16位加法器设计报告

Brent Kung树结构的16位加法器的设计仿真及优化1．利用Hspice软件设计具体电路结构

Brent Kung树结构加法器设计简介

Brent Kung树结构加法器是一种超前进位加法器，即进位提前被计算出来，送给加和电路，减小了进位顺序传递的延时，实现此加法器减小了设计的复杂度。提高了设计的效率。具体电路实现需要4个模块电路设计。数据A和B通过缓冲器输入进来，然后经过进位生成和进位产生电路模块生成P和G信号。P与G信号经过点操作模块生成相应的进位值，最后加和生成SUM。电路结构采用动态逻辑结构，逻辑结构由NMOS下拉网络实现，构成PDN的过程和静态CMOS完全一样，晶体管的数目明显少于静态情况。动态逻辑同时具有较快的开关速度。动态逻辑同时在功耗方面有明显的优势。

Brent Kung树结构加法器电路设计

进位生成和进位传播模块均采用动态逻辑进行设计，具体实现公式为Pi=ai+bi，Gi=ai&bi；具体电路实现如下：

图1 进位传播和进位产生信号的动态实现

图中的反相器为对称的，p生成电路的逻辑努力为2/3，g生成电路的逻辑努力为1。

点计算模块具体生成对应的进位传播和进位产生Gi j和Pi j；其对应的具体公式为：Gi j=Gi k+Pi k*Gk-1 j。采用动态逻辑减小复杂度具体电路结构如下：

图2点模块电路产生信号的动态实现

求和电路利用多米诺实现求和即利用选择电路实现电路结构，在此电路中求和的两种条件计算为：Si0为ai与bi的同或，Si1为ai 与bi的异或，具体电路结构如下：

图5动态逻辑实现和选择电路

电路中利用两个时钟，由clk产生clkd是由下面的电路实现的，传输门总是导通，时钟路径的延时可以通过这些器件的尺寸来调整。因为延时必须有一个严格的界限，即第二个门的所有输入必须在clkd的上升沿之前完成翻转，因此可能需要使clk进过多个以下的延时电路才能满足时序要求。时钟延时利用反向器的缓冲器和传输门来实现。

正向二进制树结构不足以产生全部的进位位，因此Brent Kung树结构采用了一个反二进制树来实现其它的进位位，这一结构组合中间的结果以产生其余的进位位，Brent Kung树结构可以产生所有进位位的表达式。，采用Brent Kung树的结构可以实现正确的16位加法器。具体树结构如下所示：

图4 16位Brent-Kung树结构

2. 利用Hspice 仿真软件对设计进行具体优化验证

在这里选取延时最大的路径进行具体优化，且最长的路径为从输入到输出需要经过最长的延时路径。由具体电路图可以得出S15的和的输出时最长的延时路径，要做具体的优化，不光要考虑具体的点操作的运算过程，还要考虑具体的逻辑扇出的大小。在这里利用组合逻辑优化的原理来优化具体的动态电路设计，即利用路径努力来优化设计，分别求出具体的逻辑努力G 、电气努力F 以及分支B 。则路径总路径努力为H=GBF,由此得到路径延时最小的门努力为h 为因此使每一门的门努力都等于h 可以使路径的总延时最小。并由此可以确定具体的每一级的晶体管尺寸。

确定路径中具体的G 、F 与B ，先对快进位传播的逻辑进行优化，在此电路中，加法器的输出为负载为50个大的最小反相器的尺寸，输入为1倍大小的缓冲器输入，则F=50/2=25；此动态的逻辑电路的G=1*1*2/3*1*1…*1*2/3*1*4/3*1*1=16/27,路径的分支努力B 为48，则由公式可以求得H=25*48*16/27=711，而逻辑链的级数为20则h 约为，也就是说每一级的门努力要为可以使路径的延时最小，并由此再利用h=gf 来计算出每一级具体的晶体管的具体尺寸。

同样的方法再来算出块产生逻辑链的F 、G 与B 。由具体的电路图可以得出F=25，G=1*1*1*1*1*…*1*2/3*1*4/3*1*1=8/9,分支努力B 为48，则由公式H=GFB 得出H 约为1067，逻辑链为20，则同样可以由公式得出h 约为时路径延时可以最小，由此可以再确定具体的晶体管的尺寸。

综上所述，保持管径路径上的每一级的门努力为之间可以使逻辑链的延时最小。在动态逻辑中为了缩短电容充电的时间，对应的PMOS 也要适当的增加具体的晶体管尺寸。

3.具体HSPICE软件仿真优化结果

依据具体的计算结果逐个设定具体的晶体管的尺寸，并加入相应的激励文件，当输入的clk时间延迟不适当时，产生的计算结果会出现错误，下图为延迟不当时出现了预期和结果不匹配的现象。

