武汉理工大学EDA实验原理图输入法输入的4位全加器和Verilog HDL语言输入的16进制频率计

4 位加法器原理图设计一、实验目的1、进一步掌握 Quartus Ⅱ原理图输入设计法。

2、通过4位加法器的设计，掌握原理图输入法中的层次化设计。

二、实验原理图1 半加器原理图图2 1位全加器原理图图3 4 位加法器原理图4 位加法器(如图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)，而1位半加器可以由若干门电路组成（如图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。

四、实验步骤1、打开QUARTUS II软件，新建一个工程adder4bit。

2、建完工程之后，再新建一个Block Diagram/Schematic File。

在原理图编辑窗口绘制如图1的半加器原理图。

点击 File ->Save，将已设计好的图文件取名为：h_adder，并存在此目录内。

3、编译。

如果发现有错，排除错误后再次编译。

直到编译通过就可以进行波形仿真了。

4、时序仿真。

建立波形文件，设置波形参量，再保存(注意: QuartusⅡ在波形仿真时，只支持一个与工程名同名的波形文件，所以在对多个文件进行波形仿真时，对波形文件都取工程名进行保存，后缀名为.vwf；若确实想保留多个波形文件，则可以分别命名，想对哪个波形文件进行仿真时，点击Processing->simulationTool，在Simulation input中输入待仿真的波形文件即可，如图4所示) ，最后运行波形仿真。

观察分析波形。

然后将半加器 h_adder 封入库生成半加器元件了,为后续生成 1 位全加器做准备。

图4 仿真结果5、封装入库。

封将仿真调试好的半加器封装入库。

打开 h_adder.bdf文件，在File->Create/update 如图5所示。

图5 元件封装入库6、全加器原理图设计。

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）：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity f_add_bev is(A : in std_logic;B : in std_logic;CIN : in std_logic;S : out std_logic;CO : out std_logic);end entity;architecture bev of f_add_bev isbegin(CO,S)<=('0',A)+('0',B)+('0',CIN);end bev;VHDL源程序如下（行为描述）的RTL与technology map视图VHDL源程序如下（数据流描述）：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.numeric_std.all;entity f_add_fl is(A : in std_logic;B : in std_logic;CIN : in std_logic;S : OUT std_logic;CO : out std_logic);end entity;architecture fl of f_add_fl isbeginS<=A XOR B XOR CIN;CO<=((A XOR B)AND CIN)OR(A AND B);end fl;VHDL源程序如下（数据流描述）的RTL与technology map视图：VHDL源程序如下（结构化描述）：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.numeric_std.all;entity f_add_con isport(A : in std_logic;B : in std_logic;CIN : in std_logic;S : OUT std_logic;CO : out std_logic );end entity;architecture con of f_add_con is COMPONENT hadd_vhdPORT(a : IN STD_LOGIC;b : IN STD_LOGIC;co : OUT STD_LOGIC;s : OUT STD_LOGIC );END COMPONENT;SIGNAL S1:STD_LOGIC;SIGNAL CO1:STD_LOGIC;SIGNAL CO2:STD_LOGIC;beginh_add1 : hadd_vhdport map(a => a,B => B,S => S1,CO => CO1);h_add2 : hadd_vhdport map(a => S1,B => CIN,S => S,CO => CO2);CO<=CO1 OR CO2;end con;VHDL源程序如下（结构化描述）的RTL与technology map视图：Testbench文件源程序如下：LIBRARY cycloneiii ;LIBRARY ieee ;USE cycloneiii.cycloneiii_components.all ;USE ieee.std_logic_1164.all ;ENTITY f_add_fl_tb ISEND ;ARCHITECTURE f_add_fl_tb_arch OF f_add_fl_tb ISSIGNAL A : STD_LOGIC :='0';SIGNAL CO : STD_LOGIC ;SIGNAL CIN : STD_LOGIC :='0'; SIGNAL B : STD_LOGIC :='0'; SIGNAL S : STD_LOGIC ;COMPONENT f_add_flPORT (A : in STD_LOGIC ;CO : buffer STD_LOGIC ;CIN : in STD_LOGIC ;B : in STD_LOGIC ;S : buffer STD_LOGIC );END COMPONENT ;BEGINDUT : f_add_flPORT MAP (A => A ,CO => CO ,CIN => CIN ,B => B ,S => S ) ;A<=NOT A AFTER 0.25US;B<=NOT B AFTER 0.5US;CIN<=NOT CIN AFTER 1US;END ;功能仿真波形如下：时序仿真波形如下：3.利用层次化原理图方法设计4位全加器（1）生成新的空白原理图，作为4位全加器设计输入（2）利用已经生成的1位全加器作为电路单元，设计4位全加器。

