实验三基于VHDL 4位加法器的设计
一、实验目的
1、进一步熟悉QUARTUS II软件的使用方法和VHDL输入的全过程。
2、进一步掌握实验系统的使用。
二、实验原理
图 2-1 半加器原理图
图 2-2 1位全加器原理图
图 2-3 4 位加法器原理图
4 位加法器(如图 2-3)是以 1 位全加器作为基本硬件，由 4 个 1 位全加器串行构成，1位全加器又可以由两个1位的半加器和一个或门连接而成(如图 2-2)，而1位半加器可以由若干门电路组成（如图 2-1）。
三、实验内容
本次实验使用 Altera FPGA 的开发工具 Quartus Ⅱ，利用原理图输入设计方法设计一个 4位加法器，取实验板上的 8 位按键的高 4 位与低 4 位分别作为 4 位加数与被加数，其中 8 个 LED 取 5 位作为结果输出，LED2~LED5 作为 4 位相加之和的输出结果，LED1作为两数高 4 位相加的进位 (LED 亮，表示低电平“0”， LED 灭，表示高电平“1”)
四、实验步骤
1、打开QUARTUS II软件，新建一个工程。
2、建完工程之后，再新建一个VHDL File。新建一个VHDL文件的过程如下：
1）选择QUARTUS II软件中的File->New命令，出现New对话框。如图2-1所示。
图2-1 新建设计文件选择窗口
2）在New对话框（图2-1）中选择Design Files页下的VHDL File，点击OK按钮，打开VHDL编辑器对话框，如图2-2所示。
图2-2 VHDL编辑窗口
3、按照实验原理和自己的想法，在VHDL编辑窗口编写1位半加器的VHDL程序。如图
2-3所示。
图2-3 1位半加器VHDL程序
4、编写完半加器VHDL程序后，保存，文件名为h_adder.vhd（注意文件名要与实体名
保持一致），再将半加器文件设置为顶层文件，然后进行编译并仿真，对程序
的错误进行修改。
5、再用同样的方法进行或门的VHDL程序（or2a.vhd）输入、编译和仿真。
图2-4 或门VHDL程序
6、利用半加器与或门进行1位全加器的VHDL程序（f_adder.vhd）设计、编译与仿真。
图2-3 1位全加器VHDL程序
7、利用1位全加器进行4位加法器的VHDL程序（adder4bits.vhd）设计、编译与仿真。
图2-3 4位加法器VHDL程序
1、引脚锁定。编译仿真无误后，依照按键、LED与FPGA的管脚连接表进行管脚分配，
表2-1是管脚分配表。分配完成后，再进行全编译一次，以使管脚分配生效。
表2-1 端口管脚分配表
2、编程下载。用下载电缆通过JTAG口将对应的sof文件加载到FPGA中。
观察实验结果是否与自己的设计思想一致。
五、实验现象与结果
当设计文件加载到目标器件后，我们可以通过对 8 位按键的高 4 位和低 4 位作为加数与被加数进行输入，可以看到 LED2~LED5 作为 D3~D0 位输出结果的正确无误，LED1 作为加数与被加数的 D3 位相加向 D4 位的进位。其中 LED 灯亮表示低电平“0”，灯灭表示高电平“1”。
六、扩展实验
1、利用VHDL程序设计8位全加器。
2、利用VHDL程序设计4位全减器。
七、实验报告
1、将实验原理、实验内容、设计过程和硬件测试结果记录下来。
2、绘出仿真波形，并作简要分析。
龙岩学院实验报告 班级学号姓名同组人 实验日期室温大气压成绩 实验题目：基于原理图输入法的1位二进制全加器的设计 一、实验目的 1、学习、掌握QuartusⅡ开发平台的基本使用。 2、学习基于原理图输入设计法设计数字电路的方法，能用原理图输入设计法 设计1位二进制半加器、1位二进制全加器。 3、学习EDA-V型实验系统的基本使用方法。 二、实验仪器 装有QuartusⅡ软件的计算机一台、EDA系统实验箱、导线若干 三、实验原理 半加器只考虑两个1位二进制数相加，而不考虑低位进位数相加。半加器的逻辑函数 为 式中A和B是两个相加的二进制数，S是半加和，C是向高位的进位数。表1为半加器真值表。 表1 A B C S 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 显然，异或门具有半加器求和的功能，与门具有进位功能。 其逻辑图跟逻辑符号如下图：
全加器除了两个1位二进制数相加以外，还与低位向本位的进位数相加。表2为全加器的真值表。 表2 A i B i C I-1 C i S 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 由真值表可得出逻辑函数式 式中，A i 和B i 是两个相加的1为二进制数，C i-1 是由相邻低位送来的进位数， S I 是本位的全加和，C I 是向相邻高位送出的进位数。其逻辑图跟逻辑符号如下图所示： 四、实验内容 1、根据1位二进制半加器、1位二进制全加器的真值表，设计并画出1位二进制半加器的原理框图，由半加器及门电路设计并画出1位二进制全加器的原理框图（最终设计的是1位二进制全加器）。
电子科技大学电子工程学院标准实验报告（实验）课程名称EDA技术与应用 姓名:孙远 学号:2010021030002 指导教师:窦衡 电子科技大学教务处制表