图5 延迟不当出现了预计和具体结果不相符

然后通过对延时时间的具体的调整，就可以得到结果和预期正确的结果，err文件里不在出现错误。

通过优化设计，并通过具体语句计算出了从clk的50%上升沿到sum15的下降沿的延时是，具体如图：

图6 clk到sum15的延时

具体优化完的波形显示为下图：红色是clk信号，蓝色为SUM15的信号显示。

图7 clk与sum15的仿真波形显示

输入激励的缓冲器输出信号变化到50%VDD开始到负载反相器的输出信号的变化到50%VDD的延时为。具体显示如下：

图8 clk与sum15_n的仿真波形显示及其具体延时信息

实验一1位二进制全加器的设计

龙岩学院实验报告班级学号姓名同组人实验日期室温大气压成绩实验题目：基于原理图输入法的1位二进制全加器的设计一、实验目的 1、学习、掌握QuartusⅡ开发平台的基本使用。 2、学习基于原理图输入设计法设计数字电路的方法，能用原理图输入设计法设计1位二进制半加器、1位二进制全加器。 3、学习EDA-V型实验系统的基本使用方法。二、实验仪器装有QuartusⅡ软件的计算机一台、EDA系统实验箱、导线若干三、实验原理半加器只考虑两个1位二进制数相加，而不考虑低位进位数相加。半加器的逻辑函数为式中A和B是两个相加的二进制数，S是半加和，C是向高位的进位数。表1为半加器真值表。表1 A B C S 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 显然，异或门具有半加器求和的功能，与门具有进位功能。其逻辑图跟逻辑符号如下图：

全加器除了两个1位二进制数相加以外，还与低位向本位的进位数相加。表2为全加器的真值表。表2 A i B i C I-1 C i S 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 由真值表可得出逻辑函数式式中，A i 和B i 是两个相加的1为二进制数，C i-1 是由相邻低位送来的进位数， S I 是本位的全加和，C I 是向相邻高位送出的进位数。其逻辑图跟逻辑符号如下图所示：四、实验内容 1、根据1位二进制半加器、1位二进制全加器的真值表，设计并画出1位二进制半加器的原理框图，由半加器及门电路设计并画出1位二进制全加器的原理框图（最终设计的是1位二进制全加器）。

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技术与应用姓名:孙远学号:2010021030002 指导教师:窦衡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。下图是减少了进位延迟的一种实现方法。可见，将迭代关系去掉，则各位彼此独立，进位传播不复存在。因此，总的延迟是两级门的延迟，其高速也就自不待言。 2）八位加法器用两个并行四位加法器实现一个八位加法器的框图如下：

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 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 ieee.std_logic_1164.ALL; ENTITY adder4 IS PORT ( c0: IN STD_LOGIC; a,b : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); s : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

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。

实验一一位二进制全加器设计实验

南昌大学实验报告学生姓名：学号：专业班级：中兴101 实验类型：■ 验证 □ 综合 □设计 □ 创新实验日期： 2012 9 28 实验成绩：实验一一位二进制全加器设计实验一．实验目的（1）掌握Quartus II 的VHDL 文本设计和原理图输入方法设计全过程；（2）熟悉简单组合电路的设计，掌握系统仿真，学会分析硬件测试结果；（3）熟悉设备和软件，掌握实验操作。二．实验内容与要求（1）在利用VHDL 编辑程序实现半加器和或门，再利用原理图连接半加器和或门完成全加器的设计，熟悉层次设计概念；（2）给出此项设计的仿真波形；（3）参照实验板1K100的引脚号，选定和锁定引脚，编程下载，进行硬件测试。三．设计思路一个1位全加器可以用两个1位半加器及一个或门连接而成。而一个1位半加器可由基本门电路组成。 (1) 半加器设计原理能对两个1位二进制数进行相加而求得和及进位的逻辑电路称为半加器。或：只考虑两个一位二进制数的相加，而不考虑来自低位进位数的运算电路，称为半加器。图1为半加器原理图。其中：a 、b 分别为被加数与加数，作为电路的输入端；so 为两数相加产生的本位和，它和两数相加产生的向高位的进位co 一起作为电路的输出。半加器的真值表为表1 半加器真值表由真值表可分别写出和数so ，进位数co 的逻辑函数表达式为： b a b a b a so ⊕=+=- - （1） ab co = （2）图1半加器原理图 (2) 全加器设计原理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2全加器原理图。全加器的真值表如下：

8位全加器的设计

课程设计报告课程名称数字逻辑课程设计课题8位全加器的设计专业计算机科学与技术班级12０2 学号３4 姓名贺义君指导教师刘洞波陈淑红陈多 2013年１2月13日

课程设计任务书课程名称数字逻辑课程设计课题8位全加器的设计专业班级计算机科学与技术1202 学生姓名贺义君学号3４指导老师刘洞波陈淑红陈多审批刘洞波任务书下达日期：2013年12月1３日任务完成日期：２０14年01月２1日

