FPGA：除法器设计.doc

设计一个除法器，能在Basys2开发板上实际运行。 被除数为16位，除数为8位，被除数和除数都用按键输入，结果用数码管显示，设置一个使能开关，开关朝上拨时才进行运算。由于数码管和按键等资源数量较少，因此可以考虑采取下面的方案实现。 使用2个开关决定状态，例如SW1和SW0，SW1-SW0为00时用于输入被除数，通过4个按键输入4位16进制数，输入的数通过数码管显示；01时用于输入除数，通过2个按键输入2位16进制数，输入的数通过数码管显示；10时显示商；11时显示余数。 【正文】 本设计任务是构建一个基于FPGA的除法器，该除法器能够在Basys2开发板上运行，实现16位被除数除以8位除数的运算。设计要求用户通过按键输入被除数和除数，运算结果则通过数码管显示。在设计过程中，考虑到Basys2开发板上的资源限制，如按键和数码管的数量有限，采用了巧妙的状态切换机制来优化资源使用。 具体实现策略是利用两个开关SW1和SW0来控制系统的不同状态。当SW1-SW0的组合为00时，系统进入被除数输入模式，用户可以通过4个按键输入4位16进制数，这个数值会在数码管上实时显示。在01状态下，用户可以输入2位16进制的除数，同样由数码管显示。当状态为10时，系统会显示运算结果的商，而在11状态下，数码管则会显示运算的余数。 在模块设计阶段，需要构建以下关键模块： 1. 键盘扫描模块：用于读取按键输入，根据SW1和SW0的状态决定是否接收数据。 2. 数码管驱动模块：根据接收到的数据驱动数码管显示输入值或运算结果。 3. 除法运算模块：核心部分，实现16位被除数除以8位除数的逻辑运算，包括除法和求余数的操作。 4. 状态机模块：根据SW1和SW0的状态变化控制整个系统的流程。 5. 使能开关控制模块：检测开关状态，只有在开关朝上拨时才执行除法运算。 设计程序与分析阶段，首先需要编写Verilog或VHDL代码来描述上述各个模块的功能，并通过仿真工具（如ModelSim）进行功能验证。在此过程中，需确保每个模块都能独立正确工作，并且在整体上协同完成除法运算。 仿真运行阶段，对设计进行时序分析，检查运算速度和正确性，确保在实际硬件上能够及时响应按键输入并实时更新显示。同时，需要确保在各种可能的输入组合下，除法器都能给出正确的商和余数。 硬件元件清单应包括Basys2开发板、按键、数码管及其接口电路，以及连接它们的电缆等。 系统框图和主要模块的设计应清晰地描绘出数据流和控制流，展示各模块间的交互关系。框图应包含输入输出接口、运算核心以及状态控制等部分。 测试结果与分析环节，需要通过硬件测试来验证设计的可靠性。这包括程序设计过程中的单元测试和集成测试，以及实际硬件环境下的功能测试。分析测试结果，确保除法器在所有预期情况下都能正确工作，并记录遇到的问题及解决方案。 课程设计心得体会部分，学生应总结在设计过程中学习到的知识点，遇到的挑战，以及解决问题的经验，同时反思设计的优缺点，提出可能的改进方向。 参考文献应列出在设计过程中参考的相关书籍、论文和技术文档，以体现设计的理论依据和研究基础。 FPGA除法器设计是一个综合性的实践项目，涉及到数字逻辑设计、硬件描述语言编程、系统集成以及硬件测试等多个方面，旨在提升学生的动手能力和系统思维能力。通过这个项目，学生不仅能够掌握FPGA的基本操作，还能深入理解数字电路设计和硬件实现的原理。