EDA课程设计_一位全加器的设计.doc

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1、EDA课程设计一位全加器的设计The design of one bit full adder 学校：兰州交通大学学院：电子与信息工程学院班级： 姓名： 学号：指导老师： 成绩： 摘要：本设计主要是利用VHDL语言设计一个一位全加器,它由半加器和或门两个模块组成。两个模块通过顶层元件例化连接到一起。几个模块组成的整体能够实现全加器的功能，对所给数据，能够准确快速地计算出其结果.具体的该设计利用VHDL语言使用文本输入，新建工程，通过设计输入、编译、仿真完成各种模块设计，然后生成元器件，再根据元件例化完成各部分的整合，从而形成一个完整的全加器,功能上很好地被满足。关键字：全加器 元件例化Abst

2、ract: This design primarily uses VHDL language to design the one bit full adder, which is composed of two half adder and a OR gate. The two modules are connected by top Component instance. Finally, the whole of several parts achieve the function of full adder. For given dates, it can calculate its c

3、onsequence accurately and quickly. In detail, the design uses text input method by VHDL language to create new projects. By designing the input, compile, simulate, it complete various modules design and generate new components. Then it forms a complete one bit full adder by accomplishing the integra

4、tion of all parts, according to component instance. And the function can be well satisfied.Key word: full adder component instance一. 原理（说明）在计算机中2个二进制数之间的加减乘除算术运算都是由若干加法运算实现的.全加器是算术逻辑运算的重要组成部分,对其深入探索研究有重要的意义。一位全加器及其表达式在将2个多位二进制数相加时,除了最低位以外,每位都应该考虑来自低位的进位,即将2个对应位的加数和来自低位的进位3个数相加,实现这种运算电路即是全加器.设A是加数,B是

5、被加数,CI是来自低位的进位,S是本位的和,CO是向高位的进位.根据二进制数加法运算规则和要实现的逻辑功能,得出一位全加器真值表,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.表为全加器的真值表。Ai BiCI-1 Ci S0000000101010010111010001101101101011111图1. 全加器f_adder电路图及其实体模块由真值表可得出逻辑函数式 式中，Ai和Bi是两个相加的1为二进制数，Ci-1是由相邻低位送来的进位数，SI是本位的全加和，CI是向相邻高位送出的进位数。由数字电路知识可知，一位全加器可由两个一位半加器与一个或门构成，其原理图如图所示

6、。该设计利用层次结构描述法，首先设计半加器电路，将其打包为半加器模块；然后在顶层调用半加器模块组成全加器电路；最后将全加器电路编译下载到实验箱，其中a,b,cin信号可采用实验箱上键1、键2和键3进行输入，s,co信号采用D1与D2发光二极管来显示。一位全加器将A1、B1和进位输入Cin作为输入，计算得到和S1以及最高位的进位输出Cout。每一位得到的和与进位输出都直接受其上一位的影响，其进位输出也会影响下一位。最终，整个全加器的和与输出都受进位输入Cin的影响。图2. 半加器h_adder电路图及其真值表 二. 方案论证利用VHDL语言描述的一位全加器，借助于EDA工具中的综合器、适配器、时

7、序仿真器和编程器等工具进行相应的处理，最后以FPGA实现。相对于用74ls138，74ls153芯片，用门电路或基于混沌映射的全加器实现方法，其具有灵活的逻辑结构，能实现各种复杂的逻辑功能，有较好的稳定性，充分体现了模块设计的要求等优点。这种方法的原理框图如图所示，它由以下两个模块组成，分别为半加器、或门，最后通过顶层元件例化将两部分连接起来实现全加器的功能。现代EDA技术的基本特征是采用高级语言描述，具有系统级仿真和综合能力。而VHDL语言有强大的行为描述能力和多层次的仿真模拟，程序结构规范，设计效率较高，同时具有支持自顶向下(Top to Down)的设计特点，在顶层进行系统的结构设计，在

