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姓名：托列吾别克·马杰尼
班级：电路与系统01班
学号：201221020141
2013/11/24
基于VHDL的16位全加器的设计
1.1设计题目的内容及要求
1.1.1目的：
CMOS数字集成电路设计流程及数字集成电路自动化设计，包括功能验证、VHDL/Verlog建模、同步电路设计、异步数据获取、能耗与散热、信号完整性、物理设计、设计验证等技术
1.1.2内容：
主要实验内容是用0.18μm数字CMOS工艺，VHDL或Verlog设计一个16位全加器，用Synthesis 仿真工具验证功能，电路合成，及性能检测。
1.1.3主要测试参数及指标范围:
16位的全加器主要的设计指标是高于1GHz的频率，功耗，物理面积大小等参数。
1.2全加器的组成和原理分析
全加器是常用的组合逻辑模块中的一种，对全加器的分析和对组合逻辑电
路的分析一样。组合逻辑电路的分析，就是找出给定电路输入和输出之间的逻
辑关系，从而了解给定逻辑电路的逻辑功能。组合逻辑电路的分析方法通常采
用代数法，一般按下列步骤进行：
（1）根据所需要的功能，列出真值表。
（2）根据真值表，写出相应的逻辑函数表达式。
（3）根据真值表或逻辑函数表达式，画出相应的组合逻辑电路的逻辑图[1]。
（4）用VHDL编写程序在QUARTUSⅡ上进行模拟，并分析结果的正确性。
1.3 全加器简介
全加器是组合逻辑电路中最常见也最实用的一种，考虑低位进位的加法运算就是全加运算，实现全加运算的电路称为全加器。它主要实现加法的运算，其中分为并行全加器和串行全加器，所谓并行就是指向高位进位时是并行执行的，而串行就是从低位到高位按顺序执行，为了提高运算，必须设法减小或消除由于进位信号逐级传递所消耗的时间，为了提高运算速度，制成了超前进位加法器，这是对全加器的一种创新[2]。
1.3.1半加器的基本原理
如果不考虑有来自低位的进位将两个1位二进制数相加，称为半加。实现半加运算的电路称为半加器。
按照二进制加法运算规则可以列出如表2所示的半加器真值表，其中A、B 是两个加数，S是相加的和，CO是向高位的进位。将S、CO和A、B的关系写成逻辑表达式则得到
S=A B+A B=A+B
CO=AB
表1 半加器的真值表
因此，半加器是由一个异或门和一个与门组成的，如图1所示。
图 1 半加器原理图
1.3.2 一位全加器的原理
全加器执行加数，被减数和低位来的进位信号相加，并根据求和结果给出该进位信号。
(1)根据全加器所需要的功能，我们可以设计出一位全加器的组合逻辑框图。如图2所示。
图2 一位全加器的逻辑图
(2)根据逻辑图我们可以写出各个器件的逻辑功能。 C i = X i Y i C i-1+X i Y i C i-1+X i Y i C i-1+X i Y i C i-1 = (X i ○+Y i )C i-1+X i Y i
=
F i = X i Y i C i-1 + X i Y i C i-1 +X i Y i C i-1 + X i Y i C i-1 = X i○+Y i○+C i-1
(3)由上面可得。X i和Y i为两个输入的一位二进制书，C i-1为低位二进制数相加的进位输出到本位的输入，则F i为本位二进制数X i、Y i和低位进位输入C i-1的相加之和，C i为X i、Y i和低位进位输入C i-1相加向高位的进位输出。因此，该电路可以完成一位二进制数全加的功能，称为全加器。此电路的真值表如表2所示。
表2 一位全加器真值表
1.4 十六位全加器的设计
设计16位的全加器思路非常简单且清晰，第一种方法就是先设计一个半加器和一个或门，然后两个半加器合并成一个一位的全加器，最后用16个一位的
全加器组合成为一个16位的全加器；第二种方法就是先设计一个一位的全加器，然后在用16个串联或并联就组成了一个16位的全加器，而本次设计采用采用
的是第一种方法。
图3 一位全加器的级联原理图
十六位全加器有十六个一位全加器的级联组成的，最低位的借位信号时整个全加器的借位信号Cin,最高位的进位信号是十六位全加器的进位信号，每位之间通过进位信号链接，两个十六位加数的每一位并联输入，和数SUM的每一位并联输出，完成两个十六位的数的加法。
1.5用VHDL编写代码实现16位全加器
本次实验使用Altera FPGA/CPLD 的开发工具Quartus Ⅱ，利用编写VHDL代码设计方法设计一个16位加法器，并用Quartus的综合仿真工具实现电路的综合，电路功能的验证，并最后查看综合后的RLT电路框图来验证设计与原逻辑设计符不符合要求，我们还可以借用powerplay功率分析工具对设计后的电路进行功耗分析。
本次设计有一个顶层模块（16位全加器）和三个底层模块，它们分别为一位全加器和组成一位全加器的半加器模块和或门模块。因此我们要用从底层到顶层的设计思路，以半加器+或门——>一位全加器——>16位全加器的为设计顺序。
以下为半加器和活门的VHDL程序代码（1）半加器的VHDL代码
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_arith.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity h_adder is
port(a,b:in std_logic;
co:out std_logic;
so:out std_logic
);
end h_adder;
architecture one of h_adder is
begin
so<=a xor b;
co<=a and b;
end one;
（2）或门的VHDL代码
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_arith.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity or2a is
port(a,b:in std_logic;
c:out std_logic
);
end or2a;
architecture one of or2a is
begin
c<=a or b;
end one;
由全加器的逻辑图可以看出，全加器由两个半加器和一个或门组成。在VHDL语言中我们可以在一个模块的代码中用component语句调用低层的模块。这样可以避免写更多的繁琐的代码，也可以提高程序的可读性，也有利于实际电路在延时等关键技术性问题上的优越性。
