(VHDL实验报告)一位半加器,全加器的设计
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数电实验报告半加全加器实验目的:掌握半加器和全加器的原理和应用,了解半加器和全加器的构造和工作原理。
实验器材:逻辑电路实验箱、7400四与非门、7402四与非门、7408四与门、7432四或门、7447数码显示器、开关、电源、跳线等。
实验原理:半加器和全加器是数字电路中常用的基本逻辑电路,用于对二进制进行加法运算,主要用于数字电路中的算术逻辑单元(ALU)。
1.半加器实验原理:半加器是一种能够对两个二进制位进行加法运算的电路。
半加器有两个输入端和两个输出端,输入端分别为A和B,输出端分别为S和C。
其中,A和B分别为要加的两个二进制数位,S为运算结果的个位,并且用S=A⊕B表示;C为运算结果的十位(进位),C=A·B表示。
半加器的真值表和逻辑符号表达式如下:```A,B,S,C0,0,0,00,1,1,01,0,1,01,1,0,1```2.全加器实验原理:全加器是一种能够对两个二进制位和一个进位信号进行加法运算的电路。
全加器有三个输入端和两个输出端,输入端分别为A、B和Cin,输出端分别为S和Cout。
其中,A和B分别为要加的两个二进制数位,Cin 为上一位的进位信号,S为运算结果的个位,并且用S=A ⊕ B ⊕ Cin表示;Cout为运算结果的十位(进位),Cout=(A·B) + (A·Cin) + (B·Cin)表示。
全加器的真值表和逻辑符号表达式如下:```A ,B , Cin , S , Cout0,0,0,0,00,0,1,1,00,1,0,1,00,1,1,0,11,0,0,1,01,0,1,0,11,1,0,0,11,1,1,1,1```实验步骤:1.首先,按照实验原理连接逻辑门实验箱中的电路。
将7400四与非门的1、2号引脚分别连接到开关1、2上,将开关3连接到7400的3号引脚,将开关4连接到7400的5号引脚,将7400的6号引脚连接到LED1上,表示半加器的进位输出。
实验4 半加器的VHDL设计
一、实验目标
1.设计电路系统的硬件框图,并用实体描述;
2. 利用VHDL的逻辑表达式描述门电路;
3.利用VHDL代码完成半加器的设计。
二、实验步骤
1.半加器的输入为a和b。
半加器的输出为和so以及进位co。
2.根据半加器的输入和输出情况,可以写出半加器电路系统的硬件框图:
4.根据端口的定义,可以写出半加器的实体:
5.半加器的门电路为:
可以用VHDL逻辑表达式来描述门电路:
so<=_______________________________
co<=_______________________________
6.根据逻辑表达式,可以写出半加器的结构体:
7.因此半加器的VHDL代码为:
8.把VHDL代码输入QuartusII中,保存文件,文件名要与实体名相同。
9.建立工程,工程名要与设计文件名相同。
将设计文件设置为工程的顶层文件,把设计文件加入到工程中。
编译。
10.利用真值表进行时序仿真,并画出a、b、so、co的波形图,要标明时间刻度。
实验一 半加器和全加器的设计一、 实验目的1、掌握图形的设计方式;2、掌握自建元件及调用自建元件的方法;3、熟练掌握MAXPLUS II 的使用。
二、实验内容1、熟练软件基本操作,完成半加器和全加器的设计;2、正确设置仿真激励信号,全面检测设计逻辑;3、综合下载,进行硬件电路测试。
三、实验原理1、半加器的设计半加器只考虑了两个加数本身,没有考虑由低位来的进位。
半加器逻辑表达式:B A B A B A S ⊕=+=;AB C =2.全加器的设计全加器除考虑两个加数外,还考虑了低位的进位。
全加器逻辑表达式: 1-⊕⊕=i i i i C B A S ;AB C B A C i i i i +⊕=-1)(3、利用半加器元件完成全加器的设计 (1)图形方式其中HADDER 为半加器元件。
四、实验步骤1、完成图形半加器设计。
2、完成VHDL 半加器设计与仿真(记录仿真波形)。
3、完成VHDL 全加器设计与仿真(记录仿真波形)。
4、利用半加器元件进行图形的全加器设计。
五、思考题:1、怎样自建元件?自建元件的调用要注意什么?实验二二位加法计数器的设计一、实验目的1、掌握二位加法计数器的原理;2、掌握二位加法计数器的VHDL描述。
3、深入理解VHDL中元件例化的意义。
二、实验内容1、完成带进位功能二位加法计数器的VHDL设计;2、正确设置仿真激励信号,全面检测设计逻辑;3、综合下载,进行硬件电路测试。
三、实验原理1、二位加法计数器中使用了矢量类型的数据,用来表示计数的数值。
2、元件的例化就是元件的调用,是层次化设计的基础。
具体设计程序由学生自己完成。
四、实验步骤1、了解二位加法计数器的工作原理。
2、用VHDL文本方式设计二位加法计数器。
3、进行二位加法计数器的设计仿真(记录仿真波形)。
4、进行二位加法计数器的设计下载与测试。
