8位全加器的设计与实现
8位串行全加器设计
8位串行全加器设计一．实验目的1．掌握ISE开发工具的使用，掌握FPGA开发的基本步骤；2．掌握8位串行全加器电路设计的一般办法；3．掌握程序下载的办法；4．初步了解开发板资源，掌握开发板的使用方法，重点掌握按键，开关，LCD,LED的使用方法。
二．实验内容1．用VHDL实现8位串行全加器8位串行全加器顶层模块电路如下图所示。
图 8位串行全加器顶层模块其中a_in，b_in：数据输入，使用板上开关（S0~S15）；sum_out:运算结果输出，使用LED显示运算结果。
2．将程序下载到FPGA并进行检验资源使用要求用开关（S0~S15）输入加数，被加数。
用 LED（D8~D15）显示运算结果。
三．实验步骤1．启动ISE,新建工程文件；2．编写8位串行全加器模块Hadder，其原理图如上图所示。
3．编写完加法器模块之后，在顶层文件上实现映射；4．新建UCF文件，输入位置约束；5．完成综合，实现，生成下载文件；6．连接开发板USB下载线，开启开发板电源；7．下载FPGA;8．输入数据，验证结果。
四．关键代码entity add_one isPort ( a_in : in STD_LOGIC;b_in : in STD_LOGIC;cin : in STD_LOGIC;si : out STD_LOGIC;cout : out STD_LOGIC);end add_one;architecture Behavioral of add_one isbeginsi<=(a_in xor b_in)xor cin;cout<=(a_in and b_in)or(cin and a_in)or(cin and b_in); end Behavioral;-- 一位加entity add_eight isPort ( a : in STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0);b : in STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0);sum : out STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0);c_out :out STD_LOGIC);end add_eight;architecture Behavioral of add_eight is component add_oneport( a_in,b_in,cin:in STD_LOGIC;si,cout:out STD_LOGIC);end component;signal c: STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0);signal c_in:STD_LOGIC:='0';beginu0: add_one port map(a(0),b(0),c_in,sum(0),c(0)); u1: add_one port map(a(1),b(1),c(0),sum(1),c(1)); u2: add_one port map(a(2),b(2),c(1),sum(2),c(2)); u3: add_one port map(a(3),b(3),c(2),sum(3),c(3)); u4: add_one port map(a(4),b(4),c(3),sum(4),c(4)); u5: add_one port map(a(5),b(5),c(4),sum(5),c(5)); u6: add_one port map(a(6),b(6),c(5),sum(6),c(6)); u7: add_one port map(a(7),b(7),c(6),sum(7),c_out); end Behavioral;--八位加。
实验六 8位全加器的设计
实验六8位全加器的设计实验报告一、实验要求1、GW48实验箱；2、用原理图输入方式设计8位全加器，并进行编译、仿真、下载；3、总结实验步骤和实验结果。
二、实验内容1、本设计中的8位二进制并行加法器即是由两个4位二进制并行加法器级联而成的，其电路原理图如图所示2、完成4位全加器ADDER4B的设计，并将此全加器电路设置成一个硬件符号入库。
建立一个更高的原理图设计层次，可以取名为ADDER8B。
利用以上获得的4位全加器构成8位全加器，并完成编译，仿真和硬件测试。
3、硬件逻辑验证：选择实验电路结构图NO.1和上图确定引脚的锁定。
如可取实验电路结构图的PIO3~PIO0接A[3..0]，PIO7~PIO4接A[7..4]，PIO11~PIO8接B[3..0]，PIO15~PIO12接B[7..4]，PIO49接CIN。
此加法器的被加数A和加数B分别由键2与键1、键4与键3输入，加法器的最低位进位CIN由键8输入，计算和S将分别通过PIO23~PIO20,PIO19~PIO16输出并显示于数码管6（高四位）和数码管5（低四位），溢出进位COUT由PIO39输出，当有进位时，结果显示于发光管D8上。
