16位超前进位加法器实验报告

实验名称：十六位超前进位加法器

一、实验目的

设计、验证并优化16位超前进位加法器的逻辑功能。

二、实验原理

1、1位全加器原理

全加器的求和输出信号和进位信号，定义为输入变量A、B、C的两种组合布尔函数：

求和输出信号 = A ⊕ B ⊕ C

进位信号 = AB + AC + BC

实现这两个函数的门级电路如下图。并不是单独实现这两个函数，而是用进位信号来产生求和输出信号。这样可以减少电路的复杂度，因此节省了芯片面积。

上述全加器电路可以用作一般的n位二进制加法器的基本组合模块，它允许两个n 位的二进制数作为输入，在输出端产生二进制和。最简单的n位加法器可由全加器串联构成，这里每级加法器实现两位加法运算，产生相应求和位，再将进位输出传到下一级。这样串联的加法器结构称为并行加法器，但其整体速度明显受限于进位链中进位信号的延迟。因此，为了能够减少从最低有效位到最高有效位的最坏情况进位传播延时，最终选择的电路是十六位超前加法器。

2、超前进位加法器原理

超前进位加法器的结构如下图。超前进位加法器的每一位由一个改进型全加器产生一个进位信号gi和一个进位传播信号pi，其中全加器的输入为Ai和Bi，产生的等式为：

改进的全加器的进位输出可由一个进位信号和一个进位传输信号计算得出，因此进位信号可改写为：

式中可以看出，当gi = 1(Ai = Bi = 1)时，产生进位；当pi = 1(Ai =1或Bi = 1)时，传输进位输入，这两种情况都使得进位输出是1。近似可以得到i+2和i+3级的进位输出如下：

下图为一个四位超前进位加法器的结构图。信号经过pi和gi产生一级时延，经过计算C产生一级时延，则A，B输入一旦产生，首先经过两级时延算出第1轮进位值C’不过这个值是不正确的。C’再次送入加法器，进行第2轮2级时延的计算，算出第2轮进位值C，这一次是正确的进位值。这里的4个4位超前进位加法器仍是串行的，所以一次计算经过4级加法器，一级加法器有2级时延，因此1次计算一共经过8级时延，相比串行加法器里的16级时延，速度提高很多。

三、实验过程和结果

1、1位改进型全加器

（1）1位改进型全加器电路

将原始的一位全加器进行改进，使其产生一个进位信号gi和一个进位传播信号pi，其中全加器的输入为Ai和Bi，得到如下电路图。

（2）1位改进型全加器逻辑验证

在cadence中将导出改进型1位全加器的cdl文件，并编写1bit.sp文件用Hspice 进行仿真验证。仿真结果如下图所示，输入信号a、b、c都为脉冲信号，即下图中第一条和第二条曲线，输出信号s为第三条曲线，由图像可知逻辑功能正确，说明改进型一位全加器电路逻辑没有问题。

2、4位超前进位加法器

（1）4位超前进位加法器电路

将1位改进型全加器连接成如下图的4位超前进位加法器，其中电路内部每一个进位信号不是进位传播得到，而使用进位信号和进位传播信号同时计算得到。

（2）4位超前进位加法器逻辑验证

在cadence中将导出4位超前进位加法器的cdl文件，并编写4bit.sp文件用Hspice 进行仿真验证。仿真结果如下图。

在sp文件中对B0,B1,B2,B3都输入5V高电平，对A1,A2,A3输入0V低电平，其中A0,C0输入脉冲信号，这样最终的结果S0,S1,S2,S3会跟随A0脉冲信号的变化而发生变化。由下图可知输出信号S的各个位逻辑功能正确

3、16位超前进位加法器

（1）16位超前进位加法器电路

将4位超前进位加法器连接成如下图的16位超前进位加法器，加法器之间为并行连接，前一个4位超前进位加法器的进位输送到下一级。

（2）16位超前进位加法器电路逻辑验证

在cadence中导出16位超前进位加法器的cdl文件，并编写16bit.sp文件用Hspice 进行仿真验证。仿真结果如下图。

在sp文件中对B0,B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8,B9,B10,B11,B12,B13,B14,B15都输入5V 高电平，对A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8,A9,A10,A11,A12,A13,A14,A15输入0V低电平，其中A0,C0输入脉冲信号，这样输出的结果S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,S10,S11,S12,S13,

S14,S15和进位信号C会跟随A0脉冲信号的变化而发生变化。由下图可知输出信号S 的各个位逻辑功能正确。但是存在较大的延时，经过测量可知延时为8.294ns。

4、16位超前进位加法器的优化

（1）16位超前进位加法器优化原理

由上述结果可知，由于位数增加，超前模块的复杂度也会增加，这将反过来降低加法运算的速度，同时也有较大的延时。为了解决这个问题，对于上述的宽位加法器，使用整组进位信号和，电路结构如下图，4组以上的整组进位信号和传播信号定义为：

