一位全减器

实验一 1位二进制全减器设计

一、实验目的

1．熟悉Quartes II集成开发软件的使用；

2．初步熟悉PH-1V型实验装置的使用；

3 . 学习用原理图输入法和文本输入法进行简单的数字电路设计，掌握系统仿真，学会分析硬件测试结果。

二、实验内容与要求

1．采用原理图输入法和文本输入法分别实现，分层设计，底层由半减器（也用原理图输入法）和逻辑门组成；

2．建立波形文件，并进行系统仿真，用软件验证设计结果；

3. 在仿真正确的情况下，对1位二进制半加/减器分别下载到实验箱中做硬件测试

三、实验原理及设计思路

根据一位二进制全减器的工作原理，可得其真值表为（如下：cin表示低位向本位借位。cout 表示本位向高位借位)

由EDA教程中全加器的顶层设计描述及半加器调用可类比到全减器的设计，可由先对半减器进行描述，然后进行两次调用。半减器的工作时的逻辑表达式为：so=a XOR b ； co=(NOT a)AND b

四、实验程序（程序来源：EDA技术实验教程）

LIBRARY IEEE ; ——或门逻辑描述

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITY or2a IS

PORT (a, b :IN STD_LOGIC;

c : OUT STD_LOGIC );

END ENTITY or2a;

ARCHITECTURE one OF or2a IS

BEGIN

c <= a OR b ;

END ARCHITECTURE one;

LIBRARY IEEE; ——半减器描述

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITY h_suber IS

PORT (a, b : IN STD_LOGIC;

co, so : OUT STD_LOGIC);

END ENTITY h_suber;

ARCHITECTURE fh1 OF h_suber is

BEGIN

so <= a xor b ;

co <= (not a )AND b ;

END ARCHITECTURE fh1;

LIBRARY IEEE; ——1位二进制全减器顶层设计描述

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITY f_suber IS

PORT (ain,bin,cin : IN STD_LOGIC;

cout,sum : OUT STD_LOGIC );

END ENTITY f_suber;

ARCHITECTURE fd1 OF f_suber IS

COMPONENT h_suber ——调用半减器声明语句

PORT ( a,b : IN STD_LOGIC;

co,so : OUT STD_LOGIC);

END COMPONENT ;

COMPONENT or2a ——调用或门声明语句

PORT (a,b : IN STD_LOGIC;

c : OUT STD_LOGIC);

END COMPONENT;

SIGNAL d,e,f : STD_LOGIC; ——定义3个信号作为内部的连接线

BEGIN

u1 : h_suber PORT MAP(a=>ain,b=>bin,

co=>d,so=>e); ——例化语句

u2 : h_suber PORT MAP(a=>e, b=>cin,

co=>f,so=>sum);

u3 : or2a PORT MAP(a=>d, b=>f,c=>cout);

END ARCHITECTURE fd1 ;

五、实验步骤：

1.打开Quartes II软件，建立工程文件，注意工程名要与实体名一致：

2、打开QuartusII,选择菜单File->New->VHDL.File,建立vhdl文件，将以上程序输入并进行编译；

3、建立波形文件，并进行系统仿真，注意设置仿真结束时间以及添加结点；

4、输入信号波形Tools->Options->Waveform Editor，进行功能仿真Tools->Simulator Tools，在Simulator Mode选择Functional，仿真表生成后点击Start开始仿真，完成后点击Report结果

如下图所示；

5、引脚锁定,及设置流程

对各管脚进行分配，将ain分配给53，bin分配给54，cin分配给55。sum分配给208,Cout分配给206。选择菜单Assignment->Assignment Editor->Pin 窗口，选择菜单View->Show All Knowm Pin Names 进行引脚设置：

7、用下载线将计算机并口和实验箱上的JTAG口连接起来，接通电源；选择tool->programmer菜单，打开programmer窗口，在Mode中选择JTAG,选择好硬件设置，然后进行下载：

8、原理图输入法只需在第2步中建立Block Diagrame/Schematic File,然后输入上述原理图，选择菜单File->create symbol file for current file项，将其变成元件符号存盘，在做全减器原理图时进行调用：

半减器原理图:

全减器原理图：

六、硬件测试结果

在硬件试验箱上，按照真值表的值给出高、低电平，最后在LED8、LED7观察其亮灭情况，符合高电平亮，低电平灭的规律，表明实验成功。通过实验结果与真值表相符，实验成功。

七、实验心得

实验前,一定要做好实验预习,写好实验报告,事前写好设计项目的VHDL设计文件.

熟悉实验箱的用法,对实验设计过程的各个步骤要做到心中有数,遇到不理解的地方,一定要向同学或老师问清楚,明确各个具体的操作步骤和详细的过程.熟悉EDA设计的完整流程.仔细思考可能出现和已经出现的问题,独立解决.比如下载出现异常,如何处理.实验的时候出现这种情况,经过检查发现是接口有问题,更换后,能成功的下载和进行硬件测试,得到正确的结果.在此过程,做好引脚设置也是关键.