参考源程序：4位二进制并行加法器的源程序ADDER4Bmodule ADDER4B(A,B,CIN,S,CONT);output [3:0]S;output CONT;input [3:0]A,B;input CIN;assign {CONT, S}=A+B+CIN;endmodule三、实验步骤1、创建文件Max-plus->text editor源代码2、创建缺省符号（Creat Default Symbol）然后添加到框图中：3、连线并标注接口4、编译5、仿真6、下载1）引脚锁定2）开始下载四、实验结果选择实验电路结构图NO.1，此加法器的被加数A和加数B分别由键2与键1、键4与键3输入，加法器的最低位进位CIN由键8输入，当有进位时，结果显示于发光管D8上。
八位全加器原理图设计实验报告
南通大学计算机科学与技术学院课程实验报告
课程名称：计算机组成原理年级：2012级上机日期：11月6日姓名：学号：班级：信管122
实验名称：八位全加器设计教师：陈越成绩：
上图为n个1位的全加器FA级联成的n位的行波进位加减器。
M为方式控制输入线，当M=0时，做加法运算；当M=1时，做减法运算。
图中左边还表示出单符号位法的溢出检测逻辑：当C n=C n-1时，运算无溢出；而当C n≠C n-1时，运算有溢出，经异或门产生溢出信号，0无溢出，1表示溢出。
四、内容及步骤（包括程序流程及说明）
1.建立add8项目
2.建立一位全加器原理图，输入如下
3.将一位全加器封装成芯片FA，如图
4.将FA级联成8位全加器如图，至此8位全加器原理图设计完毕
四、运行结果
建立波形文件，验证8位全加器。
原理图输入设计8位全加器
原理图输入设计8位全加器一、实验目的掌握运用MAX+plusII原理图编辑器进行层次电路系统设计的方法。
进一步熟悉利用MAX+plusII进行电路系统设计的一般流程。
掌握8位全加器原理图输入设计的基本方法及过程。
二、实验原理一个8位全加器可以由8个1位全加器构成，加法器间的进位可以以串行方式实现，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相连接。
而一个1位全加器则可由实验一包装元件入库得到。
实验步骤1、为本项设计建立文件夹2、输入设计项目和存盘根据8位全加器原理图输入设计8位全加器。
并另存（Save As）在为本设计建立的文件夹中。
3、将设计项目设置成工程文件将8位全加器设置为工程文件。
4、选择目标器件并编译首先在Assign选项的下拉菜单中选择器件选择项Device，此窗口的Device Family是器件序列栏，应该首先在此拦中选定目标器件对应的序列名，为了选择EPF1K30TC144－3器件，应将此栏下方标有Show only Fastest Speed Grades的勾消去，以便显示出所有速度级别的器件。
完成器件选择后，按OK键。
最后启动编译器，首先选择左上角的MAX+plusII选项，在其下拉菜单中选择编译器项Compiler。
（此编译器的功能包括网表文件提取、设计文件排错、逻辑综合、逻辑分配、适配（结构综合）、时序仿真文件提取和编程下载文件装配等。
）点击Start，开始编译！如果发现有错，排除错误后再次编译。
5、时序仿真接下来应该测试设计项目的正确性，即逻辑仿真，具体步骤如下：（1）建立波形文件。
（2）输入信号节点。
（3）设置波形参量。
（4）设定仿真时间宽度。
（5）加上输入信号。
（6）波形文件存盘。
（7）运行仿真器。
选择MAX+plusII项及其中的仿真器Simulator选项，点击跳出的仿真器窗口中的Start键。
（注意，刚进入窗口时，应该将最下方的滑标拖向最左侧，以便可观察到初始波形）。
8位二进制全加器设计实验报告
EDA技术8位二进制全加器设计实验报告班级：学号：姓名：时间：2013-12-06目录方法一：自己写程序 (2)一、设计原理 (2)二、实验程序 (3)程序1：半加器描述 (3)程序2：一位二进制全加器设计顶层描述 (3)程序3：D触发器描述 (4)程序4：8位二进制加法器顶层描述 (4)三、编译及仿真结果 (9)方法二：使用LPM创立元件 (10)一、打开MegaWizard Plug-In Manager (10)二、按照提示，一步步完成全加器/全减器的创建 (10)三、创建成功，生成CMP文件 (10)四、调用CMP文件，例化元件，生成可以使用的元件。
(10)实验总结： (12)摘要我在本实验中用顶层设计思想，用半加器、全加器、D触发器例化出八位全加器，完成了八路加法器、寄存器/锁存器的设计，上升沿触发，使用了6个数码管，分别用于显示输入A，输入B和输出，输出结果也用红灯进行了显示，溢出用绿灯表示。
输入A用0~7号开关完成，输入B用10~17号开关完成，进位C 用8号开关完成。
实验要求完成八路全加器的设计，十六进制输出，上升沿触发，低电平复位，输入输出用数码管显示，用红灯显示输出，绿灯显示溢出。
方法一：自己写程序一、设计原理先写一个半加器，然后用两个半加器例化出一个全加器，再用八个全加器例化出一个八位全加器。
原理如图。
关于上升沿触发，使用D触发器和八位全加器进行例化，D触发器接同一个时钟。
最终完成上升沿触发的八位全加器的设计。
