实验一 4位全加器的设计
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，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 ieee.std_logic_1164.ALL;ENTITY fadder ISPORT(a, b,cin : IN STD_LOGIC;s, co : OUT STD_LOGIC);END fadder;ARCHITECTURE arc1 OF fadder ISBEGINs<=a xor b xor cin;co<=((a xor b)and cin)or(a and b);END arc1;顶层文件：LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.ALL;ENTITY adder4 ISPORT(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);END adder4;ARCHITECTURE arc2 OF adder4 ISCOMPONENT fadderPORT(a, b,cin : IN STD_LOGIC;s, co : OUT STD_LOGIC);END COMPONENT;SIGNAL carry : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 1); BEGINu1 : fadder PORT MAP (a=>a(0), b=>b(0),cin=>c0,s=>s(0),co=>carry (1));u2 : fadder PORT MAP (a=>a(1),b=>b(1),cin=>carry(1),s=>s(1),co=>carry (2));u3 : fadder PORT MAP (a=>a(2),b=>b(2),cin=>carry(2),s=>s(2),co=>carry (3));u4 : fadder PORT MAP(a=>a(3),b=>b(3),cin=>carry(3),s=>s(3),co=>c4);END arc2;2、使用原理图的方法设计打开File—>New Project Wizard输入文件名adder4保存在D 盘，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，然后选择File-->Create/Update-->Create Symbol Files for Current File,选择File-->New-->Other File-->Vector Waveform File,查找引脚，从Edit中选择End Time 输入40、ns 保存。
全加器实验报告【范本模板】
4位全加器的设计实验报告
班级：通信12-2班学号：12090216 姓名:韦建萍
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，掌握利用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最低进位输入信号cin 相接。
加法器举例说明：设M = 1101 ，N = 1110，CIN=0，则
1、半加器(设其名为h_adder）的电路：
2、全加器（设其名为f_adder)的电路：
三、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；
半加器电路原理设计图如图：
半加器电路仿真图如图：
全加器电路原理设计图如图：
全加器电路仿真图如图：
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。
4位全加器电路原理图如图：
4位全加器仿真图如图：
四、仿真分析及心得体会
仿真分析：
四位全加器S0为和位，C0为进位，当a0=1，b0=1时，S0=0,C0=1，就是和位为零，进位进1。
以此类推，当a1=1，b1=0，C0=1时，和位S0=0，进位C0=1。
实验体会：
通过这次实验让我学会了如何掌握利用EDA软件进行原理图输入方式的电子线路设计的详细流程，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。
VHDL全加器的设计
实验四全加器的设计一、实验目的通过VHDL语言设计4位全加器，掌握加法器的设计方法；学习利用软件工具的模块封装（1位全加器）及连接使用方法，在软件工具的原理图输入法下完成4位全加器的设计。
二、实验原理根据数字电路全加器的理论知识，按图1所示的1位全加器的管脚图进行设计。
图 1 1位全加器管脚图三、实验内容用VHDL语言设计1位全加器，进行编译、波形仿真及器件编程。
代码一见附录，仿真图如下图 2 1位全加器功能仿真图使用原理图设计4位全加器进行编译、波形仿真及器件编程。
原理图如下仿真图如下用VHDL语言设计4位全加器，进行编译、波形仿真及器件编程，代码二见附录，仿真图如下图 5 4位全加器功能仿真图附录代码一、library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity swqjq isport (a,b:in std_logic;ci:in std_logic;co:out std_logic;s:out std_logic);end swqjq;architecture zhang of swqjq isbeginprocess (a,b,ci)beginif(a='0'and b='0'and ci='0') thens<='0';co<='0';elsif(a='1'and b='0'and ci='0') thens<='1';co<='0';elsif(a='0'and b='1'and ci='0') thens<='1';co<='0';elsif(a='1'and b='1'and ci='0') thens<='0';co<='1';elsif(a='0'and b='0'and