16位全加器
EDA-16位加法计数器的设计
EDA-16位加法计数器的设计北京理工大学用程序输入方法设计一个16位二进制加法计数器学院：机械xxxx学院专业班级：10机械电子工程x班姓名：陈xx学号： 10xxxxxx指导教师：xxx 老师目录摘要 (1)1 绪论 (2)2 计数器的工作原理 (3)3 设计原理 (4)4 电路系统的功能仿真 (4)6 个人小结 (23)参考文献 (24)摘要计数器是数字系统中使用较多的一种时序逻辑器件。
计数器的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即对脉冲实现计数操作。
计数器也可以作为分频、定时、脉冲节拍产生器和脉冲序列产生器使用。
计数器的种类很多，按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，可分为同步计数器和异步计数器；按进位体制的不同，可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；按计数过程中数字增减趋势的不同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；还有可预制数和可编计数器等等。
本次课程设计将利用众多集成电路软件软件中的Quartus II软件，使用VHDL语言编程完成论文《用程序输入方法设计一个16位二进制加法计数器》，调试结果表明，所设计的计数器正确实现了计数功能。
关键词：二进制；加法计数器；VHDL语言1 绪论现代电子设计技术的核心已日趋转向基于计算机的电子设计自动化，即EDA（Electronic Design Automation）技术。
EDA技术就是依赖功能强大的计算机，在集成电路软件平台上，对以硬件描述语言HDL（Hardware Description Language）为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、布局布线以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。
现在对EDA的概念或范畴用得很宽。
包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。
目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。
最新数字集成电路设计——全加器
CMOS数字集成电路设计课程设计报告学院：专业：班级：姓名：指导老师：学号：日期：2013-6-30一、设计要求本次设计要求实现一个16位的加法器，通过从前端到后端的设计过程，了解数字集成电路设计流程，熟悉Linux系统及其相关软件icfb的使用，加深对数字集成电路前端设计的认识。
二、设计思路基本单元选用复杂cmos电路实现的一位全加器，将16个1位全加器级联成一个16位全加器。
这种电路的好处是将每前一级的Cin与后一级的Cout直接级联，连接比较方便，电路比较好设计。
版图设计也相对较简单，画出一位全加器的版图，多位全加器的版图就迎刃而解。
由于采用直接级联，前一级的输出延时要累加到后一级的输入进位中，最后会导致级联越多，延时越多。
由于是初次接触icfb，对版图还不是太了解，本次试验采用最简单的直接级联形式。
三、电路设计与验证（一）一位全加器的电路设计与验证1、原理图设计图3-1 一位全加器原理图如图3-1所示，为1位全加器的原理图。
其中A、B为两个输入信号也即两个一位加数，Cin为前一位的进位输入信号，COUT为当前的进位输出信号，S为和输出信号。
2、生成符号图图3-2 一位全加器的符号图如图3-2所示，为检查并保存1位全加器原理图后生成的符号图，左侧为输入信号A、B、Cin，右侧为输出信号COUT、S3、测试电路图3-3 一位全加器的测试电路如图3-3，为一位全加器的测试电路。
4、波形仿真图3-4 一位全加器仿真波形如图3-4所示,为一位全加器的仿真波形图。
从图可以看出，仿真波形结果与真值表相符合。
（二）16位全加器的电路设计与验证1、原理图设计图3-5 16位全加器原理图如图3-5所示，为16位加法器的原理图设计。
16位加法器采用16个1位加法器串联，前一级的输出直接连到下一级的输入。
其中A[15:0]、B[15:0]分别为16位输入信号，Cin为进位输入信号，S[15:0]为输出信号，COUT为进位输出信号。
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［键入公司名称］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i.i.i 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0.18阿数字CMOS工艺，VHDL或Verlog设计-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(4)用VHDL编写程序在QUARTUS U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。
16bit加法器进位链拆分
16bit加法器进位链拆分16位加法器是一种用于实现二进制加法运算的电路或设备。
