设计一个能进行加减乘除的简易计算器。 2、题目要求 （1）完成 0~9999 之内的数的加减乘除计算，9999 的二进制表示为 1001100001111,在 这一部分中，可以将每一个数均表示成 16 位二进制数统一进行运算，各个计算数之间的 计算可以直接使用 VHDL 语言中的运算符来实现。 （2）在显示时，必须将个位、十位、百位，千位分开显示，设计时使用比较的方法来 实现计算器的功能要求。 （3）按键必须包括 0-9 数字按键、加减乘除四键、等号键以及清零键，其余功能可自 行添加。

以下是一个基本的 VHDL 计算器设计，它可以执行加、减、乘和除运算。该计算器可以输入 0~9999 范围内的数值，将其转换为 16 位二进制数进行计算，并将结果分开显示个位、十位、百位和千位。

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.numeric_std.all;

entity calculator is
  port (
    clk       : in  std_logic;      -- 时钟信号
    reset     : in  std_logic;      -- 复位信号
    num_in    : in  integer range 0 to 9999;  -- 输入数值
    add       : in  std_logic;      -- 加法操作
    sub       : in  std_logic;      -- 减法操作
    mul       : in  std_logic;      -- 乘法操作
    div       : in  std_logic;      -- 除法操作
    equals    : in  std_logic;      -- 等于操作
    clear     : in  std_logic;      -- 清零操作
    ones_out  : out integer range 0 to 9;     -- 个位输出
    tens_out  : out integer range 0 to 9;     -- 十位输出
    hundreds_out : out integer range 0 to 9;  -- 百位输出
    thousands_out : out integer range 0 to 9; -- 千位输出
    result_out  : out integer range 0 to 9999 -- 结果输出
  );
end entity calculator;

architecture behavioral of calculator is
  signal num1, num2, result : unsigned(15 downto 0); -- 16 位无符号数
  signal add_flag, sub_flag, mul_flag, div_flag : std_logic; -- 操作标志
begin

  -- 将输入的数值转换为 16 位无符号数
  num1 <= std_logic_vector(to_unsigned(num_in, 16));

  -- 处理加减乘除操作
  add_flag <= '1' when add = '1' else '0';
  sub_flag <= '1' when sub = '1' else '0';
  mul_flag <= '1' when mul = '1' else '0';
  div_flag <= '1' when div = '1' else '0';

  process (clk, reset)
  begin
    if reset = '1' then
      result <= (others => '0');
    elsif rising_edge(clk) then
      -- 处理清零操作
      if clear = '1' then
        result <= (others => '0');
      -- 处理加法操作
      elsif add_flag = '1' then
        num2 <= num1;
        result <= num1 + num2;
      -- 处理减法操作
      elsif sub_flag = '1' then
        num2 <= num1;
        result <= num1 - num2;
      -- 处理乘法操作
      elsif mul_flag = '1' then
        num2 <= num1;
        result <= num1 * num2;
      -- 处理除法操作
      elsif div_flag = '1' then
        num2 <= num1;
        result <= num1 / num2;
      end if;
    end if;
  end process;

  -- 将结果分开显示
  ones_out <= to_integer(result(3 downto 0));
  tens_out <= to_integer(result(7 downto 4));
  hundreds_out <= to_integer(result(11 downto 8));
  thousands_out <= to_integer(result(15 downto 12));
  result_out <= to_integer(result);

end behavioral;

在这个代码中，输入包括一个 0~9999 范围内的数值 num_in，以及加、减、乘、除、等于和清零操作。输出包括个位、十位、百位、千位和结果输出。使用信号 add_flag、sub_flag、mul_flag 和 div_flag 标识执行的操作。使用 process 块和 if 语句处理不同的操作。将输入的数值 num_in 转换为 16 位无符号数 num1，并将 num1 和 num2 用于计算。最后，将结果分开显示个位、十位、百位和千位。