（3）一位全加器的VHDL代码
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_arith.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity f_adder is
port(ain:in std_logic;
bin:in std_logic;
cin:in std_logic;
coutf:out std_logic;
sumf:out std_logic
);
end f_adder;
architecture one of f_adder is
component h_adder
port(a:in std_logic;
b:in std_logic;
co:out std_logic;
so:out std_logic
);
end component;
component or2a
port(a:in std_logic;
b:in std_logic;
c:out std_logic
);
end component;
signal d,e,f:std_logic;
begin
u1:h_adder port map(a=>ain,b=>bin,co=>d,so=>e);
u2:h_adder port map(a=>e,b=>cin,co=>f,so=>sumf);
u3:or2a port map(a=>d,b=>f,c=>coutf);
end one;
从上述的设计思路中和全加器的级联设计方案中看到，实现16位全加器的关键是实现每级全加器到下一级全加器的信号的控制，以此实现模块之间的协调和整个系统的稳定性。在实现16加法器中我们同样用上述的component语句，在顶层中调用底层的模块，并巧妙地实现每个模块之间的级联。以下为一种设计法方案。
（4）16位加法器的VHDL代码
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity new_adder16 is
port(a:in std_logic_vector(15 downto 0);
b:in std_logic_vector(15 downto 0);
cin:in std_logic;
sum:out std_logic_vector(15 downto 0); cout:out std_logic
);
end;
architecture one of new_adder16 is
component f_adder
port(ain:in std_logic;
bin:in std_logic;
cin:in std_logic;
coutf:out std_logic;
sumf:out std_logic
);
end component;
signal temp:std_logic_vector(16 downto 0); begin
temp(0)<=cin;
add:for i in 0 to 15 generate
loopadd:f_adder port map(ain=>a(i), bin=>b(i),
cin=>temp(i),
coutf=>temp(i+1),
sumf=>sum(i)
);
end generate add;
cout<=temp(16);
end one;
上述代码中用for…generate循环语句和component语句的调用语句实现15位信号的加法。因为for…generate不像for….loop那样顺序执行而是并行执行的，使用了for...loop，所以对应RTL Viewer就比较复杂，所以for…generate语句更有效。
2.1用 QuartusII实现16位全加器电路的综合仿真
1）以new_adder16为工程名新建一个工程,我们可以预先设置硬件的选择，本次设计用MAX系列芯片。
2) 新建四个VHDL文件，分别编写进上四个模块的VHDL代码。顶层模块的文件名要工程名一致，在此为new_adder16.vhd. 其余的文件名跟模块名要一致，以便于以后的综合和验证过程的调试。
3）实现编译和综合，若无误则可以仿真了，综合后Quartus软件给出设计中所用到的逻辑单元，引脚等信息，如图4所示。
图4 综合后的元素和管脚使用情况
本次设计中我们用到32个逻辑元素和50个管脚。
4）Quartus II内置波形编辑程序（Waveform Editor）可以生成和编辑波形设计文件，从而设计者可观察和分析模拟结果。Quartus II中的仿真包括功能仿真和时序仿真，功能仿真检查逻辑功能是否正确，不含器件内的实际延时分析；时序仿真检查实际电路能否达到设计指标，含器件内的实际延时分析。两种仿真操作类似，只需在Tools菜单中选择Simulater Tool，在其Simulater mode中进行选择即可
在功能仿真之前我们需要生成功能仿真网表（functional simulation netlist），否则仿真中会报错。本次设计用随机信号进行仿真，输入输出信号都用16进制数表示。还有，在仿真前要建立波形文件VWF文件，该文件全称是矢量波形文件(Vector Waveform File)，是Quartus II中仿真输入、计算、输出数据的载体。
首先要对电路进行功能仿真，以此验证设计是否符合要求。功能仿真的结果如图5所示
图 5 功能仿真结果
从结果可以看出，本次设计在功能上能实现16为数的相加，进位信号Cout也能正常实现进位。在此设计信号的周期为16ns。
通过功能仿真我们可以初步了解电路的功能，并验证设计结果与实际要求是否符合。因为设计出来的电路要通过硬件实现相应的功能，而实际硬件中模块的延时时间比较大，所以验证电路的功能往往不够的，我们还要验证电路在有延时的条件下能否正常工作，这是eda电路设计过程的重要技术指标之一，所以我们要以严格的实际条件下考验我们的设计方案，以此求得比较符合设计要求的设计方案。
这次设计的时序仿真结果如图6所示
图6 时序仿真的结果
由图可以看到，相邻输出信号之间的延时比较大，此延时引起的信号失真也比较大，我们可以调大信号的周期来减少信号失真引起的干扰。
2.2 RLT viewer工具的使用
RTL View 也就是通常所讲的能够查看VHDL或者Verilog HDL对应的电路原理图。这个功能对于使用HDL进行逻辑设计的人员还是很有用的，一方面可以充分理解HDL和硬件电路的对应关系，另一方面可以更加方便的查找设计中的错误。在将VHDL设计编译完成以后，点击菜单Tools>RTL Viewer，即可看到所对应的原理图，本次设计的RTL电路图如图7所示
