四位全加器的VHDLVerilogHDL实现
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四位全加器的VHDL/VerilogHDL实现
加法器的分类
(一)半加器
能对两个1位二进制数进行相加而求得和及进位的逻辑电路称为半加器。或:只考虑两个一位二进制数的相加,而不考虑来自低位进位数的运算电路,称为半加器。图1为半加器的方框图。图2为半加器原理图。其中:A、B分别为被加数与加数,作为电路的输入端;S为两数相加产生的本位和,它和两数相加产生的向高位的进位C一起作为电路的输出。
根据二进制数相加的原则,得到半加器的真值表如表1所列。
信号输入信号输出
A B S C
0 0 0 0
0 1 1 0
1 0 1 0
1 1 0 1
表1 半加器的真值表
由真值表可分别写出和数S,进位数C的逻辑函数表达式为:
(1)
C=AB (2)
由此可见,式(1)是一个异或逻辑关系,可用一个异或门来实现;式(2)可用一个与门实现。仿真结果如图3所示:
图3 半加器仿真图
(二)全加器
除本位两个数相加外,还要加上从低位来的进位数,称为全加器。图4为全
加器的方框图。图5全加器原理图。被加数A
i 、加数B
i
从低位向本位进位C
i-1
作
为电路的输入,全加和S
i 与向高位的进位C
i
作为电路的输出。能实现全加运算
功能的电路称为全加电路。全加器的逻辑功能真值表如表2中所列。
表2 全加器逻辑功能真值表
多位全加器连接可以是逐位进位,也可以是超前进位。逐位进位也称串行进位,其逻辑电路简单,但速度也较低。
五、加法器的VHDL实现
(一)半加器
VHDL语言描述语句为:
so<=a xor b;
co<=a and b
程序设计:
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
entity h_adder is
port (a,b:in std_logic;
so,co:out std_logic); ――定义输入、输出端口
end h_adder;
architecture bh of h_adder is
begin
so<=a xor b; ――“异或”运算
co<=a and b; ――“与”运算
end bh;
(二)全加器
1位全加器可由两个半加器组成,在半加器的基础上,采用元件调用和例化语句,将件连接起来,而实现全加器的VHDL编程和整体功能。全加器包含了两个半加器和一个或门。在此基础上可设计出四位全加器。
六、四位全加器
四位全加器VHDL程序代码如下:
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity add4 is
port(cin:in std_logic;
a,b:in std_logic_vector(3 downto 0);
s:out std_logic_vector(3 downto 0);
cout:out std_logic);
end add4;
architecture beh of add4 is
signal sint:std_logic_vector(4 downto 0);
signal aa,bb:std_logic_vector(4 downto 0);
begin
aa<='0' & a(3 downto 0); --4位加数矢量扩为5位,提供进位空间
bb<='0' & b(3 downto 0);
sint<=aa+bb+cin;
s(3 downto 0)<=sint(3 downto 0);
cout<=sint(4);
end beh;
四位全加器VerilogHDL程序代码如下:
module add(A,B,CI,CO,S);
parameter N=4;
input [N:1] A,B;
input CI;
output CO;
output [N:1] S;
assign {CO,S}=A+B+CI;
endmodule