【设计】一位二进制全减器设计

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南昌大学实验报告

学生姓名： 学 号： 89 专业班级： 电子081

实验类型：□ 验证 □ 综合 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩：

实验一 1位二进制全减器设计

一、实验目的

1) 熟悉实验设备和软件，掌握Quartus II 的VHDL文本设计及原理图设计全过程；

2) 熟悉简单组合电路的设计，掌握系统仿真，学会分析硬件尝试结果；

二、实验内容与要求

1) 完成一位二进制全减器的设计，用LED显示输出结果；

2) 用分层设计的方法设计，顶层为全减器（文本输入法），底层为半减器（原理图输入法）和逻辑门组成；

3) 自行完成设计与仿真、波形分析、下载与硬件尝试等全过程，验证设计是否正确；

三、设计思路/原理图

首先根据一位二进制半减器运行原理，列出半减器真值表（如图一所示），并由真值表设计出半减器原理图（如图二），根据全减器真值表（图三）可用两个半减器和一个或门组成一位二进制全减器。

a b so co

0 0 0 0

0 1 1 1

1 0 1 0

1 1 0 0

图一 半减器真值表

图二 半减器原理图

a b c cout sub

0 0 0 0 0

0 0 1 1 1

0 1 0 1 1

0 1 1 1 0

1 0 0 0 1

1 0 1 0 0

1 1 0 0 0

1 1 1 1 1

图三 全减器真值表

图四 由半减器组成的全减器原理图

四、实验程序（顶层程序参考EDA教材88页一位二进制全加器顶层文本设计）

底层（原理图输入）

半加器连接图：

定义或门：

顶层（文本输入）

LIBRARY IEEE; --1位二进制全减器顶层描述

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; 文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

2文档收集于互联网，如有不妥请联系删除. ENTITY f_m IS --定义f_m实体

PORT (ain,bin,cin :IN STD_LOGIC;

cout,sub:OUT STD_LOGIC);

END ENTITY f_m;

ARCHITECTURE one OF f_m IS --描述结构体

COMPONENT h_m --定义h_m各引脚

PORT ( a,b : IN STD_LOGIC ;

co,so : OUT STD_LOGIC) ;

END COMPONENT ;

COMPONENT or2a --定义or2a各引脚

PORT (a,b : IN STD_LOGIC;

c : OUT STD_LOGIC) ;

END COMPONENT ;

SIGNAL d,e,f : STD_LOGIC ; --定义信号d,e,f的类型

BEGIN --描述底层各元件的连接

u1 : h_m PORT MAP (a=>ain, b=>bin, co=>d, so=>e) ;

u2 : h_m PORT MAP (a=>e, b=>cin, co=>f, so=>sub);

u3 : or2a PORT MAP (a=>d, b=>f, c=>cout);

END ARCHITECTURE one ; --结束结构体描述

五、实验步骤

1. 建立工作库文件夹和编辑设计文件

1) 在D盘新建立一个文件夹命名为f_m，选择ACEX1K芯片，保存下面的工程文件；

2) 打开quartus II，选择菜单File→New→Block diagram/schematic file，点击OK，输入半减器原理图，保存为h_m.bdf并选择菜单file→create/update→create

VHDL component declaration files for current file

2. 选择菜单File→New→Block diagram/schematic file，点击OK，定义或门，保存为or2a.bdf并选择菜单file→create/update→create VHDL component declaration files

for current file

3. 选择菜单File→New→VHDL file，点击OK后在打开的界面下输入已设计的程序，保存为f_m.vhd；

4. 对f_m.vhd进行编译

5. 创建仿真文件f_m.vwf,将所有引脚拉入仿真文件，设定end time以及ain，bin，cin输入值，进行仿真

6. 选择assignments→pins 设置各引脚，并编译；

7. 下载程序，验证实验结果；

六、仿真波形分析

下图为实验所得的波形图： 文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

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对实验所得的波形图作如上标记，可以得到下表：

区 间 ain bin cin cout sub LED6 LED5

a-b 0 0 0 0 0 灭 灭

b-c 0 0 1 1 1 亮 亮

c-d 0 1 0 1 1 亮 亮

d-e 0 1 1 1 0 亮 灭

e-f 1 0 0 0 1 灭 亮

f-g 1 0 1 0 0 灭 灭

g-h 1 1 0 0 0 灭 灭

h-i 1 1 1 1 1 亮 亮

数码管LED6、LED5分别显示cout和sub的值，亮为1，灭为0。cin为下一位借位情况，cout为本位输出，sub为向上借位的值，由上表可知，仿真结果与理论值（全减器真值表）一致，故仿真成功。由仿真波形图可知，cout、sub在实际仿真中存在延迟和毛刺的现象，但并不影响仿真的结果。

七、硬件测试

引脚锁定：ain锁定为53，bin锁定为54，cin锁定为55，cout锁定为207，sub锁定为204

输出结果由LED灯显示，灯亮为“1”，灯灭为“0”，根据全减器真值表依次输入ain、bin、cin的值“000” →“111”，通过硬件测试，LED灯显示结果与全减器真值表中cout、sub的值相符，硬件测试成功。

八、实验小结

对VHDL语言还不太熟悉，在底层原理图设计中误将或非门当做或门使用导致仿真结果失败，其次对于软件的不熟悉导致整个实验操作进行缓慢，下载时由于仪器问题下载失败。

九、实验心得体会

刚开始接触EDA，对VHDL语言还不熟悉，通过这个实验基本掌握了quartus II的设计流程，熟悉了基本组合电路的设计，对于程序的下载过程还需要在实验室多熟悉。对于软件的操作还有许多不明白的地方，需要进一步的学习。

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