电工电子仿真实践报告模板电气.docx

1、电工电子仿真实践报告模板电气东 北 石 油 大 学EDA技术实践课程设计课 程 EDA技术实践课程设计 题 目 加法器 院 系 电气信息工程学院电气系 专业班级 电气123 学生姓名 张豹 学生学号 120603140309 指导教师 白丽丽 刘小斌 2014年 7月 25日EDA技术实践课程设计任务书课程 EDA技术实践课程设计 题目 加法器 专业 电气工程及其自动化 姓名 张豹 学号 120603140309 主要内容： 根据仿真软件QuartusII 的主要功能特点,利用其先进的高频仿真功能对加法器进行设计和研究。基本要求： 课程设计前，学生须仔细查询本次课程设计相关内容，明确课程设计目

2、的和内容；明确四位加法器原理与步骤；复习与课程设计内容有关的理论知识；预习仪器设备的使用方法、操作规程及注意事项。利用EDA工具，从概念、算法、协议等开始设计电子系统，并将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。主要参考资料：1闫石. 数字电子技术M.北京：高等教育出版社，2006.2丁磊，张海笑. 数字逻辑与EDA设计实验指导书M.西安：西安电子科技大学出版社，2012.3胡波，李卫兵. EDA技术在数字电子技术实验中的应用J.实验科学与技术，2011.4刘昌华.EDA技术综述J.计算机与数字工程，2007.5张吉春. 现代EDA技术及应用J

3、.北京：中国人民公安大学学报，2005.完成期限 2014.7.212014.7.25 指导教师 白丽丽 刘小斌 专业负责人 2014年 7 月18日目录1 设计目的 12 设计环境 13 设计原理 13.1 1位加法器 13.2 4位串行进位加法器 34 1位全加器实验测试与结果分析 34.1 测试程序 34.2 编译与调试 44.3 输入波形 44.4 输出波形 54.5仿真原理图 65 4位串行进位加法器实验测试与结果分析 65.1测试程序 65.2 编译与调试 75.3 输入波形 75.4 输出波形 85.5仿真原理图 96 总结 9参考文献 111 设计目的 本实验课程的目的，旨在通

4、过上机实验，使学生加深理解EDA技术的基本方法，帮助和培养学生建立利用原理图和硬件描述语言进行电路设计的基本方法和利用EDA工具软件QuartusII设计简单数字电子系统的能力，为以后从事有关数字电子系统方面的设计和研究开发工作打下基础。2 设计环境 本次EDA课设主要使用软件QuartusII7.2。下面就此软件做以下介绍。QuartusII是Altera公司推出的CPLD/FPGA开发工具，QuartusII提供了完全集成且与电路结构无关的开发包环境，具有数字逻辑设计的全部特性，包括：可利用原理图、结构框图、VerilogHDL、AHDL、和VHDL我们完成电路描述，并将其保存为设计实体文

5、件；芯片平面布局连线编辑；LogicLock增量设计方法，用户可建立并优化系统，然后添加对原始系统的性能影响较小或无影响的后续模块。QuartusII的基本特点：功能强大的逻辑综合工具；完备的电路功能仿真与时序逻辑仿真工具；定时、时序分析与关键路径延时分析；可使用SignalTapII逻辑分析工具进行嵌入式的逻辑分析；支持软件源文件的添加和创建，并将它们链接起来生成编程文件；实用组合编译方式可一次完成整体设计流程；自动定位编译错误；高效的期间编程与验证工具； 可读入标准的EDIF网表文件、VHDL网表文件和Verilog网表文件；能生成第三方EDA软件使用的VHDL网表文件和Verilog网表

6、文件。3 设计原理3.1 1位全加器 在计算机中2个二进制数之间的加减乘除算术运算都是由若干加法运算实现的。全加器是算术逻辑运算的重要组成部分，对其深入探索研究有重要的意义。一位全加器及其表达式在将2个多位二进制数相加时，除了最低位以外，每位都应该考虑来自低位的进位，即将2个对应位的加数和来低位的进位3个数相加，实现这种运算电路即是全加器。设a是加数，b是被加数，c是来自低位的进位，sum是本位的和，cout是向高位的进位。根据二进制数加法运算规则和要实现的逻辑功能，得出1位全加器真值表，如表3-1所示。实验原理电路图如图3.1所示。表3-1 1位全加器真值表输入 输出abccoutsum00

7、00000101010010111010001101101101011111 图3.1 1位全加器原理图3.2 4位串行进位加法器能实现四位二进制数全加的数字电路模块，称之为四位全加器。多位全加器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。在实际的设计和相关系统的开发中需要注意资源的利用率和进位速度等两方面的问题，多位加法器串行进位方式，串行进位方式是将全加器级联构成多位加法器，因为，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。四位全加器可对两个多位二进制数进行加法运算，