一、设计内容与设计要求 1.设计内容：本课程是一门专业实践课程，学生必修的课程。其目的和作用是使学生能将已学过的数字电子系统设计、VＨDL程序设计等知识综合运用于电子系统的设计中,掌握运用VHDＬ或者Veｒiｌｏg HＤL设计电子系统的流程和方法,采用Quａrtｕs II等工具独立应该完成1个设计题目的设计、仿真与测试。加强和培养学生对电子系统的设计能力,培养学生理论联系实际的设计思想，训练学生综合运用数字逻辑课程的理论知识的能力，训练学生应用Ｑｕａrtus II进行实际数字系统设计与验证工作的能力,同时训练学生进行芯片编程和硬件试验的能力。题目一４线-16线译码器电路设计；题目二16选1选择器电路设计; 题目三4位输入数据的一般数值比较器电路设计题目四10线-４线优先编码器的设计题目五8位全加器的设计题目六RS触发器的设计; 题目七JK触发器的设计; 题目八Ｄ触发器的设计; 题目九十进制同步计数器的设计；题目十T触发器的设计; 每位同学根据自己学号除以1０所得的余数加一，选择相应题号的课题。参考书目 1 EＤA技术与VHDL程序开发基础教程雷伏容，李俊,尹霞清华大学出版社９７８－7-30２－２２ 41６－7 20１ TＰ３1２VＨ／ 36 2 VHDL电路设计雷伏容清华大学出版社 7-302－１42２６-2 2006 TＮ702/１85 3 ＶHDL电路设计技术王道宪贺名臣? 刘伟国防工业出版社７-118-03３52-9 2004 TN7０２/6２ 4 ＶHＤL 实用技术潘松，王国栋７-8１06 5 7－８106５－2９０－7 2000 TＰ３１２VＨ/1 5 ＶＨＤL语言１０0 例详解北京理工大学Ａ SIＣ研究所 7-9０0６25 7－90０6２5-0２-X 1９ 99 TP３12VＨ/3 6 ＶHDL编程与仿真王毅平等人民邮电出版社７-１15-0864１-９ 2０ 00 ７ 3.9621/W38V 7 ＶＨDL程序设计教程邢建平?曾繁泰清华大学出版社 7-302-116５２-０ 200 ５ＴP312VＨ/27 ／3

16位vhdl乘法器详解,加仿真图

控制模块： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_arith.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity cont_modu is port( Clk : in std_logic ; Start : in std_logic; //数据输入开始信号 en_sig : out std_logic; //控制运算信号，为‘1’运算数据 out_sig : out std_logic // 运算完成信号 ); end entity; architecture rlt_cont_modu of cont_modu is signal cnt :integer range 0 to 15 :=0;//定义从0到15 type state is(S_idle,S_work,S_1d,S_2d);//运算状态信号，状态机 signal st_ty : state :=S_idle; begin process(Clk) begin if rising_edge(Clk) then case st_ty is选择语句；S_idle为空闲状态，当输入数据后Start信号为1就开始工作 when S_idle => if Start ='1' then如果为1就跳转到S_work状态，并且使能信号置1 st_ty <= S_work; en_sig <='1'; else不然继续在S_idle状态 st_ty <= S_idle; en_sig <='0'; end if; out_sig <='0'; when S_work => if cnt =15 then在S_work状态下，cnt信号一直加1，加满16个数就跳转到S_1d，然后使能信号en_sig 就为0。 st_ty <= S_1d; cnt <= 0; en_sig <='0'; else如果没到16个数继续加1 st_ty <= S_work;

用门电路设计一位的全加器

实验二组合逻辑设计一、实验目的 1、掌握组合电路设计的具体步骤和方法； 2、巩固门电路的运用和电路搭建能力； 3、掌握功能表的建立与运用； 4、为体验MSI（中规模集成电路）打基础。二、实验使用的器件和设备四2输入异或门74LS86 1片四2输入正与非门74LS00 1片 TDS-4数字系统综合实验平台1台三、实验内容 1．测试四2输入异或门74LS86 一个异或门的输入和输出之间的逻辑关系。 2．测试四2输人与非门74LS00一个与非门的输入和输出之间的逻辑关系。 3．等价变换Si=Ai○十Bi○十Ci-1 Ci=AiBi +（Ai○十Bi）Ci-1 4．画出变换后的原理图和接线图。四、实验过程 1、选择实验题目，分析逻辑功能用门电路设计一位的全加器一位全加器：在进行两个数的加法运算时不仅要考虑被加数和加数而且要考虑前一位(低位)向本位的进位的一种逻辑器件。 2、根据逻辑功能写出真值表； 3、根据真值表写出逻辑函数表达式； Si=Ai○十Bi○十Ci-1 Ci=AiBi +（Ai○十Bi）Ci-1 4、利用卡诺图法或布尔代数法对逻辑函数表达式进行化简；不需化简 Si=Ai○十Bi○十Ci-1 Ci=AiBi +（Ai○十Bi）Ci-1 5、将化简的逻辑表达式等价变换，统计出实验所需芯片；

