半加器全加器的工作原理和设计方法实验报告

1、完成半加器全加器的设计,包括原理图输入,编译、综合、适配、仿真等。并将半加器电路设置成一个硬件符号入库2、建立更高层次的原理图设计,利用1位半加器构成1位全加器,并完成编译、综合、适配、仿真并硬件测试3、采用图形输入法设计1位加法器分别采用图形输入和文本输入方法,设计全加器

一、实验目的

1、学习和掌握半加器全加器的工作原理和设计方法。

2、熟悉EDA工具Quartus II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。

3、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， 掌握层次化设计方法。

4、掌握半加器、全加器采用不同的描述方法。

二、实验内容

1、完成半加器全加器的设计，包括原理图输入，编译、综合、适配、仿真等。并将半加器电路设

置成一个硬件符号入库

2、建立更高层次的原理图设计，利用1位半加器构成1位全加器，并完成编译、综合、适配、仿真并硬件测试

3、采用图形输入法设计1位加法器分别采用图形输入和文本输入方法，设计全加器

4、实验报告：详细叙述1位全加法器的设计流程，给出各层次的原理图及其对应的仿真波形图，给出加法器的上时序分析情况，最后给出硬件测试流程和结果。

三、实验步骤

1、建立一个Project。

2、编辑一个VHDL程序，要求用VHDL结构描述的方法设计一个半加器 3、对该VHDL程序进行编译，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

四、实验现象

任务1：半加器真值表描述方法 代码如下：

半加器是只考虑两个加数本身，而不考虑来自低位进位的逻辑电路 S=A B+AB CO=AB

1、完成半加器全加器的设计,包括原理图输入,编译、综合、适配、仿真等。并将半加器电路设置成一个硬件符号入库2、建立更高层次的原理图设计,利用1位半加器构成1位全加器,并完成编译、综合、适配、仿真并硬件测试3、采用图形输入法设计1位加法器分别采用图形输入和文本输入方法,设计全加器

逻辑图

代码如下:

LIBRARY IEEE; --行为描述半加器 USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY h_adder IS

PORT(a,b:IN STD_LOGIC; so,co:OUT STD_LOGIC); END h_adder;

Architecture FH1 OF h_adder IS

Signal abc:STD_LOGIC_vector(1 downto 0); Begin

abc<=a&b; --并 Process(abc) --进程 begin

case abc is

WHEN "00"=>SO<='0';CO<='0'; WHEN "01"=>SO<='1';CO<='0'; WHEN "10"=>SO<='1';CO<='0'; WHEN "11"=>SO<='0';CO<='1'; WHEN OTHERS =>NULL; END CASE; END PROCESS;

END ARCHITECTURE FH1; 结果如下：

1、完成半加器全加器的设计,包括原理图输入,编译、综合、适配、仿真等。并将半加器电路设置成一个硬件符号入库2、建立更高层次的原理图设计,利用1位半加器构成1位全加器,并完成编译、综合、适配、仿真并硬件测试3、采用图形输入法设计1位加法器分别采用图形输入和文本输入方法,设计全加器

任务2：二进制加法运算规则描述 代码如下：

LIBRARY IEEE;--行为描述(抽象描述结构体的功能) USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY h_adder2 is --半加器 PORT(A,B:IN STD_LOGIC; S,C0:OUT STD_LOGIC); END h_adder2;

ARCHITECTURE be_half_adder OF h_adder2 IS BEGIN

PROCESS(A,B) BEGIN

IF(A='0' AND B='0') THEN S<='0';C0<='0'; ELSIF(A='0' AND B='1') THEN S<='1';C0<='0';

ELSIF(A='1' AND B='0') THEN S<='1';C0<='0'; ELSE

S<='0';C0<='1'; END IF;

END PROCESS; END be_half_adder; 结果如下：

任务3： 按逻辑表达式设计

1、完成半加器全加器的设计,包括原理图输入,编译、综合、适配、仿真等。并将半加器电路设置成一个硬件符号入库2、建立更高层次的原理图设计,利用1位半加器构成1位全加器,并完成编译、综合、适配、仿真并硬件测试3、采用图形输入法设计1位加法器分别采用图形输入和文本输入方法,设计全加器

代码如下：

LIBRARY IEEE; --行为描述半加器（按逻辑表达式） USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITY h_adder3 IS

PORT(a,b:IN STD_LOGIC; so,co:OUT STD_LOGIC); END h_adder3;

Architecture FH1 OF h_adder3 IS Begin

so<=a XOR b ; co<=a AND b; END ARCHITECTURE FH1; 结果如下：

任务4：用基本单元电路与或非描述半加器 代码如下： library IEEE;

use IEEE.STD_LOGIC_1164.all; entity h_adder4 is

port(a:in STD_LOGIC; b:in STD_LOGIC; sum:out STD_LOGIC; co:out STD_LOGIC ); end h_adder4;

architecture ch4 of h_adder4 is signal c,d:std_logic; begin c<=a or b; d<=a nand b; co<=not d; sum<=c and d;

end architecture ch4; 结果如下：

1、完成半加器全加器的设计,包括原理图输入,编译、综合、适配、仿真等。并将半加器电路设置成一个硬件符号入库2、建立更高层次的原理图设计,利用1位半加器构成1位全加器,并完成编译、综合、适配、仿真并硬件测试3、采用图形输入法设计1位加法器分别采用图形输入和文本输入方法,设计全加器

任务5 ：结构描述 代码如下： --h_adder5

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY h_adder5 IS

PORT(A,B:IN STD_LOGIC; co,s: OUT STD_LOGIC); END ENTITY h_adder5;

ARCHITECTURE mix OF h_adder5 IS COMPONENT xor21 IS

PORT(i0,i1:IN STD_LOGIC; q:OUT STD_LOGIC); END COMPONENT; BEGIN

co<=A AND B;

u1: xor21 PORT MAP(i0=>A,i1=>B,q=>s); END ARCHITECTURE mix; --xor21

--half_adder半加器,结构描述 LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY xor21 IS

PORT(i0,i1:IN STD_LOGIC; q: OUT STD_LOGIC); END ENTITY xor21;

ARCHITECTURE behav OF xor21 IS BEGIN

q<=i0 XOR i1;

END ARCHITECTURE behav; 结果如下：

--例化

1、完成半加器全加器的设计,包括原理图输入,编译、综合、适配、仿真等。并将半加器电路设置成一个硬件符号入库2、建立更高层次的原理图设计,利用1位半加器构成1位全加器,并完成编译、综合、适配、仿真并硬件测试3、采用图形输入法设计1位加法器分别采用图形输入和文本输入方法,设计全加器

五、实验体会

通过这次实验，复习了VHDL语言的应用，通过五种不同的方式，进行半加器的设计，加深了对半加器的理解，及对五种方法的运用，真值表描述方法、二进制加法运算规则描述、按逻辑表达式设计、用基本单元电路与或非描述半加器、结构描述。尤其在结构描述，元件例化部分，有了更好的理解和掌握。