quarters加法器实验报告.docx
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quarters加法器实验报告
加法器数字逻辑实验报告
一、实验目的
1．熟悉QuartusII软件的基本操作，了解各种设计方法（原理图设计、文本设计、波形设计）
2．用VHDL语言设计一个加法器。
3．用VHDL语言设计串行加法器、并行加法器。
二、实验内容
1、熟悉QuartusⅡ软件的基本操作，了解各种设计输入方法（原理图设计、文本设计、波形设计）
2、用VHDL语言设计加法器、串行全加器、并行全加器，再利用波形编辑区进行逻辑功能仿真，以此验证电路的逻辑功能是否正确，最终在FPGA芯片上下载验证逻辑实现。
三、实验原理
1．全加器
用途：
实现一位全加操作
逻辑图
真值表
X
Y
CIN
S
COUT
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
VHDL程序
数据流描述：
波形图
2．四位串行加法器
逻辑图
波形图
3．74283：
4位先行进位全加器（4-BitFullAdder）
逻辑框图
逻辑功能表
注：
1、输入信号和输出信号采用两位对折列表，节省表格占用的空间，如：
[A1/A3]对应的列取值相同，结果和值[Σ1/Σ3]对应的运算是Σ1=A1+B1和Σ3=A3+B3。
请自行验证一下。
2、C2是低两位相加产生的半进位，C4是高两位相加后产生的进位输出，C0是低位级加法器向本级加法器的进位输入。
四、实验方法与步骤
实验方法：
采用基于FPGA进行数字逻辑电路设计的方法。
采用的软件工具是QuartusII软件仿真平台，采用的硬件平台是AlteraEPF10K20TI144_4的FPGA电路板。
实验步骤：
1、
建立工程project，并命名顶层文件为JFQ，按照实验箱上FPGA的芯片名更改编程芯片的设置。
操作是点击Assignment/Device,选取芯片的类型。
选择“FLEX10K——EPF10K20TI144_4”
2、编写VHDL源代码。
打开QuartusⅡ软件平台，点击File中得New建立一个VHDL文件。
编写的文件名与实体名一致且为JFQ。
VHDL如下：
3、
编译与调试。
确定源代码文件为当前工程文件，点击Processing/ComplierTool进行文件编译。
编译结果有错误或警告，则将要调试修改直至文件编译成功。
4、波形图。
在编译成功后，新建一个波形文件VectorWaveformFile开始设计波形。
点击Edit/Insert/Insertnodeorbus,按照程序所述插入节点。
设置endtime为2μs，网格大小为100ns。
设置x,y,cin的输入波形,cin的输入波形为网格大小200ns的“01”连续时钟变化信号，y的输入波形为网格大小100ns的“01”连续时钟变化信号,x的输入波形为网格大小100ns的“01”连续时钟变化信号。
点击Processing\GenerateFunctionalSimulationNetlist，创建仿真时序网表。
然后在Assingment\setting中选择SimulatorSettings——Functional,再点击StartSimulation进行功能仿真。
6、FPGA芯片编程及验证。
首先进行管脚锁定。
点击Assignment\Pins进入管脚锁定窗口，将x、y、cin锁定到三个输入管脚，cout、s锁定到两个输出管脚。
点击Processing/ComplierTool进行编译，成功后就即可将程序下载到芯片。
把电路板连接到电脑上，点击Tools\Programmer,进入下载到芯片窗口，选择好硬件及驱动后就可以点击Start进行下载了。
7、建立工程CXSWQJQ，并命名顶层文件为CXSWQJQ，重复第一步；
8、
编写VHDL源代码。
打开QuartusⅡ软件平台，点击File中得New建立一个文件。
编写的文件名与实体名一致且为CXSWQJQ，点击File/Saveas以“.vhd”为扩展名存盘文件。
VHDL设计源代码如下：
9、将加法器的VHDL文件引入顶层文件夹中，与此VHDL文件一起重复3-6步；
10、建立工程BXSWQJQ，并命名顶层文件为BXSWQJQ，重复第一步；
11、
编写VHDL源代码。
打开QuartusⅡ软件平台，点击File中得New建立一个文件。
编写的文件名与实体名一致且为BXSWQJQ，点击File/Saveas以“.vhd”为扩展名存盘文件。
VHDL设计源代码如下：
12、将加法器的VHDL文件引入顶层文件夹中，与此VHDL文件一起重复3-6步;
五、实验结果与分析
1、编译过程
a）编译过程、调试结果
2、写好的VHDL文件要先点击Processing\AnalyzeCurrentFile分析当前文件，成功后进行语法编译Processing\Start\StartAnalyze&Synthesis。
若编译出错，则检查代码，进行调试，再进行以上操作，直至成功。
b）结果分析及结论
代码结构语法均正确，故编译通过。
3、功能仿真
a）加法器：
b）串行加法器：
c）并行加法器
4、Programming芯片编程
a）芯片编程过程
首先进行管脚锁定，一些验证内容并行和串行基本相同，只列一次，又由于串并行加法器是加法器的组合结果，因此如果这一验证正确也可以表面加法器的验证正确。
点击Processing\CompilerTool进行编译，显示成功。
之后可以将程序下载到芯片。
添加硬件，选择驱动。
点击Start开始下载验证。
b）编程芯片FPGA验证结果与分析
打开70、69、51、49管脚，即X输入3，Y输入12，CIN输入0；99、98、97、96管脚亮起，108管脚不亮，即S输出16，不进位。
打开70、67、60、59、49管脚，即X输入9，Y输入13，CIN输入6；98、97管脚亮起，108管脚亮，即S输出6，进位。
c）结果分析与结论
当只打开部分输入管脚时，输入X\Y信号时，输出的S为X+Y或X+Y-16的值，COUT为进位情况。
经多次在电路板上的试验，证明工程实现了串行（并行）加法器的功能。
六、实验结论
实验总结
仿真和下载验证都成功，反应出程序设计的正确性。
成功的用VHDL语言实现了加法器、串行加法器、并行加法器。
实验心得
通过实验，我对QuartusⅡ的操作更加熟练了。
实验过程中需要多次进行编译，波形仿真是也需要多次见网格，有时忘记一步后面就无法成功。
利用波形图进行仿真的功能是非常有用的，将仿真结果、芯片验证结果和真值表进行比较，就能确定工程的正确性。
这次的实验其实十分简单，但却为以后的复杂实验做了铺垫，必须要理解好以及熟练运用软件的功能。
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