上式中每个4组的进位输出信号由进位信号表示如下：

（2）16位超前进位加法器优化电路

由上述改进方法，首先对4位超前进位加法器进行修改，使其输出P,G信号，同时

对16位超前进位加法器的电路进行修改，使其每一位的进位信号都可以直接计算出来，而不是依赖于上一个加法器，修改结果如下。

（3）16位超前进位加法器优化电路逻辑验证

在cadence中导出修改后的16位超前进位加法器的cdl文件，并编写16bit.sp文件用Hspice进行仿真验证。仿真结果如下图。经过测量可知延时为6.623ns。

四、实验体会

本次综合实验中，我对16位超前进位加法器进行了设计、仿真和优化，在实验过程中也遇到了很多问题。最开始的时候我完成改进型1位全加器的电路绘制，进行仿真时，用的是cadence中的analog environment，但因为由于管子规格还有一些参数设置的问题，没能得到正确的结果。

因此我就改用Hspice仿真，刚开始使用Hspice的时候对sp文件的编写还掌握的不是很清楚，通过对实验教程的反复阅读，以及学习相应的语句才清楚了sp文件的书写方法。由于我对加法器文件的命名都是数字开头，比如1位、4位加法器命名为1bit和4bit，这就在编写sp文件的时候出了一些问题，因为我并不知道要在文件名前面加上M，所以在仿真的时候就一直报错，后来询问了同学才找到了问题所在。

通过对所绘制电路用Hspice进行逻辑验证，不仅让我熟练掌握了sp文件的编写，对awanwaves的使用也更加的熟练，因为之前只是在课堂上对反相器的波形进行验证，此次对16位超前进位加法器进行逻辑验证，验证结果就稍微复杂一些，所以在进行波形显示和延时测量时，为了让结果更加清晰，我对测试结果进行多次调整。

改进后的16位超前进位加法器仍存在延时，但这比16位并行加法器改善很多，由于延时大小相对于输入信号脉冲变化来说很小，所以在我进行逻辑验证时，并没有因为延时而导致逻辑错误，但当输入信号脉冲变化间隔变小后，延时将会影响到最终的结果。

16位超前加法器实验报告

16位超前加法器设计实验一、实验分析：四位超前进位加法器HDL程序： module add4_head ( a, b, ci, s, pp, gg); input[3:0] a; input[3:0] b; input ci; output[3:0] s; output pp; output gg; wire[3:0] p; wire[3:0] g; wire[2:0] c; assign p[0] = a[0] ^ b[0]; assign p[1] = a[1] ^ b[1]; assign p[2] = a[2] ^ b[2]; assign p[3] = a[3] ^ b[3]; assign g[0] = a[0] & b[0]; assign g[1] = a[1] & b[1]; assign g[2] = a[2] & b[2]; assign g[3] = a[3] & b[3]; assign c[0] = (p[0] & ci) | g[0]; assign c[1] = (p[1] & c[0]) | g[1]; assign c[2] = (p[2] & c[1]) | g[2]; assign pp = p[3] & p[2] & p[1] & p[0]; assign gg = g[3] | (p[3] & (g[2] | p[2] & (g[1] | p[1] & g[0]))); assign s[0] = p[0] ^ ci; assign s[1] = p[1] ^ c[0]; assign s[2] = p[2] ^ c[1]; assign s[3] = p[3] ^ c[2]; endmodule p表示进位否决信号（pass），如果p为0就否决调前一级的进位输入。否决的意思就是即使前一级有进位，本级也不会向后一级产生进位输出。 g表示进位产生信号（generate），如果g为1就表示一定会向后一级产生进位输出。p[n] = a[n] ^ b[n]这句话的意思是说，当a=1,b=0或a=0,b=1时前一级的进位输入信号不能否决。这样就有个问题了，即当a=1,b=1时前一级的进位输入信号也不能否决啊，怎么没有体现出来？其实当a=1,b=1时产生了进位产生信号g，它的优先级高于p信号，就忽略了p信号，直接产生了向后一级产生进位输出，是没有逻辑错误的。 g[n] = a[n] & b[n] 这句话的意思是说，如果a=1,b=1时就直接向后一级产生进位输出信号，而不用考虑其它的任何因素。

4位全加器实验报告

四位全加器 11微电子黄跃21 【实验目的】采用modelsim集成开发环境，利用verilog硬件描述语言中行为描述模式、结构描述模式或数据流描述模式设计四位进位加法器。【实验内容】加法器是数字系统中的基本逻辑器件。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。实现多位二进制数相加的电路称为加法器,它能解决二进制中1＋1＝10的功能（当然还有 0＋0、0＋1、1＋0）. 【实验原理】

表2 全加器逻辑功能真值表图4 全加器方框图图5 全加器原理图多位全加器连接可以是逐位进位，也可以是超前进位。逐位进位也称串行进位，其逻辑电路简单，但速度也较低。四位全加器如图9所示，四位全加器是由半加器和一位全加器组建而成：图9 四位全加器原理图【实验步骤】 (1)建立新工程项目：打开modelsim软件，进入集成开发环境，点击File→New project建立一