图7 RLT电路图
上图中，可以看到16个一位全加器级联，最后组成16为全加器，这个结果跟我们设计要求相符合。用RLD 还可以看到底层模块的电路逻辑图，以下为通过RLT viewer全加器，半加器，和或门看到的各级模块的逻辑电路图。
图8一位全加器电路图
一位全加器有两个半加器和一个或门组成。以下为上图中h_adder和or2a 的详细电路框图。
图9半加器h_adder
图10或门or2a
2.4 通过powerplay 功率分析仪分析功耗
Quartus II Powerplay功耗分析工具提供的界面使用者能够在设计过程中，估计静态和动态功耗。Powerplay Power Analyzer 进行适配后功率分析，产生高亮的功耗报告，显示模块类型和实体，以及消耗的功率
本次设计的电路通过Powerplay分析后的功耗报告如图11所示
图11功耗分析结果
图中显示了总热功耗为203.54mW，核心动态热功耗为23.27mW，核心统计热功耗为39.61mW，I/O 热功耗为140.65mW。这个对电路在硬件实现之前的预功率分析，有助于设计员根据结果调整设计方案，以此实现电路在功耗方面达到全面优化。
2.5总结
通过此次设计对全加器器的设计和实现，确实积累和总结了不少的经验，锻炼了我的独立工作和实际动手能力，加深了对计算机中的全加器工作原理的认识，提高了对复杂的综合性实践环节具有分析问题、解决问题、概括总结的实际工作能力，对涉及全加器项目的开发、设计过程有初步认识。
经过调试和综合，用门电路设计的16位全加器基本设计完毕。其功能基本符合项目需求，能够完成16位进位加法的运算。但是由于本人在数字电路设计和VHDL语言方面的知识不够深，还有许多不尽如人意的地方，其中最大的缺憾就是没有建立16位全加器的真值表，由于工作量太过庞大，无法完成，所以还有待于进一步完善其功能。但我从中学到了不少的道理，真正的理解到，理论与实践之间还是有很大的距离，这必将有利于我们以后的学习。使我明白，在以后的学习中，要不断的完善自己的知识体系结构，注意理论与实践的结合，学知识关键是要学活，而不能死记死搬书本上的知识，关键是要会灵活应用，这样所学到的东西才真正的学以致用，才达到了学习的真正目的！
在本次课题程序设计中，我们学到了很多东西，通过本次课题程序设计，无论在理论上还是在实践中，我们的计算机应用水平得到了很大的提升，这对于今后的工作和学习都是一种巨大的财富。也使我们明白，在以后的学习中，要不断的完善自己的知识体系结构，注意理论与实践的结合，学知识关键是要学活，而不能死记死搬书本上的知识，关键是要会灵活应用，这样所学到的东西才真正的学以致用，才达到了学习的真正目的。
这是茄子求别人写的参考程序，不一定能实际运行。但是可靠性在百分之九十左右。大家做不出来的可以参考下。做出来的看出错误请指正。我作为学习委员既然把答案给大家，一方面是不想影响大家平时成绩，另一方面也是希望大家可以自己看看，学习一下，不要到最后结课了着急。所以我晚上不收打印的作业，每个人都必须亲自抄写出来。 行为描述方式 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY ADD11 IS PORT(A:IN STD_LOGIC; B:IN STD_LOGIC; CIN:IN STD_LOGIC; CO:OUT STD_LOGIC; S:OUT STD_LOGIC); END ADD11; ARCHITECTURE BEHAVE OF ADD11 IS BEGIN PROCESS(A,B,CIN) VARIABLE N: INTEGER RANGE 0 TO 3; CONSTANT S_VECTOR: STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 3):="1010"; CONSTANT CO_VECTOR: STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 3):="1100"; BEGIN N:=0; IF(A='1') THEN N:=N+1; END IF; IF(B='1') THEN N:=N+1; END IF; IF(CIN='1') THEN N:=N+1; END IF; S<=S_VECTOR(N); CO<=CO_VECTOR(N); END PROCESS; END BEHAVE; 数据流描述方式 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY ADD2 IS PORT(A:IN STD_LOGIC; B:IN STD_LOGIC; CIN:IN STD_LOGIC; CO:OUT STD_LOGIC; S:OUT STD_LOGIC);
[键入公司名称] [键入文档标题] [键入文档副标题] 姓名：托列吾别克·马杰尼 班级：电路与系统01班 学号：201221020141 2013/11/24
基于VHDL的16位全加器的设计 1.1设计题目的内容及要求 1.1.1目的： CMOS数字集成电路设计流程及数字集成电路自动化设计，包括功能验证、VHDL/Verlog建模、同步电路设计、异步数据获取、能耗与散热、信号完整性、物理设计、设计验证等技术 1.1.2内容： 主要实验内容是用0.18μm数字CMOS工艺，VHDL或Verlog设计一个16位全加器，用Synthesis 仿真工具验证功能，电路合成，及性能检测。 1.1.3主要测试参数及指标范围: 16位的全加器主要的设计指标是高于1GHz的频率，功耗，物理面积大小等参数。 1.2全加器的组成和原理分析 全加器是常用的组合逻辑模块中的一种，对全加器的分析和对组合逻辑电 路的分析一样。组合逻辑电路的分析，就是找出给定电路输入和输出之间的逻 辑关系，从而了解给定逻辑电路的逻辑功能。组合逻辑电路的分析方法通常采 用代数法，一般按下列步骤进行： （1）根据所需要的功能，列出真值表。 （2）根据真值表，写出相应的逻辑函数表达式。 （3）根据真值表或逻辑函数表达式，画出相应的组合逻辑电路的逻辑图[1]。 （4）用VHDL编写程序在QUARTUSⅡ上进行模拟，并分析结果的正确性。 1.3 全加器简介