Si=Ai○十Bi○十Ci-1 所需芯片：四2输入异或门74LS86 1片四2输入正与非门74LS00 1片 6、根据各芯片的引脚图，测试所有需用芯片的功能，画出各芯片的功能表； VCC VCC 74LS86接线图 74LS00接线图 74LS 86芯片测试结果74LS00 芯片测试结果

VHDL实现16位全加器

[键入公司名称] [键入文档标题] [键入文档副标题] 姓名：托列吾别克·马杰尼班级：电路与系统01班学号：201221020141 2013/11/24

基于VHDL的16位全加器的设计 1.1设计题目的内容及要求 1.1.1目的： CMOS数字集成电路设计流程及数字集成电路自动化设计，包括功能验证、VHDL/Verlog建模、同步电路设计、异步数据获取、能耗与散热、信号完整性、物理设计、设计验证等技术 1.1.2内容：主要实验内容是用0.18μm数字CMOS工艺，VHDL或Verlog设计一个16位全加器，用Synthesis 仿真工具验证功能，电路合成，及性能检测。 1.1.3主要测试参数及指标范围: 16位的全加器主要的设计指标是高于1GHz的频率，功耗，物理面积大小等参数。 1.2全加器的组成和原理分析全加器是常用的组合逻辑模块中的一种，对全加器的分析和对组合逻辑电路的分析一样。组合逻辑电路的分析，就是找出给定电路输入和输出之间的逻辑关系，从而了解给定逻辑电路的逻辑功能。组合逻辑电路的分析方法通常采用代数法，一般按下列步骤进行：（1）根据所需要的功能，列出真值表。（2）根据真值表，写出相应的逻辑函数表达式。（3）根据真值表或逻辑函数表达式，画出相应的组合逻辑电路的逻辑图[1]。（4）用VHDL编写程序在QUARTUSⅡ上进行模拟，并分析结果的正确性。 1.3 全加器简介

全加器是组合逻辑电路中最常见也最实用的一种，考虑低位进位的加法运算就是全加运算，实现全加运算的电路称为全加器。它主要实现加法的运算，其中分为并行全加器和串行全加器，所谓并行就是指向高位进位时是并行执行的，而串行就是从低位到高位按顺序执行，为了提高运算，必须设法减小或消除由于进位信号逐级传递所消耗的时间，为了提高运算速度，制成了超前进位加法器，这是对全加器的一种创新[2]。 1.3.1半加器的基本原理如果不考虑有来自低位的进位将两个1位二进制数相加，称为半加。实现半加运算的电路称为半加器。按照二进制加法运算规则可以列出如表2所示的半加器真值表，其中A、B 是两个加数，S是相加的和，CO是向高位的进位。将S、CO和A、B的关系写成逻辑表达式则得到 S=A B+A B=A+B CO=AB 表1 半加器的真值表因此，半加器是由一个异或门和一个与门组成的，如图1所示。

一位全加器的设计

课程设计任务书学生：袁海专业班级：电子1303班指导教师：封小钰工作单位：信息工程学院题目: 一位全加器的设计初始条件：计算机、ORCAD软件，L-EDIT软件要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、课程设计工作量：1周 2、技术要求：（1）学习ORCAD软件，L-EDIT软件。（2）设计一个一位全加器电路。（3）利用ORCAD软件对该电路进行系统设计、电路设计，利用L-EDIT软件进行版图设计，并进行相应的设计、模拟和仿真工作。 3、查阅至少5篇参考文献。按《理工大学课程设计工作规》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规。时间安排： 2016.12.30布置课程设计任务、选题；讲解课程设计具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课程设计答疑事项。 2016.12.31-2017.1.2学习ORCAD软件和L-EDIT软件，查阅相关资料，复习所设计容的基本理论知识。 2017.1.3-2017.1.4对一位全加器电路进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。 2017.1.5 提交课程设计报告，进行答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日

目录摘要........................................................................ I ABSTRACT ................................................................... II 1绪论. (1) 1.1集成电路发展现状 (1) 1.2集成电路版图工具L-edit简介 (1) 2全加器原理及一位全加器原理图设计 (3) 2.1一位全加器原理简介 (3) 2.2实现一位全加器功能的原理图设计 (4) 2.2.1一位全加器原理图 (4) 2.2.2基于ORCAD的一位全加器设计 (4) 2.2.3 一位全加器的电路图仿真 (7) 3一位全加器的版图设计 (9) 3.1确定一位全加器版图结构 (9) 3.2源漏共享缩小版图面积 (10) 3.3 版图所需基础器件绘制编辑 (12) 3.3.1 PMOS、NMOS等基础器件编辑 (12) 3.3.2 两输入与非门与异或门的绘制编辑 (13) 3.3.3源漏共享得到版图 (14) 3.4 绘制最终一位全加器版图 (15) 4心得体会 (18) 5参考文献 (19)