个工程项目adder_4bit。建立文本编辑文件：点击File→New在该项目下新建Verilog源程序文件并且输入源程序。 (2)编译和仿真工程项目：在verilog主页面下，选择Compile— Compile All或点击工具栏上的按钮启动编译，直到project出现status栏全勾，即可进行仿真。选择simulate - start simulate或点击工具栏上的按钮开始仿真，在跳出来的 start simulate框中选择work-test_adder_4bit测试模块，同时撤销Enable Optimisim前的勾，之后选择ok。在sim-default框内右击选择test_adder_4bit，选择Add Wave,然后选择simulate-run-runall,观察波形，得出结论，仿真结束。四位全加器 1、原理图设计如图9所示，四位全加器是由半加器和一位全加器组建而成：图9 四位全加器原理图【仿真和测试结果】下图为四位全加器的仿真图：

四位超前进位加法器原理

超前进位加法器原理 74283为4位超前进位加法器，不同于普通串行进位加法器由低到高逐级进位，超前进位加法器所有位数的进位大多数情况下同时产生，运算速度快，电路结构复杂。其管脚如图1所示：图1 74283管脚图其真值表如下所示：表1 4位超前进位加法器真值表

由全加器的真值表可得S i 和C i 的逻辑表达式：定义两个中间变量G i 和P i ：当A i ＝B i ＝1时，G i ＝1，由C i 的表达式可得C i ＝1，即产生进位，所以G i 称为产生量变。若P i ＝1，则A i ·B i ＝0，C i ＝C i-1 ，即P i ＝1时，低位的进位能传送到高位的进位输出端，故P i 称为传输变量，这两个变量都与进位信号无关。将G i 和P i 代入S i 和C i 得：进而可得各位进位信号的逻辑表达如下：

根据逻辑表达式做出电路图如下：逻辑功能图中有2输入异或门，2输入与门，3输入与门，4输入与门，2输入或门，3输入或门，4输入或门，其转化成CMOS晶体管图如下：

电路网表如下： *xor 2 .subckt xor2 a b c d f mxorpa 1 a vdd vdd pmos l=2 w=8 mxorpb f d 1 vdd pmos l=2 w=8 mxorpc 2 b vdd vdd pmos l=2 w=8 mxorpd f c 2 vdd pmos l=2 w=8 mxorna f a 3 0 nmos l=2 w=4 mxornb 3 b 0 0 nmos l=2 w=4 mxornc f c 4 0 nmos l=2 w=4 mxornd 4 d 0 0 nmos l=2 w=4 .ends xor2 *and2 .subckt and2 a b f mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=4 mandnb 1 b 0 0 nmos l=2 w=4 .ends and2 *and3 .subckt and3 a b c f mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpc f c vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=6 mandnb 1 b 2 0 nmos l=2 w=6 mandnc 2 c 0 0 nmos l=2 w=6 .ends and3 *and4 .subckt and4 a b c d f mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpc f c vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpd f d vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=8 mandnb 1 b 2 0 nmos l=2 w=8 mandnc 2 c 3 0 nmos l=2 w=8 mandnd 3 d 0 0 nmos l=2 w=8 .ends and4

实验一四位串行进位加法器的设计实验报告

实验一四位串行进位加法器的设计一、实验目的 1.理解一位全加器的工作原理 2.掌握串行进位加法器的逻辑原理 3.进一步熟悉Quartus软件的使用，了解设计的全过程，二、实验内容 1.采用VHDL语言设计四位串行进位的加法器 2.采用画原理图的方法设计四位串行进位加法器三、实验步骤 1、使用VHDL语言设计 1.打开File—>New Project Wizard输入文件名adder4保存在D盘内，打开File—>New—>VHDL File,从模版中选择库的说明，use语句的说明，实体的说明，结构体的说明，编写VHDL代码，然后保存、编译。打开File—>New—>Other File—>Vector Waveform File,查找引脚，从Edit中选择End Time 输入40、ns 保存。从Assignments—>Settings—>Simulator Settings —>Functional 然后Processing—>Generate Functional Simnlation Netlist —>确定。选择Start Simulation保存最后的波形图，打开File —>close关闭工程。底层文件： LIBRARY ieee;

USE fadder IS PORT ( a, b,cin : IN STD_LOGIC; s, co : OUT STD_LOGIC ); END fadder; ARCHITECTURE arc1 OF fadder IS BEGIN s<=a xor b xor cin; co<=((a xor b)and cin)or(a and b); END arc1; 顶层文件： LIBRARY ieee; USE adder4 IS PORT ( c0: IN STD_LOGIC; a,b : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); s : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); c4 : OUT STD_LOGIC );