全加器是组合逻辑电路中最常见也最实用的一种，考虑低位进位的加法运算就是全加运算，实现全加运算的电路称为全加器。它主要实现加法的运算，其中分为并行全加器和串行全加器，所谓并行就是指向高位进位时是并行执行的，而串行就是从低位到高位按顺序执行，为了提高运算，必须设法减小或消除由于进位信号逐级传递所消耗的时间，为了提高运算速度，制成了超前进位加法器，这是对全加器的一种创新[2]。 1.3.1半加器的基本原理 如果不考虑有来自低位的进位将两个1位二进制数相加，称为半加。实现半加运算的电路称为半加器。 按照二进制加法运算规则可以列出如表2所示的半加器真值表，其中A、B 是两个加数，S是相加的和，CO是向高位的进位。将S、CO和A、B的关系写成逻辑表达式则得到 S=A B+A B=A+B CO=AB 表1 半加器的真值表 因此，半加器是由一个异或门和一个与门组成的，如图1所示。
EDA技术与VHDL实训 姓名：李* 班级：电信**-* 学号：12******** 电子与信息工程学院
8位加法器设计 一实训目的 1．学习使用VHDL语言设计电路，加深对VHDL语言的理解与应用。 2．学习8位加法器的VHDL程序设计方法。 3．学习例化语句的应用，并能够利用例化语句完成从半加器到全加器的设计。 二加法器 加法器是为了实现加法的。即是产生数的和的装置。加数和被加数为输入，和数与进位为输出的装置为半加器。若加数、被加数与低位的进位数为输入，而和数与进位为输出则为全加器。常用作计算机算术逻辑部件，执行逻辑操作、移位与指令调用。 对于1位的二进制加法，相关的有五个的量：1，被加数A，2，被加数B，3，前一位的进位CIN，4，此位二数相加的和S，5，此位二数相加产生的进位COUT。前三个量为输入量，后两个量为输出量，五个量均为1位。 对于32位的二进制加法，相关的也有五个量：1，被加数A（32位），2，被加数B（32位），3，前一位的进位CIN（1位），4，此位二数相加的和S（32位），5，此位二数相加产生的进位COUT（1位）。 要实现32位的二进制加法，一种自然的想法就是将1位的二进制加法重复32次（即逐位进位加法器）。这样做无疑是可行且易行的，但由于每一位的CIN都是由前一位的COUT 提供的，所以第2位必须在第1位计算出结果后，才能开始计算；第3位必须在第2位计算出结果后，才能开始计算，等等。而最后的第32位必须在前31位全部计算出结果后，才能开始计算。这样的方法，使得实现32位的二进制加法所需的时间是实现1位的二进制加法的时间的32倍。 三实训内容 首先设计半加器，然后用例化语句将它们连接起来。利用半加器和或门构成1位全加器，以1位全加器为基本硬件，构成串行进位的8位加法器。 3.1 设计1位半减器 利用真值表设计1位半减器。图3-1中的h_add是半加器，sum是输出和，a_out是进位输出，add_in是进位输入。 表3-1 加法真值表 加数x 加数y 和sum 进位a_out 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1
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
［键入公司名称］ ［键入文档标题］ ［键入文档副标题］ 姓名：托列吾别克?马杰尼 班级：电路与系统01班 学号：201221020141
［键入公司名称］ 2013/11/24
基于VHDL的16位全加器的设计 1.1设计题目的内容及要求 i.i.i 目的： CMOS数字集成电路设计流程及数字集成电路自动化设计，包括功能验证、VHDL/Verlog建模、同步电路设计、异步数据获取、能耗与散热、信号完整性、物理设计、设计验证等技术 1.1.2内容： 主要实验内容是用0.18阿数字CMOS工艺，VHDL或Verlog设计- 个16位全加器，用Synthesis仿真工具验证功能，电路合成，及性能检测。 1.1.3主要测试参数及指标范围： 16位的全加器主要的设计指标是高于1GHz的频率，功耗，物理面积大小等参数。 1.2全加器的组成和原理分析 全加器是常用的组合逻辑模块中的一种，对全加器的分析和对组合逻辑电路的分析一样。组合逻辑电路的分析，就是找出给定电路输入和输出之间的逻辑关系，从而了解给定逻辑电路的逻辑功能。组合逻辑电路的分析方法通常采用代数法，一般按下列步骤进行： (1)根据所需要的功能，列出真值表。 (2)根据真值表，写出相应的逻辑函数表达式。 (3)根据真值表或逻辑函数表达式，画出相应的组合逻辑电路的逻辑图 (4)用VHDL编写程序在QUARTUS U上进行模拟，并分析结果的正确性。 1.3全加器简介
全加器是组合逻辑电路中最常见也最实用的一种，考虑低位进位的加法运 算就是全加运算，实现全加运算的电路称为全加器。它主要实现加法的运算， 其中分为并行全加器和串行全加器，所谓并行就是指向高位进位时是并行执行 的，而串行就是从低位到高位按顺序执行，为了提高运算，必须设法减小或消除由于进位信号逐级传递所消耗的时间，为了提高运算速度，制成了超前进位加法器，这是对全加器的一种创新［2］。 1.3.1半加器的基本原理 如果不考虑有来自低位的进位将两个1位二进制数相加，称为半加。实现 半加运算的电路称为半加器。 按照二进制加法运算规则可以列出如表2所示的半加器真值表，其中A、B 是两个加数，S是相加的和，CO是向咼位的进位。将S、CO和A、B的关系写成逻辑表达式则得到 S=A B+A B=A+B CO=AB 因此，半加器是由一个异或门和一个与门组成的，如图1所示。
实验8位加法器设计 一、实验目的 熟悉利用QuartusⅡ的图形编辑输入法设计简单组合电路，掌握层次化设计方法，并通过8位全加器的设计，进一步熟悉利用EDA软件进行数字系统设计的流程。 二、实验仪器与器材 计算机1台，GW48-PK2S实验箱1台，QuartusⅡ6.0 1套。 三、实验内容 1. 基本命题 利用图形输入法设计一个一位半加器和全加器，再利用级联方法构成8位加法器。 2. 扩展命题 利用文本输入法设计4位并行进位加法器，再利用层次设计方法构成8位加法器。通过时序仿真，比较两种加法器的性能。 四、实验设计思路 按照如图2-1，2-2，2-3设计半加器、全加器、串行级联加法器 ①设计半加器 图2-1半加器设计图 ②设计全加器
图2-2全加加器设计图 ③设计串行级联8位加法器 图2-3串行级联8位加法器设计图 ④仿真波形图 对以上的串行级联加法器进行仿真。设置时钟频率为/1/10ns。每20ns对a,b输入口进行+2操作。所得结果见图2-8。由图可知延时大约为14ns。
