocessm1;

m2:

process（num）

begin

casenum（3downto0）is

when"0000"=>

l1<=0;

when"0001"=>

l1<=1;

when"0010"=>

l1<=2;

when"0011"=>

l1<=3;

when"0100"=>

l1<=4;

when"0101"=>

l1<=5;

when"0110"=>

l1<=6;

when"0111"=>

l1<=7;

when"1000"=>

l1<=8;

when"1001"=>

l1<=9;

whenothers=>

l1<=10;

endcase;

endprocessm2;

num1<=h1*10+l1;

--u1:

transformportmap（cin=>num,cout=>num1）;

u2:

fangdouportmap（clk=>clk,key_in=>fuhao,key_out=>ffuhao）;

process（clk）

begin

if（clk'eventandclk='1'）then

ifcnt=49999then

cnt<=0;

clk_tmp<=notclk_tmp;

else

cnt<=cnt+1;

endif;

endif;

endprocess;

p1:

process（clk_tmp）

variableresult:

integerrange-9999999to9999999;

variablefuhao1:

integerrange0to6:

=0;

begin

if（clk_tmp'eventandclk_tmp='1'）then

casestateis

whens0=>result:

=num1;

state<=s1;

whens1=>

if（ffuhao="000010"）then

fuhao1:

=0;state<=s1;

elsif（ffuhao="000001"）then

result:

=num1;fuhao1:

=0;state<=s0;beep<='0';

elsif（ffuhao="001000"）then

fuhao1:

=3;

state<=s2;

elsif（ffuhao="010000"）then

fuhao1:

=2;

state<=s2;

elsif（ffuhao="100000"）then

fuhao1:

=1;

state<=s2;

elsestate<=s1;

endif;

whens2=>if（fuhao1=0）then

result:

=result;state<=s1;

elsif（fuhao1=1）then

result:

=result+num1;

if（result>99999orresult<-99999）then

result:

=num1;beep<='1';state<=s0;

elsebeep<='0';state<=s1;

endif;

elsif（fuhao1=2）then

result:

=result-num1;

if（result>99999orresult<-99999）then

result:

=num1;beep<='1';state<=s0;

elsebeep<='0';state<=s1;

endif;

elsif（fuhao1=3）then

result:

=result*num1;

if（result>99999orresult<-99999）then

result:

=num1;beep<='1';state<=s0;

elsebeep<='0';state<=s1;

endif;

endif;

endcase;

result2<=result;

if（result2<0）thenresult1<=abs（result2）;

elseresult1<=result;

endif;

if（result1>=90000）thencat4<=9;

elsif（result1>=80000andresult1<90000）thencat4<=8;

elsif（result1>=70000andresult1<80000）thencat4<=7;

elsif（result1>=60000andresult1<70000）thencat4<=6;

elsif（result1>=50000andresult1<60000）thencat4<=5;

elsif（result1>=40000andresult1<50000）thencat4<=4;

elsif（result1>=30000andresult1<40000）thencat4<=3;

elsif（result1>=20000andresult1<30000）thencat4<=2;

elsif（result1>=10000andresult1<20000）thencat4<=1;

elsif（result1<10000）thencat4<=0;

endif;

if（（result1-cat4*10000）>=9000and（result1-cat4*10000）<10000）thencat3<=9;

elsif（（result1-cat4*10000）>=8000and（result1-cat4*10000）<9000）thencat3<=8;

elsif（（result1-cat4*10000）>=7000and（result1-cat4*10000）<8000）thencat3<=7;

elsif（（result1-cat4*10000）>=6000and（result1-cat4*10000）<7000）thencat3<=6;

elsif（（result1-cat4*10000）>=5000and（result1-cat4*10000）<6000）thencat3<=5;

elsif（（result1-cat4*10000）>=4000and（result1-cat4*10000）<5000）thencat3<=4;

elsif（（result1-cat4*10000）>=3000and（result1-cat4*10000）<4000）thencat3<=3;