8位全加器设计

基于原理图的8位全加器设计实验目的：熟悉利用Quartus II的原理图输入方法设计简单的组合电路，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。实验原理：一个8位全加器可以由8个1位全加器串行构成，即将低位加法器的进位输出cout与相临的高位加法器的最低位输入信号cin相接。试验任务：1.完成半加器和全加器的设计。 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8位全加器，完成编译、综合、适配、仿真和硬件测试。实验步骤：一、1位全加器设计 1.建立工程文件夹adder,路径d:\adder。 2.输入设计项目和存盘原理图编辑输入流程如下：（1）打开Quartus II，选择file—>new命令，在弹出的窗口中选择block diagram/schematic file 选项，单击ok按钮后将打开原理图编辑窗口。（2）在编辑窗口中的任何一个位置上右击，将弹出快捷菜单，选择inset—>symbol命令，将弹出元件输入对话框。（3）单击“…”按钮，找到基本元件库路径d:/altera/90/quartus/libraries/primitives/logic项（假设软件安装在D盘），选中需要的元件，单击“打开”按钮，此元件即显示在窗口中，然后单击symbol窗口中的ok按钮，即可将元件调入原理图编辑窗口中。也可以在name栏输入需要的元件名。调入好元件和引脚后，连接好电路，再输入各引脚名。（4）选择file—>save as命令，选择刚才为自己的工程建立的目录d:\adder，将已设计好的原理图取名为h_adder.bdf，并存盘此文件夹内。 3.将设计好的项目设置成可调用的元件为了构成全加器的顶层设计，必须将以上设计的半加器h_adder.bdf设置成可调用的元件。在打开半加器原理图文件的情况下，选择file—>create/update—>create symbol file for current file命令，即可将当前文件h_adder.bdf变成一个元件符号存盘，以待高层次设计中调用。4.设计全加器顶层文件打开一个原理图编辑窗口，方法同前。在新打开的原理图窗口中双击，在弹出的窗口中选择project选项，选择h_adder.bdf，并调入其他元件，连接好电路。以f_adder.bdf名存在同一路径d:\adder中。二、8位全加器设计 1.将刚设计好的1位全加器设置成可调用的元件，方法同上。 2.调入元件，连接电路图，以8f_adder.bdf保存于同一路径d:\adder中的文件夹中。 3.将顶层文件8f_adder.bdf设置为工程。 4.编译与仿真原理图与仿真波形分析：

超前进位加法器设计报告

存档资料成绩：华东交通大学理工学院课程设计报告书所属课程名称EDA课程设计题目超前进位加法器设计分院专业班级学号学生姓名指导教师 2013 年7月2日

目录第一章设计内容与要求 (3) 第二章超前进位加法器设计原理 (3) 第三章详细设计流程 (4) 3.1.创建工程文件 (4) 3.2.程序的编译 (5) 3.3.波形的仿真 (7) 第四章设计结果分析 (11) 第五章源程序代码 (12) 第六章心得体会 (14) 第七章参考文献 (15)

第一章设计内容与要求加法运算是最重要也是最基本的运算，所有的其他基本运算，如减、乘、除运算最终都能归结为加法运算。但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他的位相关。因此为了减少进位传输所消耗的时间，提高计算速度，人们设计了多种类型的加法器，如跳跃进位加法器、进位选择加法器、超前进位加法器等。本设计采用的是超前进位加法器。通过Verilog 设计一个超前8位加法器。要求在Quartus II软件下，利用Verilog编程完成层次式电路设计，电路中的元件可以用Verilog设计也可以用库元件连线构成再封装。8位超前进位加法器，借助EDA工具中的综合器，适配器，时序仿真器和编程器等工具进行相应处理。适配采用Cyclone系列的EP1C6Q240C8。要求综合出RTL电路，并进行仿真输入波形设计并分析电路输出波形. 试比较并阐述数据类型reg型和wire型的区别。第二章超前进位加法器设计原理将n个全加器相连可得n位加法器，但是加法时间较长。解决的方法之一是采用“超前进位产生电路”来同时形成各位进位，从而实现快速加法。超前进位产生电路是根据各位进位的形成条件来实现的首先对于1位加法器基本位值和与进位输出为1；如果a,b有一个为1，则进位输出等于cin; 令G=ab,P=a+b,则有： Cout==ab+(a+b)cin=G+P?cin 由此可以G和P来写出4位超前进位链如下（设定四位被加数和加数为A

16位全加器

四川理工大学课程设计任务书设计题目：采用门电路设计一个16位的全加器电路院系：计算机学院专业：计算机科学与技术班级：2008级6班指导教师：朱文忠学生姓名：赵******************

目录：一引言 (1) 1.1 设计背景 (1) 1.2 设计分工 (1) 二设计目的 (2) 2.1 设计目的 (2) 2.2 设计内容 (2) 三设计过程 (2) 3.1 硬件方案 (2) 3.1.1 一位全加器的原理及设计 (2) 3.1.2 四位全加器的原理及设计 (4) 3.1.3 十六位全加器的原理及设计 (7) 3.2 软件方案 (9) 3.3 可行性论证 (13) 3.4 结论 (15) 四参考文献 (16)

