北科大第二次计组实验报告_超前进位加法器

北京科技大学计算机与通信工程学院
实验报告
实验名称：超前进位加法器
学生姓名：
专业：计算机科学与技术
班级：
学号：
指导教师：
实验成绩：
实验地点：
实验时间：2015 年 5 月28 日
一、实验目的与实验要求
1、实验目的
（1）掌握静态随机存储器的基本结构；
（2）掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法；（3）掌握超前进位加法器的原理及其设计方法；
（4）理解使用超前进位逻辑设计ALU的方法；
（5）掌握乘法器的原理及其设计方法；
（6）熟悉FPGA应用设计及QuartusⅡ软件的使用。

2、实验要求
（1）验证静态随机存储器的读写功能；
（2）用QuartusⅡ软件设计一个超前进位加法器；
（3）用QuartusⅡ软件设计一个阵列乘法器。

二、实验设备（环境）及要求
Window 8，QuartusⅡ软件
三、实验内容与步骤
1、实验1
（1）实验内容
验证静态随机存储的读写功能：
（2）主要步骤
①关闭实验系统电源，在断电状态下按图3.15所示连接实验电路，并检查无误。

②将时序单元的状态开关置为“单步”档，MEM单元的编程开关置为“运行”档。

③将CON单元的IOR开关置为1（使IN单元无输出），打开电源开关，如果听到有“嘀”报警声，说明有总线竞争现象，应立即关闭电源，重新检查接线，直到错误排除。

④给存储器写入数据：要先写地址，后写数据。

写存储器的流程如图3.16所示（以向00地址单元写入11H为例）：
读存储器的流程如图3.17所示（以从00地址单元读出11H为例）：
⑤根据对实验原理的描述，以向03H地址单元写入数据33H为例，填写表3.6.中的操作步骤以及相关信号状态。

在以从03H地址单元读取数据为例，填写表3.7中的操作步骤及相关的信号状态。

2、实验2
（1）实验内容
用QuartusⅡ软件设计一个8位超前进位加法器。

（2）主要步骤
①打开Quartus Ⅱ软件，进入软件初始界面；
②通过File→New→Block Diagram/Schematic File选项，建立原理图文件；
③添加原件和连接线：分别在原理图上画出A、B模块，保存原理图文件，通过File→Create/Update→Crate Symbol Files for File选项，把A、B原理图转换为元件符号。

再建立一个原理图文件，按照图3.8接线。

原理图如下：
A模块
B模块
④完成原理图后，过File→New Project Wizard选项，建立一个新工程，在建立时候在Add Files窗口添加原理图文件；
⑤进行功能仿真。

通过Processing→Generate Functional Simulation Netlist选项产生功能仿真网络表。

有了功能仿真网络表，就可以对工程进行功能仿真。

通过File→New或者单击
工具按钮新建一个Vector Waveform File向量波形文件；
⑥在向量波形文件窗口中，在Name下方空白处右击，在弹出的快捷菜单中选择
Insert→Insert Node or Bus菜单项，或者在Name正文空白处双击弹出Insert Node or Bus对话框，单击Node Finder按钮，进行信号的添加；添加a、b、C0，s信号，a、b，s设为十进制值，a、b设置为随机值，C0置零，保存文件；
⑦通过Assignments→Settings选项或者单击工具按钮进行仿真设置；更改Simulation mode 为Functional，选择仿真输入为刚刚新建的向量波形文件。

完成设置后，通过Processing→Start Simulation选项或者单击工具按钮进行功能仿真，仿真结果为下图：
3、实验3
（1）实验内容
用QuartusⅡ软件设计一个4*4阵列乘法器。

（2）主要步骤
①打开Quartus Ⅱ软件，进入软件初始界面；
②通过File→New Project Wizard选项，建立一个新工程；
③通过File→New选项或单击工具按钮，在工程里新建Verilog HDL代码文件，保存文件，在Quartus Ⅱ提供的代码编辑器里进行代码编辑：
module chengfa(a,b,p);
input [3:0]a,b;
output reg [7:0]p;
integer c;
always@(a or b)
begin
{c,p[0]}=a[0]*b[0];
{c,p[1]}=a[1]*b[0]+a[0]*b[1]+c;
{c,p[2]}=a[2]*b[0]+a[1]*b[1]+a[0]*b[2]+c;
{c,p[3]}=a[3]*b[0]+a[2]*b[1]+a[1]*b[2]+a[0]*b[3]+c;
{c,p[4]}=a[3]*b[1]+a[2]*b[2]+a[1]*b[3]+c;
{c,p[5]}=a[3]*b[2]+a[2]*b[3]+c;
{c,p[6]}=a[3]*b[3]+c;
p[7]=c;
end
endmodule
④完成代码编写后，通过Processing →Start →Start Analysis&Synthesis选项或者单击工具按钮进行Quartus Ⅱ工程的语法与综合编译；编译无误后，通过Tools→Netlist Viewers→RTL Viewer选项可以生成综合后的电路结构图；
⑤完成编译与综合后，进行功能仿真。

通过Processing→Generate Functional Simulation Netlist选项产生功能仿真网络表。

有了功能仿真网络表，就可以对工程进行功能仿真。

通过File→New选项或者单击工具按钮新建一个Vector Waveform File向量波形文件；
⑥在向量波形文件窗口中，在Name下方空白处右击，在弹出的快捷菜单中选择
Insert→Insert Node or Bus菜单项，或者在Name正文空白处双击弹出Insert Node or Bus对话框，单击Node Finder按钮，进行信号的添加；添加a、b、p信号，a、b、p设置为十进制值，a、b设置为随机值；保存文件；
⑦通过Assignments→Settings选项或者单击工具按钮进行仿真设置；更改Simulation mode 为Functional，选择仿真输入为刚刚新建的向量波形文件。

完成设置后，通过
Processing→Start Simulation选项或者单击工具按钮进行功能仿真，仿真结果为下图：
四：实验结果与分析
1、实验1
表3.6存储器写操作流程
信号 步骤 IN 单元置地址 地址打入AR IN 单元置输出 数据打入MEM WR 0 0 0 1 RD 0 0 0 0 IOM 0 0 0 0 IOR 0 0 0 0 LDAR 0 1 0 0 T2
按一下
按一下
表3.7存储器读操作流程
信号 步骤 IN
单元置地址 地址打入AR 关闭IN 单元输出 读出MEM 数据 WR 0 0 0 0 RD 0 0 0 1 IOM 0 0 0 0 IOR 0 0 1 1 LDAR 0 1 0 0 T2
按一下
2、实验2
经验证，上图的结果是正确的。

3、实验3
经验证，上图的结果是正确的。

五：结论（讨论）
1、实验结论
（1）基本掌握了静态随机存储器的基本结构；
（2）学会了用实验箱进行静态随机存储器数据的读写；
（3）基本掌握了超前进位加法器的原理及其设计方法；
（4）基本掌握了乘法器的原理及其设计方法。

2、讨论
存在的问题：编写程序的速度太慢了，而且不会把程序下载到实验箱，并且进行接线使用。

改进方向：要多看verilog教程，提高编程速度。

在下次实验中学会实验箱使用方法。

六、教师评审
教师评语实验成绩
签名：
日期：。