1、1四位全加器11 微电子 黄跃 1117426021【实验目的】采用 modelsim 集成开发环境，利用 verilog 硬件描述语言中行为描述模式、结构描述模式或数据流描述模式设计四位进位加法器。【实验内容】加法器是数字系统中的基本逻辑器件。多位加法器的构成有两种方式：并行进位和串行进位方式。并行进位加法器设有并行进位产生逻辑，运算速度快；串行进位方式是将全加器级联构成多位加法器。通常，并行加法器比串行级联加法器占用更多的资源，并且随着位数的增加，相同位数的并行加法器比串行加法器的资源占用差距也会越来越大。实现多位二进制数相加的电路称为加法器,它能解决二进制中1110的功能（当然还有 00
2、、01、10）.【实验原理】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 Ai、加数 Bi从低位向本位进位Ci-1作为电路的输入，全加和 Si与向高位的进位 Ci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。信号输入端 信号输出端Ai Bi Ci Si Ci0 0 0 0 00 0 1 1 00 1 0 1 00 1 1 0 11 0 0 1 01 0 1 0 11 1 0 0 11 1 1 1 12表2 全加器逻辑功能真值表图4 全加器方框图图5 全加器原理图多位全加器
3、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。四位全加器如图 9 所示，四位全加器是由半加器和一位全加器组建而成：图 9 四位全加器原理图【实验步骤】(1)建立新工程项目：打开 modelsim 软件，进入集成开发环境，点击 FileNew project 建立一3个工程项目 adder_4bit。建立文本编辑文件：点击 FileNew 在该项目下新建 Verilog 源程序文件 adder_4bit.v并且输入源程序。(2)编译和仿真工程项目：在 verilog 主页面下，选择 Compile Compile All 或点击工具栏上的按钮启动编译，
4、直到 project 出现 status 栏全勾，即可进行仿真。选择 simulate - start simulate 或点击工具栏上的按钮开始仿真，在跳出来的 start simulate 框中选择 work-test_adder_4bit 测试模块，同时撤销Enable Optimisim 前的勾，之后选择 ok。在 sim-default 框内右击选择 test_adder_4bit，选择 Add Wave,然后选择simulate-run-runall,观察波形，得出结论，仿真结束。四位全加器1、 原理图设计如图 9 所示，四位全加器是由半加器和一位全加器组建而成：图 9 四位全加器
5、原理图【仿真和测试结果】下图为四位全加器的仿真图：4图 10 仿真图【程序源代码】1 位全加器程序代码如下：module f_adder(a,b,cin,sum,cout); output sum,cout;input a,b,cin;wire s1,c1,c2;xor(s1,a,b);and(c1,a,b);or(sum,s1,cin);and(c2,s1,cin);xor (cout,c2,c1);endmodule四位全加器程序代码如下：module adder_4bit(s,co,a,b,ci); output3:0 s;output co;input3:0 a,b;input ci;
6、wire ci1,ci2,ci3;f_adder f0(a0,b0,ci,s0,ci1);f_adder f1(a1,b1,ci1,s1,ci2);f_adder f2(a2,b2,ci2,s2,ci3);f_adder f3(a3,b3,ci3,s3,co);Endmodule四位全加器测试程序代码如下：module test_adder_4bit;reg 3:0 A,B;reg CI;wire 3:0 S;wire CO;adder_4bit A1(S,CO,A,B,CI);initialbegin$monitor($time,“A=%b,B=%b,CI=%b,CO=%b,S=%bn“,A,B,CI,CO,S);5endinitialbeginA=4d0;B=4d0; CI=1B0;#5 A=4d3;B=4d4;#5 A=4d2;B=4d5;#5 A=4d9;B=4d9;#5 A=4d10;B=4d15;#5 A=4d10;B=4d5;CI=1b1;endendmodule【实验心得和体会】通过设计 4 位全加器，熟练了原理图输入方法，学会使用 Verilog 语言输入方法，也能较灵活地使用 modlesim 软件。由时序图可以看出实现了 4 位全加器的功能,Verilog 的程序设计是正确的，实验是成功的。