二、实验程序程序1：半加器描述LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY h_adder ISPORT (A, B : IN STD_LOGIC;CO, SO : OUT STD_LOGIC );END ENTITY h_adder;ARCHITECTURE FH1 OF h_adder ISBEGINSO <= NOT (A XOR (NOT B));CO <= A AND B;END ARCHITECTURE FH1;程序2：一位二进制全加器设计顶层描述LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY f_adder ISPORT (AIN, BIN, CIN : IN STD_LOGIC;COUT, SUM : OUT STD_LOGIC );END ENTITY f_adder;ARCHITECTURE FD1 OF f_adder ISCOMPONENT h_adder ISPORT (A, B : IN STD_LOGIC;CO, SO : OUT STD_LOGIC );END COMPONENT;SIGNAL D, E, F : STD_LOGIC;3BEGINU1 : h_adder PORT MAP(A => AIN, B => BIN, CO => D, SO => E);U2 : h_adder PORT MAP(A => E, B => CIN, CO => F, SO => SUM);COUT <= D OR F;END ARCHITECTURE FD1;程序3：D触发器描述LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY DEF1 ISPORT (CLK : IN STD_LOGIC;D : IN STD_LOGIC;Q : OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE bhv OF DEF1 ISSIGNAL Q1 :STD_LOGIC;BEGINPROCESS (CLK)BEGINIF CLK'EVENT AND CLK = '1'THEN Q1<=D;END IF;Q<=Q1;END PROCESS;END bhv;程序4：8位二进制加法器顶层描述LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY f_adder8 ISPORT ( AIN, BIN : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);ASEGIN1,ASEGIN2, BSEGIN1,BSEGIN2 : BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);CIN : IN STD_LOGIC;CLK : IN STD_LOGIC;SUM : BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SEG1 : BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);SEG2 : BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);COUT : OUT STD_LOGIC );END f_adder8;ARCHITECTURE ONE OF f_adder8 ISCOMPONENT f_adder ISPORT (AIN, BIN, CIN : IN STD_LOGIC;COUT, SUM : OUT STD_LOGIC );END COMPONENT;COMPONENT DEF1 ISPORT (CLK : IN STD_LOGIC;D : IN STD_LOGIC;Q : OUT STD_LOGIC);END COMPONENT;SIGNAL C,C1, C2, C3,C4,C5,C6,C7: STD_LOGIC;SIGNAL a : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL b : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL s : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL ss : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);SIGNAL sss : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINU1 : f_adder PORT MAP(AIN => a(0), BIN => b(0), CIN => CIN, SUM => s(0),COUT => C1);U2 : f_adder PORT MAP(AIN => a(1), BIN => b(1), CIN => C1, SUM => s(1),COUT => C2);U3 : f_adder PORT