它能够接收两个16位的二进制数并输出它们的和，同时还能输出产生的进位信息。
在16位加法器中，采用了进位链拆分的设计方法。
本文将详细介绍16位加法器和进位链拆分的原理、设计和应用。
首先，让我们来了解一下二进制加法的基本原理。
在二进制加法中，只有两个数位以及一个进位作为输入，然后进行逐位相加，并将结果和进位相应地传递下去。
而每一位的计算都是独立的，不受其他位数的影响。
16位加法器中，需要对16位输入进行逐位相加，并且能够产生进位。
为了实现这一功能，我们可以采用一种称为进位链拆分的技术。
进位链拆分是一种将进位按照不同位数进行拆分的方法，以提高加法器的性能和工作速度。
进位链拆分的基本原理是将进位按照不同的位数进行拆分，然后分别传递到不同位数的加法器中。
这样做的好处是可以减小每个加法器的运算压力，并且并行计算各个位数的和与进位，提高整个加法器的工作速度。
在16位加法器中，进位链拆分可以将进位信号按照每4位进行拆分，即将第1位的进位拆分到第2位，第3位的进位拆分到第4位，以此类推。
这样，每4位之间的进位相互独立，可以同时进行计算。
具体的设计过程如下：首先，将两个16位的输入数分别用寄存器存储起来。
然后，将这两个输入数按照每4位进行拆分，分别得到4个4位的字。
接下来，针对每个4位的字，设计一个4位加法器。
在4位加法器中，需要进行4位的加法运算，并输出结果和产生的进位。
可以使用四个全加器来实现这一功能。
全加器是一种有三个输入和两个输出的逻辑门电路，可以实现三个二进制数的相加运算。
将四个全加器按照进位链的方式相连，即将第一个全加器的进位输出连接到第二个全加器的进位输入上，依次类推。
这样，就可以实现4位加法器的运算。
接着，将4位加法器的输出和进位信号分别传递到下一个4位加法器中。
同时，将每个4位加法器的输出结果进行合并，得到最终的16位输出。
16位加法器设计
计算机组成原理课程设计报告题目 16位加法器设计B院系信息科学技术学院专业计算机科学与技术班级 11计本（2）教师学生学号内容提要本设计在其他基本加法器的基础上改进为超前进位加法器，它避免了串行进位加法器的进位延迟，提高了速度。
其主要分为四章，第一章为设计概述，主要介绍设计的任务、目标，以及设计环境，第二章为总体设计方案，其主要介绍本设计中系统设计的框架。
第三章为仿真测试，给出了系统在仿真环境下波形测试结果，看是否满足题目要求。
第四章为设计心得总结，主要是介绍在经过本次设计后，自己的一些心得体会。
最后还给出了本设计的一些参考文献。
前言计算机组成原理是一门实践性很强的课程；其课程设计目的在于综合运用所学知识，全面掌握微型计算机及其接口的工作原理、编程和使用方法；在设计中，通过小组协作提出设计方案，进行软件设计、调试，最后获得正确的结果，可以加深和巩固对理论知识的更好掌握，进一步建立计算机应用系统体概念，初步掌握单片机软、硬件开发方法，为以后进行实际的单片机软、硬件应用开发奠定良好的基础。
本设计是利用74181、74182芯片组成了16位加法器的组间组内并行。
目录1设计概述 (5)1.1设计任务 (5)1.2 设计要求 (5)1.3设计环境 (5)2总体设计方案 (6)3仿真测试 (9)4设计个人总结 (10)参考文献： (10)1设计概述1.1设计任务1、掌握MaxPlus2软件的使用方法。
2、熟悉74系列芯片的组成和工作过程。
3、掌握半加器，一位全加器的设计原理，掌握超前进位产生电路的设计方法。
4、正确将电路原理图下载到试验箱中。
5、正确通过实验箱连线实现一位二进制数的相加并得到正确结果。
6、完成设计实验报告。
7、完成课程设计答辩。
1.2 设计要求1、巩固和运用所学课程，理论联系实际，提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力。
2、学会使用MAX-PLUSⅡ软件设计电路原理图及功能模拟3、熟悉常用的门电路1.3设计环境MaxPlus22总体设计方案1、半加器的设计原理 半加器逻辑电路半加器逻辑表达式 S=B A ⊕ AB C =半加器真值表A B C S 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 11 1 02、一位全加器的设计原理 一位全加器逻辑电路CA B S=1&74182一位全加器逻辑表达式进位输出()i i i i i i B A C B A C +⊕=-1相加之和 1-⊕⊕=i i i i C B A F 一位加法器真值表A B 1-i C F i C 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 111113、十六位并行加法器的设计思路1. 先设计一个半加器然后两个半加器合并成一个一位的全加器，最后用16个一位的全加器组合成一个16位的全加器；2. 先设计一个一位全加器，然后16个并联组成一个16位全加器3. 使用4片74181和1片74182芯片采用双重分组跳跃进位组成16位并行加法器这里我们组采用的是第三个方法来实现16位并行加法器的。
16位超前进位加法器
16位超前进位加法器设计目录摘要 (1)1需求分析1.1加法器的发展........................................................................ 错误!未定义书签。