五、思考题1、怎样设计“减法”计数器?2、进位信号的设置应注意什么?实验三基于QUARTUSII图形输入电路的设计一、实验目的1、通过一个简单的3—8译码器的设计,掌握组合逻辑电路的设计方法。
1位全加器V H D L文本输入设计湖南文理学院姓名: 彭仕林 学号:201111020205 成绩:组号: 2 学院:物理与电子科学学院 年级: 大三 专业:电子信息科学与技术 课程名称: EDA 技术实验 日期:_____________一、实验名称1位全加器VHDL 文本输入设计二、实验目的学习QuartusII 软件的应用软件的应用,以及元件例化语句,进一步熟悉VHDL 设计技术。
三、实验仪器QuartusII 软件、《E-Play-SOPC 教学实验箱》四、实验原理及原理图物理与电子科学学院实验报告批阅教师签字:五、实验程序半加器:LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY half_adder ISPORT (a,b : IN STD_LOGIC;s,co: OUT STD_LOGIC);END half_adder;ARCHITECTURE half1 OF half_adder ISSIGNAL c,d : STD_LOGIC;BEGINc<=a OR b;d<=a NAND b;co<=NOT d;s<=c AND d;END half1;全加器:LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY fulladder ISPORT (a, b, cin: IN STD_LOGIC;sum, co : OUT STD_LOGIC;M : out std_logic_vector(3 downto 0));END fulladder;ARCHITECTURE full1 OF fulladder ISCOMPONENT half_adderPORT (a,b :IN STD_LOGIC;s,co:OUT STD_LOGIC);END COMPONENT ;SIGNAL u0_co,u0_s,u1_co : STD_LOGIC;BEGINM <= "0001";U0: half_adder PORT MAP(a,b,u0_s,u0_co);U1: half_adder PORT MAP(u0_s, cin, sum, u1_co);co<=u0_co OR u1_co;END full1;六、实验步骤(1)、打开QuartusII软件。
加法器实验报告实验三加法器的设计与仿真一、实验目的熟悉quartus ⅱ仿真软件的基本操作,用逻辑图和vhdl语言设计加法器并验证。
二、实验内容1、熟悉quartus ⅱ软件的基本操作,了解各种设计输入方法(原理图设计、文本设计、波形设计)2、用逻辑图和vhdl语言设计全加器并进行仿真验证;3、用设计好的全加器组成串行加法器并进行仿真验证;4、用逻辑图设计4位先行进位全加器并进行仿真验证;三、实验原理1. 全加器全加器英文名称为full-adder,是用门电路实现两个二进制数相加并求出和的组合线路,称为一位全加器。
一位全加器可以处理低位进位,并输出本位加法进位。
多个一位全加器进行级联可以得到多位全加器。
用途:实现一位全加操作逻辑图真值表利用与或门设计的全加器,它只能做一位的加法,先预想好它的功能,写出真值表,就可以根据这些来设计电路了。
2.四位串行加法器逻辑图利用全加器的组合实现4位串行加法器,全加器只能对一位进行操作,将每一位的结果传给下一位,就可以实现4位的加法器。
3.74283:4位先行进位全加器(4-bit full adder)利用74283芯片实现的4位先行进位全加器比前两者功能更完善,它可以实现进位功能,这个自己设计难度比较大,可以参照74283的功能表加深对它的理解,按照如下的逻辑图实现进位全加器。
逻辑框图逻辑功能表注:1、输入信号和输出信号采用两位对折列表,节省表格占用的空间,如:[a1/a3]对应的列取值相同,结果和值[σ1/σ3]对应的运算是σ1=a1+b1和σ3=a3+b3。
请自行验证一下。
2、c2是低两位相加产生的半进位,c4是高两位相加后产生的进位输出,c0是低位级加法器向本级加法器的进位输入。
四、实验方法与步骤实验方法:采用基于fpga进行数字逻辑电路设计的方法。
采用的软件工具是quartusii软件仿真平台,采用的硬件平台是altera epf10k20ti144_4的fpga试验箱。
EDA技术及应用实验报告——一位全加器VHDL的设计班级:XXX姓名:XXX学号:XXX一位全加器的VHDL设计一、实验目的:1、学习MAX+PLUSⅡ软件的使用,包括软件安装及基本的使用流程。
2、掌握用VHDL设计简单组合电路的方法和详细设计流程。
3、掌握VHDL的层次化设计方法。
二、实验原理:本实验要用VHDL输入设计方法完成1位全加器的设计。
1位全加器可以用两个半加器及一个或门连接构成,因此需要首先完成半加器的VHDL设计。
采用VHDL层次化的设计方法,用文本编辑器设计一个半加器,并将其封装成模块,然后在顶层调用半加器模块完成1位全加器的VHDL设计。