MAP(AIN => a(2), BIN => b(2), CIN => C2, SUM => s(2),COUT => C3);U4 : f_adder PORT MAP(AIN => a(3), BIN => b(3), CIN => C3, SUM => s(3),COUT => C4);U5 : f_adder PORT MAP(AIN => a(4), BIN => b(4), CIN => C4, SUM => s(4),COUT => C5);U6 : f_adder PORT MAP(AIN => a(5), BIN => b(5), CIN => C5, SUM => s(5),COUT => C6);U7 : f_adder PORT MAP(AIN => a(6), BIN => b(6), CIN => C6, SUM => s(6),COUT => C7);U8 : f_adder PORT MAP(AIN => a(7), BIN => b(7), CIN => C7, SUM => s(7),COUT => C);U9 : DEF1 PORT MAP(Q=>a(0),D=>AIN(0),CLK=>CLK);U10 : DEF1 PORT MAP(Q=>a(1),D=>AIN(1),CLK=>CLK);U11 : DEF1 PORT MAP(Q=>a(2),D=>AIN(2),CLK=>CLK);U12 : DEF1 PORT MAP(Q=>a(3),D=>AIN(3),CLK=>CLK);U13 : DEF1 PORT MAP(Q=>a(4),D=>AIN(4),CLK=>CLK);U14 : DEF1 PORT MAP(Q=>a(5),D=>AIN(5),CLK=>CLK);U15 : DEF1 PORT MAP(Q=>a(6),D=>AIN(6),CLK=>CLK);U16 : DEF1 PORT MAP(Q=>a(7),D=>AIN(7),CLK=>CLK);5U17 : DEF1 PORT MAP(Q=>b(0),D=>BIN(0),CLK=>CLK); U18 : DEF1 PORT MAP(Q=>b(1),D=>BIN(1),CLK=>CLK); U19 : DEF1 PORT MAP(Q=>b(2),D=>BIN(2),CLK=>CLK); U20 : DEF1 PORT MAP(Q=>b(3),D=>BIN(3),CLK=>CLK); U21 : DEF1 PORT MAP(Q=>b(4),D=>BIN(4),CLK=>CLK); U22 : DEF1 PORT MAP(Q=>b(5),D=>BIN(5),CLK=>CLK); U23 : DEF1 PORT MAP(Q=>b(6),D=>BIN(6),CLK=>CLK); U24 : DEF1 PORT MAP(Q=>b(7),D=>BIN(7),CLK=>CLK);U25 : DEF1 PORT MAP(Q=>SUM(0),D=>s(0),CLK=>CLK); U26 : DEF1 PORT MAP(Q=>SUM(1),D=>s(1),CLK=>CLK); U27 : DEF1 PORT MAP(Q=>SUM(2),D=>s(2),CLK=>CLK); U28 : DEF1 PORT MAP(Q=>SUM(3),D=>s(3),CLK=>CLK); U29 : DEF1 PORT MAP(Q=>SUM(4),D=>s(4),CLK=>CLK); U30 : DEF1 PORT MAP(Q=>SUM(5),D=>s(5),CLK=>CLK); U31 : DEF1 PORT MAP(Q=>SUM(6),D=>s(6),CLK=>CLK); U32 : DEF1 PORT MAP(Q=>SUM(7),D=>s(7),CLK=>CLK);U33 : DEF1 PORT MAP(Q=>COUT,D=>C,CLK=>CLK);PROCESS(CLK,AIN,BIN)VARIABLE sSeg1 : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);VARIABLE sSeg2 : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);BEGINss(3 DOWNTO 0)<=SUM(3 DOWNTO 0);sss(3 DOWNTO 0)<=SUM(7 DOWNTO 4);sSeg1(7 DOWNTO 0):= AIN(7 DOWNTO 0);sSeg2(7 DOWNTO 0):= BIN(7 DOWNTO 0);CASE ss ISWHEN "0000" => SEG1 <= "";--0WHEN "0001" => SEG1 <= "";WHEN "0010" => SEG1 <="";WHEN "0011" => SEG1 <="";WHEN "0100" => SEG1 <="";WHEN "0101" => SEG1 <="";WHEN "0110" => SEG1 <="";WHEN "0111" => SEG1 <="";WHEN "1000" => SEG1 <="";WHEN "1001" => SEG1 <=""; --9WHEN "1010" => SEG1 <="";WHEN "1011" => SEG1 <="";WHEN "1100" => SEG1 <="";WHEN "1101" => SEG1 <="";WHEN "1110" => SEG1 <="";WHEN "1111" => SEG1 <="";WHEN OTHERS =>NULL;END CASE;CASE sss ISWHEN "0000" => SEG2 <= "";--0WHEN "0001" => SEG2 <= "";WHEN "0010" => SEG2 <="";WHEN "0011" => SEG2 <="";WHEN "0100" => SEG2 <="";WHEN "0101" => SEG2 <="";WHEN "0110" => SEG2 <="";WHEN "0111" => SEG2 <="";WHEN "1000" => SEG2 <="";WHEN "1001" => SEG2 <=""; --9WHEN "1010" => SEG2 <="";WHEN "1011" => SEG2 <="";WHEN "1100" => SEG2 <="";WHEN "1101" => SEG2 <="";WHEN "1110" => SEG2 <="";WHEN "1111" => SEG2 <="";WHEN OTHERS =>NULL;END CASE;CASE sSeg1(3 DOWNTO 0) ISWHEN "0000" => ASEGIN1 <= "";--0WHEN "0001" => ASEGIN1 <= "";WHEN "0010" => ASEGIN1 <="";WHEN "0011" => ASEGIN1 <="";WHEN "0100" => ASEGIN1 <="";WHEN "0101" => ASEGIN1 <="";WHEN "0110" => ASEGIN1 <="";WHEN "0111" => ASEGIN1<="";WHEN "1000" => ASEGIN1 <="";WHEN "1001" => ASEGIN1 <=""; --9WHEN "1010" => ASEGIN1 <="";WHEN "1011" => ASEGIN1 <="";WHEN "1100" => ASEGIN1 <="";WHEN "1101" => ASEGIN1 <="";WHEN "1110" => ASEGIN1 <="";WHEN "1111" => ASEGIN1 <="";WHEN OTHERS =>NULL;END CASE;7CASE sSeg1(7 DOWNTO 4) ISWHEN "0000" => ASEGIN2 <= "";--0 WHEN "0001" => ASEGIN2 <= "";WHEN "0010" => ASEGIN2 <="";WHEN "0011" => ASEGIN2 <="";WHEN "0100" => ASEGIN2 <="";WHEN "0101" => ASEGIN2 <="";WHEN "0110" => ASEGIN2 <="";WHEN "0111" => ASEGIN2<="";WHEN "1000" => ASEGIN2 <="";WHEN "1001" => ASEGIN2 <=""; --9 WHEN "1010" => ASEGIN2 <="";WHEN "1011" => ASEGIN2 <="";WHEN "1100" => ASEGIN2 <="";WHEN "1101" => ASEGIN2 <="";WHEN "1110" => ASEGIN2 <="";WHEN "1111" => ASEGIN2 <="";WHEN OTHERS =>NULL;END CASE;CASE sSeg2(3 DOWNTO 0) ISWHEN "0000" => BSEGIN1 <= "";--0 WHEN "0001" => BSEGIN1 <= "";WHEN "0010" => BSEGIN1 <="";WHEN "0011" => BSEGIN1 <="";WHEN "0100" => BSEGIN1 <="";WHEN "0101" => BSEGIN1 <="";WHEN "0110" => BSEGIN1 <="";WHEN "0111" => BSEGIN1<="";WHEN "1000" => BSEGIN1 <="";WHEN "1001" => BSEGIN1 <=""; --9 WHEN "1010" => BSEGIN1 <="";WHEN "1011" => BSEGIN1 <="";WHEN "1100" => BSEGIN1 <="";WHEN "1101" => BSEGIN1 <="";WHEN "1110" => BSEGIN1 <="";WHEN "1111" => BSEGIN1 <="";WHEN OTHERS =>NULL;END CASE;CASE sSeg2(7 DOWNTO 4) ISWHEN "0000" => BSEGIN2 <= "";--0 