1.2几种串行加法器性能比较 (3)1.2.1串行进位加法器 (3)1.2.1超前进位加法器 (3)2主要内容 (4)2.1设计原理 (6)2.2设计思路 (4)3 设计思想 (5)4 实现方法 (6)4.1顶层方案图的设计与实现 (6).4.1.1顶层方案的整体设计 (6)4.1.2元器件选择和引脚锁定 (7)4.2功能模块的设计与实现 (8)4.2.1设计描述 (8)4.2.2创建RTL代码并得到电路图....................................................... .94.3功能仿真 (11)4.4编程与下载 (12)4.5硬件仿真结果 (12)5小结 (13)参考文献 (13)附录 (14)摘要：加法运算是最重要最基本的运算，所有的其他基本算术运算乘除等都最终可以用加法运算来表示在不同的场合对加法器的要求不同，要的要求速度快有的要求面积小超前进位加法器相比于串行进位加法器是一种快速加法运算器，根据用户的要求追求速度与面积的平衡。
关键词：超前进位加法器串行进位加法器速度面积1需求分析1.1 加法器的发展加法运算是最基本的运算，所有其他基本算术运算都是以加法运算为基础。
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，超前进位加法器等他们都是利用各位之间的状态来预先产生高位进位信号从而减少进位从低位到高位的传递时间1.2 几种加法器的性能比较1.2.1串行进位加法器串行进位加法器的每一位加和值都依赖于上一位进位信号，即进位信号是串行的经过加法器的每一位。
16位加法器电路设计
16位加法器电路设计
加法器电路是计算机中常见的数字电路，用于将两个二进制数相加并得出和。
16位加法器电路设计是指设计一个能处理16位二进制数相加的电路。
在设计16位加法器电路时，需要考虑以下几个关键方面：
1. 选择合适的器件：需要选择适合的逻辑门和触发器等数字电路器件。
常用的器件包括AND门、OR门、XOR门、全加器等。
2. 划分模块：将16位加法器电路划分为若干个小模块，简化设计过程。
常见的模块包括单位加法器和级联器。
3. 单位加法器设计：单位加法器是实现加法运算的基本单元。
在16位加法器电路中，每一位均由一个单位加法器完成。
单位加法器由两个输入（被加数位和加数位）和两个输出（和位和进位位）组成。
4. 级联器设计：级联器用于连接多个单位加法器，将进位位从低位传递到高位。
在16位加法器电路中，需要将每一位的进位位和前一位的进位位相连。
5. 测试和验证：设计完成后，需要进行测试和验证，确保16位加法器电路的正确性和性能。
通过以上步骤设计完成的16位加法器电路能够实现对16位二进制数的相加操作。
在实际应用中，可以将多个16位加法器电路级联以实现更大位数的加法运算。
设计一个高效可靠的16位加法器电路是数字电路设计的重要任务之一，对于计算机的性能和功能具有重要影响。
通过仔细考虑各个方面的设计和实施，可以实现一个满足要求的16位加法器电路。
16位加法器设计
计算机组成原理课程设计报告题目 16位加法器设计B院系信息科学技术学院专业计算机科学与技术班级 11计本（2）教师学生学号内容提要本设计在其他基本加法器的基础上改进为超前进位加法器，它避免了串行进位加法器的进位延迟，提高了速度。
其主要分为四章，第一章为设计概述，主要介绍设计的任务、目标，以及设计环境，第二章为总体设计方案，其主要介绍本设计中系统设计的框架。
第三章为仿真测试，给出了系统在仿真环境下波形测试结果，看是否满足题目要求。
第四章为设计心得总结，主要是介绍在经过本次设计后，自己的一些心得体会。
最后还给出了本设计的一些参考文献。
前言计算机组成原理是一门实践性很强的课程；其课程设计目的在于综合运用所学知识，全面掌握微型计算机及其接口的工作原理、编程和使用方法；在设计中，通过小组协作提出设计方案，进行软件设计、调试，最后获得正确的结果，可以加深和巩固对理论知识的更好掌握，进一步建立计算机应用系统体概念，初步掌握单片机软、硬件开发方法，为以后进行实际的单片机软、硬件应用开发奠定良好的基础。
本设计是利用74181、74182芯片组成了16位加法器的组间组内并行。
目录1设计概述 (5)1.1设计任务 (5)1.2 设计要求 (5)1.3设计环境 (5)2总体设计方案 (6)3仿真测试 (9)4设计个人总结 (10)参考文献： (10)1设计概述1.1设计任务1、掌握MaxPlus2软件的使用方法。
2、熟悉74系列芯片的组成和工作过程。
3、掌握半加器，一位全加器的设计原理，掌握超前进位产生电路的设计方法。
4、正确将电路原理图下载到试验箱中。
5、正确通过实验箱连线实现一位二进制数的相加并得到正确结果。
6、完成设计实验报告。
7、完成课程设计答辩。
1.2 设计要求1、巩固和运用所学课程，理论联系实际，提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力。