实验报告课程名称：EDA技术与VHDL实验题目：四位加法器设计班级学号：姓名：成绩：一、实验目的 ..................................................................................... - 1 -二、实验任务 ..................................................................................... - 1 -三、系统总体设计 ............................................................................. - 1 -四、VHDL程序设计......................................................................... - 1 -1. 用原理图输入方式设计半加器 ................................................ - 2 -2. 全加器的设计 ............................................................................ - 4 -3.4位全加器的设计 ....................................................................... - 5 -五、仿真 ............................................................................................... - 5 -六、仿真结果分析 ............................................................................... - 6 -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4位全加器的设计把握文本和原理图输入方式设计的详细流程。

EDA原理图输入法设计4位全加器实验课程名称：EDA实验_实验项目名称用原理图输入法设计4位全加器实验成绩实验者专业班级组别同组者实验日期一、实验目的熟悉利用Quartus II 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、实验内容和步骤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。

三、实验仪器Quartus II软件四、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，即将低一位全加器仿真波形如下图所示：3.四位全加器原理图如下所示：四位全加器波形图如下所示：五、实验小结通过此次实验，对Quartus II软件有了更加深入的认识，能较为熟练的使用。

在开始仿真的时候，要先弄清原理，接下来的线路连接就较为简单了。

设计顶层文件也是一个重要的知识点，掌握好之后对后面的设计有很大的帮助。

同时对时序仿真部分也要了解相关的步骤设置才能得到最终的仿真结果。

经过反复的联系，全加器的仿真图能很好的掌握并得出正确的仿真结果，对EDA的相应知识点也能很好的掌握，而且能熟练的使用Quartus II，这些对我都有很重要的意义。

实验四四位全加器一、实验目的l. 用组合电路设计4位全加器。

2.了解Verilog HDL语言的行为描述的优点。

2、实验原理4位全加器工作原理1）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。

被加数Ai、加数Bi从低位向本位进位Ci-1作为电路的输入，全加和Si与向高位的进位Ci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中所列。

2）1位全加器一位全加器(FA)的逻辑表达式为：S=A⊕B⊕Cin；Co=AB+BCin+ACin其中A,B为要相加的数，Cin为进位输入；S为和，Co是进位输出；这两幅图略微有差别，但最后的结果是一样的。

3）4位全加器4位全加器可看作4个1位全加器串行构成, 具体连接方法如下图所示：采用Verilog HDL语言设计该4位全加器，通过主模块调用子模块（1位全加器）的方法来实现。

3、实验步骤四、实验连线K1-K4:14-11K5-K8:18-15L5-L8:7-10VIJN:83L4:64KHZ:805、心得体会首先，实现这一段全加器代码并不难，但是由于困惑给的三个时钟输入，没有太懂意思，所以只写了全加器控制LED灯的代码；后来问清楚后，运行全加器代码，有错误，原来是建文件时用的是verilog hdl，我建的是其他类型的；后来还有错，原来是把冒号打成分号；编译成功后，LED不亮，后来发现是硬件老化，换了箱子。

这一部分做好后，我准备把控制声音的加上去，本来准备再加一个模块，可是不能有两个顶层块，就对主模块做了补充，用case命令调用不同的状态，因为时间紧迫，所以代码写得比较简单，没有用经典的分频代码。

这里附一小段，是我在研究分频控制时看懂的网上的经典分频代码，适合乐曲自动播放等高级的实现，仅供分享assign preclk=(divider==16383)?1:0;//divider==16383，preclk=1always @(posedge clk) //基频上升沿触发beginif(preclk) //preclk=1divider=origin;elsedivider=divider+1;endalways @(posedge preclk) //调整占空比beginspeaker=~speaker; //2 分频产生方波信号end这部分实现了分频功能，其中origin+divider=16384=2^14，这个数根据自己的需要而定。

