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EDA课程设计
玉林师范学院本科生课程设计论文
10位超前进位加法器设计
院系
电子与通信工程学院
专业
通信工程
学生班级
姓名
学号
指导教师单位
电子与通信工程学院
指导教师姓名
摘要
EDA（ElectronicDesignAutomation）技术是指以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具；通过有关的开发软件，自动完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编译下载等工具，最终形成电子系统或专用集成芯片的一门新技术，或称为IES/ASIC自动设计技术。
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10位加法器。
关键词：
EDA加法器Verilog
目录
第一章EDA简介1
第二章设计内容与要求2
第三章超前进位加法器设计原理2
第四章详细设计流程3
4.1.创建工程文件3
4.2.程序的编译4
4.3.波形的仿真5
第五章设计结果分析8
第六章源程序代码9
第七章心得体会10
第八章参考文献10
第一章EDA简介
EDA（ElectronicDesignAutomation）技术是指以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具；通过有关的开发软件，自动完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编译下载等工具，最终形成电子系统或专用集成芯片的一门新技术，或称为IES/ASIC自动设计技术。
全球提供EDA软件工具的厂商有近百家之多，大体分为两类：
一类是专业软件公司开发的EDA开发工具，独立于半导体器件厂商；另一类是半导体器件厂商为销售本公司可编程逻辑器件PLD产品开发的EDA软件工具，只能开发该公司的PLD器件。
本设计采用的Quartus8.0开发工具属于后者，是由Altera公司开发的EDA软件工具。
EDA开发流程如下图1.1所示[2]。
图1.1EDA开发流程
Figure1.1EDAdevelopmentprocesses
第二章设计内容与要求
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10位加法器。
要求在QuartusII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。
10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。
第三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+P0*C0=G0+P0*Cin
C2=G1+P1*C1=G1+P1*（G0+P0*Cin）=G1+P1*G0+P1*P0*Cin
C3=G2+P2*C2=G2+P2*（G1+P1*C1）=G2+P2*G1+P2*P1*G0+P2*P1*P0*Cin
C4=G3+P3*C3=G3+P3*（G2+P2*C2）=G3+P3*G2+P3*P2*G1+P3*P2*P1*G0+P3*P2*P1*P0*Cin
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=（A*B）⊕（A+B）⊕Cin=G⊕P⊕Cin
本实验中采用10位超前进位加法器
第四章详细设计流程
4.1.创建工程文件
打开QuartusII9.1创建一个工程文件adder_ahead
选择菜单File中NewProjectWizard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。
4.2.程序的编译
（1）.选择菜单“Processing”—“StartCompilation”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”---“CompilerTool”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”---“NetlistViewers”---“RTLViewer”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10位超期进位加法器生成的原理图如下：
10位超期进位加法器生成的原理图：
4.3.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”----“SimulatorSetWizard”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“OtherFile”页中的“VectorWaveFile”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”---“UtilityWindows”---“NodeFinder”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“NodesFound”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，选择菜单“Edit”---“EndTime”命令，在淡出的“Time”窗口中输入60us.
对数据的型号的格式可以选择：
Binary（二进制），Hexadecimal（十六进制）、Octal（八进制）、SignedDecimal（有符号十进制），UnsgnedDecimal（无符号十进制）。
这里选择的是UnsignedDecimal十进制，便于观察结果。
（5）仿真参数的设置，选择菜单“Assignments”—“Setting”
命令，在弹出的对话框选择“SimulatorSetting”项下的“Mode”
以选择仿真模式，仿真模式有功能仿真模式和时序仿真模式，这里选择功能仿真。
（6）观察仿真结果
选择菜单“Processing”---“StartSimulation”命令，即启动仿真器工作。
仿真完毕后，可以通过输出波形，检验所设计电路的功能是否正确。
10位超前进位的功能输出波形图：
10位超前进位的时序输出波形图：
第五章设计结果分析
输入a
1023
512
256
输入b
16
32
888
cin
0
1
0
1
0
1
sum
31
0
544
545
104
105
结果中显示是正常的，10位超前进位加法器得到成功的实现
第六章源程序代码
moduleadd_ahead（sum,cout,a,b,cin）;
input[9:
0]a,b;inputcin;output[9:
0]sum;
outputcout;wire[9:
0]G,P;wire[9:
0]C,sum;
assignG[0]=a[0]&b[0];//产生第0位本位值和进位值
assignP[0]=a[0]|b[0];
assignC[0]=cin;
assignsum[0]=G[0]^P[0]^C[0];
assignG[1]=a[1]&b[1];//产生第1位本位值和进位值
assignP[1]=a[1]|b[1];
assignC[1]=G[0]|（P[0]&cin）;
assignsum[1]=G[1]^P[1]^C[1];
assignG[2]=a[2]&b[2];//产生第2位本位值和进位值
assignP[2]=a[2]|b[2];
assignC[2]=G[1]|（P[1]&C[1]）;
assignsum[2]=G[2]^P[2]^C[2];
assignG[3]=a[3]&b[3];//产生第3位本位值和进位值
assignP[3]=a[3]|b[3];
assignC[3]=G[2]|（P[2]&C[2]）;
assignsum[3]=G[3]^P[3]^C[3];
assignG[4]=a[4]&b[4];//产生第4位本位值和进位值
assignP[4]=a[4]|b[4];
assignC[4]=G[3]|（P[3]&C[3]）;
assignsum[4]=G[2]^P[2]^C[2];
assignG[5]=a[5]&b[5];//产生第5位本位值和进位值
assignP[5]=a[5]|b[5];
assignC[5]=G[4]|（P[4]&C[4]）;
assignsum[5]=G[5]^P[5]^C[5];
assignG[6]=a[6]&b[6];//产生第6位本位值和进位值
assignP[6]=a[6]|b[6];
assignC[6]=
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