ci='1') thens<='1';co<='0';elsif(a='0'and b='1'and ci='1') thens<='0';co<='1';elsif(a='1'and b='0'and ci='1') thens<='0';co<='1';elses<='1';co<='1';end if;end process;end zhang;代码二、library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity adder4b isport ( ci:in std_logic;a,b:in std_logic_vector(3 downto 0);s:out std_logic_vector(3 downto 0);co:out std_logic);end adder4b;architecture zhang of adder4b issignal sint:std_logic_vector(4 downto 0); signal aa,bb:std_logic_vector(4 downto 0); beginaa<='0'&a(3 downto 0);bb<='0'&b(3 downto 0);sint<=aa+bb+ci;s(3 downto 0)<=sint(3 downto 0);co<=sint(4);end zhang;。
四位全加器实验Verilog
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。
4位加法器实验报告
硬件描述语言实验题目：四位全加器学院数学与计算机学院学科门类xxxxxxxxxx专业xxxxxxxxxx学号姓名x指导教师xxxx20xx年x 月xx日1、实验目的：练习VHDL语言设计工程的建立与仿真的步骤和方法、熟悉VHDL语言行为描述的编写方法。
2、实验环境：PC个人计算机、Windows XP操作系统、Quartus II集成开发环境软件。
3、实验要求：设计一个四位加法器，其引脚及其功能如下表。
4、实验步骤：(1)用RTL描述方式描述4位加法器①RTL描述方式是一种明确规定寄存器描述的方法，它要求在描述时要么采用寄存器硬件的一一对应的直接描述，要么采用寄存器之间的功能描述。
RTL描述方式可以进行逻辑综合，这是其他描述方式所不具备的特点。
②编辑代码这种描述方法详细描述了加法器的计算过程，即写出了每一位的计算和进位方法。
模块内部（构造体说明部分）需要定义三个连接线，定义语句为：signal c0,c1,c2 : std_logic代码如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity adder4 isport(a,b:in std_logic_vector(3 downto 0);ci:in std_logic;s:out std_logic_vector(3 downto 0);co:out std_logic);end entity;architecture rtl of adder4 issignal c0,c1,c2:std_logic;s(0) <= a (0) xor b(0) xor ci;c0<= (a(0) and b(0)) or (a(0) and ci) or (b(0) and ci);s(1) <= a (1) xor b(1) xor c0;c1<= (a(1) and b(1)) or (a(1) and c0) or (b(1) and c0);s(2) <= a (2) xor b(2) xor c1;c2<= (a(2) and b(2)) or (a(2) and c1) or (b(2) and c1);s(3) <= a (3) xor b(3) xor c2;co<= (a(3) and b(3)) or (a(3) and c2) or (b(3) and c2);end architecture rtl;③仿真结果(2)用行为描述方式描述4位加法器①行为描述是对系统数学模型的描述，其抽象程度比寄存器传输描述方式和结构描述方式更高。
四位全加器
4位加法计数器一、实验目的（1）学习时序电路的VHDL描述方法。
（2）掌握时序进程中同步、异步控制信号的设计。
（3）熟悉EDA的仿真分析和硬件测试技术。
二、实验原理设计一个含计数使能、异步复位和并行预置功能的4位加法计数器，RST是异步复位信号，高电平有效；CLK是时钟信号；当使能信号ENA为1时，加法计数，COUT为计数进位输出，OUTY为计数输出。
VHDL参考程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity CNT4B isport(clk:in std_logic;rst:in std_logic;ena:in std_logic;outy:out std_logic_vector(3 downto 0);cout:out std_logic);end CNT4B;architecture BEHA V of CNT4B issignal CQI:std_logic_vector(3 downto 0);beginP_REG:process(clk,rst,ena)beginif rst = '1' then CQI <= "0000";elsif clk'event and clk = '1' thenif ena = '1' then CQI <= CQI + 1;end if;end if;outy <= CQI;end process P_REG;cout <= CQI(0) and CQI(1) and CQI(2) and CQI(3);end BEHA V;三、实验任务（1）编写4位二进制加法计数器的VHDL程序。
（2）在ispDsignEXPERT System或者Quartu sⅡ上对加法计数器进行仿真。
eda课程设计论文4位全加器
eda课程设计论文4位全加器一、教学目标本课程的目标是让学生理解并掌握全加器的工作原理和设计方法，能够运用数字逻辑设计出功能完整的全加器。
