实验任务1 定点加法实验

实验要求

使用Verilog语言，设计2个计数器
计数器1字长3比特，无符号数制，从0计数到7。
计数器2字长4比特，二补码数制，从-7 计数到7。（注意危险的1000，这是-8）
自行设计符号扩展规则，把两个计数器的输出信号进行字长匹配，然后相加
自行设定相加之后的字长。
验证两个计数值相加之后的正确性。
可以使用modelsim或是quartus的波形仿真或是signalTAP

1. 计数器1字长3比特，无符号数制，从0计数到7。

module cnt_0to7(clk, rst_n, cnt_1);  

    input clk;
    input rst_n;
    output reg [2:0] cnt_1;

    parameter   T= 7;

always @ (posedge clk) 
begin
  if(!rst_n)
        cnt_1 <= 0;
  else if(cnt_1 == T)
        cnt_1 <= 0;
  else
        cnt_1 <= cnt_1 + 1'b1;
end

endmodule 

2.计数器2字长4比特，二补码数制，从-7 计数到7。

module cnt__7to7(clk, rst_n, cnt_2);  

input clk, rst_n;
output [3:0] cnt_2;

reg signed [3:0] cnt_2; 

always @ (posedge clk) 
begin
    if(!rst_n)
        cnt_2 <= 4'sb1001;
    else if(cnt_2==4'b0111)
        cnt_2 <= 4'b1001;
    else
        cnt_2 <= cnt_2 + 4'sb0001;
end

endmodule  

3.符号扩展为4位，把两个计数器的输出信号进行字长匹配，然后相加

module and_cnt(clk, rst_n, sum);

    input clk, rst_n;
    output sum; 

    reg signed [4-1:0] sum; 

    reg signed [4-1:0] cnt_1_3to4; 

    wire  signed [3-1:0] cnt_1;
    wire  signed [4-1:0] cnt_2;

    cnt_0to7 a(.clk(clk), .rst_n(rst_n), .cnt_1(cnt_1));
    always @ (cnt_1)
    begin
     cnt_1_3to4 = {1'sb0,cnt_1};
    end

    cnt__7to7 b(.clk(clk), .rst_n(rst_n), .cnt_2(cnt_2));

    always @ (cnt_1_3to4 or cnt_2)
    begin
            sum = cnt_1_3to4 + cnt_2;
    end

endmodule 

从modelsim截图中可以看到有溢出产生

4.符号扩展为5位，把两个计数器的输出信号进行字长匹配，然后相加

module and_cnt_2(clk, rst_n, sum);
    input clk, rst_n;
    output reg signed [5-1:0] sum; 

    reg signed [4:0] cnt_1_3to5; 
    reg signed [4:0] cnt_2_4to5; 

    wire  signed [2:0] cnt_1;
    wire  signed [3:0] cnt_2;

    cnt_0to7 a(.clk(clk), .rst_n(rst_n), .cnt_1(cnt_1));

    always @ (cnt_1)
    begin
     cnt_1_3to5 = {2'b00,cnt_1};
    end

    cnt__7to7 b(.clk(clk), .rst_n(rst_n), .cnt_2(cnt_2));


    always @ (cnt_2)
    begin
     if(cnt_2[3] == 0)
      cnt_2_4to5 = {1'b0,cnt_2};
     else
      cnt_2_4to5 = {1'b1,cnt_2};
    end

    always @ (cnt_1_3to5 or cnt_2_4to5)
    begin
     sum = cnt_1_3to5 + cnt_2_4to5;
    end

endmodule

截图中可以看到该段及未显示段均正确

总结（定点数相加字长问题）

1.首先将两个定点数扩展为相同bit数，建议与和的bit数相同
2.简单计算相加和的最大值，从而确定和的bit数。&注意此时要考虑到符号位是否存在，若符号位存在，应预留出符号位，即扩展为实际长度+1