WHEN "0001" => BSEGIN2 <= "";WHEN "0010" => BSEGIN2 <="";WHEN "0011" => BSEGIN2 <="";WHEN "0100" => BSEGIN2 <="";WHEN "0101" => BSEGIN2 <="";WHEN "0110" => BSEGIN2 <="";WHEN "0111" => BSEGIN2<="";WHEN "1000" => BSEGIN2 <="";WHEN "1001" => BSEGIN2 <=""; --9WHEN "1010" => BSEGIN2 <="";WHEN "1011" => BSEGIN2 <="";WHEN "1100" => BSEGIN2 <="";WHEN "1101" => BSEGIN2 <="";WHEN "1110" => BSEGIN2 <="";WHEN "1111" => BSEGIN2 <="";WHEN OTHERS =>NULL;END CASE;END PROCESS;--U1 : f_adder PORT MAP(AIN => AIN(0), BIN => BIN(0), CIN => CIN, SUM => SUM(0), COUT => C1);--U2 : f_adder PORT MAP(AIN => AI N(1), BIN => BIN(1), CIN => C1, SUM => SUM(1), COUT => C2);--U3 : f_adder PORT MAP(AIN => AIN(2), BIN => BIN(2), CIN => C2, SUM => SUM(2), COUT => C3);--U4 : f_adder PORT MAP(AIN => AIN(3), BIN => BIN(3), CIN => C3, SUM => SUM(3), COUT => C4);--U5 : f_adder PORT MAP(AIN => AIN(4), BIN => BIN(4), CIN => C4, SUM => SUM(4), COUT => C5);--U6 : f_adder PORT MAP(AIN => AIN(5), BIN => BIN(5), CIN => C5, SUM => SUM(5), COUT => C6);--U7 : f_adder PORT MAP(AIN => AIN(6), BIN => BIN(6), CIN => C6, SUM => SUM(6), COUT => C7);--U8 : f_adder PORT MAP(AIN => AIN(7), BIN => BIN(7), CIN => C7, SUM => SUM(7), COUT => COUT);END ONE;三、编译及仿真结果程序波形仿真图9时间分析方法二：使用LPM创立元件一、打开MegaWizard Plug-In Manager二、按照提示，一步步完成全加器/全减器的创建三、创建成功，生成CMP文件四、调用CMP文件，例化元件，生成可以使用的元件。
实验一 八位全加器的设计
电子科技大学电子工程学院标准实验报告（实验）课程名称EDA技术与应用**:**学号:*****************:**电子科技大学教务处制表实验一八位全加器的设计一、预习内容1.结合教材中的介绍熟悉QuartusⅡ软件的使用及设计流程；2.八位全加器设计原理。
二、实验目的1.掌握图形设计方法；2.熟悉QuartusⅡ软件的使用及设计流程；3.掌握全加器原理，能进行多位加法器的设计。
三、实验器材PC机一台、EDA教学实验系统一台、下载电缆一根（已接好）、导线若干四、实验要求1、用VHDL设计一个四位并行全加器；2、用图形方式构成一个八位全加器的顶层文件；3、完成八位全加器的时序仿真。
五、实验原理与内容1、原理：加法器是数字系统中的基本逻辑器件。
例如：为了节省资源，减法器和硬件乘法器都可由加法器来构成。
但宽位加法器的设计是很耗费资源的，因此在实际的设计和相关系统的开发中需要注意资源的利用率和进位速度等两方面的问题。
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。
实验表明，4 位二进制并行加法器和串行级联加法器占用几乎相同的资源。
这样，多位数加法器由4 位二进制并行加法器级联构成是较好的折中选择。
因此本实验中的8 位加法器采用两个4位二进制并行加法器级联而成。
2、实现框图：1）四位加法器四位加法器可以采用四个一位全加器级连成串行进位加法器，实现框图如下图所示，其中CSA为一位全加器。
显然，对于这种方式，因高位运算必须要等低位进位来到后才能进行，因此它的延迟非常可观，高速运算肯定无法胜任。
通过对串行进位加法器研究可得：运算的延迟是由于进位的延迟。
因此，减小进位的延迟对提高运算速度非常有效。
8位串行全加器设计
8位串行全加器设计串行全加器是一种基本的数字电路，用于实现两个二进制数的加法运算。
它可以将两个数位相同的二进制数相加，并将其和以及进位输出。
本文将详细介绍如何设计一个8位串行全加器。
首先，我们需要了解全加器的功能。
全加器由两个输入和两个输出组成。