西安邮电大学Verilog 四位超前进位全加器

西安邮电大学Verilog HDL实验报告（二） ——带超前进位的四位全加器学院名称：电子工程学院班级：电子学生姓名：学号：

实验题目带超前进位的四位全加器一、实验内容设计的一个带超前进位的四位全加器。二、实验步骤 1、在ModelSim软件中对激励模块和设计模块进行书写和编译； 2、对编译好的模块进行仿真。三、源代码: 1、主程序 module fulladd4(sum, c_out, a, b, c_in); output [3:0] sum; output c_out; input [3:0] a,b; input c_in; wire p0,g0,p1,g1,p2,g2,p3,g3; wire c4,c3,c2,c1; xor a1(p0,a[0],b[0]); xor a2(p1,a[1],b[1]); xor a3(p2,a[2],b[2]); xor a4(p3,a[3],b[3]); and b1(g0,a[0],b[0]); and b2(g1,a[1],b[1]); and b3(g2,a[2],b[2]); and b4(g3,a[3],b[3]); and d1(e1,p0,c_in); or f1(c1,e1,g0); and d2(e2,p1,g0);and d3(e3,p1,p0,c_in);or f2(c2,g1,e2,e3); A nd d4(e4,p2,g1);and d5(e5,p2,p1,g0);and d6(e6,p2,p1,c_in);or f3(c3,g2,e4,e5,e6); and d7(e7,p3,g2);and d8(e8,p3,p2,g1);and d9(e9,p3,p2,p1,g0);and d10(e10,p3,p2,p1,p0,c_in);or f4(c4,g3,e7,e8,e9,e10); xor m0(sum[0],p0,c_in); xor m1(sum[1],p1,c1); xor m2(sum[2],p2,c2); xor m3(sum[3],p3,c3); and n1(c_out,c4,c4); endmodule 2、激励程序 module fulladd4_tb;

加法器实验报告文档2篇

加法器实验报告文档2篇 Adder experiment report document 编订：JinTai College

加法器实验报告文档2篇小泰温馨提示：实验报告是把实验的目的、方法、过程、结果等记录下来，经过整理，写成的书面汇报。本文档根据实验报告内容要求展开说明，具有实践指导意义，便于学习和使用，本文下载后内容可随意修改调整及打印。本文简要目录如下：【下载该文档后使用Word打开，按住键盘Ctrl键且鼠标单击目录内容即可跳转到对应篇章】 1、篇章1：加法器实验报告文档 2、篇章2：加法器的基本原理实验报告文档篇章1:加法器实验报告文档【实验名称】【目的与要求】 1.掌握1位全加器的设计 2.学会1位加法器的扩展【实验内容】 1.设计1位全加器

2.将1位全加器扩展为4位全加器 3.使4位的全加器能做加减法运算【操作步骤】 1.1位全加器的设计（1）写出1位全加器的真值表（2）根据真值表写出表达式并化简（3）画出逻辑电路（4）用quartusII进行功能仿真，检验逻辑电路是否正确，将仿真波形截图并粘贴于此（5）如果电路设计正确，将该电路进行封装以用于下一个环节 2.将1位全加器扩展为4位全加器（1）用1位全加器扩展为4位的全加器，画出电路图（2）分别用两个4位补码的正数和负数验证加法器的正确性（注意这两个数之和必须在4位补码的数的范围内，这两个数包括符号在内共4位），用quartusII进行功能仿真并对仿真结果进行截图。

3.将4位的全加器改进为可进行4位加法和减法的运算器（1）在4位加法器的基础上，对电路进行修改，使该电路不仅能进行加法运算而且还能进行减法运算。画出该电路（2）分别用两个4位补码的正数和负数验证该电路的正确性（注意两个数之和必须在4位补码的数的范围内），用quartusII 进行功能仿真并对仿真结果进行截图。【附录】篇章2:加法器的基本原理实验报告文档【按住Ctrl键点此返回目录】一、实验目的 1、了解加法器的基本原理。掌握组合逻辑电路在Quartus Ⅱ中的图形输入方法及文本输入方法。 2、学习和掌握半加器、全加器的工作和设计原理

4位超前进位加法器设计讲解学习

4位超前进位加法器设计

、、模拟集成电路分析与设计课程设计报告题目4位超前进位加法器设计学院（部）电控学院专业电子科学与技术班级学生姓名学号

前言 20世纪是IC迅速发展的时代。计算机等信息产业的飞速发展推动了集成电路（Integrated Circuit—IC）产业。大多数超大规模集成电路（Very Large Scale IC—VLSI）在日常生活中有着广泛的应用。在这些广泛应用的运算中，加法器是组成这些运算的基本单元。在高性能微处理器和DSP处理器中，加法器的运算时间至关重要。加法器运算常常处于高性能处理器运算部件的关键路径中，特别是在算术逻辑单元中加法器的运算时间对处理器的速度起着决定性的作用。随着微处理器的运算速度越来越快，对快速加法器的需求也越来越高。当今，加法器的设计面临两大课题，首先是如何降低功耗。随着便携式IC产品例如MP3播放器，手机和掌上电脑等的广泛使用，要求IC工程师对现有运算模块的性能作进一步改进，尤其是在电路的功耗和尺寸方面。由于现在相应的电池技术难以和微电子技术的发展速度匹敌，这使得IC设计师遇到了许多限制因素，比如高速，大吞吐量，小尺寸，低功耗等。因此，这使得研究低功耗高性能加法单元持续升温。另一方面就是如何提高加法器的运算速度。因为加法运算存在进位问题，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，提高计算速度，人们设计了多种类型的加法器，如超前进位加法器曼彻斯特加法器、进位旁路加法器、进位选择加法器等。它们都是利用各位之间的状态来预先产生高位的进位信号，从而减少进位从低位向高位传递的时间。本文首先介绍了的加法器的类型以及其工作原理，然后重点分析了超前进位加法器的组成结构、结构参数以及