elsif（（result1-cat4*10000）>=2000and（result1-cat4*10000）<3000）thencat3<=2;

elsif（（result1-cat4*10000）>=1000and（result1-cat4*10000）<2000）thencat3<=1;

elsif（（result1-cat4*10000）<1000）thencat3<=0;

endif;

if（（result1-cat4*10000-cat3*1000）>=900and（result-cat4*10000-cat3*1000）<1000）thencat2<=9;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000）>=800and（result1-cat4*10000-cat3*1000）<900）thencat2<=8;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000）>=700and（result1-cat4*10000-cat3*1000）<800）thencat2<=7;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000）>=600and（result1-cat4*10000-cat3*1000）<700）thencat2<=6;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000）>=500and（result1-cat4*10000-cat3*1000）<600）thencat2<=5;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000）>=400and（result1-cat4*10000-cat3*1000）<500）thencat2<=4;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000）>=300and（result1-cat4*10000-cat3*1000）<400）thencat2<=3;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000）>=200and（result1-cat4*10000-cat3*1000）<300）thencat2<=2;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000）>=100and（result1-cat4*10000-cat3*1000）<200）thencat2<=1;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000）<100）thencat2<=0;

endif;

if（（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）>=90and（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）<100）thencat1<=9;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）>=80and（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）<90）thencat1<=8;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）>=70and（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）<80）thencat1<=7;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）>=60and（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）<70）thencat1<=6;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）>=50and（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）<60）thencat1<=5;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）>=40and（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）<50）thencat1<=4;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）>=30and（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）<40）thencat1<=3;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）>=20and（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）<30）thencat1<=2;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）>=10and（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）<20）thencat1<=1;

elsif（（result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100）<10）thencat1<=0;

endif;

cat0<=result1-cat4*10000-cat3*1000-cat2*100-cat1*10;

if（result>=0）then

CASEtime1IS

WHENt1=>

cat<="101111";

CASEcat4IS

WHEN0=>digital<="1111110";

WHEN1=>digital<="0110000";

WHEN2=>digital<="1101101";

WHEN3=>digital<="1111001";

WHEN4=>digital<="0110011";

WHEN5=>digital<="1011011";

WHEN6=>digital<="1011111";

WHEN7=>digital<="1110000";

WHEN8=>digital<="1111111";

WHEN9=>digital<="1111011";

ENDCASE;

time1<=t2;

WHENt2=>

cat<="110111";

CASEcat3IS

WHEN0=>digital<="1111110";

WHEN1=>digital<="0110000";

WHEN2=>digital<="1101101";

WHEN3=>digital<="1111001";

WHEN4=>digital<="0110011";

WHEN5=>digital<="1011011";

WHEN6=>digital<="1011111";

WHEN7=>digital<="1110000";

WHEN8=>digital<="1111111";

WHEN9=>digital<="1111011";

endcase;

time1<=t3;

WHENt3=>

cat<="111011";

CASEcat2IS

WHEN0=>digital<="1111110";

WHEN1=>digital<="0110000";

WHEN2=>digital<="1101101";

WHEN3=>digital<="1111001";

WHEN4=>digital<="0110011";

WHEN5=>digital<="1011011";

WHEN6=>digital<="1011111";

WHEN7=>digital<="1110000";

WHEN8=>digital<="1111111";

WHEN9=>digital<="1111011";

ENDCASE;

time1<=t4;

WHENt4=>

cat<="111101";

CASEcat1IS

WHEN0=>digital<="1111110";

WHEN1=>digital<="0110000";

WHEN2=>digital<="1101101";

WHEN3=>digital<="1111001";

WHEN4=>digital<="0110011";

WHEN5=>digital<="1011011";

WHEN6=>digital<="1011111";

WHEN7=>digital<="1110000";

WHEN8=>digital<="1111111";

WHEN9=>digital<="1111011";

ENDCASE;

time1<=t5;

WHENt5=>

cat<="111110";

CASEcat0IS

WHEN0=>digital<="1111110";

WHEN1=>digita