8、同时产生进位。当两个二进制数相加时，较高位相加时必须加入较低位的进位项（C），以得到输出为和（sum）和进位（cout）。4位串行进位加法器原理图如图3.2所示。 图3.2 4位串行进位加法器原理图图4 1位全加器实验测试与结果分析4.1测试程序使用QuartusII软件编写程序：module full_add1(a,b,cin,sum,cout); input a,b,cin; output sum,cout; wire s1,m1,m2,m3; and(m1,a,b),(m2,b,cin),(m3,a,cin); xor(s1,a,b),(sum,s1,cin); or(cout,m1,m

9、2,m3); endmodule4.2编译与调试调试截图如图4.2所示。图4.2 全加器调试截图4.3输入波形输入波形：输入a、b、cin三个波形。如图4.3所示。图4.3 全加器输入波形4.4输出波形仿真输出波形结果，如图4.4所示。图4.4 全加器输出波形4.5仿真原理图点击Tool/Netlist Viewers/RTL Viewer，则会出现原理图如图4.5所示。图4.5 全加器仿真原理图5 4位串行进位加法器实验测试与结果分析5.1测试程序使用QuartusII软件编写程序： module add_j1(sum,cout,a,b,cin); input3:0 a,b; input c

10、in; output3:0 sum; output cout; full_add1 u0(a0,b0,cin,sum0,cin1);/级连描述full_add1 u1(a1,b1,cin1,sum1,cin2);/full_add1源代码见4.1一位全加器程序full_add1 u2(a2,b2,cin2,sum2,cin3); full_add1 u3(a3,b3,cin3,sum3,cout); endmodule5.2编译与调试调试截图如图5.2所示。 图5.2 4位串行进位加法器调试截图5.3输入波形输入a、b、cin三个波形，如图5.3所示。图5.3 4位串行进位加法器输入波形5.4

11、输出波形4位串行进位加法器仿真输出波形结果如图5.4所示。图5.4 4位串行进位加法器输出波形5.5仿真原理图好点击Tool/Netlist Viewers/RTL Viewer，则会出现原理图如图5.5所示。图5.5 4位串行进位加法器仿真原理图6 总结 本课程设计就加法器进行原理图设计，使用QuartusII进行了仿真，验证了设计的合理性和可行性。 通过一个星期的学习我们初步了解了EDA的发展历程及软件QuartusII的使用。同时，大致懂得了一个课题制作的具体流程和实施方法。另外，课程设计对Quartus软件的使用要求较高，从而使我能较为熟练的运用此软件。在设计时，采用模块化的设计思路使

12、得问题变的简单明了，大大缩短了时间，降低了发生错误的机侓，也便于修改和更新。 通过这次实践我找到自身的不足，发现自己需要改进和学习的地方还很多，感觉收货好多，概括一下：一在实践活动上要善于与别人沟通。经过一段时间的实践让我认识更多的人。如何与别人沟通好，这门技术是需要长期的练习。以前实践的机会不多，使我与别人对话时不会应变，会使谈话时有冷场，这是很尴尬的。与同学的沟通也同等重要。人在社会中都会融入社会这个团体中，人与人之间合力去做事，使其做事的过程中更加融洽，更事半功倍。别人给你的意见，你要听取、耐心、虚心地接受。别人的一句话，很可能就会点醒你。二在实践中要有自信。自信不是麻木的自夸，而是对自

13、己的能力做出肯定。在多次的亲手实践中，我明白了自信的重要性。你没有工作经验没有关系，重要的是你的能力不比别人差。相信自己可以做到，并且比别人的做更好，有自信使你更有精神和智慧。 课程设计是一次很好的锻炼机会，我从中学的很多知识对将来的学习和工作都有很大的帮助，十分感谢学校能提供这样一个机会。参考文献1 闫石. 数字电子技术M.北京：高等教育出版社，2006.2 丁磊，张海笑. 数字逻辑与EDA设计实验指导书M.西安：西安电子科技大学出版社，2012.3 胡波，李卫兵. EDA技术在数字电子技术实验中的应用J.实验科学与技术，2011.4 刘昌华.EDA技术综述J.计算机与数字工程，2007.5

14、 张吉春. 现代EDA技术及应用J.北京：中国人民公安大学学报，2005.6 赵辉.基于EDA技术的数字系统设计J.电子设计工程，2012.东北石油大学课程设计成绩评价表课程名称 EDA技术实践课程设计题目名称 加法器 学生姓名张豹学号120603140309指导教师姓名白丽丽 刘小斌职称 讲师副教授序号评价项目指 标满分评分1工作量、工作态度和出勤率按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。202课程设计质量课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。453创新工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。54答辩能正确回答指导教师所提出的问题。30总分评语：指导教师： 年 月 日