计组-加法器实验报告

半加器、全加器、串行进位加法器以及超前进位加法器一、实验原理 1.一位半加器 A和B异或产生和Sum，与产生进位C 2.一位全加器将一位半加器集成封装为halfadder元件，使用两个半加器构成一位的全加器 3.4位串行进位加法器将一位全加器集成封装为Fulladder元件，使用四个构成串行进位加法器

4.超前进位加法器（4位） ⑴AddBlock 产生并行进位链中的ti(即Cthis)和di（即Cpass），以及本位结果Sum ⑵进位链（Cmaker）四位一组并行进位链，假设与或非门的级延迟时间为1.5ty，与非门的延迟时间为1ty，在di和ti产生之后，只需2.5ty就可产生所有全部进位

⑶超前进位加法器将以上二者结合起来即可完成，A和B各位作为各个AddBlock的输入，低一位的进位Ci-1作为本位AddBlock的C-1的输入。各个AddBlock输出的C_this和C_pass作为对应的Cmaker的thisi和passi的输入。

二、实验器材 QuartusII仿真软件，实验箱三、实验结果 1.串行进位加法器结果 2.超前进位加法器结果

四、实验结果分析 1.实验仿真结果显示串行加法器比超前进位加法器快，部分原因应该是电路结构优化不到位。另外由于计算的位数比较少，超前进位加法链结构较复杂，所以优势没体现出来，反倒运作的更慢一点。当位数增加的时候，超前进位加法器会比串行的更快。 2.波形稳定之前出现上下波动，应该与“竞争冒险”出现的情况类似，门的延迟和路径的不同导致了信号变化时到达的时间有先有后，因此在最终结果形成前出现了脉冲尖峰和低谷；另外也可能部分原因由于电路结构优化的不到位所致

FPGA一位全加器设计实验报告

题目：1位全加器的设计一．实验目的 1.熟悉QUARTUSII软件的使用； 2.熟悉实验硬件平台的使用； 3.掌握利用层次结构描述法设计电路。二．实验原理由于一位全加器可由两个一位半加器与一个或门构成，首先设计半加器电路，将其打包为半加器模块；然后在顶层调用半加器模块组成全加器电路；最后将全加器电路编译下载到实验箱，其中ain,bin,cin信号可采用实验箱上SW0,SW1,SW2键作为输入，并将输入的信号连接到红色LED管 LEDR0,LEDR1,LEDR2上便于观察，sum,cout 信号采用绿色发光二极管LEDG0,LEDG1来显示。三．实验步骤 1.在QUARTUSII软件下创建一工程，工程名为full_adder，芯片名为EP2C35F672C6； 2.新建Verilog语言文件，输入如下半加器Verilog语言源程序； module half_adder(a,b,s,co); input a,b; output s,co; wire s,co; assign co=a & b; assign s=a ^ b; Endmodule 3.保存半加器程序为，进行功能仿真、时序仿真，验证设计的正确性。其初始值、功能仿真波形和时序仿真波形分别如下所示

4.选择菜单File→Create/Update→Create Symbol Files for current file，创建半加器模块； 5.新建一原理图文件，在原理图中调用半加器、或门模块和输入，输出引脚，按照图1所示连接电路。并将输入ain,bin,cin连接到FPGA的输出端，便于观察。完成后另保存full_adder。电路图如下 6.对设计进行全编译，锁定引脚，然后分别进行功能与时序仿真，验证全加器的逻辑功能。其初始值、功能仿真波形和时序仿真波形分别如下所示