知识目标：使学生了解全加器的功能和作用，理解其内部电路的工作原理，掌握全加器的真值表和布尔表达式。
技能目标：培养学生运用数字逻辑设计简单电路的能力，能够独立完成全加器的设计和仿真。
情感态度价值观目标：培养学生对电子技术的兴趣，提高学生解决问题的能力，培养学生的创新精神和团队协作精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括全加器的功能和工作原理、全加器的真值表和布尔表达式、全加器的设计和仿真。
首先，讲解全加器的功能和作用，通过具体的实例让学生了解全加器在计算机中的重要性。
然后，讲解全加器的内部电路工作原理，使学生理解全加器是如何实现加法的。
接下来，介绍全加器的真值表和布尔表达式，让学生掌握全加器的工作原理。
最后，讲解全加器的设计和仿真方法，培养学生运用数字逻辑设计电路的能力。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法。
首先，通过讲授法向学生传授全加器的理论知识，使学生了解全加器的基本概念和工作原理。
然后，通过讨论法引导学生进行思考和讨论，提高学生的理解能力。
接下来，通过案例分析法分析实际案例，使学生了解全加器在计算机中的应用。
最后，通过实验法让学生动手设计和仿真全加器，提高学生的实践能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备适当的教学资源，包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备。
教材：选用《数字逻辑设计》作为主教材，系统地介绍全加器的理论知识。
参考书：推荐《计算机组成原理》等参考书，供学生深入学习和参考。
多媒体资料：制作全加器的原理讲解和设计过程的视频，通过动画和图像等形式直观地展示全加器的工作原理。
实验设备：准备数字逻辑设计实验室，提供全加器的设计和仿真实验所需设备。
4位全加器verilog课程设计
4位全加器verilog课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解4位全加器的原理和功能，掌握其Verilog硬件描述语言实现方法。
2. 学习并掌握数字电路中加法器的基本结构和工作原理。
3. 掌握Verilog模块化编程，能够实现并测试4位全加器的基本功能。
技能目标：1. 能够运用Verilog语言编写4位全加器的代码，并进行功能仿真。
2. 学会使用硬件描述语言进行数字电路的设计，提高实际问题解决能力。
3. 能够对4位全加器进行调试和优化，提升编程实践技能。
情感态度价值观目标：1. 培养学生的团队合作意识，提高学生在项目实践中的沟通与协作能力。
2. 增强学生对数字电路设计领域的兴趣，激发学生的创新精神。
3. 引导学生树立正确的价值观，认识到科技发展对社会进步的重要性。
课程性质：本课程为电子信息工程及相关专业高年级的数字电路设计课程，旨在通过4位全加器的Verilog实现，让学生掌握数字电路设计的基本方法和实践技能。
学生特点：学生已具备一定的数字电路基础和Verilog编程知识，具备分析问题和解决问题的能力。
教学要求：注重理论与实践相结合，鼓励学生积极参与课堂讨论，培养学生的动手能力和实际操作技能。
通过课程学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面均取得明显进步。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 数字加法器原理回顾：介绍加法器的基本原理，重点讲解4位全加器的工作流程和关键特性。
- 教材章节：数字电路基础，第3章第2节。
2. Verilog硬件描述语言基础：复习Verilog的基本语法，强调模块化编程方法。
- 教材章节：硬件描述语言Verilog，第4章。
3. 4位全加器的Verilog设计：- 设计原理：讲解4位全加器的设计思路和实现方法。
- 代码编写：引导学生编写4位全加器的Verilog代码，并进行模块化设计。
- 教材章节：数字电路设计，第5章第3节。
4. 功能仿真与调试：- 介绍仿真工具和仿真方法，指导学生进行4位全加器的功能仿真。
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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 分别使用数据流、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）：-- Quartus II VHDL Template-- Unsigned Adderlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity f_add isport(a : in std_logic;b : in std_logic;ci : in std_logic;y : out std_logic;co : out std_logic);end entity;architecture rtl of f_add isbegin(co,y)<=('0',a)+('0',b)+('0',ci);end rtl;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）：-- Quartus II VHDL Template-- Unsigned Adderlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all; entity f_add_df isport(a : in std_logic;b : in std_logic;ci : in std_logic;y : out std_logic;co : out std_logic);end entity;architecture rtl of f_add_df is beginy<=a xor b xor ci;co<=((a xor b) and ci) or (a and b); end