三、实验内容和步骤:1、打开文本编辑器,完成半加器的设计。
2、完成1位半加器的设计输入、目标器件选择、编译。
3、打开文本编辑器,完成或门的设计。
4、完成或门的设计输入、目标器件选择、编译。
5、打开文本编辑器,完成全加器的设计。
6、完成全加器的设计输入、目标器件选择、编译。
7、全加器仿真8、全加器引脚锁定四、结果及分析:该一位加法器是由两个半加器组成,在半加器的基础上,采用元件的调用和例化语句,将元件连接起来,而实现全加器的VHDL编程和整体功能。
全加器包含两个半加器和一或门,1位半加器的端口a和b分别是两位相加的二进制输入信号,h是相加和输出信号,c是进位输出信号。
构成的全加器中,A,B,C分别是该一位全加器的三个二进制输入端,H是进位端,Ci是相加和输出信号的和,下图是根据试验箱上得出的结果写出的真值表:信号输入端信号输出端Ai Bi Ci Si Ci0 0 0 0 00 0 1 1 00 1 0 1 00 1 1 0 11 0 0 1 01 0 1 0 11 1 0 0 11 1 1 1 1。
《数字电路与逻辑设计实验》实验报告实验名称:组合逻辑电路(半加器全加器及逻辑运算)实验器材(芯片类型及数量)7400 二输入端四与非门,7486 二输入端四异或门,7454 四组输入与或非门一、实验原理1、组合逻辑电路的分析方法:(1)从输入到输出,逐步获取逻辑表达式(2)简化逻辑表达式(3)填写真值表(4)通过真值表总结出该电路的功能(5)选择芯片型号,绘制电路图,测试并验证之前的分析是否正确2、组合逻辑电路的设计方法:(1)根据实际逻辑问题的因果关系,定义输入输出变量的逻辑状态(2)根据设计要求,按逻辑功能列出真值表,填写卡诺图(3)通过卡诺图或真值表得到逻辑表达式(4)根据逻辑方程式画出图表,进行功能试验二、实验内容及原理图1、完成与非门、异或门、与或非门逻辑功能测试。
2、测试由异或门和与非门组成的半加器的逻辑功能。
根据半加器的逻辑表达式可知,半加器和位Y是A、B的异或而进位Z是A、B相与,故半加器可用一个继承异或门和两个与非门构成如图2.1。
AYBZ图2.1 半加器电路结构图(1)按照图2.1完成电路连接。
(2)按照表2.1改变A 、B 状态,并填表。
3、 测试全加器的逻辑功能。
SiG9CiA iB iC i-1图2.2 全加器电路结构图(1)写出图2.2的逻辑功能表达式(Y S i C i ) Y = Ai ⊕ Bi Si = Ai ⊕ Bi ⊕ Ci -1 Ci = AiBi + (Ai ⊕ Bi) Ci -1 (2)根据逻辑功能表达式列出真值表(3)按原理图选择与非门并接线测试,将结果记入表2.2。
4、 用异或、与或非门和与非门实现全加器的逻辑功能。
全加器可以用两个半加器和两个与门一个或门组成,在实验中,常用一块双异或门、一个与或非门和一个与非门实现。
(1)画出用异或门、与或非门和非门实现全加器的逻辑电路图,写出逻辑表达式。
Y = Ai ⊕ Bi Si = Ai ⊕ Bi ⊕ Ci -1 Ci = AiBi + (Ai ⊕ Bi) Ci -1(2)找出异或门、与或非门和与非门器件按自己画的图接线。
实验一:半加器与全加器实验(1)实验目的与任务目的:理解半加器、全加器原理;掌握加法器Verilog编写方法;熟悉基于Quartus II软件的Verilog代码文本输入设计流程。
任务:基于Quartus II软件和EDA实验箱完成全加器的设计、仿真与硬件测试。
(2)实验设备带有windows操作系统和Quartus II软件的PC机一台;EDA实验箱一台(包含电源线和下载线)。
(3)实验内容基于Quartus II软件使用Verilog HDL设计半加器与全加器,并进行仿真和硬件测试。
硬件测试方案:使用拨码开关SW1(被加数)、SW2(加数)和SW3(进位输入)作为输入,以发光二极管LED0(和)和LED1(进位输出)作为输出。
拨动SW1、SW2和SW3,LED0和LED1显示正确。
原理图:注意:原理图中的SW0、SW1、SW2应该为实验箱上的SW1、SW2、SW3。
(4)实验步骤①运行Quartus II软件,编写半加器和全加器的Verilog代码,并保存(半加器保存为h_adder.v,全加器保存为f_adder.v)。
②创建工程,工程名为f_adder,把h_adder.v和f_adder.v添加到工程中,选择目标芯片为Cyclone III系列的EP3C120F780C8,不使用第三方EDA工具。
③编译。
④使用Quartus II自带的仿真工具对全加器进行时序仿真(打开波形编辑器,设置仿真时间50us,波形文件存盘f_adder.vwf,将工程f_adder的端口信号节点选入波形编辑器中,总线数据格式设置和参数设置,编辑输入波形数据,启动仿真器,观察仿真结果)。
⑤引脚锁定。
⑥编译文件(产生JTAG编程文件f_adder.sof(掉电丢失);并通过转换得到JTAG间接编程文件f_adder_file.jic(掉电不丢失))下载,硬件测试,随意拨动实验箱中的SW1、SW2和SW3,观察LED0和LED1的变化。