2、学会使用MAX-PLUSⅡ软件设计电路原理图及功能模拟3、熟悉常用的门电路1.3设计环境MaxPlus22总体设计方案1、半加器的设计原理 半加器逻辑电路半加器逻辑表达式 S=B A ⊕ AB C =半加器真值表A B C S 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 11 1 02、一位全加器的设计原理 一位全加器逻辑电路CA B S=1&74182一位全加器逻辑表达式进位输出()i i i i i i B A C B A C +⊕=-1相加之和 1-⊕⊕=i i i i C B A F 一位加法器真值表A B 1-i C F i C 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 111113、十六位并行加法器的设计思路1. 先设计一个半加器然后两个半加器合并成一个一位的全加器，最后用16个一位的全加器组合成一个16位的全加器；2. 先设计一个一位全加器，然后16个并联组成一个16位全加器3. 使用4片74181和1片74182芯片采用双重分组跳跃进位组成16位并行加法器这里我们组采用的是第三个方法来实现16位并行加法器的。
16位累加器设计报告
16位累加器设计报告引言累加器（Accumulator）是一种重要的数字电路，广泛应用于计算机的中央处理器（CPU）中。
累加器的主要功能是将多个数字数据进行相加，并将结果储存到一个寄存器中。
本报告将详细介绍一个基于16位累加器的设计方案。
设计目标本设计的目标是实现一个16位累加器，能够对输入的两个16位数字进行相加，并将结果保存在累加器中。
设计要求如下：1. 输入端包括两个16位的数据A 和B。
2. 输出端为一个16位的累加器结果。
3. 设计采用组合逻辑电路实现。
输入变化时，累加器能够立即给出结果。
设计思路根据设计目标，我们可以分析得出以下设计思路：1. 设计一个16位加法器。
2. 将输入的数据A 和B 输入到加法器中进行相加。
3. 将相加的结果输出到一个16位寄存器中，作为累加器的输出。
16位加法器的设计16位加法器是累加器的核心组件之一。
我们使用全加器来实现16位加法器。
一个全加器能够实现两个输入位和一个进位位的加法，并给出一个输出位和一个进位位。
我们将使用16个全加器来构建16位加法器。
每个全加器的输入为两个加数位和进位位，输出为加法结果和进位结果。
下图是一个全加器的逻辑电路图：plaintext_______AB Full SCi Adder_______Co其中，A 和B 分别是两个输入的加数位，Ci 是输入的进位位，S 是加法结果，Co 是进位结果。
根据全加器的逻辑电路图，我们可以设计一个16位的加法器，将输入的两个16位数字进行相加，并给出16位的输出结果。
累加器的设计基于16位加法器的设计，我们可以构建一个16位累加器。
累加器的设计如下：1. 输入端包括两个16位的数据A 和B。
2. 将输入的两个16位数据A 和B 输入到16位加法器中，进行相加。
3. 将加法器的输出结果输入到一个16位寄存器中，作为累加器的输出。
下图是16位累加器的逻辑电路图：plaintext___________________AB 16-bit Adder___________________Output总结本设计报告介绍了一个基于16位累加器的设计方案。
16位全加器
16位全加器华东交通⼤学理⼯学院课程设计报告书所属课程名称计算机组成原理题⽬16位全加器的设计分院电信分院专业班级12计算机科学与技术2班学号学⽣姓名指导教师占⾃才20 14年06⽉13⽇课程设计（论⽂）评阅意见评阅⼈职称20 年⽉⽇⽬录第1章课程设计内容及要求 (3)第2章设计过程 (4)2.1硬件⽅案 (4)2.1.1⼀位全加器的原理及设计 (4)2.1.2四位全加器的原理及设计 (5)2.1.3⼗六位全加器的原理及设计 (8)2.2软件⽅案 (9)第3章测试 (14)第4章课程设计⼼得 (15)参考⽂献 (16)第1章课程设计内容及要求了解计算机的硬件系统，了解⼀位全加器的组成原理，深⼊讨论计算机的组成原理，在熟悉常⽤的门电路的组成和⼯作过程的基础上，要求设计出⼀个16位的全加器。
其中要求设计并写出产⽣求和结果的逻辑表达式，需要写出利⽤快速进位链产⽣进位的逻辑表达式，同时还要实现时需要⽤⼀个时钟信号控制运算的执⾏，如第⼀拍给出输⼊数据，第⼆拍给出运算控制信号，第三拍送输出数据，然后⼜回到第⼀拍，循环往复，直到运算全部结束。
根据要求设计出针对具体指令所对应的流程图；根据流程及门电路设计出相应的全加器。
编写出VHDL程序，在仿真软件上运⾏并检验所设计的微程序的正确性。
第2章设计过程2.1硬件⽅案2.1.1⼀位全加器的原理及设计2.1.1.1⼀位全加器的⼯作原理全加器是实现两个⼀位⼆进制数及低位来的进位数相加即将三个⼀位⼆进制数相加，求得和数及向⾼位进位的逻辑电路。
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。
数字集成电路课程设计16位加法器
