项目四8位加法器电路设计
1.实训目标
1)通过8位加法器的设计，掌握组合逻辑电路的设计方法。
2)分别使用原理图和文字编辑的方法实现8位加法器的设计，通过电路的仿真和硬件
验证，进一步掌握原理图设计与文本设计的过程。
2.实训步骤
1)采用原理图编辑法，采用Altera MAX+PLUS II的MF函数里面调用8位全加器宏函
数8fadd实现电路设计。编程器件型号选择ACE1k系列的EP1K30TC144-3。完成项目编辑及功能仿真。
2)采用文本编辑法，即利用VHDL语言描述8位加法器，4位加法器的参考代码如下。
然后对其进行编译，编程器件型号选择ACE1k系列的EP1K30TC144-3，完成程序仿真，记录仿真数据。
3)由两个并行的4位加法器级联而成。选用原理图编辑发或者文本编辑法实现8位全
加器电路。并通过仿真验证。
3.实训数据1)原理图编辑法设计的8位加法器的电路。
2)原理图编辑法仿真结果。简述仿真波形的意义。
A[8..1]B[8..1]—输出端Cout—进位端
3)步骤2、步骤3选做一种，记录电路图或程序。
library ieee;
use adder8bit is
port(cin:in std_logic;
a,b:in std_logic_vector(7 downto 0);
s:out std_logic_vector(7 downto 0);
cout:out std_logic);
end adder8bit;
architecture beh of adder8bit is
signal sint:std_logic_vector(8 downto 0);
signal aa,bb:std_logic_vector(8 downto 0);
begin
aa<='0'&a(7 downto 0);--
bb<='0'&b(7 downto 0);
sint<=aa+bb+cin;
s(7 downto 0)<=sint(7 downto 0);
cout<=sint(8);
end beh;
4)对设计的8位全加器进行仿真验证，记录仿真结果。简述仿真波形的意义
4、思考题
根据步骤2中4位加法器的参考程序，设计一个4位减法器，并记录其仿真数据。程序：
library ieee;
use psubadd4 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 ;
architecture beh of psubadd4 is
signal sint:std_logic_vector(4 downto 0);
signal aa,bb:std_logic_vector(4 downto 0);
begin
aa<='0'&a(3 downto 0);
bb<='0'&b(3 downto 0);
sint<=cin+aa-bb;
s(3 downto 0)<=sint(3 downto 0);
cout<=sint(4);
end beh;
仿真数据：
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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：
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
目录 一、设计原理 (2) 二、设计目的 (3) 三、设计容 (3) 四、设计步骤 (3) 五、总结与体会 (7)
4位全加器设计报告 一、设计原理 全加器是指能进行加数、被加数和低位来的进位信号相加，并根据求和结果给出该位的进位。 4位加法器可以采用4个以为全加器级连成串行进位加法器，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，高速运算无法胜任。 A和B为加法器的输入位串，对于4位加法器其位宽为4位，S为加法器输出位串，与输入位串相同，C为进位输入（CI）或输出（CO）。 实现代码为：全加器真值表如下： module adder4(cout,sum,ina,inb,cin); output[3:0]sum; output cout; input[3:0]ina,inb; 输入输出Xi Yi Ci-1 Si Ci 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
input cin; assign {count,sum}=ina+inb+cin; endmodule 二、设计目的 ⑴熟悉ISE9.1开发环境，掌握工程的生成方法。 ⑵熟悉SEED-XDTK XUPV2Pro实验环境。 ⑶了解Verilog HDL语言在FPGA中的使用。 ⑷了解4位全加器的Verilog HDL语言实现。 三、设计容 用Verilog HDL语言设计4位全加器，进行功能仿真演示。 四、设计步骤 1、创建工程及设计输入。 ⑴在E：\progect\目录下，新建名为count8的新工程。
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：
