ALU_OPC_ADD ALU_OPC_SUB ALU_OPC_MUL ALU_OPC_DIV ALU_OPC_DA 0001 0010 0011 0100 0101 表 4 运算代码所对应的操作
加法 减法 乘法 除法 BCD码调整 表4表示的是各个预算代码的对应的操作。本次设计我主要解决算术运算，不尝试逻辑运算。
假设scr_1=10(00001010B)，scr_2=5(00000101B)，由仿真图形可以看出，当op code=0001时，即做加法运算，得des 1=15(00001111B)：当op code=0010时，即做减法运算，得des_1=5(00000101B)；当op-code=0011时，即做乘法运算，得des_l=50(00110010B)；当op_code=0100时，即做除法运算，得des_l=2(00000010B)。
图 6 加法及减法的仿真波形
图 7乘法及除法的仿真波形
图8减法及除法运算的仿真波形
五、存储器模块设计
本设计共为8051单片机设计了3种存储器，片内ROM、RAM和片外XRM。本设计中的片内ROM用来存储已经编写好的程序控制代码，只能读出数据不能写入数据。
①片内ROM
片内ROM的信号一片内ROM的信号如图9所示。其中：RST：复位标志，低有效，输入信号；CLK：时钟信号，输入信号；ADDRo～ADDRII：地址总线，11位，输入信号；RD：读控制位，高有效，输入信号；Do-D7：数据总线，8位，输入／输出信号。
RSTCLKADDR0ADDR11RD～片内ROM图 9 片内ROM的信号图
D0～D7
片内ROM主要VHDL语言描述： begin
if(rst=?1)then data<=CD_8；
elsif(clk’event and clk=‘1’、then if(rd=?1)then
data<=PROGRAM(conv_integer(addr))； else
data<2CD一8； end if；
end if；
当RST=1时，数据线成高阻态；当RST=0时，如果RD信号为1，则将ROM中对应与地址线输入信号的内存单元中的数据送入数据线。否则数据线呈高阻态。片内ROM仿真波形如图10所示。
图10片内ROM中的数据读取关系仿真波形
②片内RAM
本设计中的片内RAM的存储空间只有128字节，地址从00H～7FH。同时，设计
了21个特殊功能寄存器，并且定义好了它们的空间地址，详见表3．3。这里需要说明的是，MCS一51系列单片机原有的片内RAM的存储空间是256字节，地址从00H～FFH，这里为了简化设计，只设计了其一半的空间，但原有的特殊功能寄存器在本设计中完全保留。就是说，当地址线的最高位为0时，对片内RAM的对应地址进行读/写操作：当地址线的最高位为l时，如果该地址是某个特殊功能寄存器的地址，则进行其相应的操作，否则按地址线最高位为0时的操作。片内RAM的信号如图11所示，仿真图如图12所示。
SRTCLKADDR0～ADDR11RDWRFULLD0～D7P0.0～P0.7片内RAM图 11 片内RAM的信号图
P1.0～P1.7P2.0～P2.7P3.0～P3.7
其中：
RST：复位标志，低有效，输入信号： CLK：时钟信号，输入信号；
ADDR0～ADDR7：地址总线，8位，输入信号； RD：读控制位，高有效，输入信号： WR：写控制位，高有效，输入信号；
FULL：地址使能信号，判断地址线是否可以使用，低有效，输入信号； Do-D7：数据总线，8位，输入腧出信号；
P0．O～PO．7：并行接口，8位，输入/输出信号： P1．O～P1．7：并行接口，8位，输入/输出信号； P2．O～P2．7：并行接口，8位，输入/输出信号： P3．O～P3．7：并行接口，8位，输入/输出信号。
图12片内RAM中临时数据的传递的仿真波形
③片外XRM
本设计中的片外XRM的存储空间为2K字节，地址从000H～7FFH。它可以对其中的地址单元进行读/写操作，完成对数据的存/取功能。片外XRM的信号如图13所示,仿真图如图14
其中：
RST：复位标志，低有效，输入信号 CLK：时钟信号，输入信号；
ADDR0～ADDR1 5：地址总线，16位输入信号； RD：读控制位，高有效，输入信号： WR：写控制位，高有效，输入信号； D0-D7：数据总线，8位，输入/输出信号。
RSTCLKADDR0ADDRtsRDWR图13片外RAM的信号图
～片外RAXD0～D7
片外XRM的主要VHDL语言描述： architecthur BHV of i8051_xrm is type XRM_TYPE is array(0 to storage_size-1)of unsigned(7 down to 0); signal xrm:XRM_TYPE; begin
process(rst,clk) begin
if(rst=’1’)then
for i in 0 to storage_size-1 loop xrm(i)<=CD_8; end loop;
out data<=CD_8;
else if(clk event and clk=’1’)then
if(rd=’1’and conv_integer(addr) else if(wr=’1’andconv_integer(addr) Mm(conv．integer(addr)<=in data； end if; end if; end process; end BHV; 其中，storage_size=2048，即XRM的存储空间为2KB。 图14片外XRM的仿真波形