半加器全加器的工作原理和设计方法实验报告

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+A B CO=AB
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：
逻辑图
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
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：
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); --例化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：
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。