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 本设计通过八个开关将A3,A2,A1,A0和B3,B2,B1,B0信号作为加数和被加数输入四位串行进位加法器相加，将输出信号S3,S2,S1,S0和向高位的进位 C3通过译码器Ⅰ译码，再将输出的Y3,Y2,Y1,Y0和X3,X2,X1,X0各自分别通过一个74LS247译码器，最后分别通过数码管BS204实现二位显示。 本设计中译码器Ⅰ由两部分组成，包括五位二进制译码器和八位二进制输出器。信号S3,S2,S1,S0和向高位的进位C3输入五位二进制-脉冲产生器，将得到的n（五位二进制数码对应的十进制数）个脉冲信号输入八位二进制输出器，使电路的后续部分得以执行。 总体论证方案与选择 设计思路：两个四位二进制数的输入可用八个开关实现，这两个二进制数经全加器求和后最多可以是五位二进制数。本题又要求用两个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八位，其中四位表示这个五位二进制数对应十进制数的十位，另四位表示个位。而译码器Ⅱ有现成的芯片可选用，此处可选74LS247，故设计重点就在译码器Ⅰ。 加法器选择 全加器：能对两个1位二进制数进行相加并考虑低位来的进位，即相当于3个1位二进制数相加，求得和及进位的逻辑电路称为全加器。或：不仅考虑两个一位二进制数相加，而且还考虑来自低位进位数相加的运算电路，称为全加器。 1)串行进位加法器 构成：把n位全加器串联起来，低位全加器的进位输出连接到相邻的高位全加器的进位输入。 优点：电路比较简单。 最大缺点：进位信号是由低位向高位逐级传递的，运算速度慢。 2)超前进位加法器 为了提高运算速度，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，于是制成了超前进位加法器。 优点：与串行进位加法器相比，（特别是位数比较大的时候）超前进位加法器的延迟时间大大缩短了。 缺点：电路比较复杂。 综上所述，由于此处位数为4（比较小），出于简单起见，这里选择串行进位加法器。 译码器Ⅱ选择 译码是编码的逆过程，将输入的每个二进制代码赋予的含意“翻译”过来，给出相应的输出信号。译码器是使用比较广泛的器材之一，主要分为：变量译码器和码制译码器，其中二进制译码器、二-十进制译码器和显示译码器三种最典型，使用十分广泛。显示译码器又分为七段译码器和八段
实验一 用原理图输入方法设计8位全加器 1．实验目的和要求 本实验为综合性实验，综合了简单组合电路逻辑,MAX+plus 10.2的原理图输入方法, 层次化设计的方法等内容。其目的是通过一个8位全加器的设计熟悉EDA 软件进行电子线路设计的详细流程。学会对实验板上的FPGA/CPLD 进行编程下载，硬件验证自己的设计项目。 2．实验原理 1位全加器可以用两个半加器及一个或门连接而成，半加器原理图的设计方法很多，我们用一个与门、一个非门和同或门（xnor 为同或符合，相同为1，不同为0）来实现。先设计底层文件：半加器，再设计顶层文件全加器。 （1） 半加器的设计： 半加器表达式：进位：co=a and b 和：so=a xnor ( not b ) 半加器原理图如下： （2） 全加器的设计: 全加器原理图如下： 3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境） 实验的硬件环境是： 微机 I113co a so b 1 0101 0110001 10 0co so b a not xnor2 and2 I113ain cout cout ain bin sum cin bin sum cin f_adder or2a f e d u3 u2 u1 b a c co so B co so B h_adder A h_adder A
EDA实验开发系统 ZY11EDA13BE 并口延长线，JTAG延长线 实验的软件环境是： MAX+plus 10.2 4．操作方法与实验步骤 ●按照4.1 节介绍的方法与流程，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置成一个硬件符号入库。 ●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、硬件测试。 5．实验内容及实验数据记录 1．设计半加器： 用原理图输入的方法输入一个半加器的逻辑图，如图所示： 然后在assign里头的device里头根据试验箱的芯片设置Decices，接着就设置输入输出荧脚的输入端和输出端，设置如表1所示： 表1.半加器引脚端口设置 引脚名称设置端口 ain input Pin=45 bin input Pin=46 co output Pin=19 so output Pin=24 然后Save，名称为h_add.gdf，再save & Compile。 结果如图所示：
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。
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