实验一八位全加器的设计 一、预习内容 1.结合教材中的介绍熟悉QuartusⅡ软件的使用及设计流程； 2.八位全加器设计原理。 二、实验目的 1.掌握图形设计方法； 2.熟悉QuartusⅡ软件的使用及设计流程； 3.掌握全加器原理，能进行多位加法器的设计。 三、实验器材 PC机一台、EDA教学实验系统一台、下载电缆一根（已接好）、导线若干 四、实验要求 1、用VHDL设计一个四位并行全加器； 2、用图形方式构成一个八位全加器的顶层文件； 3、完成八位全加器的时序仿真。 五、实验原理与内容 1、原理： 加法器是数字系统中的基本逻辑器件。例如：为了节省资源，减法器和硬件乘法器都可由加法器来构成。但宽位加法器的设计是很耗费资源的，因此在实际的设计和相关系统的开发中需要注意资源的利用率和进位速度等两方面的问题。多位加法器的构成有两种方式：并行进位和串行进位方式。并行进位加法器设有并行进位产生逻辑，运算速度快；串行进位方式是将全加器级联构成多位加法器。通常，并行加法器比串行级联加法器占用更多的资源，并且随着位数的增加，相同位数的并行加法器比串行加法器的资源占用差距也会越来越大。 实验表明，4 位二进制并行加法器和串行级联加法器占用几乎相同的资源。这样，多位数加法器由4 位二进制并行加法器级联构成是较好的折中选择。因此本实验中的8 位加法器采用两个4位二进制并行加法器级联而成。
2、实现框图： 1）四位加法器 四位加法器可以采用四个一位全加器级连成串行进位加法器，实现框图如下图所示，其中CSA为一位全加器。显然，对于这种方式，因高位运算必须要等低位进位来到后才能进行，因此它的延迟非常可观，高速运算肯定无法胜任。 通过对串行进位加法器研究可得：运算的延迟是由于进位的延迟。因此，减小进位的延迟对提高运算速度非常有效。下图是减少了进位延迟的一种实现方法。可见，将迭代关系去掉，则各位彼此独立，进位传播不复存在。因此，总的延迟是两级门的延迟，其高速也就自不待言。 2）八位加法器 用两个并行四位加法器实现一个八位加法器的框图如下：
实验一四位串行进位加法器的设计 一、实验目的 1.理解一位全加器的工作原理 2.掌握串行进位加法器的逻辑原理 3.进一步熟悉Quartus软件的使用，了解设计的全过程， 二、实验内容 1.采用VHDL语言设计四位串行进位的加法器 2.采用画原理图的方法设计四位串行进位加法器 三、实验步骤 1、使用VHDL语言设计 1.打开File—>New Project Wizard输入文件名adder4保存在D盘内，打开File—>New—>VHDL File,从模版中选择库的说明，use语句的说明，实体的说明，结构体的说明，编写VHDL代码，然后保存、编译。打开File—>New—>Other File—>Vector Waveform File,查找引脚，从Edit中选择End Time 输入40、ns 保存。从Assignments—>Settings—>Simulator Settings —>Functional 然后Processing—>Generate Functional Simnlation Netlist —>确定。选择Start Simulation保存最后的波形图，打开File —>close关闭工程。 底层文件： LIBRARY ieee;
USE fadder IS PORT ( a, b,cin : IN STD_LOGIC; s, co : OUT STD_LOGIC ); END fadder; ARCHITECTURE arc1 OF fadder IS BEGIN s<=a xor b xor cin; co<=((a xor b)and cin)or(a and b); END arc1; 顶层文件： LIBRARY ieee; USE adder4 IS PORT ( c0: IN STD_LOGIC; a,b : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); s : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); c4 : OUT STD_LOGIC );
实验一4位全加器的设计 一、实验目的： 1 熟悉QuartusⅡ与ModelSim的使用； 2 学会使用文本输入方式和原理图输入方式进行工程设计； 3 分别使用数据流、行为和结构化描述方法进行四位全加器的设计； 4 理解RTL视图和Technology Map视图的区别； 5 掌握简单的testbench文件的编写。 二、实验原理： 一个4位全加器可以由4个一位全加器构成，加法器间的进位可以串行方式实现，即将低位加法器的进位输出cout与相邻的高位加法器的进位输入信号cin相接。 三、实验内容： 1.QuartusII软件的熟悉 熟悉QuartusⅡ环境下原理图的设计方法和流程，可参考课本第4章的内容，重点掌握层次化的设计方法。 2.设计1位全加器原理图 设计的原理图如下所示：
VHDL源程序如下（行为描述）：-- Quartus II VHDL Template -- Unsigned Adder library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity f_add is port ( a : in std_logic; b : in std_logic; ci : in std_logic; y : out std_logic; co : out std_logic ); end entity; architecture rtl of f_add is begin (co,y)<=('0',a)+('0',b)+('0',ci); end rtl;