数字集成电路课程设计——16位加法器设计参数：*输入两个16位的补码*输出一个17位的补码*允许采用流水线、单元复用等技术实现设计要求：*使用RTL级Verilog描述加法器架构*使用门级验证加法器功能（ModelSim等仿真）*优化方向：加法器等效总门数最少*等效门数计算示例：INV=1, NOR2=NAND2=2, DFF=4最终优化结果：图1.1单个全加器单元的最终优化方案图1.2 第17位结果的运算电路最终总共等效门数= 16 X 17 + 7 = 279仿真结果：1 2 3 4 5图2. ModelSim仿真结果如图2所示，箭头1所指区域为两个16位全0的加数，无进位，输出和为0；箭头2所指区域为0与1000000000000000（-32768）相加，无进位，输出和为11000000000000000（-32768）；箭头3所指区域为0与1111111111111111（-1）相加，无进位，输出和为11111111111111111（-1）；箭头4所指区域为-1与1000000000000000（-32768）相加，无进位，输出和为10111111111111111（-32769）；箭头4所指区域为-1与1000000000000000（-32768）相加，进位为1，输出和为11000000000000000（-32768）。
可见已正确实现了16位补码加法器的功能。
设计思路:首先，我们需要明确加法器的设计。
按照题目的要求，我们的加法器必须满足以下几个原则：1、16位加法器，且可以计算出第17位的进位；2、可以计算补码；3、设计出的结构门数最少.由上面的要求，我们可以有对应的设计：1.我们假定16位数据本身就是以补码形式储存的，那么最高位就是符号位，0代表正数，1代表负数；由此，我们可以根据二进制加法的规则得知，计算补码不需要对储存的补码进行任何形式的修改，利用正常的全加器结构就可以计算出正确的结论，包括位数扩展的要求也能满足；2.要完成17位的补码计算，需要进行符号位扩展，也就是将加数和被加数的最高位重复一次变成17位的数据，如1000000000000000变为11000000000000000；在编码的时候，需要17个加法器，但是最后一个加法器的加数和被加数重复使用16位的数据，而进位则采用16位得到的进位；3.加法器必须是一般意义上的加法器，除非采用流水线结构，否则不应使用时序逻辑，如下图所示的设计就不合理。
16位快速加法器32位快速加法器(运算器设计)
16位快速加法器32位快速加法器（运算器设计）快速加法器的设计基于全加器和半加器的组合。
全加器可以实现对两个二进制位的相加，并且可以处理进位。
半加器只能处理两个二进制位的相加，但不能处理进位。
快速加法器通过使用多个全加器和半加器的级联来实现对多个二进制位的相加，并处理进位。
一个16位快速加法器通常由16个全加器组成，每个全加器对应一个二进制位的相加。
输入端包括两个16位的二进制数A和B，以及一个进位输入Cin。
输出端包括一个16位的二进制数S和一个进位输出Cout。
快速加法器的设计中还考虑了进位的传递问题。
通常情况下，每个全加器的进位输入都连接到前一个全加器的进位输出。
这样，在相加的过程中，进位会从低位传递到高位。
为了提高运算器的效率，可以采用并行运算的方式。
32位快速加法器可以通过将两个16位快速加法器并联来实现。
其中，一个加法器负责处理前16位，另一个加法器负责处理后16位。
这样可以同时进行两个16位数的相加，大大提高了加法操作的速度。
快速加法器的工作原理如下：1.将输入的两个16位二进制数A和B送入第一个全加器，通过16个全加器的级联实现对各位的相加，并处理进位。
2.每个全加器的输出与相应的进位输入连线，以实现进位的传递。
3.得到的16位二进制数S作为输出。
对于32位快速加法器，它由两个16位快速加法器组成，其中第一个加法器处理低16位，第二个加法器处理高16位。
输入的两个32位二进制数A和B被拆分为两个16位数，并分别送入两个加法器进行相加。
最后，两个相加的结果通过一个与门来判断是否有进位，进一步得到32位的二进制数S和进位输出Cout。
快速加法器是计算机中常用的运算器，它在高速计算和数据处理方面具有重要的作用。
通过合理的设计和优化，可以实现更高效的加法操作，提高计算机的性能。
同时，快速加法器的设计还需要考虑功耗和面积等因素，以实现更好的综合性能。
16位加法器设计报告
v1.0可编写可改正Brent Kung树构造的16 位加法器的设计仿真及优化1．利用 Hspice 软件设计详细电路构造Brent Kung树构造加法器设计简介Brent Kung树构造加法器是一种超行进位加法器，即进位提早被计算出来，送给加和电路，减小了进位次序传达的延时，实现此加法器减小了设计的复杂度。
提升了设计的效率。
详细电路实现需要 4 个模块电路设计。
数据 A 和 B 经过缓冲器输入进来，而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。
电路构造采纳动向逻辑构造，逻辑构造由 NMOS下拉网络实现，组成 PDN的过程和静态CMOS完整一样，晶体管的数量显然少于静态状况。
动向逻辑同时拥有较快的开关速度。
动向逻辑同时在功耗方面有显然的优势。
Brent Kung树构造加法器电路设计进位生成和进位流传模块均采纳动向逻辑进行设计，详细实现公式为 Pi=ai+bi ，Gi=ai&bi ；详细电路实现以下：图 1 进位流传和进位产生信号的动向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。
点计算模块详细生成对应的进位流传和进位产生Gi j和Pi j；其对应的详细公式为： Gi j=Gi k+Pi k*Gk-1 j 。
采纳动向逻辑减小复杂度详细电路构造以下：图 2 点模块电路产生信号的动向实现乞降电路利用多米诺实现乞降即利用选择电路实现电路构造，在此电路中乞降的两种条件计算为：Si0 为 ai 与 bi 的同或， Si1 为 ai 与 bi 的异或，详细电路构造以下：图 5 动向逻辑实现和选择电路电路中利用两个时钟，由 clk 产生 clkd 是由下边的电路实现的，传输门老是导通，时钟路径的延时能够经过这些器件的尺寸来调整。