3-8. 在QuartusII中用原理图输入法设计8位全加器 1、实验目的：熟悉利用QuartusⅡ的原理图输入方法设计简单组合电路，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。 2、实验原理：先由一个半加器构成一个全加器，8位全加器可以由8个1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与相临的高位加法器的最低进位输入信号cin 相接。 3、实验内容及过程： 在D盘下建立一个新的文件夹为ADDER8。 本设计的思路是先设计1个1位半加器，因此建立新建文件夹D:/ ADDER8/h_adder；要利用1位的半加器构造1位的全加器，因此建立新建文件夹D:/ADDER8/f_adder；要利用1位的全加器构造8位的全加器，因此建立新建文件夹D:/ADDER8/adder8； (1)、用原理图输入法构造1位半加器 打开QuartusII软件，选择菜单File-New，在弹出的New对话框中选择原理图文件编辑输入项Block Diagram/Schematic File（如图4-1所示），按ok按钮后将打开原理图编辑窗口。 (2)建立一个初始原理图。在编辑窗口中的任何一个位置上右击鼠标，选择输入原件项Insert-Symbol，或者直接双击原理图编辑窗口，于是将弹出如图4-2所示原件对话框。在坐下的Name栏键入输入引脚符号input。然后单击ok按钮。即可将元件调入原理图编辑窗口。 图4-1 图4-2 （3）原理图文件存盘。选择菜单File-Save As，将此原理图文件存于刚才建立的目录D:/ ADDER8/h_adder 中，取文件名为：h_adder.bdf。然后将h_adder.bdf设定为工程，创建工程。 （4）绘制半加器原理图。在工程管理窗口，双击工程名，再次进入原理图编辑窗。双击原理图任何位置，再次弹出4-2的对话框。分别在Name栏键入原件名and2、not、xnor和输出引脚output，并用单击拖动的方法连接电路。然后分别在input和output引脚的PIN NAME上双击使其变为黑色，再用键盘输入各引脚名：a、b、co和so。最后作为本工程的顶层原理设计图如4-3。 图4-3 （5）仿真测试半加器。全程编译后，对此半加器工程进行方针测试，仿真波形如下图所示4-4。
实验四：8位加法器设计实验 1.实验目的：熟悉利用quartus原理图输入方法设计简单组合电路，掌握层次化设计方法。 2.实验原理：一个八位加法器可以由八个全加器构成，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。 3.实验任务：完成半加器，全加器，八位加法器设计，使用例化语句，并将其设计成一个原件符号入库，做好程序设计，编译，程序仿真。 1）编译成功的半加器程序： module h_adder(a,b,so,co); input a,b; output so,co; assign so=a^b; assign co=a&b; endmodule 2）编译成功的全加器程序： module f_adder(ain,bin,cin,cout,sum); output cout,sum;input ain,bin,cin; wire net1,net2,net3; h_adder u1(ain,bin,net1,net2); h_adder u2(.a(net1),.so(sum),.b(cin),.co(net3));
or u3(cout,net2,net3); endmodule 3）编译成功的八位加法器程序： module f_adder8(ain,bin,cin,cout,sum); output [7:0]sum; output cout;input [7:0]ain,bin;input cin; wire cout0, cout1, cout2 ,cout3, cout4,cout5,cout6; f_adder u0(.ain(ain[0]),.bin(bin[0]),.cin(cin),.sum(sum[0]),.cout(cout0)); f_adder u1(.ain(ain[1]),.bin(bin[1]),.cin(cout0),.sum(sum[1]),.cout(cout1 )); f_adder u2(.ain(ain[2]),.bin(bin[2]),.cin(cout1),.sum(sum[2]),.cout(cout2 )); f_adder u3(.ain(ain[3]),.bin(bin[3]),.cin(cout2),.sum(sum[3]),.cout(cout3 )); f_adder u4(.ain(ain[4]),.bin(bin[4]),.cin(cout3),.sum(sum[4]),.cout(cout4 )); f_adder
实验1 原理图输入设计8位全加器 一、实验目的： 熟悉利用QuartusⅡ的原理图输入方法设计简单组合电路，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软件进行电子线路设计的详细流程。 二、原理说明： 一个8位全加器可以由8个1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与其相邻的高位加法器的最低进位输入信号cin相接。而一个1位全加器可以按照本章第一节介绍的方法来完成。 三、实验内容： 1：完全按照本章第1节介绍的方法与流程，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。 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、仿真和硬件测试。 四、实验环境： 计算机、QuartusII软件。 五、实验流程： 实验流程： 根据半加器工作原 理，建立电路并仿 真，并将元件封装。 ↓ 利用半加器构成一位 全加器，建立电路并 仿真，并将元件封 装。 ↓ 利用全加器构成8位全 加器，并完成编译、综 合、适配、仿真。 图1.1 实验流程图