引言 1. 设计背景随着计算机科学技术的发展，人们获得信息的途径更加多样，获取信息的速度更加快捷。硬件的发展允许程序员编出很多精彩的使用软件，也使得计算机更加普及。中央处理器CP U的好坏是影响和制约计算机速度和性能的关键因素。而加法器是组成C PU的的重要部件，一般运算速度的快慢就取决与每秒执行加法的次数，加法器是算术逻辑单元中的基本逻辑器件。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。并行进位的并行加法器又可以分为组内并行、组间串行的进位链和组内并行、组间并行的进位链。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。它们的目的就是要进位信号的产生尽可能的快,因此产生了二重进位链或更高重进位链,显然进位速度的提高是以硬件设计的复杂化为代价来实现的。 2. 设计分工赵**（081010*****）：硬件方案、排版吴**（081010*****）：可行性论证、结论

一位半加器设计与前仿

集成电路课程设计一位半加器设计与前仿专业：电子科学与技术学号：姓名：指导老师：

一、半加器的电路设计和前仿 1.1熟习schematic 设计环境 1.2掌握半加器电路原理图输入方法 1.3掌握逻辑符号创建方法 1.4熟习电路设计的思想 1.5 熟习集成电路设计仿真工具的使用 1.6 熟习集成电路设计的流程 1.7 熟习集成电路前仿真的设计一位半加器输入有两个输入端有两个，分别是两个一位二进制数：A 、B ；两个输出端C 代表进位S 表示和。 A B C S 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 C=A ∩ B B A B +=A s 三、试验内容和步骤 1.调用cadence 软件输入icfb 命令调用candence 软件

2.创建模型库与单元视图 1.1在ciw窗口file→new→library，将库文件路径设置在cadence 目录下，name自定义，technology file选第二个；点击file→new →cellview生成单元视图，library name选之前自定义的此处为chen，cell name自定义，viewname设置shcemetic，tool为composer schematic点击ok，就弹出绘制原理图窗口：快捷键： I，add instance W，add wire P，add pin U，undo M，stretch Del，delete 按照原理图一次添加元件，连线，check and save，无误后进行下一步。

3.创建符号生成符号 design→create cellview→from cellview弹出cell from cellview窗口，默认设置，ok→ok。这时候会显示一个长方形symbol 符号，将其绘画成反相器的形状，如下图;

八位二进制加法器课程设计

长安大学电子技术课程设计课题名称______________ 班级______________ 姓名______________ 指导教师日期______________

前言 8位二进制加法器，它的功能主要是实现两个8位二进制数的相加，其结果的范围应该在00000000到111111110之间，即000到510之间。加法器在实际应用中占据着十分重大的地位，从我们呱呱坠地起，到小学，到初中，到高中，到大学，到工作，等等。我们能离开加法吗，不能！加法可以说是一切运算的基础，因此8位二进制加法器的设计是很有必要的。那么我们如何设计一个8位二进制加法器呢？在实际应用中，我们通常输入的是十进制数，一个八位二进制数所对应的最大的十进制数是255，于是输入两个范围在000到255之间的数，首先通过二-十进制编码器将输入的三位十进制数的个位、十位、百位分别转换为8421BCD码，得到两个十二位字码，再通过加法器将它们相加，逢10进1，得到一个新的十二位字码，再用7447数字显示译码器将这个十二位字码还原到原来的三位十进制数。最后输出的就是一个三位十进制数，其范围在000到510之间。通过上述方法我们实现了八位二进制数的相加，从而达到了题目的要求。为实现上述目的，我们需要查阅相关资料。通过查阅，理解以及加以运用，我们认识到了收集资料的不易性，但同时也得到了不少收获，可以说是有苦有甜。同时，虽然我们基本设计出了这个八位二进制加法器，但是不必可避免地会产生一些问题，比如说在连线上可能有更简便的途径，在元件的选用上可能还有其它更简便的方法，在控制上可能还不够精简，等等。我们希望在以后的实践中能找出更好的方法，也希望能吸取这次设计中的不足，逐渐改善。另外，在电子设计的过程中，与同组同学之间的合作配和是十分重要的。我在此次设计中也充分认识到这一点的重要性，我相信这次的电子设计能够为我们将来的工作奠定一定的基础。