rtl;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）：-- Quartus II VHDL Template-- Unsigned Adderlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all; entity f_add_st isport(af : in std_logic;bf : in std_logic;cif : in std_logic;yf : out std_logic;cof : out std_logic);end entity;architecture rtl of f_add_st is COMPONENT h_addPORT(a : IN STD_LOGIC;b : IN STD_LOGIC;y : OUT STD_LOGIC;co : OUT STD_LOGIC);END COMPONENT;signal s1:std_LOGIC;signal co1:std_LOGIC;signal co2:std_LOGIC;beginU1: h_add port map(a=> af,b=> bf,y=>s1,co=> co1 ); U2: h_add port map (a=> s1,b=> cif,y=> yf,co=> co2 ); cof <= co1 or co2;end rtl;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_st_tb ISEND ;ARCHITECTURE f_add_st_tb_arch OF f_add_st_tb IS SIGNAL bf : STD_LOGIC :='0' ;SIGNAL cof : STD_LOGIC ;SIGNAL cif : STD_LOGIC :='0' ;SIGNAL af : STD_LOGIC :='0' ;SIGNAL yf : STD_LOGIC ;COMPONENT f_add_stPORT (bf : in STD_LOGIC ;cof : out STD_LOGIC ;cif : in STD_LOGIC ;af : in STD_LOGIC ;yf : out STD_LOGIC );END COMPONENT ;BEGINDUT : f_add_stPORT MAP (bf => bf ,cof => cof ,cif => cif ,af => af ,yf => yf ) ;af <= '1' after 400ns;bf <= '1' after 200ns,'0' after 400ns,'1' after 600ns;cif <= not cif after 100ns;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。
原理图设计如下（结构化描述）:原理图设计如下（结构化描述）的RTL与technology map视图:VHDL源程序如下（结构化描述）：-- Quartus II VHDL Template-- Unsigned Adderlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity f4_add_bh isport(a : in std_logic_vector(3 downto 0);b : in std_logic_vector(3 downto 0);ci : in std_logic;y : out std_logic_vector(3 downto 0);co : out std_logic);end entity;architecture bh of f4_add_bh issignal yin:std_logic_vector(4 downto 0); beginyin<=('0'&a)+('0'&b)+('0'&ci);y<=yin(3 downto 0);co<=yin(4);end bh ;VHDL源程序如下（结构化描述）的RTL与technology map视图：Testbench源程序如下：LIBRARY cycloneiii ;LIBRARY ieee ;USE cycloneiii.cycloneiii_components.all ;USE ieee.std_logic_1164.all ;USE ieee.std_logic_unsigned.all;ENTITY f4_add_bh_tb ISEND ;ARCHITECTURE f4_add_bh_tb_arch OF f4_add_bh_tb IS SIGNAL ci : STD_LOGIC :='0' ;SIGNAL a : std_logic_vector (3 downto 0) :="0000" ; SIGNAL y : std_logic_vector (3 downto 0) ;SIGNAL b : std_logic_vector (3 downto 0) :="0000" ; SIGNAL co : STD_LOGIC ;COMPONENT f4_add_bhPORT (ci : in STD_LOGIC ;a : in std_logic_vector (3 downto 0) ;y : out std_logic_vector (3 downto 0) ;b : in std_logic_vector (3 downto 0) ;co : out STD_LOGIC );END COMPONENT ;BEGINDUT : f4_add_bhPORT MAP (ci => ci ,a => a ,y => y ,b => b ,co => co ) ;a<="1100" after 400ns,"1110"after 600ns;b<=b+"0010" after 100ns;END ;最终的功能仿真波形如下：最终的时序仿真波形如下：四、思考题1、试着论述功能仿真和时序仿真的差别？2、试着论述结构体的行为描述、数据流描述和结构描述的区别？3、如何构建四位并行加法器？。