当前位置：文档之家 › 基于FPGA的四位二进制加法器的设计

基于FPGA的四位二进制加法器的设计

  • 格式：pdf
  • 大小：495.84 KB
  • 文档页数：9

电气与
电子工程系基于FPGA的四位
二进制加法器设计
姓名：杜隆超
学号： 5151968124 班级：通信15-1 指导教师：许庆华
2017年7月 12日
目录
前言 (1)
一、实验目的 (2)
二、实验要求 (2)
三、功能模块 (2)
四、程序与仿真 (4)
五、程序下载 (4)
六、程序代码 (6)
七、经验总结 (7)
八、自我评价 (7)
前言
十九世纪末、二十世纪初，电子技术开始逐渐发展起来，并成为一项新兴技术。

它在二十世纪发展最为迅猛，应用最为广泛，并且成为了近代科学技术发展的一个重要标志。

与信息相关的计算机、微电子及通讯技术已经成为推动社会进步和国家发展的关键技术，而微电子技术又是信息技术的基础，因此，集成电路产业已经成为整个电子信息产业的命脉。

加法器作为各类集成电路模块的核心部件，其重要性不可忽略。

加法运算是最基本的运算，所有的其他基本算术运算，如减法、乘法、除法运算等最终都能归结为加法运算。

在算术逻辑单元完成的操作中，逻辑操作是按位进行，各位之间彼此无关，不存在进位问题，这使得逻辑运算速度很快，且是一个常数，不需要进行过多的优化工作。

但对于算数操作来说，因为存在进位问题，使得某一位计算结果的得出和所有低于它的位相关。

因此，为了减少进位传输所耗的时间，人们设计了多种类型的加法器。

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，并通过一个四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合计的详细流程。

二、实验要求
1.可以实现4位二进制的加法运算。

2.将结果在2个七段LED数码管上显示出来。

实验原理图
三、功能模块
该实验我们采用模式五
结构图NO.5：此电路结构有较强的功能，主要用于目标器件与外界电路的接口设计实验。

主要含以9大模块：
1．普通内部逻辑设计模块。

在图的左下角。

此模块与以上几个电路使用方法相同，例如同结构图NO.3的唯一区别是8个键控信号不再是琴键式电平输出，
而是高低电平方式向目标芯片输入。

此电路结构可完成许多常规的实验项目。

实验电路结构图
程序编译仿真引脚连接图
这里用到的引脚在下图中红色标注部分
适合于QuartusII的部分器件引脚对照表
四、程序与仿真
程序
仿真编译
输出波形
五、程序下载
程序下载
六、程序代码
module add_j1(a,b,bcd_2,bcd_1);
input[3:0] a,b;
output[3:0] bcd_2;
output[3:0] bcd_1;
wire[4:0] sum;
wire[3:0] bcd_2; //分离后的高位数码（十位）wire[3:0] bcd_1; //分离后的低位数码（个位）assign sum=a+b;
assign bcd_2 = sum/4'd10;//计算十位数assign bcd_1 = sum - bcd_2*4'd10; //计算个位数endmodule
七、经验总结
本次实验让我们更了解了本程序和设计思路，也让我更加懂得了实验箱的使用，充分说明了EDA实验设计的每一个环节都要加倍仔细不然每一个疏忽都会导致结果的错误，每做完一个底层都要仿真确保正确后才能进行之后的设计。

通过本次实验不仅巩固了理论知识，同时也增强的动手能力。

八、自我评价
其实一开始选择这个课题始觉得挺简单的，后来周末两天也没做出来，心里有那么一点难过。

直到去实验室得到老师的指导后，很快的做出来了，也顺利的实现的该有的功能。

通过这次实验学到了不少的东西。

总之我对自己在本次实训中的表现还是挺满意的。

合集下载

【连载】FPGAVerilogHDL系列实例--------4位二进制加减法计数器

【连载】FPGAVerilogHDL系列实例--------4位二进制加减法计数器

【连载】FPGAVerilogHDL系列实例--------4位⼆进制加减法计数器Verilog HDL 之 4位⼆进制加减法计数器⼀、原理 计数器是数字系统中⽤的较多的基本逻辑器件。

