超前进位加法器设计报告解剖

华东交通大学理工学院课程设计报告书

所属课程名称EDA课程设计

题目超前进位加法器设计

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学生姓名

指导教师

2013 年7月2日

目录

第一章设计内容与要求 (3)

第二章超前进位加法器设计原理 (4)

第三章详细设计流程 (5)

3.1.创建工程文件 (5)

3.2.程序的编译 (6)

3.3.波形的仿真 (8)

第四章设计结果分析 (12)

第五章源程序代码 (13)

第六章心得体会 (15)

第七章参考文献 (16)

第一章设计内容与要求

加法运算是最重要也是最基本的运算，所有的其他基本运算，如减、乘、除运算最终都能归结为加法运算。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消耗的时间，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。本设计采用的是超前进位加法器。通过Verilog 设计一个超前8位加法器。

要求在Quartus II软件下，利用Verilog编程完成层次式电路设计，电路中的元件可以用Verilog设计也可以用库元件连线构成再封装。8位超前进位加法器，借助EDA工具中的综合器，适配器，时序仿真器和编程器等工具进行相应处理。适配采用Cyclone系列的EP1C6Q240C8。

要求综合出RTL电路，并进行仿真输入波形设计并分析电路输出波形. 试比较并阐述数据类型reg型和wire型的区别。

第二章超前进位加法器设计原理

将n个全加器相连可得n位加法器，但是加法时间较长。解决的方法之一是采用“超前进位产生电路”来同时形成各位进位，从而实现快速加

法。超前进位产生电路是根据各位进位的形成条件来实现的

首先对于1位加法器基本位值和与进位输出为1；如果a,b有一个为1，则进位输出等于cin;

令G=ab,P=a+b,则有：

Cout==ab+(a+b)cin=G+P•cin

由此可以G和P来写出4位超前进位链如下（设定四位被加数和加数为A 和B，进位输入Cin,进位输出为cout,进位产生Gi=AiBi,进位传输Pi=Ai+Bi）;

C0=cin;

C1=G0+P0C0=G0+P0•cin

C2=G1+P1C1=G1+P1(G0+P0cin)=G1+P1G0+P1P0cin

C3=G2+P2C2=G2+P2(G1+P1cin)=G2+P2G1+P2P1G0+P2P1P0cin

C4=G3+P3C3=G3+P3(G2+P2C2)=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1G0+P3P2P1P0cin Cout=c4

由超前进位链，各个进位彼此独立产生，将进位级联传播给去掉了，因此，减小了进位产生的延迟时间。

同样可推导出下面的式子：

SUM=A⊕B⊕Cin=（AB）⊕(A+B) ⊕CinU=G⊕P⊕Cin

本实验中采用8位超前进位加法器

第三章详细设计流程

3.1.创建工程文件

打开Quartus II 9.1创建一个工程文件adder_ahead

选择菜单File中New Project Wizard命令，在如下“工程设置”对话框中单击右侧“…”按钮，找到文件夹D:\atlera\quartus，选中已存盘的add_ahead.vhd的文件。

单击Next，将与工程有关的文件加入此工程。

（1）选择仿真器和综合器类型。都选默认的None。

（2）选择目标芯片。

（3）工具设置。这里默认使用QuartusⅡ自含的所有设计工具。

（4）结束设置。

3.2.程序的编译

（1）.选择菜单“Processing”—“Start Compilation”命令，或者点击运行编译按钮，启动完全编译，这里的完全编译包括分析与综合、适配、装配文件、定时分析、网编文件提取过程。如果只要进行期中的某一项编译，可以选着“Tools”---“Compiler Tool”命令，或者点击按钮即可出现编译工具选择串口，共包括5个编译工具，分别为分析与综合器、适配器、装配器、定时分析器、网表文件提提取器，单机每个工具前面的小

图标可单独启动每一个编译器。

（2）编译完成后，会将有关的编译信息显示在窗口中，可查看其中的相关内容。还可以查看中和后的电路原理图，选择“Tools”---“Netlist Viewers”---“RTL Viewer”菜单命令，既可观察综合生成的RLT方式的电路原理图，在这里我们可以看到8位超期进位加法器生成的原理图如下：

8位超期进位加法器生成的原理图：

3.3.波形的仿真

仿真时序，对项目进行仿真测试，也可以对项目中的某一个子模块进行仿真，其方法是选择菜单“Assignment”---“Wizard”----“Simulator Set Wizard”命令，在设置过程中指定仿真对象，并指定对象的仿真类型、矢

量激励源等。

（1）打开波形编辑器

选择菜单“File”---“New”命令，在“New”对话框中选择“Other File”页中的“Vector Wave File”选项，单击“ok”按钮，即出现选择波形按钮；

（2）输入信号节点

选择菜单“View”---“Utility Windows”---“Node Finder”命令，出现对话框，在“Filter”下拉列表中选择“Pins：all”选项，再次单击“List”按钮，即在下面的“Nodes Found”框中出现本设计项目的所有端口引脚列表，从端口列表中选择所需要的，并逐个拖到波形编辑窗口中

（4）编辑输入信号波形

点击波形编辑窗口中的全屏显示，使用波形编辑窗口中的各种波形赋值，编辑各输入信号的激励波形。在仿真的时候需要设置一个合理的区域，选