图2-4串行级联加法器仿真波形图 对以上的串行级联加法器进行仿真。设置时钟频率为/2.0us。每10us对a,b输入口进行 +2操作。所得结果见图2-4。由图可知延时大约为10us。 五、实验要求 将实验原理、设计过程、编译仿真波形和分析结果、硬件测试实验结果写进实验报告。 六、实验思考题 （1）与单一设计文件比较，实现层次化设计应注意哪些问题？ 答：实现层次化设计需要注意的是：假设B设计中引用A设计，那么需要将A 设计的工程文件放在B设计的工程文件中，另外，B设计的工程必须要以B的实体名称对应，不然仿真的时候会出错。 （2）比较图形编辑和文本编辑两种8位二进制加法器的性能，分析它们的主要异同点。以下是文本编辑的参考程序。 1） 4位二进制数加法器ADDER4B的VHDL描述 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY ADDER4B IS PORT ( CIN4 : IN STD_LOGIC; A4 : IN STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);
《FPGA原理及应用》 实验报告书 （4） 用例化语句设计4位全加器题目 学院专业 姓名学号 指导教师 2015年 10-12月
1.实验目的 （1）进一步熟悉和掌握Qartus II的使用方法； （2）进一步掌握FPGA实验箱使用方法； （3）学习和掌握电路原理图的设计流程； （4）深化理解顶层设计的概念和构建电路的方法 2.实验内容 使用Qartus II的元件库，通过元件图的方式设计具有4位全加器功能的程序，并使用FPGA实验箱对程序进行硬件下载，验证。 3.实验条件 开发软件：Qartus II 8.0 实验设备：FPGA实验箱 拟用芯片：Altera EP3C55F484C8 4.实验设计 1)系统原理 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。 四位全加器可对两个多位二进制数进行加法运算，同时产生进位。当两个二进制数相加时，较高位相加时必须加入较低位的进位项（Ci），以得到输出为和（S）和进位（C0）。 其中CIN表示输入进位位，COUT表示输出进位位，输入A和B分别表示加数和被加数。输出SUM＝A＋B＋CIN，当SUM大于255时，COUT置‘1’。 图4-1 4位全加器原理图 2)程序代码
LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY adder1 IS --1位全加器设计 PORT(a,b,cin:IN STD_LOGIC; s,cout:OUT STD_LOGIC); END adder1; ARCHITECTURE dataflow OF adder1 IS --用数据流方式设计1位全加器SIGNAL tmp:STD_LOGIC; --用tmp表示a⊕b BEGIN tmp<=a XOR b AFTER 10 ns; s<=tmp XOR cin AFTER 10 ns; cout<=(a AND b)OR(tmp AND cin) AFTER 20 ns; END dataflow; LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY adder4 IS --4位全加器设计 PORT(a,b:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); cin:IN STD_LOGIC; s:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); cout:OUT STD_LOGIC); END adder4;
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。
姓名：车琳班级：通信1101班 学号：0121109320130 实验一用原理图输入法设计4位全加器 一、实验目的 1）熟悉利用Quartus II 的原理图输入方法设计简单组合电路； 2）掌握层次化设计的方法； 3）通过一个4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。 二、实验内容 1）完成半加器、全加器和4位全加器的设计，包括原理图输入、编译、综合、适配、仿真、实验板上的硬件测试，并将此全加器电路设计成一个硬件符号入库。键1、键2、键3（PIO0/1/2）分别接ain、bin、cin；发光管D2、D1（PIO9/8）分别接sum和cout。 2）建立一个更高的层次的原理图设计，利用以上获得的1位全加器构成的4位全加器，并完成编译、综合、适配、仿真和硬件测试。建议选择电路模式1：键2、键1输入4位加数：键4、键3输入4位被加数：数码6和数码5显示加和：D8显示进位cout。 三、实验仪器 1）计算机及操作系统； 2）QuartusII软件； 3）编程电缆。
四、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 高位加法器的最低进位输入信号 cin 相接。 一个1位全加器可以参考教材介绍的方 法来完成。1位全加器示意图如图1所示。 其中，其中CI 为输入进位位，CO 为输出进位位，输入A 和B 分别为加数和被加数。S 为输出和，其功能可用布尔代数式表示为： i i i i o i i i ABC ABC ABC ABC C ABC C B A C B A C B A S +++=+++= 五、实验步骤 1、完成半加器和全加器的设计，包括原理图输入、编译、综合、适配、仿真、实验板上的硬件测试，并将此全加器电路设计成一个硬件符号入库。键1、键 2、键3（PIO0/1/2）分别接ain 、bin 、cin ；发光管D2、D1（PIO9/8）分别接sum 和cout 。 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4位全加器，并完成编译、综合、适配、仿真、和硬件测试。建议选择电路模式1（附图F-2）：键2、键1输入4位加数：键4、键3输入4位被加数：数码6和数码5显示加和：D8显示进位cout 。 1、一位全加器设计输入 1）创建文件。采用File\new 菜单，创建图形文件。 2）添加元件。采用菜单symbol\enter symbol ，在弹出的对话框中选中相应的库与元件，添加元件，构成一位全加器并保存。 2、一位全加器元件的创建 1）对上述文件编译综合仿真。 2）生成元件。 3）采用菜单FILE\CREATE SYMBOL 生成一位全加器元件。