加法器的设计与仿真实验报告

加法器的设计与仿真一、实验内容 1、用逻辑图和VHDL语言设计全加器。 2、利用设计的全加器组成串行加法器。 3、用逻辑图和VHDL语言设计并行加法器。 4、应用MaxplusII软件对全加器和串行加法器进行编译、仿真和模拟。 5、在“MaxplusII软件的基本操作”实验的基础上，能更加熟练的掌握应用MaxplusII软件，从而更形象更深层次的理解全加器和串行加法器。二、实验平台及实验方法用VHDL语言编写全加器和串行加法器的程序，运用MaxplusII软件进行仿真，再结合FPGA（即对实验箱的芯片进行编译）进行验证。也可以用原理图进行文本设计，波形设计。逻辑符号图：真值表：电路图：三、实验过程 1．启动MaxplusII软件； 2．新建一个文本编辑文件，输入全加器的VHDL语言； 3．编译。点击file save as,保存文件名为f-adder名称，扩展名为vhd，选择芯片类型为EPF10K20TI144-4，保存并进行编译，

若编译结果出现0 error，0 warnings则说明编译通过。 4．仿真波形。点Max+plus II→Waveform editor,出现波形图的设置界面，然后点Node→Enter Nodes from SNF→list,将输入输出端添加到界面，并设置其周期和输入波形，保存后，点Max+plus II→Simulator，即可仿真出输出的波形。 5．配置芯片。点Max+plus II→Floorplan editor，将Unassigned Nodes & 栏中，电路的输入输出节点标号直接用鼠标“拖到” 想分配的引脚上,Max+plusII→programmer→configuer,然后就可以操作试验箱，观察全加器的工作情况。四、实验结果实验步骤： 1、用VHDL语言编写全加器的程序 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY f_adder IS PORT( x,y,cin:IN STD_LOGIC; s,cout:OUT STD_LOGIC ); END ENTITY f_adder; ARCHITECTURE bhv OF f_adder IS BEGIN s<=x XOR y XOR cin; cout<=(x AND y)OR(x AND cin)OR(y AND cin); END ARCHITECTURE bhv; 2、将上述程序保存为文件名为f_adder的文件，点击Maxplus里的compiler进行编译，点击start，如果出现0 error，0 warnings，则编译成功。

用verilog编写16位加法器乘法器自动售货机

Verilog课程实验报告

实验1十六位超前进位加法器 1.1系统设计要求用超前进位加法器实现一个有符号位的16位加法器，并且考虑溢出的情况 2.1详细设计根据超前进位加法器的原理Co = G | ( P & Ci ) S = P ^ Ci 设计出4位加法器的子模块，然后通过4个4位加法器的相连来得到十六位的加法器。原理如下图所示。溢出用flag=0表示。 3.1程序 //-------------16位超前进位加法器----------------- module cla16(a,b,s,flag); //含有a ，b ，输出s ，进位flag 的模块 input [15:0] a,b;//输入a ，b output [16:0] s; //输出 s output reg flag; //进位 FA FA FA P 0 G 1 P 0G 1 P 2G 2 P 3G 3 C o,3 C o,2 C o,1 C o,0 C i,0 FA FA FA P 0 G 1 P 0G 1 P 2G 2 P 3G 3 C o,2 C o,1 C o,0 C i,0 o,3 M u l t i p l e x e r o P 1P 2P 3 Idea: If (P0 and P1 and P2 and P3 = 1)then C o3 = C 0, else “kill” or “generate”.

wire pp4,pp3,pp2,pp1; wire gg4,gg3,gg2,gg1; wire [15:0] Cp; wire [15:0] p,g; pg i0 (a[15:0],b[15:0],p[15:0],g[15:0]); add i1 (p[3],p[2],p[1],p[0],g[3],g[2],g[1],g[0],pp1,gg1); add i2 (p[7],p[6],p[5],p[4],g[7],g[6],g[5],g[4],pp2,gg2); add i3 (p[11],p[10],p[9],p[8],g[11],g[10],g[9],g[8],pp3,gg3); add i4 (p[15],p[14],p[13],p[12],g[15],g[14],g[13],g[12],pp4,gg4); add i5 (pp4,pp3,pp2,pp1,gg4,gg3,gg2,gg1,pp5,gg5); //调用四位加法器模块 add4 l0 (p[3],p[2],p[1],p[0],g[3],g[2],g[1],g[0],1'b0,Cp[3],Cp[2],Cp[1],Cp[0]); add4 l1 (p[7],p[6],p[5],p[4],g[7],g[6],g[5],g[4],Cp[3],Cp[7],Cp[6],Cp[5],Cp[4]); add4 l2 (p[11],p[10],p[9],p[8],g[11],g[10],g[9],g[8],Cp[7],Cp[11],Cp[10],Cp[9],Cp[8]); add4 l3 (p[15],p[14],p[13],p[12],g[15],g[14],g[13],g[12],Cp[11],Cp[15],Cp[14],Cp[13],Cp[12]); assign s[0]=p[0]^1'b0; //保留位 assign s[1]=p[1]^Cp[0]; assign s[2]=p[2]^Cp[1]; assign s[3]=p[3]^Cp[2]; assign s[4]=p[4]^Cp[3]; assign s[5]=p[5]^Cp[4]; assign s[6]=p[6]^Cp[5]; assign s[7]=p[7]^Cp[6]; assign s[8]=p[8]^Cp[7]; assign s[9]=p[9]^Cp[8]; assign s[10]=p[10]^Cp[9]; assign s[11]=p[11]^Cp[10]; assign s[12]=p[12]^Cp[11]; assign s[13]=p[13]^Cp[12]; assign s[14]=p[14]^Cp[13]; assign s[15]=p[15]^Cp[14]; assign s[16]=pp5|gg5; //溢出判断模块 always@(a,b,s) begin if ((a[15]==1&&b[15]==1&&s[15]==0)||(a[15]==0&&b[15]==0&&s[15]==1)) flag=1'b1; else flag=1'b0; end endmodule //4位加法器模块 module add4(p[3],p[2],p[1],p[0],g[3],g[2],g[1],g[0],Co,Cp[3],Cp[2],Cp[1],Cp[0]); input [3:0]p,g;

