基于FPGA的八位模型机的设计与实现 课程论文+任务书+设计思路+源码及QuartusII仿真

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摘要

为了更好的学习和理解CPU的基本结构和原理，建立整机的概念，设计了这台8位模型机，并能够下载到FPGA实现。8位模型机整体采取简单的组成模式，每一时钟周期完成最基础的命令操作。模型机包括译码器，ALU，存储器等模块。选用2片74181串行进位方式形成运算器，运用硬布线的方式形成控制信号，实现特定的指令功能。时钟・信号由板子提供上的50MHz的脉冲信号，共有6个节拍。

关键词：FPGA， 8位模型机， 时钟， 节拍。

课程设计（论文）任务书

摘要

第1章 绪论

1.1 8位模型机简介

1.2设计主要内容

1.2.1 指令系统的设计与实现

1.2.2 8位模型机的总体结构

1.2.3 程序计数器、节拍

1.2.4 指令寄存器、译码器及控制器

1.2.5 可编程寄存器（8位）

1.2.6 非可编程寄存器（8位）

1.2.7 运算部件

1.2.8 存储器地址寄存器、存储器数据寄存器、ROM、RAM

1.2.9 数码管显示模块

1.2.10 总线和数据通路结构

1.2.11 仿真与实现

第2章 系统设计

2.1系统组成

2.3 指令集

2.4 MDR模块

2.4 CLOCK模块

2.5 移位运算模块

2.6 指令寄存器

2.7 清零信号发生器

2.8 程序计数器

2.9 寄存器模块

2.10 显示模块

2.11 运算模块

2.12 MAR_ROM_RAM模块

2.13 译码器，控制器

第3章 系统仿真

3.1 清零信号发生器仿真

3.2 寄存器模块仿真

3.3 移位运算模块仿真

3.4运算模块仿真

3.5程序计数器仿真

3.6 MAR_ROM_RAM仿真

3.7 MDR仿真

3.8 节拍发生器仿真

3.9 指令寄存器仿真

3.10 显示模块仿真

3.11 控制器仿真

3.12系统仿真

第4章 系统实现

4.1 系统下载验证

第5章 结论

参考文献

附录A RTL图

A1. CRE_RET的RTL图

A2. REGS的RTL图

A3. ExtU的RTL图

A4. ALU的RTL图

A5. PC的RTL图

A6. MAR_ROM_RAM的RTL图

A7.MDR的RTL图

A8.CLOCK的RTL图

A9.DECODING的RTL图

A10.IR的RTL图

A11.SHOW的RTL图

A12.CONTROL的RTL图

A13.PRODUCT的RTL图

附录B VHDL程序清单

附录C 实物测试照片