南昌大学实验报告 学生姓名： 学 号： 专业班级： 中兴101 实验类型：■ 验证 □ 综合 □设计 □ 创新 实验日期： 2012 9 28 实验成绩： 实验一 一位二进制全加器设计实验 一．实验目的 （1）掌握Quartus II 的VHDL 文本设计和原理图输入方法设计全过程； （2）熟悉简单组合电路的设计，掌握系统仿真，学会分析硬件测试结果； （3） 熟悉设备和软件，掌握实验操作。 二．实验内容与要求 （1）在利用VHDL 编辑程序实现半加器和或门，再利用原理图连接半加器和或门完成全加器的设计，熟悉层次设计概念； （2）给出此项设计的仿真波形； （3）参照实验板1K100的引脚号，选定和锁定引脚，编程下载，进行硬件测试。 三．设计思路 一个1位全加器可以用两个1位半加器及一个或门连接而成。而一个1位半加器可由基本门电路组成。 (1) 半加器设计原理 能对两个1位二进制数进行相加而求得和及进位的逻辑电路称为半加器。或：只考虑两个一位二进制数的相加，而不考虑来自低位进位数的运算电路，称为半加器。图1为半加器原理图。其中：a 、b 分别为被加数与加数，作为电路的输入端；so 为两数相加产生的本位和，它和两数相加产生的向高位的进位co 一起作为电路的输出。 半加器的真值表为 表1 半加器真值表 由真值表可分别写出和数so ，进位数co 的逻辑函数表达式为： b a b a b a so ⊕=+=- - （1） ab co = （2） 图1半加器原理图 (2) 全加器设计原理 除本位两个数相加外，还要加上从低位来的进位数，称为全加器。图2全加器原理图。全加器的真值表如下：
课程设计报告 课程名称数字逻辑课程设计 课题8位全加器的设计 专业计算机科学与技术 班级12０2 学号３4 姓名贺义君 指导教师刘洞波陈淑红陈多 2013年１2月13日
课程设计任务书 课程名称数字逻辑课程设计 课题8位全加器的设计 专业班级计算机科学与技术1202 学生姓名贺义君 学号3４ 指导老师刘洞波陈淑红陈多审批刘洞波 任务书下达日期：2013年12月1３日 任务完成日期：２０14年01月２1日
一、设计内容与设计要求 1.设计内容： 本课程是一门专业实践课程，学生必修的课程。其目的和作用是使学生能将已学过的数字电子系统设计、VＨDL程序设计等知识综合运用于电子系统的设计中,掌握运用VHDＬ或者Veｒiｌｏg HＤL设计电子系统的流程和方法,采用Quａrtｕs II等工具独立应该完成1个设计题目的设计、仿真与测试。加强和培养学生对电子系统的设计能力,培养学生理论联系实际的设计思想，训练学生综合运用数字逻辑课程的理论知识的能力，训练学生应用Ｑｕａrtus II进行实际数字系统设计与验证工作的能力,同时训练学生进行芯片编程和硬件试验的能力。 题目一４线-16线译码器电路设计； 题目二16选1选择器电路设计; 题目三4位输入数据的一般数值比较器电路设计 题目四10线-４线优先编码器的设计 题目五8位全加器的设计 题目六RS触发器的设计; 题目七JK触发器的设计; 题目八Ｄ触发器的设计; 题目九十进制同步计数器的设计； 题目十T触发器的设计; 每位同学根据自己学号除以1０所得的余数加一，选择相应题号的课题。 参考书目 1 EＤA技术与VHDL程 序开发基础教程 雷伏容，李俊,尹 霞 清华大学出版 社 ９７８－7-30２－２２ 41６－7 20１ TＰ３1２VＨ／ 36 2 VHDL电路设计雷伏容清华大学出版 社 7-302－１42２６-2 2006 TＮ702/１85 3 ＶHDL电路设计技术王道宪贺名臣? 刘伟 国防工业出版 社 ７-118-03３52-9 2004 TN7０２/6２ 4 ＶHＤL 实用技术潘松，王国栋７-8１06 5 7－８106５－2９０－7 2000 TＰ３１２VＨ/1 5 ＶＨＤL语言１０0 例详解 北京理工大学Ａ SIＣ研究所 7-9０0６25 7－90０6２5-0２-X 1９ 99 TP３12VＨ/3 6 ＶHDL编程与仿真王毅平等人民邮电出版 社 ７-１15-0864１-９ 2０ 00 ７ 3.9621/W38V 7 ＶＨDL程序设计教程邢建平?曾繁泰清华大学出版 社 7-302-116５２-０ 200 ５ ＴP312VＨ/27 ／3
EDA FPGA 四位加法器设计说明：程序使用原件例化语句编写。 半加器程序： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY bjq IS PORT(A,B:IN STD_LOGIC; Y,Co:OUT STD_LOGIC); END bjq; ARCHITECTURE bjqbehv OF bjq IS SIGNAL c,d:STD_LOGIC; BEGIN c<=A OR B; d<=A NAND B; Co<=NOT d; Y<=c AND d; END bjqbehv; 全加器程序： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY qjq IS
PORT(Ci,A,B:IN STD_LOGIC; S,Co:OUT STD_LOGIC); END qjq; ARCHITECTURE qjqbehv OF qjq IS BEGIN S<=A XOR B XOR Ci; Co<=(A AND B) OR (A AND Ci) OR (B AND Ci); END qjqbehv; 加法器例化程序： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY jfq4 IS PORT(A,B:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); y:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); Co:OUT STD_LOGIC); END jfq4; ARCHITECTURE jfq4behv OF jfq4 IS COMPONENT qjq PORT(Ci,A,B:IN STD_LOGIC; S,Co:OUT STD_LOGIC); END COMPONENT; COMPONENT bjq PORT(A,B:IN STD_LOGIC; Y,Co:OUT STD_LOGIC); END COMPONENT; SIGNAL C0,C1,C2:STD_LOGIC; BEGIN u1:bjq PORT MAP(A(0),B(0),Y(0),C0); u2:qjq PORT MAP(C0,A(1),B(1),Y(1),C1); u3:qjq PORT MAP(C1,A(2),B(2),Y(2),C2); u4:qjq PORT MAP(C2,A(3),B(3),Y(3),Co); END ARCHITECTURE jfq4behv; 兄弟加qq 352995783，技术交流。 暮落 2011年12月2日