超前进位加法器设计

湖南师范大学职业技术学院（工学院）实验数据报告单实验课程：计算机组成原理实验题目：超前进位加法器设计实验日期： 2011年 10 月 25 日专业：计算机科学与技术年级：09级班级:04班姓名：涂小康学号：2009180414 一．实验目的（1）掌握超前进位加法器的原理及其设计方法。（2）熟悉CPLD应用设计及EMA软件的使用。二．实验内容（1）设计电路原理图. （2）了解加法器的工作原理，掌握超前进位产生电路的设计方法. （3）正确将电路原理图下载到试验箱中. （4）正确通过实验箱连线实现4位二进制数的相加并得到正确结果三.实验原理加法器是执行二进制加法运算的逻辑部件，也是CPU运算器的基本逻辑部件（减法可以通过补码相加来实现）。加法器又分半加器和全加器，不考虑低位的进位，只考虑两个二进制数相加，得到和以及向高位进位的加法器叫半加器，而全加器是在半加器的基础上又考虑了低位进来的进位信号。串行加法器运算速度慢，其根本原因是每一位的结果就要依赖于低位的进位，因而可以通过并行进位的方式来提高效率。只要能设计出专门的电路，使得每一位的进位能够并行地产生而与低位的运算情况无关，就能解决这个问题。可以对加法器进位的逻辑表达式做进一步的推导： C o=0 C i+1=A i B i+A i C i+B i C i=A i B i+(A i+B i)C i 设 G i=A i B i P i=A i+B i 则有： C i+1=g i+p i C i =g i+p i(g i-1+p i-1C i-1) =g i+p i(g i-1+p i-1(g i-2+p i-2C i-2)) … =g i+p i g i-1+p i p i-1g i-2+…+p i p i-1… p1p0+p i p i-1…p1p0C0 由于g i、p i只和A i、B i有关，这样C i=1就只和A i、A i-1、…、A0，B i、B i-1、…、B0及C0有关。所以各位的进位C i、C i-1…、C1就可以并行产生，这种进位就叫超前进位。根据上面的推导，随着加法器位数的增加，越是高位的进位逻辑电路就会越复杂，逻辑器件使用也就越多。事实上我们可以继续推导进位的逻辑表达式，使得某些基本逻辑单元能够复用，且能照顾到进位位的并行产生。定义：G i,j=g i+P i g i-1+p i p i-1g i-2+…+p i p i-1…p j+1g j P i,j=p i p i-1…p j+1p j 则有 G i,j=g i P i,j=p i

设计示例432位先行进位加法器的设计

设计示例4：32位先行进位加法器的设计 1、功能概述：先行进位加法器是对普通的全加器进行改良而设计成的并行加法器，主要是针对普通全加器串联时互相进位产生的延迟进行了改良。超前进位加法器是通过增加了一个不是十分复杂的逻辑电路来做到这点的。设二进制加法器第i位为A i，B i，输出为S i，进位输入为C i，进位输出为C i+1，则有：S i=A i⊕B i⊕C i （1-1） C i+1 =A i * B i+ A i *C i+ B i*C i =A i * B i+（A i+B i）* C i（1-2）令G i = A i * B i , P i = A i+B i，则C i+1= G i+ P i *C i 当A i和B i都为1时，G i = 1，产生进位C i+1 = 1 当A i和B i有一个为1时，P i = 1，传递进位C i+1= C i 因此G i定义为进位产生信号，P i定义为进位传递信号。G i的优先级比P i高，也就是说：当G i = 1时（当然此时也有P i = 1），无条件产生进位，而不管C i是多少；当G i=0而P i=1时，进位输出为C i，跟C i之前的逻辑有关。下面推导4位超前进位加法器。设4位加数和被加数为A和B，进位输入为C in，进位输出为C out,对于第i位的进位产生G i = A i·B i ,进位传递P i=A i+B i , i=0,1,2,3。于是这各级进位输出，递归的展开Ci，有： C0 = C in C1=G0 + P0·C0 C2=G1 + P1·C1 = G1 + P1·G0 + P1·P0?C0 C3=G2 + P2·C2 = G2 + P2·G1 + P2·P1·G0 + P2·P1·P0·C0 C4=G3 + P3·C3 = G3 + P3·G2 + P3·P2·G1 + P3·P2·P1·G0 + P3·P2·P1·P0·C0 （1-3） C out=C4 由此可以看出，各级的进位彼此独立产生，只与输入数据Ai、Bi和Cin有关，将各级间的进位级联传播给去掉了，因此减小了进位产生的延迟。每个等式与只有三级延迟的电路对应，第一级延迟对应进位产生信号和进位传递信号，后两级延迟对应上面的积之和。实现上述逻辑表达式（1-3）的电路称为超前进位部件（Carry Lookahead Unit），也称为CLA 部件。通过这种进位方式实现的加法器称为超前进位加法器。因为各个进位是并行产生的，所以是一种并行进位加法器。从公式（1-3）可知，更多位数的CLA部件只会增加逻辑门的输入端个数，而不会增加门的级数，因此，如果采用超前进位方式实现更多位的加法器，从理论上讲，门延迟不变。但是由于CLA部件中连线数量和输入端个数的增多，使得电路中需要具有大驱动信号和大扇入门，这会大大增加门的延迟，起不到提高电路性能的作用。因此更多位数的加

加法器实验报告

加法器实验报告篇一：加法器实验报告实验 _＿一＿＿【实验名称】 1位加法器【目的与要求】 1. 掌握1位全加器的设计 2. 学会1位加法器的扩展【实验内容】 1. 设计1位全加器 2. 将1位全加器扩展为4位全加器 3. 使4位的全加器能做加减法运算【操作步骤】 1. 1位全加器的设计（1）写出1位全加器的真值表（2）根据真值表写出表达式并化简（3）画出逻辑电路（4）用quartusII进行功能仿真，检验逻辑电路是否正确，将仿真波形截图并粘贴于此（5）如果电路设计正确，将该电路进行封装以用于下一个环节 2. 将1位全加器扩展为4位全加器（1）用1位全加器扩展为4位的全加器，画出电路图