实验二一位8421BCD码加法器的设计

实验二一位8421BCD码加法器的设计一、实验目的 1. 理解四位加法器7483和四位比较器7485的工作原理及使用 2. 掌握一位8421BCD码加法器的工作过程 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.采用画原理图的方法设计一位8421BCD码加法器。要求使用四位加法器7483和四位比较器7485及必要的逻辑门电路。三、分析过程 7483是四位二进制加法器，其进位规则是逢16进1。而8421BCD 码表示的是十进制数，进位规则是逢10进1。用7483将两个1位BCD码相加时，当和小于等于9时，结果正确；当和大于9时，需加6进行修正。实验中要求使用7483、7485及必要的逻辑门完成。由于7483通过输出引脚C4 S3 S2 S1 S o输出二进制的和，7485是四位比较器，关键在于如何通过7483及7485的输出判断何时应对结果修正以及如何修正。由于两个1位十进制数相加时，和的取值范围是0—18,将该范围内各数值对应的二进制数和8421BCD码列表，以便寻找何时应对结果修正以及如何修正

从表中分析可得出如下结论: 当7483输出的二进制数的和为0---9时，即S3 S2 S1 SO W 9时结果正确，不需修正；当和为10-----15时S3 S2 S1 S）> 9时，需加6 修正，此种情况可将7483的输出S3 S2 S1 S0送入7485的输入引脚A3 A2 A1 A0 ,将1001（即卩9）送入7485另一组输入引脚B3 B2 B1 B0, 若7485的输出A> B=1，则说明需加6修正；当和为16、17、18时，结果需加6修正。此种情况7483的输出S3 S2 S1 S）v 9,但C4=1。综合以上分析，当7483输出的二进制数的和S3 S2 S1 S）> 9或 C4=1时结果需修正。此修正的条件可通过7485的输出A> B和7483 输出的C4通过逻辑或门（OR1获得。当OR1输出为1时需修正，当OR1输出为0时不需修正。（分析出何时应对结果修正）

用原理图方法设计8位全加器

实验报告一一、实验目的熟悉利用QuartusII的原理图输入方法设计简单电路，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软件进行电子线路设计的详细流程。二、实验内容 1.根据工作原理，完成1位半加器和全加器的设计； 2.建立一个更高的原理图设计层次，利用以上获得的1位全加器构成8位全加器，并完成编译、综合、适配、仿真。三、实验环境计算机、QuartusII软件四、实验步骤 1.根据半加器工作原理，建立电路并仿真，并将元件打包。 (1)电路（2）仿真：仿真结果分析：S为和信号，当A=1，B=0或A=0，B=1时，和信号S为1，否则为0.当A=B=1时，产生进位信号，及CO=1。（3）打包后的文件：

2.利用半加器构成一位全加器，并打包。（1）电路（2）仿真仿真结果分析：CI为来自低位的进位，S=A xor B xor CI,即：当A,B,CI中有一位为高电平‘1’或者三位同时高电平为‘1’，则S=1，否则S=0；当A,B,CI有两位或者三位同为高电平‘1’时，产生进位信号CO=‘1’。（3）打包后的文件 3.利用全加器构成8位全加器，并完成编译、综合、适配、仿真。（1）电路

（2）仿真仿真结果分析：八位全加器，和S分别与A，B 对应。当来自第七位的进位信号为‘1’、A 的最高位和B的最高位三者有两个位高电平‘1’时，则产生进位信号CO=‘1’。五、实验结果与讨论实验的仿真结果与预计的结果一致，所以所设计的电路是正确的。不足的地方有： 1、对软件还不够熟悉，所以操作的有点慢；

2、设计电路时，由于数字电路的知识有些开始淡忘了，所以应当及时去补缺补弱。六、总结思考题：为了提高加法器工作速度，如何改进以设计的进位方式？答：采用超前进位。串行加法器的第i位进位是由0~（i-1）决定的，而超前进位是事先得出每一位全加器的进位输出信号，而无需再从低位开始向高位逐位传递进位信号了，这就有效地提高了工作速度了。