8、方框图一级用VHDL对电路的行为进行描述，并仿真和纠错，然后在系统一级进行验证，最后用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路网表，下载到具体的CPLD器件中去。由于VHDL有良好的电路行为描述和系统描述能力，利用VHDL语言和CPLD器件设计全加器避免了硬件电路复杂，体积体积庞大，设计死板，性能差的缺点。原理框图三各功能模块的实现及功能仿真1.半加器的VHDL描述和其仿真结果。LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY h_adder IS PORT (a, b : IN STD_LOGIC; co, so : OUT STD_LOGIC

9、); END ENTITY h_adder; ARCHITECTURE fh1 OF h_adder is BEGIN so = NOT(a XOR (NOT b) ; co = a AND b ; END ARCHITECTURE fh1; 生成的元器件 abcosoh_adderinst1半加器的功能仿真结果：由仿真结果可知，仿真波形与设计要求相一致，半加器在将2个多位二进制数相加时 ,不考虑来自低位的进位,即只将2个对应位的加数相加。2或门的VHDL描述和其仿真结果LIBRARY IEEE ; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY or2a IS POR

10、T (a, b :IN STD_LOGIC; c : OUT STD_LOGIC ); END or2a; ARCHITECTURE one OF or2a IS BEGIN c ain,b=bin,co=d,so=e); u2 : h_adder PORT MAP(a=e,b=cin,co=f,so=sum); u3 : or2a PORT MAP(a=d, b=f,c=cout); END ARCHITECTURE fd1; LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY h_adder IS PORT (a, b : IN STD_LO

11、GIC; co, so : OUT STD_LOGIC); END ENTITY h_adder; ARCHITECTURE fh1 OF h_adder is BEGIN so = NOT(a XOR (NOT b) ; co = a AND b ; END ARCHITECTURE fh1; LIBRARY IEEE ; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY or2a IS PORT (a, b :IN STD_LOGIC; c : OUT STD_LOGIC ); END or2a; ARCHITECTURE one OF or2a IS BEGIN c

12、 = a OR b; END one;生成的元器件全加器顶层设计的功能仿真结果：由仿真结果可知，仿真波形与设计要求相一致，一位全加器将2个多位二进制数相加时,除了最低位以外,每位都考虑了来自低位的进位,即将2个对应位的加数和来自低位的进位3个数相加.四总结通过本次课程设计对全加器的设计和实现，使我积累并总结了一些经验，锻炼了独立工作和实际动手能力，加深了对计算机中的全加器工作原理的认识，提高了对复杂的综合性实践环节分析问题，解决问题，概括总结的实际工作能力，对涉及全加器项目的开发，设计过程有了初步认识。整个设计采用VHDL语言进行描述，利用EDA工具对其进行综合，适配，和时序仿真，最终由FPG

13、A实现。在选择仿真器和综合器类型是quartus II 中自带的仿真器和综合器。 近一周的课程设计，用VHDL语言实现的一位全加器基本设计完毕 ，其功能基本符合设计要求，能够完成二进制加法的计算。但由于时间仓促加之本人能力有限，设计中还有很多不足之处，有待进一步完善。通过自己的亲自动手，我真正看到了理论与实践之间的差距，我知道，以后的学习中，要不断完善自己的知识体系结构，注重理论与实践的结合，学会灵活运用所学知识，达到学以致用的地步。在本次的课设中，我学到了很多东西，通过这个过程，无论在理论上还是在实践中，我的计算机水平都得到了提高，我想这对以后是很有利的。五.参考文献： 1 潘松,黄继业. EDA技术实用教程M. 北京：科学出版社.，2006. 2刘卫东. 计算机组成原理与设计实验指导M. 北京：清华大学出版社，2002. 3 王紫婷,吴蓉, 张彩珍,等. EDA技术与应用M.兰州：兰州大学出版社，2003.4 罗力帆,常春藤,等.基于VHDL的FPGA开发快速入门技巧实例M.北京：人民邮电出版社，2009.