（2）分别用两个4位补码的正数和负数验证加法器的正确性（注意这两个数之和必须在4位补码的数的范围内，这两个数包括符号在内共4位），用quartusII进行功能仿真并对仿真结果进行截图。 3. 将4位的全加器改进为可进行4位加法和减法的运算器（1）在4位加法器的基础上，对电路进行修改，使该电路不仅能进行加法运算而且还能进行减法运算。画出该电路（2）分别用两个4位补码的正数和负数验证该电路的正确性（注意两个数之和必须在4位补码的数的范围内），用quartusII进行功能仿真并对仿真结果进行截图。【附录】篇二：加法器的基本原理实验报告一、实验目的 1、了解加法器的基本原理。掌握组合逻辑电路在Quartus Ⅱ中的图形输入方法及文本输入方法。 2、学习和掌握半加器、全加器的工作和设计原理 3、熟悉EDA工具Quartus II和Modelsim的使用，能够熟练运用Vrilog HDL语言在Quartus II下进行工程开发、调试和仿真。

4位全加器实验报告.doc

四位全加器 11微电子黄跃1117426021 【实验目的】采用modelsim集成开发环境，利用verilog硬件描述语言中行为描述模式、结构描述模式或数据流描述模式设计四位进位加法器。【实验内容】加法器是数字系统中的基本逻辑器件。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。实现多位二进制数相加的电路称为加法器,它能解决二进制中1＋1＝10的功能（当然还有 0＋0、0＋1、1＋0）. 【实验原理】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。图4为全加器的方框图。图5全加器原理图。被加数A i 、加数B i 从低位向本位进位C i-1 作为电路的输入，全加和S i 与向高位的进位C i 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2中所列。信号输入端信号输出端 A i B i C i S i C i 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

加法器的基本原理实验报告

一、实验目的 1、了解加法器的基本原理。掌握组合逻辑电路在Quartus Ⅱ中的图形输入方法及文本输入方法。 2、学习和掌握半加器、全加器的工作和设计原理 3、熟悉EDA工具Quartus II和Modelsim的使用，能够熟练运用Vrilog HDL语言在Quartus II下进行工程开发、调试和仿真。 4、掌握半加器设计方法 5、掌握全加器的工作原理和使用方法二、实验内容 1、建立一个Project。 2、图形输入设计：要求用VHDL结构描述的方法设计一个半加器 3、进行编译，修改错误。 4、建立一个波形文件。（根据真值表） 5、对该VHDL程序进行功能仿真和时序仿真Simulation 三、实验步骤 1、启动QuartusⅡ 2、建立新工程NEW PROJECT 3、设定项目保存路径＼项目名称＼顶层实体名称 4、建立新文件Blok Diagram/Schematic File 5、保存文件FILE /SA VE 6、原理图设计输入元件符号放置通过EDIT_>SYMBOL 插入元件或点击图标元件复制元件移动元件转动元件删除管脚命名PIN_NAME 元件之间连线（直接连接，引线连接） 7、保存原理图 8 、编译：顶层文件设置，PROJECT_>Set as Top_Level 开始编译processing_>Start Compilation 编译有两种：全编译包括分析与综合（Analysis&Synthesis）、适配(Fitter)、编程（assembler）时序分析（Classical Timing Analysis）4个环节，而这4个环节各自对应相应菜单命令，可单独发布执行也可以分步执行

八位加法器设计实验报告

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

四位超前进位加法器

1.课程设计名称四位超前进位加法器 2.课程设计内容设计一个四位加法器，要求要有超前进位，减小输出的延迟，采用0.13um 工艺设计。 3.课程设计目的训练学生综合运用学过的数字集成电路的基本知识，独立设计相对复杂的数字集成电路的能力。 4.课程设计要求 4.1、按设计指导书中要求的格式书写，所有的内容一律打印； 4.2、报告内容包括设计过程、仿真的HSPICE网表，软件仿真的结果及分析、延时的手工计算； 4.3、要有整体电路原理图，仿真的波形图； 4.4、软件仿真必须要有必要的说明；要给出各个输入信号的具体波形和输出信号的测试结果。 4.5、写出对应的HSPICE设计网表，网表仿真结果符合设计要求。把仿真图形附在报告上。 4.6、设输入端的电容为C ，输出端的负载电容为5000C inv，从输入到输出任意找一通 inv 路，优化通路延时，手工计算确定通路中每个门对应的晶体管的尺寸。每组三个同学选择不能为同一通路。此部分的计算参数可采用书中第六章的参数。 4.7、各种器件的具体结构可参考阎石的《数字电子技术基础》一书。不允许有完全一样的报告，对于报告完全相同者，记为不及格。 5.使用软件软件为HSPICE和COSMOS-SCOPE。 6.课程设计原理由全加器的真值表可得S i和C i的逻辑表达式：

定义两个中间变量G i和P i：当A i＝B i＝1时，G i＝1，由C i的表达式可得C i＝1，即产生进位，所以G i 称为产生量变。若P i＝1，则A i·B i＝0，C i＝C i-1，即P i＝1时，低位的进位能传送到高位的进位输出端，故P i称为传输变量，这两个变量都与进位信号无关。将G i和P i代入S i和C i得：进而可得各位进位信号的逻辑表达如下：根据逻辑表达式做出电路图（如图）：