四位全加器的三种VHDL语言描述方式： 一：数据流描述方式 libraryieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity add1 is port(a,b,cin:instd_logic; s,cout:outstd_logic); end add1; architecture dataflow of add1 is begin s<=(a xor b) xorcin; cout<=((a xor b)and cin)or(a and b); end dataflow; 二：行为描述方式 libraryieee; use ieee.std_logic_1164.all; useieee.std_logic_unsigned.all; entity add22 is port(a,b,cin:instd_logic; s,co:outstd_logic); end add22; architecture dataflow of add22 is signaltmp:std_logic; begin process(a,b,cin) variable n:integer range 0 to 3; constants_vector: std_logic_vector(3 downto 0):="1010"; constantco_vector: std_logic_vector(3 downto 0):="1100"; begin n:=0; if a='1' then n:=n+1; end if; if b='1' then n:=n+1; end if; ifcin='1' then n:=n+1; end if; s<=s_vector(n) after 10 ;
中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行 高
use ieee.std_logic_1164.all; entity h_adder is port (a,b:in std_logic; so,co:out std_logic); ――定义输入、输出端口 end h_adder; architecture bh of h_adder is begin so<=a xor b; ――“异或”运算 co<=a and b; ――“与”运算 end bh; （二） 全加器 1位全加器可由两个半加器组成，在半加器的基础上，采用元件调用和例化语句， 将件连接起来，而实现全加器的VHDL 编程和整体功能。全加器包含了两个半加 器和一个或门。在此基础上可设计出四位全加器。 六、四位全加器 四位全加器VHDL 程序代码如下： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity add4 is port(cin:in std_logic; a,b:in std_logic_vector(3 downto 0); s:out std_logic_vector(3 downto 0); cout:out std_logic); end add4; 、管路敷设技术通过管线不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行 高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况 ，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。
四位全加器的VHDL/VerilogHDL实现 加法器的分类 （一）半加器 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为半加器的方框图。图2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；S 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C一起作为电路的输出。 根据二进制数相加的原则，得到半加器的真值表如表1所列。 信号输入信号输出 A B S C 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 表1 半加器的真值表 由真值表可分别写出和数S，进位数C的逻辑函数表达式为： （1） C=AB （2） 由此可见，式(1)是一个异或逻辑关系，可用一个异或门来实现；式(2)可用一个与门实现。仿真结果如图3所示： 图3 半加器仿真图 （二）全加器 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4为全加器的方框图。图5全加器原理图。被加数A i、加数B i从低位向本位进位C i-1作为电路的输入，全加和S i与向高位的进位C i作为电路的输出。能实现全加运算功能的电路称为全加电路。全加器的逻辑功能真值表如表2中所列。 信号输入端信号输出端 A i B i C i S i C i 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 表2 全加器逻辑功能真值表 多位全加器连接可以是逐位进位，也可以是超前进位。逐位进位也称串行进位，其逻辑电路简单，但速度也较低。 五、加法器的VHDL实现 （一）半加器 VHDL语言描述语句为：
电子科技大学 UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA 数字逻辑设计 实验报告 实验题目： 4bit模9加法器 学生姓名： 指导老师：