它不仅能记录输⼊时钟脉冲的个数，还可以实现分频、定时等功能。

计数器的种类很多。

按脉冲⽅式可以分为同步计数器和异步计数器；按进制可以分为⼆进制计数器和⾮⼆进制计数器；按计数过程数字的增减，可分为加计数器、减计数器和可逆计数器。

本实验就是设计⼀个4位⼆进制加减法计数器，该计数器可以通过⼀个控制信号决定计数器时加计数还是减计数，另外，该寄存器还有⼀个清零输⼊，低电平有效。

还有⼀个load装载数据的信号输⼊，⽤于预置数据；还有⼀个C的输出，⽤于计数器的级联。

其功能表如表1.1所⽰; 表1.1 4位⼆进制加减法计数器功能表⼆、实现在设计⽂件中输⼊Verilog代码1/****************************** 分频模块 *************************************/23 `timescale 1 ns / 1 ps4 module qu_dou ( clk ,rst , a ,b );56 input clk ;7 wire clk ;8 input rst ;9 input a ;10 wire a ;1112 output b ;13 reg b ;1415 reg [31:0] cnt ;16 reg clkout ;17 always @ ( posedge clk or negedge rst )18 begin19if ( rst == 1'b0 )20 cnt <= 0 ;21else begin if ( a==1'b1 ) begin22if ( cnt >= 32'd3000000 )23 b <= 1 ;24else25 cnt <= cnt + 1'b1 ;2627 end28else begin b <= 1'b0 ;29 cnt <= 0 ;30 end31 end32 end333435 endmodule功能实现1 `timescale 1 ns / 1 ps23 module counter4 ( load ,clr ,c ,DOUT ,clk, up_down ,DIN ,sysclk , rst );45 input load ;6 input clk;7 wire load ;8 input clr ;9 wire clr ;10 input up_down ;11 wire up_down ;12 input [3:0] DIN ;13 wire [3:0] DIN ;14 input sysclk ;15 input rst ;1617 output c ;18 reg c ;19 output [3:0] DOUT ;20 wire [3:0] DOUT ;21 reg [3:0] data_r;2223/***************** 例化去抖模块 *************************************/24 wire clk_r ;25 qu_dou qu_dou (26 .clk (sysclk) ,27 .rst (rst) ,28 .a (clk),29 .b (clk_r));3031//********************************************************************* 323334 assign DOUT = data_r;35 always @ ( posedge clk_r or posedge clr or posedge load)36 begin37if ( clr == 1) //同步清零38 data_r <= 0;39else if ( load == 1) //同步预置40 data_r <= DIN;41else begin if ( up_down ==1)42 begin43if ( data_r == 4'b1111) begin //加计数44 data_r <= 4'b0000;45 c = 1;46 end47else begin //减计数48 data_r <= data_r +1;49 c = 0 ;50 end51 end52else53 begin54if ( data_r == 4'b0000) begin //加计数55 data_r <= 4'b1111;56 c = 1;57 end58else begin //减计数59 data_r <= data_r -1;60 c = 0 ;61 end62 end63 end64 end65 endmodule。

四位二进制加法器的设计[1]

四位二进制加法器的设计[1]

长安大学电子技术课程设计四位二进制加法器专业班级姓名指导教师日期四位二进制加法器一、技术要求（1）四位二进制加数与被加数输入（2）二位数码管显示二、摘要理论上，由二进制数算法的运算可知，加、减、乘、除运算都可分解成加法进行运算，而实际上，为了减少硬件复杂性，这些运算基本上也是通过加法来实现的。

此次设计的是简单的四位二进制加法器。

设计中通过不断改变脉冲信号，来控制数码管的显示。

本次设计选择一个超前进位的4位全加器74LS283。

译码器选择五输入八输出的译码器，用二位数码管显示，采用七段显示译码器。

本次设计采用的是共阴极数码管，所以选择74ls48译码器三、总体设计方案论证与选择设计四位二进制加法器，可以选择串行二进制并行加法器，但为了提高加法器的运算速度，所以应尽量减少或除去由于进位信号逐级传递所花费的时间，使各位的进位直接由加数和被加数来决定，而无须依赖低位进位，因而我们选择超前进位的4位全加器74LS283。

设一个n位的加法器的第i位输入为a i、b i、c i，输出s i和c i+1，其中c i是低位来的进位，c i+1（i=n-1，n-2，…，1，0）是向高位的进位，c0是整个加法器的进位输入，而c n是整个加法器的进位输出。