加法器及差分放大器项目实验报告

加法器及差分放大器项目实验报告一、项目内容和要求（一）、加法器 1、任务目的：（1）掌握运算放大器线性电路的设计方法；（2）理解运算放大器的工作原理；（3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。 2、任务内容： 2.1 设计一个反相加法器电路，技术指标如下：（1）电路指标运算关系:)25(21i i O U U U +-=。输入阻抗Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521。（2）设计条件电源电压Ec=±5V ；负载阻抗Ω=K R L 1.5 （3）测试项目 A ：输入信号V U V U i i 5.0,5.021±=±=，测试4种组合下的输出电压； B ：输入信号V KHz U V U i i 1.0,1,5.021为正弦波±=信号，测试两种输入组合情况下的输出电压波形。 C ：输入信号V U i 01=，改变2i U 的幅度，测量该加法器的动态范围。 D ：输入信号V U i 01=，V U i 1,2为正弦波，改变正弦波的频率，从1kHz 逐渐增加，步长为 2kHz ，测量该加法器的幅频特性。 2.2 设计一个同相加法器电路，技术指标如下：（1）电路指标运算关系：21i i O U U U +=。（2）设计条件电源电压Ec=±5V ；负载阻抗Ω=K R L 1.5 （3）测试项目 A ：输入信号V U V U i i 1,121±=±=，测试4种组合下的输出电压； B ：输入信号V KHz U V U i i 1,1,121为正弦波±=信号，测试两种输入组合情况下的输出电压波形。（二）、差分放大器 1、任务目的：（1）掌握运算放大器线性电路的设计方法；（2）理解运算放大器的工作原理；（3）掌握应用仿真软件对运算放大器进行仿真分析的方法。 2、任务内容 2.1 设计一个基本运放差分放大器电路，技术指标如下：（1）电路指标运算关系:)(521i i O U U U --=。输入阻抗Ω≥Ω≥K R K R i i 5,521。（2）设计条件

CMOS数字集成电路设计_八位加法器实验报告

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)

数电实验报告半加全加器

实验二半加/减器与全加/减器一、实验目的：（1）掌握全加器和半加器的逻辑功能。（2）熟悉集成加法器的使用方法。（3）了解算术运算电路的结构。二、实验设备： 1、 74LS00 （二输入端四与非门） 2、 74LS86 （二输入端四异或门） 3、数字电路实验箱、导线若干。 Ver 4B 4A 4￥ 3B 3A 3Y 1A IB !Y 2A 2B 2Y GND （74LS86引脚图）三、实验原理：两个二进制数相加，叫做半加，实现半加操作的电路，称为半加器。 A 表示被加数，B 表示加数，S 表示半加和，Co 表示向高位的进位。全加器能进行加数、被加数和低位来的信号相加，并给出该位的进位信号以及和。四、实验内容：用74LS00和74LS86实现半加器、全加器的逻辑电路功能。（一）半加器、半减器 M=0寸实现半加，M=1时实现半减，真值表如下：（74LS00引脚）

功能M A B S C 半加00000 00110 01010 01101 半减10000 10111 11010 11100 —s +/- ——co M （半加器图形符号） 2、 ⑴S真值表: 00011110 00110 11001 A ⑵C真值表: 00011110 00000 10101 C 二B（A二M）

（二）全加器、全减器 S CO C^BC i-1 ?（M 十 A ）（B 十 C ）、实验结果半加器： S 二 AB AB = A 二 B C =B （A 二 M ）全加器： S = A 二 B - C i-1 G 二GM C 2M CI B +/一

quarters加法器实验报告

加法器数字逻辑实验报告一、实验目的 1．熟悉Quartus II软件的基本操作，了解各种设计方法（原理图设计、文本设计、波形设计） 2．用VHDL语言设计一个加法器。 3．用VHDL语言设计串行加法器、并行加法器。二、实验内容 1、熟悉QuartusⅡ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VHDL语言设计加法器、串行全加器、并行全加器，再利用波形编辑区进行逻辑功能仿真，以此验证电路的逻辑功能是否正确，最终在FPGA芯片上下载验证逻辑实现。三、实验原理 1．全加器用途：实现一位全加操作逻辑图真值表 X Y CIN S COUT

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 VHDL程序数据流描述：波形图

2．四位串行加法器逻辑图波形图

3．74283：4位先行进位全加器（4-Bit Full Adder）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电路板。实验步骤： 1、建立工程project，并命名顶层文件为JFQ，按照实验箱上 FPGA的芯片名更改编程芯片的设置。操作是点击Assignment/Device,选取芯片的类型。选择“FLEX10K—— EPF10K20TI144_4” 2、编写VHDL源代码。打开QuartusⅡ软件平台，点击File中得 New建立一个VHDL文件。编写的文件名与实体名一致且为JFQ。VHDL如下：