由于延时一定有一个严格的界线，即第二个门的所有输入一定在 clkd 的上涨沿以前达成翻转，所以可能需要使clk 进过多个以下的延时电路才能知足时序要求。
16位超前进位加法器实验报告
实验名称：十六位超前进位加法器一、实验目的设计、验证并优化16位超前进位加法器的逻辑功能。
二、实验原理1、1位全加器原理全加器的求和输出信号和进位信号，定义为输入变量A、B、C的两种组合布尔函数：求和输出信号= A ⊕B ⊕C进位信号= AB + AC + BC实现这两个函数的门级电路如下图。
并不是单独实现这两个函数，而是用进位信号来产生求和输出信号。
这样可以减少电路的复杂度，因此节省了芯片面积。
上述全加器电路可以用作一般的n位二进制加法器的基本组合模块，它允许两个n 位的二进制数作为输入，在输出端产生二进制和。
最简单的n位加法器可由全加器串联构成，这里每级加法器实现两位加法运算，产生相应求和位，再将进位输出传到下一级。
这样串联的加法器结构称为并行加法器，但其整体速度明显受限于进位链中进位信号的延迟。
因此，为了能够减少从最低有效位到最高有效位的最坏情况进位传播延时，最终选择的电路是十六位超前加法器。
2、超前进位加法器原理超前进位加法器的结构如下图。
超前进位加法器的每一位由一个改进型全加器产生一个进位信号gi和一个进位传播信号pi，其中全加器的输入为Ai和Bi，产生的等式为：改进的全加器的进位输出可由一个进位信号和一个进位传输信号计算得出，因此进位信号可改写为：式中可以看出，当gi = 1(Ai = Bi = 1)时，产生进位；当pi = 1(Ai =1或Bi = 1)时，传输进位输入，这两种情况都使得进位输出是1。
近似可以得到i+2和i+3级的进位输出如下：下图为一个四位超前进位加法器的结构图。
信号经过pi和gi产生一级时延，经过计算C产生一级时延，则A，B输入一旦产生，首先经过两级时延算出第1轮进位值C’不过这个值是不正确的。
C’再次送入加法器，进行第2轮2级时延的计算，算出第2轮进位值C，这一次是正确的进位值。
这里的4个4位超前进位加法器仍是串行的，所以一次计算经过4级加法器，一级加法器有2级时延，因此1次计算一共经过8级时延，相比串行加法器里的16级时延，速度提高很多。
连载《fpga线下培训-第7天》【半加器、全加器、16位加法器、16位减法器设计】【原理及。。。
连载《fpga线下培训-第7天》【半加器、全加器、16位加法器、16位减法器设计】【原理及。
这篇⽂章，记录1bit的半加器、全加器、减法器的概念，根据1bit的半加器、全加器、减法器设计16bit的半加器、全加器、减法器⼀、半加器概念 半加器，就是y=a+b，不考虑进位，如下真值表，a、b表⽰2个相加的数，y表⽰和，Co表⽰结果有没有进位 从真值表可以得出，y和Co的布尔表达式 Y = (~a&b) | (a&~b) Co = a&b⼆、全加器 全加器，就是y=a+b+c_up，要考虑进位，如下真值表，a、b表⽰2个相加的数，c_up表⽰低位向本位的进位标志，Co表⽰计算结果有没有向⾼位进位 从真值表可以得出，y和Co的布尔表达式 y = (~a&~b&c_up) | (~a&b&~c_up) | (a&~b&~c_up) | (a&b&c_up) Co = (~a&b&c_up) | (a&~b&c_up) | (a&b&~c_up) | (a&b&c_up)三、减法器 减法器，就是y=a-b-c_down，要考虑借位，如下真值表，a、b表⽰2个相减的数，c_down低位向本位的借位标志，Co表⽰计算结果有没有向⾼位借位 从真值表可以得出，y和Co的布尔表达式 y = (~a&~b&c_down) | (~a&b&~c_down) | (a&~b&~c_down) | (a&b&c_down) C0 = (~a&~b&c_down) | (~a&b&~c_down) | (~a&b&c_down) | (a&b&c_down)四、16位加法器设计 16bit的加法器，我们可以⽤2个8bit加法器拼接实现，同理8bit的加法器可以⽤2个4bit加法器拼接实现； 4bit的加法器可以⽤2个2bit加法器拼接实现，2bit的加法器可以⽤2个1bit加法器或者（1bit全加器和1bit半加器）拼接实现。
16位全加器课程设计
16位全加器课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握16位全加器的原理和设计方法。
知识目标包括：理解全加器的概念，掌握全加器的真值表和逻辑表达式，了解16位全加器的组成和运作原理。
技能目标包括：能够运用逻辑代数和简单的数字电路设计方法，设计出一个16位全加器。
情感态度价值观目标包括：培养学生的创新意识和团队合作精神，提高学生对电子技术的兴趣和热情。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括16位全加器的原理和设计方法。
首先，介绍全加器的概念和真值表，让学生理解全加器的作用和基本运作原理。
然后，讲解16位全加器的组成和运作原理，让学生了解16位全加器是如何由多个全加器级联而成的。
