FPGA——全加器的实现_全加器如何设置顶层文件

一.输入原理图实现1位加法器

1.创建工程

首先启动Quartus Ⅱ，new->NEW project Wizard,然后点击两次next，后如下图：
本项设计的文件夹取名为adder4,文件名取为half_adder
选择目标芯片: cycloneIVE系列的EP4CE115F29C7 ,如图:

一直点击next，直到最后选择finish，此时界面上会出现顶层文件名和项目名:

2.新建原理图文件

(1)新建原理图文件。打开QuartusII,选菜单“File”—“New”，在弹出的“New-”对话框中选择“Design Files”的原理图文件编辑输入项“Block block diagram/schematic File"按"OK"后将打开原理图编辑窗。

(2）在编辑窗中调入元件，完成半加器的原理图输入。
点击按纽或直接双击原理图空白处，从“Symbol”窗中选择需要的符号，或者直接在“name”文本框中键入元件名，如“and2”为2输入与门，点OK按钮，即将元件调入原理图编辑窗中。例如为了设计半加器，分别调入元件and2，not，xnor和输入输出引脚input和output。并如图用点击拖动的方法连接好电路。然后分别在input和output的PIN NAME上双击使其变黑色，再用键盘分别输入各引脚名:a、b, co和s。

添加输入输出，完成效果：

（4）存盘编译。
选择菜单File - Save As，选择刚才为自己的工程建立的目录d : \adder4，将已设计好的原理图文件取名为:half_adder.bdf(注意默认的后缀是.bdf)，并存盘在此文件夹内。然后点击进行编译，若无错误则可进行下一步，若有错进行原理图修改。编译完成后最下面的“message”框中信息如下:

3.将设计项目设置成可调用的元件

为了构成全加器的项层设计,必预将以上设计的半加器half_adder.bdf设置成可调用的元件。方法图所示，在打开半加器原理图文件half_adder.bdf的情况下，选择菜中File中的Create/Update→Create Symbol Files forCurrent File项，即可将当前文件h_adder. bdf变成一个元件符号存盘，以待在高层次设计中调用。

使用完全相同的方法也可以将VHDL文本文件变成原理图中的一个元件符号，实现VHDL文本设计与原理图的混合输入设计方法。转换中需要注意以下两点:
（1)转换好的元件必须存在当前工程的路径文件夹中;
(2）该方法只能针对被打开的当前文件。

4.半加器仿真

(1）新建波形文件。如上面新建图形文件的方法，从“file”中选择“new”，然后从出现的对话框中选择“university program VWF”。点击“OK”。

（2）添加信号

（3）编辑信号

保存文件并启动功能仿真：
功能仿真结果：

时序仿真结果：

5.设计全加器顶层文件

为了建立全加器的项层文件，必须再打开一个原理图编辑窗，即新建一个原理图文件。方法同前，即再次选择菜单"File”→“new",原理图文件编辑输入项"Block Diagram/Schematic File"。
与调入元件的方法一样，即在新打开的原理图编辑窗双击鼠标，在弹出的“symbol”窗的“name”栏输入底层文件半加器的存储名“half_adder”调出半加器，如图

6.将设计项目设置成顶层文件并编译仿真

将顶层文件f_adder.bdf设置为顶层文件的方法: project→set astop_level entity。如图:


功能仿真

时序仿真

7.verloge编程

代码：

module full_adder2(

	input ain,bin,cin,//输入信号，ain表示被加数，bin表示加数，cin表示低位向高位的进位
	output cout,sum//输出信号,cout表示向高位的进位，sum表示本位的相加和
	
);

	assign sum=(ain^bin)^cin;//本位和输出表达式
	assign cout=(ain&bin)|((ain^bin)&cin);//高位进位输出表达式
	
endmodule

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编译运行

此时编译无误可以通过tool->Netlist Viewers->RTL Viewer,查看电路图：

8.板上验证

因器材不足下次补上

二.4位全加器设计

1、输入原理图方法设计4位全加器

将full_adder设置为可调用元件：

新建原理图文件：
点击File->New，然后选择Block Diagram/Schematic File，选择元件full_adder,并绘制原理图：

将原理保存至adder4文件夹下，并命名为full_adder4.bdf，将full_adder4.bdf设置为顶层文件并编译：
没有红色即为编译成功

通过tool->Netlist Viewers->RTL Viewer,查看电路图：

仿真：
创建一个向量波形文件，并添加、编辑信号：

功能仿真：

时序仿真

2、Verilog编程方法设计4位全加器

代码：

module Verilog (
    num1,
    num2,
    cin,
    cout,
    sum
);

input   [3:0]   num1;
input   [3:0]   num2;
input           cin;
output          cout;
output  [3:0]   sum;


reg             cout;
reg     [3:0]   sum;
reg             add;
reg     [1:0]   cnt;
always @(num1 or num2 or cin)
begin
    // 第一位
    sum[0] = (num1[0] ^ num2[0]) ^ cin;
    cout = (num1[0] & num2[0]) | (num2[0] & cin) | (num1[0] & cin);
    add = cout;
    // 第二位
    sum[1] = (num1[1] ^ num2[1]) ^ add;
    cout = (num1[1] & num2[1]) | (num2[1] & add) | (num1[1] & add);
    add = cout;
    // 第三位
    sum[2] = (num1[2] ^ num2[2]) ^ add;
    cout = (num1[2] & num2[2]) | (num2[2] & add) | (num1[2] & add);
    add = cout;
    // 第四位
    sum[3] = (num1[3] ^ num2[3]) ^ add;
    cout = (num1[3] & num2[3]) | (num2[3] & add) | (num1[3] & add);
    add = cout;
end
endmodule

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保存并编译，此时编译无误可以通过tool->Netlist Viewers->RTL Viewer,查看电路图：

使用modelsim进行验证：

module four_tb ();
    reg     [3:0]     num1;
    reg     [3:0]     num2;
    reg               cin;
    wire              cout;
    wire    [3:0]     sum;

    four uut(
        .num1(num1),
        .num2(num2),
        .cin (cin),
        .cout(cout),
        .sum (sum)
    );
    initial
    begin
            num1 <= 4'b0000; num2 <= 4'b0000; cin <= 0;
        #10 num1 <= 4'b0000; num2 <= 4'b0000; cin <= 1;
        #10 num1 <= 4'b0101; num2 <= 4'b0001; cin <= 0;
        #10 num1 <= 4'b1000; num2 <= 4'b0100; cin <= 0;
        #10 num1 <= 4'b1111; num2 <= 4'b1111; cin <= 0;
        #10 num1 <= 4'b1100; num2 <= 4'b0100; cin <= 1;
        #10 num1 <= 4'b0011; num2 <= 4'b0000; cin <= 1;
        #10 num1 <= 4'b1111; num2 <= 4'b1111; cin <= 1;
    end
endmodule

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验证结果：

3、上板验证

器材不足，后续补全