2018北京市集成电路设计大赛数字组题目一：简易电子计算器电路设计.docx

2018北京市集成电路设计大赛数字组题目一：简易电子计算器电路设计全文共7页，当前为第1页。2018北京市集成电路设计大赛数字组题目一：简易电子计算器电路设计全文共7页，当前为第1页。试题一 简易电子计算器电路设计 2018北京市集成电路设计大赛数字组题目一：简易电子计算器电路设计全文共7页，当前为第1页。 2018北京市集成电路设计大赛数字组题目一：简易电子计算器电路设计全文共7页，当前为第1页。 设计一个简易的电子计算器电路，包括数据输入处理电路，算数运算电路（包含加法、减法、乘法、除法和开方算数运算），运算结果处理电路。所有运算电路的设计均不可使用IP核及查找表方式进行设计。题目包含基本要求和发挥部分。题目不涉及实体硬件电路，所有功能的设计及仿真均在EDA开发环境中实现，竞赛根据总体设计框图及说明、各个模块电路设计说明、时序说明、仿真结果、资源报告、设计总结和程序源代码评定成绩。 任务 设计一个简易的电子计算器电路，可实现整数（0～99999999）的加、减、乘、除和开方的算数运算，运算的结果可以保存在运算结果处理电路中，后续的显示电路可以访问电路中的数据并负责显示运算结果。显示电路不在题目的设计范围内，但运算结果处理电路要保留数据接口，用来验证运算结果。 电子计算器电路的系统框图如图1所示，包括独立按键电路、数据输入处理电路、算数运算电路和运算结果处理电路。 图1 简易电子计算器电路的系统框图 独立按键电路由17个独立按键组成，每一个按键的电路如图2所示，按键定义如表1所示。 图2 按键电路图 2018北京市集成电路设计大赛数字组题目一：简易电子计算器电路设计全文共7页，当前为第2页。2018北京市集成电路设计大赛数字组题目一：简易电子计算器电路设计全文共7页，当前为第2页。表1 独立按键定义 2018北京市集成电路设计大赛数字组题目一：简易电子计算器电路设计全文共7页，当前为第2页。 2018北京市集成电路设计大赛数字组题目一：简易电子计算器电路设计全文共7页，当前为第2页。 按键标识 按键功能 引脚标号 按键标识 按键功能 引脚标号 9 数字9 KEY_0 AC 输入清零 KEY_10 8 数字8 KEY_1 开方运算 KEY_11 7 数字7 KEY_2 ÷ 除法运算 KEY_12 6 数字6 KEY_3 × 乘法运算 KEY_13 5 数字5 KEY_4 - 减法运算 KEY_14 4 数字4 KEY_5 + 加法运算 KEY_15 3 数字3 KEY_6 = 等于 KEY_16 2 数字2 KEY_7 1 数字1 KEY_8 0 数字0 KEY_9 要求 基本要求 设计数据输入处理电路（U1）： 数据输入处理电路（之后用U1表示）顶层实体如图3所示，其中CLK为时钟输入、KEY_[16..0]为17个独立按键输入信号（低电平有效）、BUSY_P为运算结果处理电路（之后用U3表示）反馈信号（高电平有效）、BUSY_A为算数运算电路（之后用U2表示）反馈信号（高电平有效）、DATA1[26..0]为第一个运算数输出、DATA2[26..0]为第二个运算数输出、ARITH[2..0]为运算控制、EN为数据使能信号（高电平有效） 图3 数据输入处理电路顶层实体 电子计算器通过17个独立按键将运算信息发送给U1。U1将独立按键输入（KEY_[16..0]）的信息转换为二进制运算数据（DATA1[26..0]与 DATA2[26..0]）和算数命令字ARITH[2..0]，并通过数据使能EN传递给U2进行运算处理；参考时序如图4所示，其中按键低电平有效时间t1不小于200ms，按键与按键时间间隔t2不小于500ms，算数命令字"010"代表乘法运算（设计者需自行定义命令字） 2018北京市集成电路设计大赛数字组题目一：简易电子计算器电路设计全文共7页，当前为第3页。2018北京市集成电路设计大赛数字组题目一：简易电子计算器电路设计全文共7页，当前为第3页。 2018北京市集成电路设计大赛数字组题目一：简易电子计算器电路设计全文共7页，当前为第3页。 2018北京市集成电路设计大赛数字组题目一：简易电子计算器电路设计全文共7页，当前为第3页。 图4 参考时序图 U1可接受的输入格式有2种，第一种为加减乘除运算输入格式，第二种为开方运算输入格式。第一种输入格式为：不超过8位的十进制数据+运算符号（加、减、乘、除运算中的一种）+不超过8位的十进制数据+等于按键，如："10901331+166="，"3-360="，"13355÷631="均为有效输入，图4的输入的内容即为"3×5="；第二种输入格式为：不超过8位的十进制数据+开方运算符号，如："11223344 "，"9 "均为有效输入；开方运算时U1将运算数值赋给DATA