接下来，通过实例分析，讲解16位全加器的设计方法，让学生学会如何设计出一个16位全加器。
三、教学方法为了达到本节课的教学目标，我们将采用讲授法、讨论法和实验法等多种教学方法。
首先，通过讲授法，向学生讲解全加器的原理和设计方法。
然后，通过讨论法，让学生分组讨论全加器的运作原理和设计方法，促进学生之间的交流和合作。
最后，通过实验法，让学生动手设计并验证16位全加器，提高学生的实践能力和创新能力。
四、教学资源为了支持本节课的教学内容和教学方法，我们将准备教材、参考书、多媒体资料和实验设备等教学资源。
教材和参考书将提供全加器的原理和设计方法的相关知识，多媒体资料将通过图像和视频的形式，帮助学生更直观地理解全加器的运作原理。
实验设备将用于学生的动手实践，让学生亲自设计并验证16位全加器。
五、教学评估本节课的教学评估将采用多元化的评估方式，以全面、客观、公正地评价学生的学习成果。
评估方式包括平时表现、作业和考试等。
平时表现将根据学生在课堂上的参与度、提问和回答问题的积极性等进行评估。
作业将包括练习题和设计项目，以检验学生对16位全加器原理和设计方法的理解和应用能力。
考试将包括笔试和实验操作考试，以检验学生的理论知识和实践能力。
通过这些评估方式，我们将全面了解学生的学习成果，并根据需要进行教学调整。
VHDL实现16位全加器.doc
VLSI 电路和系统设计设计题 2：CMOS数字集成电路设计用 VHDL 语言实现十六位全加器：托列吾别克·马杰尼班级：电路与系统 01 班学号： 12013/11/24基于 VHDL 的 16 位全加器的设计1.1设计题目的容及要求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容：主要实验容是用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。
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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、结论王**（081010*****）：软件方案、找资料设计目的1.设计目的（1）掌握1位全加器的形成；（2）掌握4位片SN74LS181的原理；（3）用4片SN74LS181以并/串形成16位字长的ALU；（4）形成16位运算器数据通路结构；（5）将设计结果下载到实验板上，进行验证。
2.设计内容了解计算机的硬件系统，了解一位全加器的组成原理，深入讨论计算机的组成原理，在熟悉常用的门电路的组成和工作过程的基础上，要求设计出一个16位的全加器。
其中要求设计并写出产生求和结果的逻辑表达式，需要写出利用快速进位链产生进位的逻辑表达式，同时还要实现时需要用一个时钟信号控制运算的执行，如第一拍给出输入数据，第二拍给出运算控制信号，第三拍送输出数据，然后又回到第一拍，循环往复，直到运算全部结束。
根据要求设计出针对具体指令所对应的流程图；根据流程及门电路设计出相应的全加器。
编写出VHDL程序，在仿真软件上运行并检验所设计的微程序的正确性。
设计过程1.硬件方案1.1 一位全加器的原理及设计1.1.1 一位全加器的原理全加器是实现两个一位二进制数及低位来的进位数相加即将三个一位二进制数相加，求得和数及向高位进位的逻辑电路。
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。
1.1.2 一位全加器的设计要使全加器进行加法运算，也需要用各种门电路设计出相应的逻辑电路，根据组合逻辑电路设计的步骤，我们先设计一位全加器的设计。
(1)根据全加器所需要的功能，我们可以设计出一位全加器的组合逻辑框图。
如图3.1所示。
图3.1 一位全加器的逻辑结构(2)根据逻辑图我们可以写出各个器件的逻辑功能。
C i = X i Y i C i-1+X i Y i C i-1+X i Y i C i-1+X i Y i C i-1 = (X i ○+Y i)C i-1+X i Y iF i = X i Y i C i-1 + X i Y i C i-1 +X i Y i C i-1 + X i Y i C i-1 = X i○+Y i○+C i-1(3)由上面可得。
X i和Y i为两个输入的一位二进制书，C i-1为低位二进制数相加的进位输出到本位的输入，则F i为本位二进制数X i、Y i和低位进位输入C i-1的相加之和，C i为X i、Y i和低位进位输入C i-1相加向高位的进位输出。
因此，该电路可以完成一位二进制数全加的功能，称为全加器。
此电路的真值表如表3-1所示。
表3-1一位全加器真值表X i Y i C i-1F i C i0 0 0 0 00 1 0 1 01 0 0 1 01 1 0 0 10 0 1 1 00 1 1 0 11 0 1 0 11 1 1 1 11.2 四位全加器的原理及设计1.2.1 四位全加器的工作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。
四位全加器可对两个多位二进制数进行加法运算，同时产生进位。
当两个二进制数相加时，较高高位相加时必须加入较低位的进位项（Ci），以得到输出为和（S）和进位（C0）。
1.2.2 四位全加器的设计设计四位全加器有两种方案，一种利用串行进位方式设计，另一种是利用并行进位方式进行设计。