《电工与电子技术基础》课程设计报告 题目 4位二进制加法器 学院（部） 专业 班级 学生姓名 学号 5月日至 6月日共周
目录 技术要求·2 摘要·2 第一章系统概述 1、总体设计思想·2 2、系统框图·3 3、工作原理·3 第二章单元电路设计及分析 1、加法器的选择·4 2、译码器Ⅰ的选择·8 3、译码器Ⅱ的选择·11 4、数码管的选择·13 第三章系统综述及总体电路图 1、系统综述·14 2、总体电路图·15 3、仿真结果·15 第四章结束语 收获与体会·16 鸣谢·17 附录 1、元件材料清单·17 2、部分元器件引脚图·17 参考文献··17
4位二进制加法器 课题名称与技术要求 课题名称： 四位二进制加法器设计 技术要求： 1)四位二进制加数与被加数输入 2)二位数码管显示 摘要 本设计通过八个数据开关将A4,A3,A2,A1和B4,B3,B2,B1信号作为加数和被加数输入四位二进制并行进位加法器相加，将输出信号S4,S3,S2,S1和向高位的进位C4通过译码器Ⅰ译码，再将输出的X4,X3,X2,X1和Y4,Y3,Y2,Y1各自分别通过一个 74248J译码器，最后分别通过数码管HVH实现二位显示。 本设计中译码器Ⅰ由三部分组成，包括一个2输入四与非门(74LS08D)、一个4位二进制全加器(74LS283N)和一个3输入或门(4075BD_5V)。信号S4,S3,S2,S1和向高位的进位C4输入译码器Ⅰ，将得到的两组4位BCD码输出，将这两组4位BCD码分别输入BCD－7段译码／升压输出驱动器(74248J),使电路的后续部分得以执行。 第一章系统概述 1、总体设计思想 设计思路：两个4位二进制数的输入可用八个数据开关实现，这两个二进制数经全加器求和后最多可以是5位二进制数。而本题要求用两位数码管分别显示求和结果的十进制十位和各位，因此需要两个译码器Ⅱ分别译码十位和个位。综上所述，需要设计一个译码器Ⅰ，能将求和得到的五位二进制数译成8位BCD码，其中4位表示这个5位二进制数对应十进制数的十位，另4位表示个位。而译码器Ⅱ有现成的芯片可选用，此处可选74LS248，故本课题设计重点就在译码器Ⅰ。
实验二组合逻辑设计 一、实验目的 1、掌握组合电路设计的具体步骤和方法； 2、巩固门电路的运用和电路搭建能力； 3、掌握功能表的建立与运用； 4、为体验MSI（中规模集成电路）打基础。 二、实验使用的器件和设备 四2输入异或门74LS86 1片 四2输入正与非门74LS00 1片 TDS-4数字系统综合实验平台1台 三、实验内容 1．测试四2输入异或门74LS86 一个异或门的输入和输出之间的逻辑关系。 2．测试四2输人与非门74LS00一个与非门的输入和输出之间的逻辑关系。 3．等价变换Si=Ai○十Bi○十Ci-1 Ci=AiBi +（Ai○十Bi）Ci-1 4．画出变换后的原理图和接线图。 四、实验过程 1、选择实验题目，分析逻辑功能 用门电路设计一位的全加器 一位全加器：在进行两个数的加法运算时不仅要考虑被加数和加数而且要考虑前一位(低位)向本位的进位的一种逻辑器件。 2、根据逻辑功能写出真值表； 3、根据真值表写出逻辑函数表达式； Si=Ai○十Bi○十Ci-1 Ci=AiBi +（Ai○十Bi）Ci-1 4、利用卡诺图法或布尔代数法对逻辑函数表达式进 行化简； 不需化简 Si=Ai○十Bi○十Ci-1 Ci=AiBi +（Ai○十Bi）Ci-1 5、将化简的逻辑表达式等价变换，统计出实验所需芯片；
Si=Ai○十Bi○十Ci-1 所需芯片： 四2输入异或门74LS86 1片 四2输入正与非门74LS00 1片 6、根据各芯片的引脚图，测试所有需用芯片的功能，画出各芯片的功能表； VCC VCC 74LS86接线图 74LS00接线图 74LS 86芯片测试结果74LS00 芯片测试结果
长安大学 电子技术课程设计 4位二进制加法器 专业车辆工程 班级22010901 姓名韩塽 指导教师顾樱华 日期2011、6、26
目录 一、技术要求 (2) 二、摘要 (2) 三、总体设计方案的论证及选择 (2) 1、加法器的选取 (2) 2、译码器的选取 (2) 3、数码管的选取 (3) 四.设计方案的原理框图，总体电路图，接线图及说明 (3) 1、总体原理图 (3) 2、总体接线图 (4) 五.单元电路设计，主要元器件选择与电路参数计算 (4) 1、逻辑开关 (4) 2、加法器设计 (5) 3、译码器设计 (7) 4、数码管设计 (9) 六、收获与体会 (10) 七、参考文献 (11) 八、附件（元器件清单） (12) 评语 (13)
一.技术要求 1.四位二进制加数与被加数输入 2.二位数码管显示 二.摘要 该设计主要包括两个部分：一是用加法器实现四位二进制加数与被加数的输入，二是将相加产生的二进制和数用二位数码管显示，在此设计中加法器是重点，数码显示是难点。数码显示采用计数器，译码器七段译码显示管来实现。加法器分为半加器和全加器，半加器只能实现两个一位二进制数的相加，其只考虑两个加数本身的求和而不考虑低位来的进数位。目前使用最广泛的二进制加法器是二进制并行加法器。 三.总体设计方案的论证及选择 1.加法器的选取 二进制并行加法器是一种能并行产生两个n位二进制算术和的组合逻辑电路。按其进位方式的不同，可分为串行进位二进制并行加法器和超前进位二进制并行加法器两种类型。所以根据加法器的工作速度选取超前进位加法器。这里供选取的超前进位加法器有74LS283，CT74LS283，SN74LS283，DM74LS283，HD74LS283，M74LS283 可供选择。由于我们是非电专业，对电子器件的选取要求不高，为使设计简单起见所以选74LS283加法器。 2.译码器的选取 译码器是一种具有“翻译”功能的逻辑电路，这种电路能将输入二进制代码的各种状态，按照其原意翻译成对应的输出信号。译码器是组合逻辑电路的一个重要的器件，在显示译码器的选择上有七段译码器和八段译码器。此