一、实验内容 设计一个4bit模9加法器。输入为两个4bit的二进制数，输出为两数相加后模9的结果。其数学表达式为：y=(x1+x2)mod 9。 二、实验要求 1、功能性要求： 能够实现4bit无符号数的模9加法运算，即输入两个4比特数据时能够正确输出其相加并模9运算结果。 2、算法要求： 模加法器有多种算法，可采用任意算法进行设计。 3、设计性要求： 采用全加器、半加器和基本门结构化描述。能够编写Test Bench文件，并利用Modelsim进行仿真。在Modelsim仿真正确的基础上，能够生成bit文件并上板验证其正确性。 4、基本上板要求： 在上板实验时，输入的两个4bit数采用拨码开关输入，输出采用LED灯进行显示。 三、设计思路 1、整体思路： 为了实现4bit无符号数的模9加法运算，可以先将两个4bit的加数a和b 先分别模9，相加之后再模9得到最终结果。 2、模9器： 先找出读入的5bit数与模9后的4bit数之间的关系，画出卡诺图，再根据卡诺图得出其相应的逻辑表达式即可。设读入的5bit数为carry、a、b、c、d，模9后得到的4bit数为w、x、y、z。则化简后得到的逻辑表达式分别为：w = carry’ab’c’d’， x= carry’bc + carry’a’b + carry’bd + carrya’b’c’d’， y = carry’a’c + carry’cd + carry’abc’d’ + carrya’b’c’d’， z= carry’a’d + carry’acd’ + carry’abd’ + carry a’b’c’d’。 3、全加器： 全加器可以实现两个1bit数a、b和进位输入cin的相加，其真值表如下所示：
南京工程学院 通信工程学院 实验报告 课程名称可编程逻辑电路设计 实验项目名称一位全加器设计 实验学生班级光纤101 实验学生姓名陈叶峰 同组学生姓名 实验时间2013.4.18 实验地点信息楼C207 实验成绩评定 指导教师签字 年月日
一．实验目的和要求 1.掌握较复杂的电路系统设计 2.掌握多文件系统的VHDL程序设计 二．实验主要仪器和设备 PC机一台，MAX+PLUS2软件。 三．实验原理 一位全加器可以由两个半加器和一个或门连接而成，因而可根据半加器的电路或真值表写出或门和半加器的VHDL描述。 四．实验方法与步骤 半加器描述：真值表(CASE语句)描述 真值表： 代码： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY h_adder IS PORT (a,b:IN STD_LOGIC; co,so:OUT STD_LOGIC); END ENTITY h_adder; ARCHITECTURE fh1 OF h_adder IS BEGIN so<=NOT(a XOR (NOT b)); co<=a AND B; END ARCHITECTURE fh1; 或门逻辑描述： 代码： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY or2a IS PORT(a,b:IN STD_LOGIC; c: OUT STD_LOGIC); END ENTITY or2a; ARCHITECTURE one OF or2a IS BEGIN
c<=a OR b; END ARCHITECTURE one; 一位二进制全加器顶层设计描述： 真值表： 代码： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY f_adder IS PORT (ain,bin,cin:IN STD_LOGIC; cout,sum:OUT STD_LOGIC); END ENTITY f_adder; ARCHITECTURE fd1 OF f_adder IS COMPONENT h_adder PORT (a,b:IN STD_LOGIC; co,so:OUT STD_LOGIC); END COMPONENT; COMPONENT or2a PORT(a,b:IN STD_LOGIC; c: OUT STD_LOGIC); END COMPONENT; SIGNAL d,e,f : STD_LOGIC; BEGIN u1: h_adder PORT MAP(a=>ain,b=>bin,co=>d,so=>e); u2: h_adder PORT MAP(a=>e,b=>cin,co=>f,so=>sum); u3: or2a PORT MAP(a=>d,b=>f,c=>cout); END ARCHITECTURE fd1; 五．实验结果 半加器：
实验一四位全加器的实现 一、实验目的 1、掌握Quartus9.0图形编辑输入法 2、掌握Quartus环境下文件的编译、仿真及下载方法 3、了解VHDL语言的设计流程 4、掌握quartus环境下VHDL的使用方法 二、实验内容 1、用图形/原理图法实现4位全加器。 2、用VHDL语言实现4位全加器，必须使用元件例化。 3、仿真并通过。 3、下载到实验板，并验收 三、实验步骤 1、图形编辑发设计4位加法器 （1）新建图形文件，设计一位全加器，逻辑电路图如下图（图1-1）所示。 图1-1 （2）将设计好的一位全加器进行例化，操作为file→Create/Update→Create symbol files for currentfile，完成此操 作后会在元器件符号表里找到刚刚做好的一位全加器。 （3）再新建一个图形文件，用四个已经做好的一位全加器级联成一个四位全加器，其逻辑原理图如图1-2所示。编辑好后保存文件， 在文件列表里找到该文件，右键→Set as Top-level Entity，将其设 置为顶层文件，点击编译按钮就行编译。
图1-2 （4）新建波形文件，赋予每个输入端口某种输入信号，保存波形文件，进行功能仿真，观察输出端波形与输入信号关系是否正确。若不 正确，查找问题所在并解决问题；若正确，则进行管脚分配，分 配完毕后再编译一次使分配生效，连接DE2开发板到电脑，将文 件下载到开发板进行验证。 2、用VHDL语言设计4位加法器 （1）新建一个VHDL源文件，文件名为adder1.vhd，使用VHDL实现一位全加器，其VHDL代码如下： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY adde1r IS PORT(A,B,Ci:IN STD_LOGIC; S,Co:OUT STD_LOGIC); END adder1; ARCHITECTURE qadder OF adder1 IS BEGIN PROCESS(A,B,Ci) VARIABLE n1,n2,n3:STD_LOGIC; BEGIN n1:=A AND B; n2:=A XOR B;
目录 摘要 (1) 1.设计目的 (2) 2.设计要求 (2) 3.设计原理 (2) 3.1.四位全加器 (2) 3.2.四位全加器的原理图 (4) 4.设计方案 (4) 4.1.仿真软件 (4) 4.2.全加器原理 (5) 4.2.1一位全加器的设计与原理 (5) 4.2.2四位全加器的原理及程序设计 (5) 5.程序设计 (7) 6.仿真及结果 (8) 总结与体会 (10) 参考文献 (11)