但是这两种方式设计的电路的工作效率是恨不一样的，串行进位是需要等待低位计算的所得的进位后才能进行高位的运算的，而并行进位也就是先进位方式，每个进位只需要经历一个与非门和一个与或门的延时，这样和串行进位相比，大大提高了运算速度。
所以我们这里选择先进位全加器。
四位先行进位全加器的真值表如表3-2所示。
表中的C0 为低位向高位的进位，P1 ～P4 以及G1～G4 为输入端，C1～C4 为输出端。
表3-2 四位先行进位全加器真值表C0P1G1P2G2P3G3P4G4C1C2C3C4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 11 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1四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，如图3.2所示，其中CSA为一位全加器。
图3.2 四位先行进位加法器逻辑结构如图3.3 所示，四位先行进位全加器各个进位信号的产生只需要经历一级与非门和一级与或非门的延迟时间，所以比逐位进位全加器大大缩短了时间。
图3.3 四位先行进位加法器原理1.3 十六位全加器的原理及设计1.3.1 十六位全加器的原理16位全加器设计的基本思想，就是仿照通常的解组合逻辑电路的方法，先把原理图画出来，然后通过原理图把各个信号量描述出来，最后再根据各个器件的逻辑功能列出真值表。
当全加器工作时，先一个一个二进制数全部按位输入，从而在4位先行进位的加法器中进行运算，使相应部件执行所规定的操作。
1.3.2十六位全加器的设计设计16位全加器，这里使用的方法是把4个四位全加器串联起来。
16位全加器主要由输入、输出、进位和4位先行进位的加法器这四部分组成，其原理如图3.4所示。
图3.4 十六位全加器组成原理图16位全加器总共有16位输入，而每四位为一组输入到4位先行进位加法器中进行加法运算，一般输入是两位二进制数，如图是：Y4-1 X4-1 一直到Y16-13 X16-13 为输入；输出为F，共16位输出，而和输出一样四位为一组一起经过运算后输出，不同的是输入有两个二进制数，而输出只有一个二进制数；C表示进位，C0初始值为1，后面的C4，C8，C12，C16分别是每个四位加法器运算后的进位。
2. 软件方案用VHDL编写代码验证：在对真值表进行分析和各个功能设计完成之后，就可以使用VHDL编写程序，运用MAX-PLUSⅡ进行模拟仿真，以验证其正确性。
如下就是四位先行进位全加器和16位全加器的VHDL代码。
//导入各种所需要的库library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;-- Uncomment the following lines to use the declarations that are-- provided for instantiating Xilinx primitive components.--library UNISIM;--use UNISIM.VComponents.all;entity test isport(a,b:in std_logic_vector(3 downto 0); //a,b为输入，为4位标准逻辑矢量类型cin:in std_logic; //cin为输入，为标准矢量类型s:out std_logic_vector(3 downto 0); //s为输出，为4位标准逻辑矢量类型cout:out std_logic); //cout为输出，为标准矢量类型end test;architecture Behavioral of test issignal d,t:std_logic_vector(3 downto 0); //信号量d,t为4位标准逻辑矢量signal c:std_logic_vector(4 downto 0); //信号量c为5位标准逻辑矢量beginas_add: for i in 0 to 3 generate //i从0循环到3，循环4次d(i)<=a(i) and b(i); //把a,b相与的结果赋给d t(i)<=a(i) or b(i); //把a,b相或的结果赋给ts(i)<=a(i) xor b(i) xor c(i); //把a,b,c进行异或的结果赋给send generate;//以下为赋值语句c(0)<=cin;c(1)<=d(0) or (t(0) and c(0));c(2)<=d(1) or (t(1) and d(0)) or (t(1) and t(0) and c(0));c(3)<=d(2) or (t(2) and d(1)) or (t(1) and t(2) and d(0)) or (t(1) and t(2) and t(0) and c(0)) ;c(4)<=d(3) or (t(3) and d(2)) or (t(3) and t(2) and d(1)) or (t(1) and t(2) and t(3) and d(0)) or (t(3) and t(2) and t(1) and t(0) and c(0));cout<=c(4);end Behavioral;如下是16位全加器的VHDL代码。