课程设计任务书 学生：袁海专业班级：电子1303班 指导教师：封小钰工作单位：信息工程学院 题目: 一位全加器的设计 初始条件： 计算机、ORCAD软件，L-EDIT软件 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、课程设计工作量：1周 2、技术要求： （1）学习ORCAD软件，L-EDIT软件。 （2）设计一个一位全加器电路。 （3）利用ORCAD软件对该电路进行系统设计、电路设计，利用L-EDIT软件进行版图设计，并进行相应的设计、模拟和仿真工作。 3、查阅至少5篇参考文献。按《理工大学课程设计工作规》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规。 时间安排： 2016.12.30布置课程设计任务、选题；讲解课程设计具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课程设计答疑事项。 2016.12.31-2017.1.2学习ORCAD软件和L-EDIT软件，查阅相关资料，复习所设计容的基本理论知识。 2017.1.3-2017.1.4对一位全加器电路进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。 2017.1.5 提交课程设计报告，进行答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要........................................................................ I ABSTRACT ................................................................... II 1绪论. (1) 1.1集成电路发展现状 (1) 1.2集成电路版图工具L-edit简介 (1) 2全加器原理及一位全加器原理图设计 (3) 2.1一位全加器原理简介 (3) 2.2实现一位全加器功能的原理图设计 (4) 2.2.1一位全加器原理图 (4) 2.2.2基于ORCAD的一位全加器设计 (4) 2.2.3 一位全加器的电路图仿真 (7) 3一位全加器的版图设计 (9) 3.1确定一位全加器版图结构 (9) 3.2源漏共享缩小版图面积 (10) 3.3 版图所需基础器件绘制编辑 (12) 3.3.1 PMOS、NMOS等基础器件编辑 (12) 3.3.2 两输入与非门与异或门的绘制编辑 (13) 3.3.3源漏共享得到版图 (14) 3.4 绘制最终一位全加器版图 (15) 4心得体会 (18) 5参考文献 (19)
基于原理图的8位全加器设计 实验目的：熟悉利用Quartus II的原理图输入方法设计简单的组合电路，掌握层次化设 计的方法，并通过一个8位全加器的设计把握利用EDA软件进行原理图输入方式的电子线路设计的详细流程。 实验原理：一个8位全加器可以由8个1位全加器串行构成，即将低位加法器的进位输 出cout与相临的高位加法器的最低位输入信号cin相接。 试验任务：1.完成半加器和全加器的设计。 2.建立一个更高层次的原理图设计，利用以上获得的1位全加器构成8位全加器，完成编译、综合、适配、仿真和硬件测试。 实验步骤： 一、1位全加器设计 1.建立工程文件夹adder,路径d:\adder。 2.输入设计项目和存盘 原理图编辑输入流程如下： （1）打开Quartus II，选择file—>new命令，在弹出的窗口中选择block diagram/schematic file 选项，单击ok按钮后将打开原理图编辑窗口。 （2）在编辑窗口中的任何一个位置上右击，将弹出快捷菜单，选择inset—>symbol命令，将弹出元件输入对话框。 （3）单击“…”按钮，找到基本元件库路径d:/altera/90/quartus/libraries/primitives/logic项（假设软件安装在D盘），选中需要的元件，单击“打开”按钮，此元件即显示在窗口中，然后单击symbol窗口中的ok按钮，即可将元件调入原理图编辑窗口中。也可以在name栏输入需要的元件名。调入好元件和引脚后，连接好电路，再输入各引脚名。 （4）选择file—>save as命令，选择刚才为自己的工程建立的目录d:\adder，将已设计好的原理图取名为h_adder.bdf，并存盘此文件夹内。 3.将设计好的项目设置成可调用的元件 为了构成全加器的顶层设计，必须将以上设计的半加器h_adder.bdf设置成可调用的元件。在打开半加器原理图文件的情况下，选择file—>create/update—>create symbol file for current file命令，即可将当前文件h_adder.bdf变成一个元件符号存盘，以待高层次设计中调用。4.设计全加器顶层文件 打开一个原理图编辑窗口，方法同前。在新打开的原理图窗口中双击，在弹出的窗口中选择project选项，选择h_adder.bdf，并调入其他元件，连接好电路。以f_adder.bdf名存在同一路径d:\adder中。 二、8位全加器设计 1.将刚设计好的1位全加器设置成可调用的元件，方法同上。 2.调入元件，连接电路图，以8f_adder.bdf保存于同一路径d:\adder中的文件夹中。 3.将顶层文件8f_adder.bdf设置为工程。 4.编译与仿真 原理图与仿真波形分析：