六、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）半加器原理图： 图1.2 半加器原理图（2）综合报告： 图1.3 综合报告: （3）功能仿真波形图4： 图1.4 功能仿真波形图
时序仿真波形图： 图1.5 时序仿真波形图 仿真结果分析：sout为和信号，当a=1，b=0或a=0，b=1时，和信号sout为1，否则为0.当a=b=1时，产生进位信号，及cout=1。 （4）时序仿真的延时情况： 图1.6 时序仿真的延时情况 （5）封装元件： 图1.7 元件封装图 2. 利用半加器构成一位全加器，建立电路并仿真，并将元件封装。 （1）全加器原理图如图： 图2.1 全加器原理图
目录 一、设计目的和要求 (1) 1.课程设计目的 (1) 2.课程设计的基本要求 (1) 3.课程设计类型 (1) 二、仪器和设备 (1) 三、设计过程 (1) 1.设计内容和要求 (1) 2.设计方法和开发步骤 (2) 3.设计思路 (2) 4.设计难点 (4) 四、设计结果与分析 (4) 1.思路问题以及测试结果失败分析 (4) 2.程序简要说明 (5) 五、心得体会 (9) 六、参考文献 (9)
一、设计目的和要求 1.课程设计目的 设计一个带进位的八位二进制加法计数器：要求在MAX+plusⅡ10.2软件的工作平台上用VHDL语言层次设计出一个带进位的八位二进制加法器，并通过编译及时序仿真检查设计结果。 2.课程设计的基本要求 全加器与带进位输入8位加法器设计要求我们通过8位全加器的设计掌握层次化设计的方法，充分理解全加器的设计过程，掌握一位全加器的程序，熟悉MAX+plusⅡ10.2软件的文本和原理图输入方法设计简单组合电路。 课程设计过程中要求能实现同步和异步的八位二进制全加器的设计。 3.课程设计类型 EDA课程设计 二、仪器和设备 PC机、MAX+plusⅡ10.2软件 三、设计过程 1.设计内容和要求 方法一： 1.原理图输入完成半加器和1位全加器的设计，并封装入库 2.层次化设计，建立顶层文件，由8个1位全加器串联构成8位全加器 3.每一层次均需进行编译、综合、适配及仿真 方法二： 1. 原理图输入完成一个四位全加器的设计 2.层次化设计，建立顶层文件，由2个4位全加器串联构成8位全加器 3.每一层次均需进行编译、综合、适配及仿真
2.设计方法和开发步骤 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。 因此这次课程设计中的8 位加法器可采用两个4位二进制并行加法器级联而成。此外我们还讨论了由八个一位全加器串联构成的八位二进制全加器。设计中前者设计为同步加法器，后者设计为异步加法器。 3.设计思路 方法一：异步八位全加器 设计流程图如下： 图 1异步八位流程图
实验二 8位全加器的设计与实现 [实验目的] 1 掌握Quartus II 环境下原理图输入、编译综合、仿真、引脚锁定、下载及硬件 测试测试方法; 2 掌握Quartus II 对FPGA 的设计方法。 3 学习8位全加器原理图的设计，掌握Quartus II 原理图层次化设计方法。 [实验仪器] Pentium PC 机 、EDA 实验箱 各一台 Quartus II 6.0软件 [实验内容] 采用Quartus II 原理图输入方式及层次化设计方法设计8位全加器并进行器件编程、检测。 1. 完成全加器的设计(包括原理图输入、编译综合、适配、仿真并将它们设置成硬件符号入库)。 2. 建立顶层原理图文件。采用已产生的全加器元件设计一个8位串行全加器电路，并完成编译综合、适配、仿真和硬件测试。 一、一位全加器 每个全加器有三位输入，分别是加数A,B 和一个进位位CI 。将这三个数相加，得 出全加和数D 和进位数CO 。这个过程称为”全加”，全加器的真值表参见表1。 全加器的真值表1 A B CI CO D 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 由表2得: ABCI CI AB CI B A BCI A CO +++= D ABCI ABCI ABCI ABCI =+++ 可用两个四选一芯片完成。原理图如下：
