FPGA设计入门——一位全加速器的实现_单比特全加器门级原理图

一、认识全加器

1、半加器

1. 半加器的定义
   半加器是能够对两个一位的二进制数进行相加得到半加和以及半加进位的组合电路
2. 半加器的真值表
   A，B表示二进制数，C表示半加进位，S表示半加和
   
3. 输出表达式
   S = A ˉ B + A B ˉ = A ⊕ B
   C = A B
4. 逻辑电路图
   

2、1位全加器

1. 1位全加器的真值表
   Ain表示被加数，Bin表示加数，Cin表示低位进位，Cout表示高位进位，Sum表示本位和
   
2. 输出表达式
   S u m = A i n ⊕ B i n ⊕ C i n
   C o u t = ( A i n ⊕ B i n ) ⋅ C i n + A i n B i n = ( A i n & B i n ) ∣ ( B i n & C i n ) ∣ ( A i n & C i n )
3. 逻辑图
   

二、输入原理图实现1位加法器

创建工程过程
启动 Quartus II 软件，选择File->New Project Wizard，在出现的界面下先Next，填写工程的路径和名称，然后接着Next，直到出现下面界面并进行相应操作。接着一路Next，直到Finish，完成工程的创建。

1、半加器原理图输入

1. 绘制过程实现
   首先选择File->New，进入后选择Block Diagram/Schematic File
   
   选择元件
   
   添加输入输出，完成效果
   
   保存文件，并编译
   通过tool->Netlist Viewers->RTL Viewer,查看电路图
   
2. 仿真实现
   创建一个向量波形文件，选择菜单项 File→New->VWF
   
   添加信号
   
   编辑信号
   
   保存文件并启动功能仿真，出现错误，进行仿真配置，选择tool->launch simulation library complier
   
   功能仿真结果
   
   时序仿真结果

2、全加器原理图输入

利用半加器元件实现全加器

1. 将设计项目设置为可调用的元件
   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→CreateSymbolFilesforCurrentFile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
   
2. 绘制过程实现
   首先选择File->New，进入后选择Block Diagram/Schematic File
   
   选择元件
   
   添加输入输出，完成效果
   
   保存文件，并编译
   通过tool->Netlist Viewers->RTL Viewer,查看电路图
   
3. 仿真实现
   创建一个向量波形文件，选择菜单项 File→New->VWF
   
   添加信号
   
   编辑信号
   
   保存文件并启动功能仿真，出现错误，进行仿真配置，选择tool->launch simulation library complier
   
   功能仿真结果
   
   时序仿真结果
   
4. 硬件实操
   选择目标芯片
   
   
   引脚绑定
   注：这里需要参考具体的硬件外围设备分布，哪个输入输出对应哪个引脚
   比如这里我将ain，bin，cin对应了我这里的硬件的三个拨码开关，cout和sum对应两个led灯
   
   
   再编译，将引脚真正绑定
   
   绑定硬件
   连接设备：
   将USB Blaster下载器一端连接电脑，另一端与开发板上的JTAG接口相连接；然后连接开发板电源线，并打开电源开关
   
   这里就可以设置连接的硬件及烧录程序了
   

三、Verilog实现1位加法器

1. 创建Verilog文件
   
2. 代码实现

module full_adder(
	//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
	input ain,bin,cin,
	//输出信号,cout表示向高位的进位，sum表示本位的相加和
	output reg cout,sum

);
reg s1,s2,s3;
always @(ain or bin or cin) begin
	sum=(ain^bin)^cin;//本位和输出表达式
	s1=ain&cin;
	s2=bin&cin;
	s3=ain&bin;
	cout=(s1|s2)|s3;//高位进位输出表达式
end
endmodule
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保存并编译文件
通过tool->Netlist Viewers->RTL Viewer,查看电路图

3. 仿真实现
创建一个向量波形文件，选择菜单项 File→New->VWF

添加信号

编辑信号

保存文件并启动功能仿真，出现错误，进行仿真配置，选择tool->launch simulation library complier

功能仿真结果

时序仿真结果

四、烧录测试

芯片引脚配置表


输入原理图

1. 将设计项目设置为顶层文件
   选中对应的设计文件
   
2. 配置引脚
   使用3个SW作为输入信号，2个LED作为输出信号
   
   原理图如下
   
3. 下载
   
4. 结果效果
   通过拨动SW，观察LED的亮灭的效果，发现SW开表示1，关表示0，LED亮表示1，灭表示0。最终，验证的结果为跟其真值表相吻合。

参考链接

Verilog全加器
FPGA——1位全加器的实现