实验二一位8421BCD码加法器的设计 一、实验目的 1. 理解四位加法器7483和四位比较器7485的工作原理及使用 2. 掌握一位8421BCD码加法器的工作过程 3. 进一步熟悉Quartus软件的使用，了解设计的全过程， 二、实验内容 1.采用画原理图的方法设计一位8421BCD码加法器。要求使用四位 加法器7483和四位比较器7485及必要的逻辑门电路。 三、分析过程 7483是四位二进制加法器，其进位规则是逢16进1。而8421BCD 码表示的是十进制数，进位规则是逢10进1。用7483将两个1位BCD码相加时，当和小于等于9时，结果正确；当和大于9时，需加6进行修正。 实验中要求使用7483、7485及必要的逻辑门完成。由于7483通过输出引脚C4 S3 S2 S1 S o输出二进制的和，7485是四位比较器，关键在于如何通过7483及7485的输出判断何时应对结果修正以及如何修正。 由于两个1位十进制数相加时，和的取值范围是0—18,将该范围内各数值对应的二进制数和8421BCD码列表，以便寻找何时应对结果修正以及如何修正
从表中分析可得出如下结论: 当7483输出的二进制数的和为0---9时，即S3 S2 S1 SO W 9时结果正确，不需修正；当和为10-----15时S3 S2 S1 S）> 9时，需加6 修正，此种情况可将7483的输出S3 S2 S1 S0送入7485的输入引脚A3 A2 A1 A0 ,将1001（即卩9）送入7485另一组输入引脚B3 B2 B1 B0, 若7485的输出A> B=1，则说明需加6修正；当和为16、17、18时，结果需加6修正。此种情况7483的输出S3 S2 S1 S）v 9,但C4=1。 综合以上分析，当7483输出的二进制数的和S3 S2 S1 S）> 9或 C4=1时结果需修正。此修正的条件可通过7485的输出A> B和7483 输出的C4通过逻辑或门（OR1获得。当OR1输出为1时需修正，当OR1输出为0时不需修正。（分析出何时应对结果修正）
集成电路CAD课程设计报告 四位串行加法器设计 1串行进位加法器简介 1.1加法器实现多为二进制数相加的电路，称为加法器。根据进位方式不同，有串行进位加法器和超前进位加法器之分。采用串行进位方式，优点是电路简单，连接方便；缺点是运算速度不高。 原理：把四个全加器（例如两片74LS183）依次级联起来，便可构成四位串行进位加法器。因此四位串行进位加法器的设计可以分以下两步进行：（1）全加器设计；（2）将全加器级联，构成四位串行进位加法器 （a）（b） 图（1）四位串行加法器7483 1.2 图2为四位串行加法器7483逻辑图
图（2）四位串行加法器 2 四位串行进位加法器的设计实现： 2.1 输出级电路设计 与TTL电路兼容驱动10个TTL ①输出高电平时｜IoH｜<=20ｕＡV oHmin=4.4V ②输出低点平时｜IoH｜<=20mＡV oHmax=0.4V ③输出级充放电时间tr=tf 计算电路如图3所示 ①以15个PF的电容负载代替10个TTL电路来计算tr、tf ②输入V为的前一级的输出被认为是理想的输出，即：
ViL=Vss,ViH=Vdd ③计算电流时，负载为电流负载，有拉电流的灌电流。 图3 （1）CMOS N 管（W/L ）N 的计算： 当输入为高电平时（Vi=Vdd ）,N 管导通后级TTL 电路有较大的灌电流输入，此时（表示成对称形式） 使方括号中的值和栅电容Cox 及电子迁移率un 为最小值: o u t 00f f [] 200200)()(2V V V V V V C L W I tn i s tn ox N n dsn -----? ?? ??=μm ax 0m in 2 ox SiO ox t C εε= 2 30m ax 0m in - ??? ? ? ?=T T n n μμ
集成电路课程设计一位半加器设计与前仿 专业：电子科学与技术 学号： 姓名： 指导老师：
一、半加器的电路设计和前仿 1.1熟习schematic 设计环境 1.2掌握半加器电路原理图输入方法 1.3掌握逻辑符号创建方法 1.4熟习电路设计的思想 1.5 熟习集成电路设计仿真工具的使用 1.6 熟习集成电路设计的流程 1.7 熟习集成电路前仿真的设计 一位半加器输入有两个输入端有两个，分别是两个一位二进制数：A 、B ；两个输出端C 代表进位S 表示和。 A B C S 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 C=A ∩ B B A B +=A s 三、试验内容和步骤 1.调用cadence 软件 输入icfb 命令调用candence 软件
2.创建模型库与单元视图 1.1在ciw窗口file→new→library，将库文件路径设置在cadence 目录下，name自定义，technology file选第二个；点击file→new →cellview生成单元视图，library name选之前自定义的此处为chen，cell name自定义，viewname设置shcemetic，tool为composer schematic点击ok，就弹出绘制原理图窗口： 快捷键： I，add instance W，add wire P，add pin U，undo M，stretch Del，delete 按照原理图一次添加元件，连线，check and save，无误后进行下一步。
3.创建符号 生成符号 design→create cellview→from cellview弹出cell from cellview窗口，默认设置，ok→ok。这时候会显示一个长方形symbol 符号，将其绘画成反相器的形状，如下图;