A BCI 1 0001111011 1 cout D0D1D2D31 A BCI 1 00011110111S D0D1D2 D3 1 可得： Cout 的连接方式如下： D0=0;D1=CI=D2;D3=1 S 的连接方式如下： D0=CI;D1=CI =D2;D3=CI 选用两片4选1，可绘制全加器如图1所示。 VCC ci INPUT VCC A INPUT VCC B INPUT S OUTPUT COUT OUTPUT S0D2S1D3D0INH D1 Q MUX41 inst9 NOT inst10 S0D2S1D3D0INH D1Q MUX41 inst GND VCC 图1一位全加器 1． 为全加器项目工程设计建立文件夹 Windows 环境下在D ：盘建立8位加法器设计项目的文件夹，取名为adder8, 路径为d ：\adder8。 2． 输入原理图文件 （1） 打开Quartus II ，选择菜单File →New 。在New 窗口中的Device Design Files 中选择硬件设计文件类型为Block Diagram/Sxhematic File ，单击OK 按钮后进入Quartus II 图形编辑窗口。 （2） 选择输入元件项Inset →Symbol ，分别调入mux41、not 元件及输入、输出端口，参照图上图合理布局、布线，最后输入各引脚名:A 、B 、ci 和s 、cout 。 (3) 原理图文件存盘，注意应选择刚才建立的文件夹 d:\adder8，将已设计好的原理图 文件取名为has.bdf,点击OK 存盘。存盘后Quartus II 弹出“Do you want to create a new project with this file?” 窗口，窗口选择“是”，将进入建立新工程项目操作。（具体操作见第3点） 3、 建立新工程项目 如在前一步操作中选择“否”的话，可按下面的操作建立新工程项目。建立工程项目
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
CMOS数字集成电路设计课程设计报告 学院：****** 专业：****** 班级：****** 姓名：Wang Ke qin 指导老师：****** 学号：****** 日期：2012-5-30
目录 一、设计要求 (1) 二、设计思路 (1) 三、电路设计与验证 (2) (一)1位全加器的电路设计与验证 (2) 1)原理图设计 (2) 2)生成符号图 (2) 3)建立测试激励源 (2) 4)测试电路 (3) 5)波形仿真 (4) (二)4位全加器的电路设计与验证 (4) 1)原理图设计 (4) 2)生成符号图 (5) 3)建立测试激励源 (5) 4)测试电路 (6) 5)波形仿真 (6) (三)8位全加器的电路设计与验证 (7) 1)原理图设计 (7) 2)生成符号图 (7) 3)测试激励源 (8) 4)测试电路 (8) 5)波形仿真 (9) 6)电路参数 (11) 四、版图设计与验证 (13) (一)1位全加器的版图设计与验证 (13) 1)1位全加器的版图设计 (13) 2)1位全加器的DRC规则验证 (14) 3)1位全加器的LVS验证 (14) 4)错误及解决办法 (14) (二)4位全加器的版图设计与验证 (15) 1)4位全加器的版图设计 (15) 2)4位全加器的DRC规则验证 (16) 3)4位全加器的LVS验证 (16) 4)错误及解决办法 (16) (三)8位全加器的版图设计与验证 (17) 1)8位全加器的版图设计 (17) 2)8位全加器的DRC规则验证 (17) 3)8位全加器的LVS验证 (18) 4)错误及解决办法 (18) 五、设计总结 (18)
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);
项目四8位加法器电路设计 1.实训目标 1)通过8位加法器的设计，掌握组合逻辑电路的设计方法。 2)分别使用原理图和文字编辑的方法实现8位加法器的设计，通过电路的仿真和硬件 验证，进一步掌握原理图设计与文本设计的过程。 2.实训步骤 1)采用原理图编辑法，采用Altera MAX+PLUS II的MF函数里面调用8位全加器宏函 数8fadd实现电路设计。编程器件型号选择ACE1k系列的EP1K30TC144-3。完成项目编辑及功能仿真。 2)采用文本编辑法，即利用VHDL语言描述8位加法器，4位加法器的参考代码如下。 然后对其进行编译，编程器件型号选择ACE1k系列的EP1K30TC144-3，完成程序仿真，记录仿真数据。 3)由两个并行的4位加法器级联而成。选用原理图编辑发或者文本编辑法实现8位全 加器电路。并通过仿真验证。
3.实训数据1)原理图编辑法设计的8位加法器的电路。 2)原理图编辑法仿真结果。简述仿真波形的意义。 A[8..1]B[8..1]—输出端Cout—进位端 3)步骤2、步骤3选做一种，记录电路图或程序。 library ieee; use adder8bit is port(cin:in std_logic; a,b:in std_logic_vector(7 downto 0); s:out std_logic_vector(7 downto 0);
cout:out std_logic); end adder8bit; architecture beh of adder8bit is signal sint:std_logic_vector(8 downto 0); signal aa,bb:std_logic_vector(8 downto 0); begin aa<='0'&a(7 downto 0);-- bb<='0'&b(7 downto 0); sint<=aa+bb+cin; s(7 downto 0)<=sint(7 downto 0); cout<=sint(8); end beh; 4)对设计的8位全加器进行仿真验证，记录仿真结果。简述仿真波形的意义 4、思考题 根据步骤2中4位加法器的参考程序，设计一个4位减法器，并记录其仿真数据。程序：