摘要 VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式、描述风格以及语法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可视部分,及端口)和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。 本次设计是用VHDL语言设计四位全加器，并用Quartus II仿真。 关键词：VHDL 四位全加器Quartus II
四位全加器设计 1.设计目的 复习加法器的原理，掌握加法器的设计实现方法，设计实现数字系统设计中常用的4位全加器，在此基础上进一步熟悉MAX+PLUSⅡ或Quartus II软件的使用方法，熟练掌握EDA的图形编程方法、开发流程、以及组合逻辑电路的设计、分析、综合、仿真方法。 2.设计要求 1）复习EDA的相关技术与方法； 2）掌握VHDL或者Verilog语言，并要求能编写程序。 3）Quartus软件的使用：掌握程序编辑、编译、调试、仿真方法。 4）设计相关简单的电路，完成既定的功能。 3.设计原理 3.1.四位全加器 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。 四位全加器可对两个多位二进制数进行加法运算，同时产生进位。当两个二进制数相加时，较高位相加时必须加入较低位的进位项（Ci），以得到输出为和（S）和进位（C0）。 其中CIN表示输入进位位，COUT表示输出进位位，输入A和B分别表示
EDA技术课程大作业 设计题目：基于VHDL的八位全加器 院系：电子信息与电气工程学院 学生姓名： 学号： 200902070033 专业班级： 09电子信息专升本 2010 年12 月5日
基于VHDL的八位全加器 1. 设计背景和设计方案 1.1设计背景 全加器是数字电路中一种典型的集成电路功能元件,它在有关数值运算的系统中得到广泛的应用。就产品而言,对于各集成电路族,均有现成的双全加器、四位全加器，可供使用,从而为使用全加器的逻辑设计提供了物质基础。它是一种由被加数、加数和来自低位的进位数三者相加的运算器，基本功能是实现二进制加法。进位传送速度快，主要用于高速数字计算机、数据处理及控制系统。与其它专用的中规模集成电路不同, 它同时具有多种重要的特性和功能，具有多种用途的潜力。 1.2设计方案 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。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。因此本文中的8 位加法器采用两个4位二进制并行加法器级联而成。
2. 方案实施 2.1 并行四位全加器 2.1.1 源程序 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity adder8 is port(c8: in std_logic; a8: in std_logic_vector(7 downto 0); b8: in std_logic_vector(7 downto 0); s8: out std_logic_vector(7 downto 0); co8:out std_logic); end entity adder8; architecture art of adder8 is component adder4 is port(c: in std_logic; a: in std_logic_vector(3 downto 0); b: in std_logic_vector(3 downto 0); s: out std_logic_vector(3 downto 0); co: out std_logic); end component adder4; signal sc: std_logic; begin u1: adder4 port map(c8,a8(3 downto 0),b8(3 downto 0),s8(3 downto 0),sc); u2: adder4 port map(sc,a8(7 downto 4),b8(7 downto 4),s8(7 downto 4),co8); end architecture art;
分别使用原理图和VHDL语言输入方法设计8位全加器
大庆石油学院课程设计 2006年9 月12 日
大庆石油学院课程设计任务书 课程硬件课程设计 题目分别使用原理图和VHDL语言输入方法设计8位全加器 专业计算机科学与技术姓名孟庆军学号040702140408 主要内容、基本要求、主要参考资料等 一、主要内容： 利用EDA-V型实验系统、微机和Maxplus-II软件系统，分别使用原理图和VHDL语言输入方法设计8位全加器。要求利用层次设计方法，首先设计1位半加器，仿真和测试成功后把它保存到元件库中去；之后以1位半加器为底层元件设计1位全加器，仿真和测试成功后把它也保存到元件库中去；最后以1位全加器为基本元件，设计8位全加器的顶层文件，进行仿真和测试。 二、基本要求： 1、熟练掌握EDA软硬件系统的使用方法。 2、设计出8位全加器，精通原理图输入方法，初步 学会使用VHDL语言输入方法。 3、学会功能仿真和时序仿真。
大庆石油学院硬件课程设计 4、按照规范写出论文，要求字数在4000字以上， 并进行答辩。论文内容包括概述（学习、调研、分 析、设计的内容摘要）、EDA技术的现状和发展趋势、对EDA_V型实验系统和MaxplusII软件的掌握程度、8位全加器设计过程（包括原理图或程序设计、编 译、仿真分析、硬件测试的全过程），论文中含有原 理图、程序、仿真波形图及其分析报告。 三、主要参考资料： [1] 潘松.EDA技术实用教程[M].北京：科学出版社, 2003.11-13. [2] 杨恒.FPGA/CPLD最新实用技术指南[M].北京：清华 大学出版社, 2005.20-22. [3] EDA先锋工作室.Altera FPGA/CPLD设计(基础 篇)[M].北京：人民邮电出版社2005.32-33. [4] 求是科技.CPLD/FPGA应用开发技术与工程实践[M]. 北京：人民邮电出版社2005. 55-58. [5] 潘松.SOPC技术实用教程[M] .清华大学出版 社.2005.1-15. 完成期限第28周 指导教师 专业负责人年月日 大庆石油学院课程设计成绩评价表