长安大学电子技术课程设计 课题名称______________ 班级______________ 姓名______________ 指导教师 日期______________
前言 8位二进制加法器，它的功能主要是实现两个8位二进制数的相加，其结果的范围应该在00000000到111111110之间，即000到510之间。加法器在实际应用中占据着十分重大的地位，从我们呱呱坠地起，到小学，到初中，到高中，到大学，到工作，等等。我们能离开加法吗，不能！加法可以说是一切运算的基础，因此8位二进制加法器的设计是很有必要的。 那么我们如何设计一个8位二进制加法器呢？在实际应用中，我们通常输入的是十进制数，一个八位二进制数所对应的最大的十进制数是255，于是输入两个范围在000到255之间的数，首先通过二-十进制编码器将输入的三位十进制数的个位、十位、百位分别转换为8421BCD码，得到两个十二位字码，再通过加法器将它们相加，逢10进1，得到一个新的十二位字码，再用7447数字显示译码器将这个十二位字码还原到原来的三位十进制数。最后输出的就是一个三位十进制数，其范围在000到510之间。通过上述方法我们实现了八位二进制数的相加，从而达到了题目的要求。 为实现上述目的，我们需要查阅相关资料。通过查阅，理解以及加以运用，我们认识到了收集资料的不易性，但同时也得到了不少收获，可以说是有苦有甜。同时，虽然我们基本设计出了这个八位二进制加法器，但是不必可避免地会产生一些问题，比如说在连线上可能有更简便的途径，在元件的选用上可能还有其它更简便的方法，在控制上可能还不够精简，等等。我们希望在以后的实践中能找出更好的方法，也希望能吸取这次设计中的不足，逐渐改善。另外，在电子设计的过程中，与同组同学之间的合作配和是十分重要的。我在此次设计中也充分认识到这一点的重要性，我相信这次的电子设计能够为我们将来的工作奠定一定的基础。
实验报告一 一、实验目的 熟悉利用QuartusII的原理图输入方法设计简单电路，掌握层次化设计的方法，并通过一个8位全加器的设计把握利用EDA软件进行电子线路设计的详细流程。 二、实验内容 1.根据工作原理，完成1位半加器和全加器的设计； 2.建立一个更高的原理图设计层次，利用以上获得的1位全加器构成8位全加器，并完成 编译、综合、适配、仿真。 三、实验环境 计算机、QuartusII软件 四、实验步骤 1.根据半加器工作原理，建立电路并仿真，并将元件打包。 (1)电路 （2）仿真： 仿真结果分析：S为和信号，当A=1，B=0或A=0，B=1时，和信号S为1，否则为0.当A=B=1时，产生进位信号，及CO=1。 （3）打包后的文件：
2.利用半加器构成一位全加器，并打包。 （1）电路 （2）仿真 仿真结果分析：CI为来自低位的进位，S=A xor B xor CI,即：当A,B,CI中有一位为高电平‘1’或者三位同时高电平为‘1’，则S=1，否则S=0；当A,B,CI有两位或者三位同为高电平‘1’时，产生进位信号CO=‘1’。 （3）打包后的文件 3.利用全加器构成8位全加器，并完成编译、综合、适配、仿真。 （1）电路
（2）仿真 仿真结果分析：八位全加器，和S分别与A，B 对应。当来自第七位的进位信号为‘1’、A 的最高位和B的最高位三者有两个位高电平‘1’时，则产生进位信号CO=‘1’。 五、实验结果与讨论 实验的仿真结果与预计的结果一致，所以所设计的电路是正确的。不足的地方有： 1、对软件还不够熟悉，所以操作的有点慢；
2、设计电路时，由于数字电路的知识有些开始淡忘了，所以应当及时去补 缺补弱。 六、总结 思考题：为了提高加法器工作速度，如何改进以设计的进位方式？ 答：采用超前进位。串行加法器的第i位进位是由0~（i-1）决定的，而超前进位是事先得出每一位全加器的进位输出信号，而无需再从低位开始向高位逐位传递进位信号了，这就有效地提高了工作速度了。
VLSI课内实验 RTL级并行前缀加法器设计 班级： 学号： 姓名：
RTL 级并行前缀加法器设计 一、加法器简介 算术逻辑部件主要处理算术运算指令和逻辑运算指令，它的核心单元是加法器。这个加法器是影响算术逻辑部件整体性能的关键部分，因为几乎所有的算术运算和逻辑运算，都要通过它来完成。 加法器结构包括串行进位加法器(Carry Ripple Adder ，CRA)、进位跳跃加法器(Cany Skip Adder ，CKA)，以及较高速度的进位选择加法器(carry select Adder ，CSA)、超前进位加法器(Carry Look ahead Adder ，CLA)和并行前缀加法器(Parallel Prefix Adder)等。 除上述五种加法器结构外，还有采取多加法器并联的流水线加法器和专用的加法器，如支持向量的快速加法器等等，本设计主要是用VHDL 描述一个RTL 级并行前缀加法器。 二、原理及设计思路 并行前缀加法器是超前进位的一种改进结构，它将n 位加法器的进位传播信号层次化地分解为m 位子组合，并将进位产生和进位传播组织成递归的树型结构。并行前缀加法器使用一种特殊的方式产生各位的进位输出，这种方式称为“前缀运算(Prefix Compution)”。所有进位产生和传播信号并行地通过前缀运算单元进行运算，同时输出进位信号。各个前缀运算单元通过递归的方式连接起来，即可形成整个加法器。 对于并行前缀加法器，有以下定义： 两个操作数：110......A -=n i a a a a ，110......B -=n j b b b b 。其中1,0-< 集成电路设计基础 论文题目：CMOS全加器设计学院：信息科学与工程学院专业：集成电路工程 姓名：耿烨亮 学号：1311082135 CMOS全加器设计 摘要：现代社会随着电路的集成度越来越高，功耗和信号延迟成为超大规模集成电路的关键。