EDA与VHDL实现8位加法器

EDA技术与VHDL实训姓名：李*班级：电信**-*学号：12********电子与信息工程学院8位加法器设计一实训目的1．学习使用VHDL语言设计电路，加深对VHDL语言的理解与应用。

2．学习8位加法器的VHDL程序设计方法。

3．学习例化语句的应用，并能够利用例化语句完成从半加器到全加器的设计。

二加法器加法器是为了实现加法的。

即是产生数的和的装置。

加数和被加数为输入，和数与进位为输出的装置为半加器。

若加数、被加数与低位的进位数为输入，而和数与进位为输出则为全加器。

常用作计算机算术逻辑部件，执行逻辑操作、移位与指令调用。

对于1位的二进制加法，相关的有五个的量：1，被加数A，2，被加数B，3，前一位的进位CIN，4，此位二数相加的和S，5，此位二数相加产生的进位COUT。

前三个量为输入量，后两个量为输出量，五个量均为1位。

对于32位的二进制加法，相关的也有五个量：1，被加数A（32位），2，被加数B（32位），3，前一位的进位CIN（1位），4，此位二数相加的和S（32位），5，此位二数相加产生的进位COUT（1位）。

要实现32位的二进制加法，一种自然的想法就是将1位的二进制加法重复32次（即逐位进位加法器）。

这样做无疑是可行且易行的，但由于每一位的CIN都是由前一位的COUT 提供的，所以第2位必须在第1位计算出结果后，才能开始计算；第3位必须在第2位计算出结果后，才能开始计算，等等。

而最后的第32位必须在前31位全部计算出结果后，才能开始计算。

这样的方法，使得实现32位的二进制加法所需的时间是实现1位的二进制加法的时间的32倍。

三实训内容首先设计半加器，然后用例化语句将它们连接起来。

利用半加器和或门构成1位全加器，以1位全加器为基本硬件，构成串行进位的8位加法器。

3.1 设计1位半减器利用真值表设计1位半减器。

图3-1中的h_add是半加器，sum是输出和，a_out是进位输出，add_in是进位输入。

表3-1 加法真值表加数x加数y和sum进位a_out0000011010101101图3-1 半加器原理图实现1位半减器VHDL 程序。

LIBRARY IEEE ； USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ；ENTITY h_add IS PORT (x ，y ： IN STD_LOGIC ； a_out ，sum ： OUT STD_LOGIC)； END ENTITY h_add ；ARCHITECTURE add0 OF h_add ISSIGNAL s:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0)； BEGINs<=x&y ； PROCESS(s) BEGINCASE s ISWHEN “00”=>a_out<=‘0’；add<=‘0’； WHEN “01”=>a_out<=‘1’；add<=‘0’； WHEN “10”=>a_out<=‘1’；add<=‘0’； WHEN “11”=>a_out<=‘0’；add<=‘1’； WHEN OTHERS=>NULL ； END CASE ；END PROCESS ；END ARCHITECTURE add0；3.2 设计或逻辑门实现或逻辑门的VHDL 程序。

LIBRARY IEEE ； USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ；ENTITY or IS PORT (a ，b ： IN STD_LOGIC ； c ：OUT STD_LOGIC)； END ENTITY or ；ARCHITECTURE orr OF or IS BEGINc<=a OR b ；END ARCHITECTURE orr ；add_inedsumadd_outfyx x yh_adds a x yh_addsa3.3 设计1位全加器实现1位全加器的VHDL 程序。