输入包括两个要相加的二进制数位以及前一位的进位（Carry In），输出包括当前位的和（Sum）和当前位的进位（Carry Out）。
设计一个8位串行全加器时，我们需要将8个全加器连接在一起。
每个全加器的输入为两个二进制数位和前一位的进位，输出为当前位的和和当前位的进位。
具体设计步骤如下：1.首先，我们需要设计一个单个全加器电路。
全加器电路可以通过将两个半加器连在一起来实现。
半加器接收两个输入，并输出当前位的和和当前位的进位。
2.设计一个半加器电路。
半加器电路由两个输入和两个输出组成。
输入包括两个要相加的二进制数位，输出包括当前位的和和当前位的进位。
3.实现半加器电路的真值表。
半加器的真值表如下：输入A，输入B，输出S，进位--------，--------，--------，-------0，0，0，0，1，1，1，0，1，1，1，0，根据真值表可知，半加器的和输出为输入A和输入B的异或运算结果，进位输出为输入A和输入B的与运算结果。
4.通过使用逻辑门来实现半加器电路。
可以使用异或门实现和输出，使用与门实现进位输出。
5.设计一个完整的全加器电路。
一个全加器电路由一个半加器和一个或门构成。
半加器负责计算两个输入位的和和进位，而或门负责计算前一位的进位和当前位的进位的和。
全加器电路的输入为两个要相加的二进制数位和前一位的进位，输出为当前位的和和当前位的进位。
6.将8个全加器连在一起。
将第一个全加器的输入连接到待相加的两个8位二进制数的最低位和前一位的进位，将第二个全加器的输入连接到待相加的两个8位二进制数的次低位和第一个全加器的进位，以此类推。
最后一个全加器的输出即为所求的和。
八位全加器设计
八位全加器设计一、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8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、实验原理及仿真结果方案一8位全加器可以由8个1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与下一级一位全加器的进位输入信号cin相连。
设计流程（含仿真波形图）：1、全加器的实现：由半加器加上组合电路实现。
仿真结果为：2、八位全加器的实现：由八个全加器组合生成八位全加器。
仿真结果为：方案二直接调用Quartus内部的宏功能模块LPM_ADD_SUB来实现8位全加器，其电路结构图如下：仿真结果为：方案三利用VHDL语言的运算操作符“+”和并置符“&”，可以通过少量的代码来实现复杂的全8位加器，关键代码如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_unsigned.ALL;ENTITY fulladderarray ISPORT(aa: IN STD_LOGIC_vector(7 downto 0);bb: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);cin: IN STD_LOGIC;sum: out STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);cout: OUT STD_LOGIC);END ENTITY fulladderarray ;ARCHITECTURE one OF fulladderarray ISsignal nn: std_logic_vector(8 downto 0);BEGINnn<='0'& aa+bb+cin;sum<=nn(7 downto 0);cout<=nn(8);END ARCHITECTURE one;仿真结果为：三、方案比较三种方案的仿真时间如下：三种方案对FPGA的资源利用数量为：方案一方案二方案三经比较分析可得：方案一用时最多，方案三最少；方案一和方案三都用了较少的内部资源，方案一利用了较多的内部资源。
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实验二 8位全加器的设计与实现
[实验目的]
1 掌握Quartus II 环境下原理图输入、编译综合、仿真、引脚锁定、下载及硬件
测试测试方法;
2 掌握Quartus II 对FPGA 的设计方法。
3 学习8位全加器原理图的设计，掌握Quartus II 原理图层次化设计方法。
[实验仪器]
Pentium PC 机 、EDA 实验箱 各一台 Quartus II 6.0软件 [实验内容]
采用Quartus II 原理图输入方式及层次化设计方法设计8位全加器并进行器件编程、检测。
1. 完成全加器的设计(包括原理图输入、编译综合、适配、仿真并将它们设置成硬件符号入库)。
2. 建立顶层原理图文件。
采用已产生的全加器元件设计一个8位串行全加器电路，并完成编译综合、适配、仿真和硬件测试。
一、一位全加器
每个全加器有三位输入，分别是加数A,B 和一个进位位CI 。
将这三个数相加，得
出全加和数D 和进位数CO 。
这个过程称为”全加”，全加器的真值表参见表1。
全加器的真值表1 A B CI CO D