则和s i=a i + b i + c i+a i b i c i (1)进位c i＋1=a i b i+a i c i+b i c i (2)令g i=a i b i，(3)p i=a i+b i, (4)则c i＋1= g i+p i c i (5)只要a i b i=1，就会产生向i+1位的进位，称g为进位产生函数；同样，只要a i+b i=1，就会把c i传递到i+1位，所以称p为进位传递函数。

把(5)式展开，得到c i+1= g i+ p i g i-1+p i p i-1g i-2+…+ p i p i-1…p1g0+ p i p i-1…p0c0 (6)随着位数的增加(6)式会加长，但总保持三个逻辑级的深度，因此形成进位的延迟是与位数无关的常数。

4位二进制全加器设计

4位二进制全加器设计

任务一4位全加器设计一、实验目的1、掌握运用Quartus II原理图编辑器进行层次电路系统设计的方法。

2、进一步熟悉利用Quartus II进行电路系统设计的一般流程。

3、掌握4位全加器原理图输入设计的基本方法及过程。

二、实验原理（1）设计一位半加器真值表：(2)设计一位全加器真值表：SOn=n n n−1;COn=(A n⨁B n)C n−1+A n B n;(2)设计多位全加器由一位全加器组合成多位全加器。

依次将低位全加器的进位输出端接到高位全加器的进位输入端，由四个一位全加器构成四位全加器。

三、实验过程1、一位半加器的设计（1）电路图①执行“Files”─>“New”─>“Block Diagram/Sch matic”─>“OK”②在编辑窗口输入“与非”门电路原理图，保存电路为“01.bdf”，如图：（2）仿真波形①执行“Files”─>“New”─>“Vector Waveform File”─>“OK”②在波形编辑窗口双击左键，执行“Insert Node or Bus”─> “New Finder”─> “List”─>“》”─>“OK”。

③保存文件为“01.vwf”。

④执行菜单“Processing”─> “Start Simulation”，如图：（3）仿真波形分析：（4）封装之后的图：设“01.bdf”为顶层文件，执行“Files”─>“Create、Update”─> “Create Symbol Files forCurrent Files”，保存。

如图：2、一位全加器（1）电路图①执行“Files”─>“New”─>“Block Diagram/Sch matic”─>“OK”②在编辑窗口输入“与非”门电路原理图，保存电路为“02.bdf”，如图：（2）仿真波形①设“02.bdf”为顶层文件。

基于FPGA的4位全加器实验

基于FPGA的4位全加器实验

试验一 4位全加器实验1．实验原理．实验原理全加器能进行加数、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信号。

该位的进位信号。

全加器的真值表如表1所示。

所示。

表1 全加器真值表全加器真值表输入输入输出输出AiBi Ci-1 Si Ci0 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 111114位全加器可以采用四个1位全加器级连成并行相加串行进位的加法器，位全加器级连成并行相加串行进位的加法器，实实现框图如图1所示，其中CSA 为1位全加器。

由图可以看出，每1位的进位信号送给下1位作为输入信号，因此，任1位的加法运算必须在低1位的运算完成之后才能进行，因此它的延迟非常可观，高速运算肯定无法胜任。

之后才能进行，因此它的延迟非常可观，高速运算肯定无法胜任。

图1 4位串行进位加法器实现框图位串行进位加法器实现框图在图1中，A 和B 为加法器的输入位串，对于四位全加器则位宽为4位，D 为加法器输出位串，和输入位串相同，C 为进位输入( Ci ) 或输出或输出( Co )。

实现代码为：实现代码为：module adder4(cout,sum,ina,inb,cin); output[3:0] sum; output cout;input[3:0] ina,inb; input cin;assign {cout,sum}=ina+inb+cin; endmodule2．实验目的．实验目的⒈熟悉⒈熟悉 ISE9.1 开发环境，掌握工程的生成方法；开发环境，掌握工程的生成方法； ⒉了解⒉了解 V erilog HDL 语言在语言在 FPGA 中的使用；中的使用； ⒊了解4位全加器的V erilog HDL 语言实现。

语言实现。

3．实验内容．实验内容⒈用V erilog HDL 语言设计4位全加器，进行功能仿真验证。