LIBRARY IEEE ； USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL ；ENTITY f_add IS PORT (x ，y ，add_in ： IN STD_LOGIC ； add_out ，sum ： OUT STD_LOGIC)； END ENTITY f_add ；ARCHITECTURE add1 OF f_add IS COMPONENT h_add ISPORT (x ，y ：IN STD_LOGIC ；a_out ，summ ：OUT STD_LOGIC)； END COMPONENT h_add ； COMPONENT or ISPORT (a ，b ：IN STD_LOGIC ； c: OUT STD_LOGIC)； END COMPONENT OR ； SIGNAL d ，e ，f: STD_LOGIC ； BEGINu1：h_add PORT MAP (x=>x ，y=>y ，sum=>d ，a_out=>e)；u2：h_add PORT MAP (x=>d ，y=>add_in ，sum=>summ ，a_out=>f)； u3：or PORT MAP (a=>f ，b=>e ，c=>add_out)； END ARCHITECTURE add1；3.4 设计8位加法器8位加法器原理图图3-2 8位加法器原理图add_outx0 y0summ0u0x yadd_inadd_out f_add x1 y1 summ1u1x yadd_inadd_out f_add x2 y2 summ2u2x yadd_inadd_out f_add x3 y3 summ3u3x yadd_inadd_out f_add x4 y4 summ4u4x yadd_inadd_out f_add x5 y5 summ5u5x yadd_inadd_out f_add x6 y6 summ6u6x yadd_inadd_out f_add x7 y7 summ7u7x yadd_inadd_out f_add实现8位加法器VHDL程序。

LIBRARY IEEE；USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；ENTITY 8f_add ISPORT (x0，x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7：IN STD_LOGIC；y0，y1，y2，y3，y4，y5，y6，y7：IN STD_LOGIC；add_in：IN STD_LOGIC；add_out：OUT STD_LOGIC；summ0，summ1，summ2，summ3：OUT STD_LOGIC；summ4，summ5，summ6，summ7：OUT STD_LOGIC)；END ENTITY 8f_add；ARCHITECTURE 8fadd OF 8f_add ISCOMPONENT f_add ISPORT (x，y，add_in：IN STD_LOGIC；a_out，summ：OUT STD_LOGIC)；END COMPONENT f_add；SIGNAL a，b，c，d，e，f，g: STD_LOGIC；BEGINu0：f_add PORT MAP (x=>x0，y=>y0，add_in=>，a_out=>a，summ=> summ 0)；u1：f_add PORT MAP (x=>x1，y=>y1，add_in =>a，a_out=>b，summ => summ 1)；u2：f_add PORT MAP (x=>x2，y=>y2，add_in =>b，a_out=>c，summ => summ 2)；u3：f_add PORT MAP (x=>x3，y=>y3，add_in =>c，a_out=>d，summ => summ 3)；u4：f_add PORT MAP (x=>x4，y=>y4，add_in =>d，a_out=>e，summ => summ 4)；u5：f_add PORT MAP (x=>x5，y=>y5，add_in =>e，a_out=>f，summ => summ 5)；u6：f_add PORT MAP (x=>x6，y=>y6，add_in =>f，a_out=>g，summ => summ 6)；u7：f_add PORT MAP (x=>x7，y=>y7，add_in =>g，a_out=>，summ => summ 7)；END ARCHITECTURE 8fadd；四实训总结与体会加法器是产生数的和的装置。

加数和被加数为输入，和数与进位为输出的装置为半加器。

若加数、被加数与低位的进位数为输入，而和数与进位为输出则为全加器。

全加器可以由两个半加器和一个或门连接而成。

设计全加器之前，必须首先设计好半加器和或门电路，把它们作为全加器内的元件，再按照全加器的电路结构连接起来，从而得到全加器电路，再利用级联方法构成8位加法器。

短暂的两周实训已经过去，对于我来说这两周的实训赋予了我太多实用的东西了，不仅让我更深层次的对课本的理论知识深入了理解，而且还让我对分析事物的逻辑思维能力得到了锻炼。

通过此次实训，我对例化语句有了更深刻的认识，了解了例化语句的格式、功能以及应用，能够利用例化语句进行简单的层次化设计。

同时对于加法器的设计有了一定的了解，能够使用半加器完成到全加器的设计。

不仅巩固了以前学过的知识，而且还学到了怎样运用EDA设计8位加法器的整个过程和思路，同时也提高了我们的思考能力的锻炼，这次实训为我今后的学习和工作打下了基础。