实验三数字加法器的设计一、实验目的1. 掌握数字加法器的工作原理和逻辑功能。

2. 熟悉ISE集成开发环境。

3. 熟悉ISE中进行开发设计的流程。

二、实验环境1. 装有ModelSim和ISE的计算机。

2. Sword实验系统。

三、实验任务1. 用VerilogHDL语言设计实现4位串行数字加法器和4位并行加法器，在ModelSim上仿真实现。

2. 生成FPGA设计文件，下载到Sword实验系统上验证电路功能。

四、实验原理与实验步骤1. 实验原理数字加法器是一种较为常用的逻辑运算器件，被广泛用于计算机、通信和多媒体数字集成电路中。

广义的加法器包括加法器和减法器，在实际系统中加法器输入通常采用补码形式。

此次实验仅考虑加法运算，分别完成4位的串行进位加法器设计和4位的并行进位加法器设计。

(1) 1 bit全加器最简单的一位全加器的结构，设定两个二进制数字Ai ，Bi和一个进位输入C i 相加，产生一个和输出Si，以及一个进位输出Ci＋1。

Si＝ Ai⊕Bi⊕CiCi＋1＝ AiBi＋BiCi＋CiAi＝ AiBi＋﹙Ai⊕Bi﹚Ci(2) 4位串行进位加法器n位串行进位全加器原理示意图(3) 4位并行进位加法器超前进位加法器是一种高速加法器，每级进位由附加的组合电路产生，高位的运算不需等待低位运算完成，因此可以提高运算速度。

各级进位信号表达式的推导过程Ci＋1 ＝ AiBi＋(Ai⊕Bi)Ci设： Gi = AiBiPi= Ai⊕Bi则有： Si ＝ Pi⊕CiCi＋1＝ Gi＋PiCi4位并行进位的逻辑表达式为: CC 1＝ G＋PCC 2＝ G1＋P1C1= G1+ P1(G+PC)＝ G1+ GP1+PP1CC 3＝ G2＋P2C2= G2+ P2(G1+GP1+PP1C)＝ G2+ G1P2+GP1P2+PP1P2CC 4＝ G3＋P3C3=G3+ P3(G2+…+PP1P2C)＝ G3+G2P3+G1P2P3+GP1P2P3+PP1P2P3C2. 实验步骤（1）用连续赋值语句实现4位串行进位的全加器，并完成modelsim下的功能仿真。

实验一利用原理图输入法设计4位全加器一、实验目的：掌握利用原理图输入法设计简单组合电路的方法，掌握MAX+plusII的层次化设计方法。

通过一个4位全加器的设计，熟悉用EDA软件进行电路设计的详细流程。

二、实验原理：一个4位全加器可以由4个一位全加器构成，全加器的进位以串行方式实现，即将低位加法器的进位输出cout与相邻的高位加法器的低位进位输入信号cin相接。

1位全加器f-adder由2个半加器h-adder和一个或门按照下列电路来实现。

半加器h-adder由与门、同或门和非门构成。

四位加法器由4个全加器构成1234三、实验内容：1. 熟悉QuartusII软件界面,掌握利用原理图进行电路模块设计的方法。

QuartusII设计流程见教材第五章:QuartusII应用向导。

2.设计1位全加器原理图（1）生成一个新的图形文件（file->new->graphic editor）（2）按照给定的原理图输入逻辑门(symbol－>enter symbol)（3）根据原理图连接所有逻辑门的端口，并添加输入/输出端口（4）为管脚和节点命名：在管脚上的PIN_NAME处双击鼠标左键，然后输入名字；选中需命名的线，然后输入名字。

（5）创建缺省（Default）符号：在File菜单中选择Create Symbol Files for Current File项，即可创建一个设计的符号，该符号可被高层设计调用。

3.利用层次化原理图方法设计4位全加器（1）生成新的空白原理图，作为4位全加器设计输入（2）利用已经生成的1位全加器的缺省符号作为电路单元，设计4位全加器的原理图.4.新建波形文件（file->new->Other Files->Vector Waveform File），保存后进行仿真（Processing ->Start Simulation），对4位全加器进行时序仿真。

2012—2013学年第1学期实验报告课程名称：EDA技术实用教程第 1 页一、实验目的：1．掌握8位全加器的设计方法2．掌握原理图输入法二、实验内容：设计并实现一个4位全加器三、实验原理：四、实验连线：9个输入管脚－9个拨码开关5个输出管脚－5个发光二级管五、实验步骤：1.创建工程（1）打开QuartusII并新建工程管理窗口，名称为new3;（2）选择目标芯片（ACEX1K:EP1K100QC208-3）；（3）设置其它选项，完成后结束。

2.电路的编译和适配（1）新建一个VHDL File，输入半加器源程序，确认无误后，点击Start Compilation按钮进行全程编译，保存为new1；（2）新建一个VHDL File文件，输入全加器源程序，确认无误后在new1上选择File→Creat/Update→Create Symbol Files for Current File，进行全程编译并添加图标，保存为new2。