0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1
1
由表2得: ABCI CI AB CI B A BCI A CO +++= D ABCI ABCI ABCI ABCI =+++ 可用两个四选一芯片完成。
原理图如下：
A
BCI
1
0001111011
1
cout D0D1D2D31
A
BCI
1
00011110111S D0D1D2
D3
1
可得：
Cout 的连接方式如下： D0=0;D1=CI=D2;D3=1 S 的连接方式如下： D0=CI;D1=CI =D2;D3=CI
选用两片4选1，可绘制全加器如图1所示。
VCC
ci
INPUT VCC A INPUT VCC
B
INPUT S
OUTPUT
COUT
OUTPUT S0D2S1D3D0INH D1
Q
MUX41
inst9
NOT
inst10
S0D2S1D3D0INH D1Q MUX41
inst
GND
VCC
图1一位全加器
1． 为全加器项目工程设计建立文件夹
Windows 环境下在D ：盘建立8位加法器设计项目的文件夹，取名为adder8, 路径为d ：\adder8。
2． 输入原理图文件
（1） 打开Quartus II ，选择菜单File →New 。
在New 窗口中的Device Design Files
中选择硬件设计文件类型为Block Diagram/Sxhematic File ，单击OK 按钮后进入Quartus II 图形编辑窗口。
（2） 选择输入元件项Inset →Symbol ，分别调入mux41、not 元件及输入、输出端口，参照图上图合理布局、布线，最后输入各引脚名:A 、B 、ci 和s 、cout 。
(3) 原理图文件存盘，注意应选择刚才建立的文件夹
d:\adder8，将已设计好的原理图
文件取名为has.bdf,点击OK 存盘。
存盘后Quartus II 弹出“Do you want to create a new project with this file?”
窗口，窗口选择“是”，将进入建立新工程项目操作。
（具体操作见第3点） 3、 建立新工程项目
如在前一步操作中选择“否”的话，可按下面的操作建立新工程项目。
建立工程项目
包括工程名、目标器件、综合器、仿真器等的设置。
点击File →New Project Wizard 命令, 完成指定工作目录、指定工程名称等的设置,点击Next 按钮, 在弹出的Add File 对话框的File Name 栏内选择加入has.bdf 文件,下面栏内同时默认该文件。
再按Next 按钮,弹出目标芯片选择窗口,在该窗口内选择Cyclone 系列EP1C3TC144C8目标芯片(见图24).
4 编译原理图文件并将该设计设置成可调用的元件
1、选择主窗口Processing 菜单→Start Compilation 项编译综合全加器设计文件。
2、选择菜单File →Create/Update →Create Symbol Files for Current File 项，即可将当前文件设置成一个元件符号(名为has)，以待在高层设计中调用。
二、8位全加器设计
选择菜单File →New ，在New 窗口中的Device Design Files 中选择硬件设计文件类型为Block Diagram/Sxhematic File ，单击OK 按钮后进入Quartus II 图形编辑窗口。
在原理图编辑窗口双击鼠标右键在弹出菜单栏内选Inset →Symbol ，于是将弹出输入元件的对话框，调出全加器元件。
该8位全加器由8个1位全加器采用串行方式实现，即将低位加法器的进位输出co 与相临的高位加法器的最低进位输入信号ci 相接。
完成8位全加器顶层原理图文件的设计、编辑、编译综合、适配、仿真和硬件测试工作。
VCC
A[8..1]
INPUT VCC
B[8..1]
INPUT S[8..1]
OUTPUT C 8
O U T P U T
c i A B
S C O U T
a d d e r
i n s t
c i A B
S C O U T
a d d e r
i n s t 3
c i A B
S C O U T
a d d e r
i n s t 4
c i A B
S C O U T
a d d e r
i n s t 7
c i A B
S
C O U T
a d d e r
i n s t 6
c i A B
S C O U T
a d d e r
i n s t 5
c i A B
S C O U T
a d d e r
i n s t 1
c i A B
S C O U T
a d d e r
i n s t 2
A [1]
B [1]
A [2]
B [2]
A [3]
B [3]
A [4]
B [4]
A [5]
B [5]
A [6]
B [6]
A [7]
B [7]
A [8]
B [8]
S [8]
S [7]
S [6]
S [5]
S [4]
S [3]
S [2]
S [1]
图2.4 目标芯片设置
模式1，按键1、2是加数；按键3、4是被加数，D1灯是高位进位。
实验结果
1.仿真图片
2．引脚锁定的信息
3、编程下载文件。