加法运算是数字系统中最基本的运算，为了更好地利用加法器实现减法、乘法、除法等运算，需要对全加器进行功能仿真设计和分析。另外通过全加器可以对其它相关电路有所了解。因此只有深刻理解了全加器的性能才能进一步减小功耗和信号延迟[1]。本文用对一位全加器进行了全面的分析。并且通过使用Cadence公司的工具IC 5141与Hspice来实现全定制的整个设计流程。 关键词：全加器；全定制；Cadence As the circuit’s integration is increasing in the modern society，Power consumption and signal delay is crucial to the design of high-performance very large scale integration circuits. Addition operation is the basic operation of the digital system, In order to achieve much better use of the adder subtraction, multiplication, division and other operations, The need for full adder functional simulation design and analysis is necessary .what’s more, we can understand the other related circuitry through the full adder , Therefore, only a deep understanding of the performance of the full adder can we reduce the power consumption and signal delay.The paper has a comprehensive analysis to the full adder. And through the use of Cadence tool IC 5141 and Hspice to achieve full custom throughout the design process. Key words: the full adder ; Full – Custom; Cadence 摘要 Quartus II是最高级和复杂的，用于system-on-a-programmable-chip (SOPC)的设计环境。Quartus II提供完善的timing closure 和LogicLock 基于块的设计流程。QuartusII design是唯一一个包括以timing closure 和基于块的设计流为基本特征的programmable logic device (PLD)的软件。Quartus II 设计软件改进了性能、提升了功能性、解决了潜在的设计延迟等，在工业领域率先提供FPGA与mask-programmed devices开发的统一工作流程。 本文介绍了微机上的QuartusⅡ软件系统的使用，并用该软件分别设计半加器，全加器，并编译连接设计一个8位加法器的过程。 关键词：8位加法器；EDA（电子设计自动化）；QuartusⅡ（可编程逻辑软件） 目录 第1章概述 (1) 1.1EDA的概念 (1) 1.2硬件描述语言概述 (2) 第2章QUARTUS II (4) 2.1QUARTUSII概述 (4) 2.2QUARTUSII建立工程项目 (4) 2.3QUARTUSII建立原理图输入文件 (6) 2.4QUARTUSII层次化项目设计 (9) 第3章8位加法器设计 (12) 3.18位加法器分析 (12) 3.2设计过程 (12) 参考文献 (15) 结论 (16) 第1章概述 1.1 EDA的概念 EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。 由于它是一门刚刚发展起来的新技术，涉及面广，内容丰富，理解各异，所以目前尚无一个确切的定义。但从EDA技术的几个主要方面的内容来看，可以理解为EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化，逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度[1]。 利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。 EDA技术是伴随着计算机、集成电路、电子系统的设计发展起来的，至今已有30多年的历程。大致可以分为三个发展阶段。20世纪70年代的CAD(计算机辅助设计)阶段：这一阶段的主要特征是利用计算机辅助进行电路原理图编辑，PCB 布同布线，使得设计师从传统高度重复繁杂的绘图劳动中解脱出来。20世纪80年代的QAE(计算机辅助工程设计)阶段：这一阶段的主要特征是以逻辑摸拟、定时分析、故障仿真、自动布局布线为核心，重点解决电路设计的功能检测等问题，使设计能在产品制作之前预知产品的功能与性能[2]。20世纪90年代是EDA(电子设计自动化)阶段：这一阶段的主要特征是以高级描述语言，系统级仿真和综合技术为特点，采用“自顶向下”的设计理念，将设计前期的许多高层次设计由EDA工具来完成[3]。 1.1.1 EDA的发展 从目前的EDA技术来看，中国EDA市场已渐趋成熟，不过大部分设计工程师面向的是PC主板和小型ASIC领域，仅有小部分的设计人员工发复杂的片上系1位全加器的电路和版图设计
利用Quartus II软件和原理图输入法设计八位加法器
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