（3）新建一个Block Diagram/Schematic File图表，双击空白处，将Project菜单下的new2选中导入电路图，再在电路图上右键选择Generate Pins for symbol ports生成管脚使电路完整；（4）复制上图电路为四组，将每组的count与下一组的c1连接，生成完整电路，并保存为new3.pdf文件；3.仿真和分析：（1）新建一个Vector waveform File保存为new3.vwf文件；（2）选择Edit→Insert→Insert Node or Bus，将工程的端口信号节点导入波形编辑器中。

将a1、a2、a3、a4通过CTRL复选后点击右键选择grouping→group进行编组命名为1组，b1、b2、b3、b4命名为2组。

然后进行编译输入波形，设置总线数格式和参数；（3）启动仿真器，直至等待仿真结束并显示成功，将各组数据调整为8进制，仿真完成并观察仿真结果。

《电子线路设计、实验、测试》实验报告实验名称：4位二进制数加法器实验院系：电子信息与通信学院专业班级：电信1401班姓名：XXX学号：xxxxxx时间：地点：南一楼指导教师：2016 年 4 月 13 日4位二进制加法器实验一.实验目的1.熟悉ISE软件的使用2.熟悉并初步掌握Verilog HDL描述电路的方法3.掌握用仿真波形验证电路功能的方法4.熟悉使用ISE软件创建文件并下载到basys2开发板上的过程二.实验内容用ISE软件对4位二进制全加器实验进行仿真，采用4位二进制数加法器的数据流描述方式，由于被加数A和加数B都是4位的，而低位的进位Cin为1位，所以运算的结果可能为5位，用{Cout，Sum}拼接起来表示。

然后对其进行仿真，最后创建约束文件，生成bit文件下载到basys2开发板上，对开发板进行操作。

三.实验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1为全加器的方框图。

图2全加器原理图。

被加数Ai、加数Bi从低位向本位进位Ci-1作为电路的输入，全加和Si与向高位的进位Ci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1中所列。

表1 全加器逻辑功能真值表图1 全加器方框图图2 全加器原理图四位全加器四位全加器如图3所示，四位全加器是由半加器和一位全加器组建而成：图3四位全加器原理图四、实验步骤与要求1.创建一个子目录，并新建一个工程项目。

2.创建一个Verilog HDL文件，并将文件添加到工程项目中并编译整个项目，查看该电路所占用的逻辑单元(Logic Elements,LE)的数量。

3.对设计项目进行时序仿真，记录仿真波形图。

4.根据FPGA开发板使用说明书，对设计文件中的输入、输出信号分配引脚。

即使用开发板上的拨动开关代表电路的输入，用发光二极管(LED)代表电路的输出。

5.重新编译电路，并下载到FPGA器件中。

改变拨动开关的位置，并观察LED灯的亮、灭状态，测试电路的功能。

EDA实验报告书姓名 XXX 学号 XXXXXXX 实验时间课题名称全加器实验目的1.掌握MAX+plusⅡ的使用方法。

2.掌握原理图输入的设计方法。

3.学习利用一位全加器设计多位全加器的方法。

设计要求1.利用MAX+plusⅡ软件进行原理图输入设计一位全加器。

2.进行编译、仿真、测试。

3.在一位全加器的基础上设计四位全加器，进行编译、仿真、测试、观察实验结果。

设计思路计算机中的加法器一般就是全加器，它实现多位带进位加法。

图中的“进位入”Ci-1指的是低位的进位输入，“进位出”指的是本位的进位输出。

一位全加器的真值表见下表：111111------⋅+⋅+⋅=⋅⋅+⋅⋅++⋅=iiiiiiiiiiiiiii iiiiiCBCABACCBACBAC B AC BAS输入输出Ci-1Bi Ai 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设计原理图及源程序仿真波形图实验结果问题讨论1.试比较利用卡诺图直接设计四位全加器和利用一位全加器设计四位全加器这两种方法的优缺点。

答：卡诺图直接设计四位全加器的优点是：没有进行产生逻辑，运算速度快。

一位全加器设计四位全加器是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。

2.本实验中设计的4位全加器有何缺陷？答：这种全加器的最大缺点是运算速度慢。

在最不利的的情况下，做一次加法运算需要经过四个全加器的传输延迟时间才能得到稳定可靠的运算结果教师评分教师签名日期操作成绩报告成绩。