一位全加器及四位全加器————FPGA

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前言

环境：
1、Quartus18.0
2、vscode
3、基于Intel DE2-115的开发板

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一、一位全加器

• 全加器简介：
  全加器英语名称为full-adder，是用门电路实现两个二进制数相加并求出和的组合线路，称为一位全加器。一位全加器可以处理低位进位，并输出本位加法进位。多个一位全加器进行级联可以得到多位全加器。常用二进制四位全加器74LS283。

• 输入输出真值表：

一位全加器的真值表如下图，其中Ai为被加数，Bi为加数，相邻低位来的进位数为Ci-1，输出本位和为Si。向相邻高位进位数为Ci

1、一位全加器的原理图设计

工程创建过程这里就不再赘述，之前已经仔细介绍过，芯片型号选为EP4CE115F29即可。具体操作看下面：
https://blog.csdn.net/qq_52215423/article/details/127832959

• 在实现一位全加器之前需要先设计一下半加器：
  点击File->new:
  
• 选择元件：
  
  -添加输入输出通道完成设计：
  
• 效果：
  
• 查看RTL图：
  
• 将设计的半加器设置为可调用的元件：
  

保存为half_adder,博主这里把半加器命名成了quanjiaqi
，全加器命名成了quanjiaqi1。

• 设计全加器的原理图：

• 新建文件：
  

• 添加元件：

• 效果：
  
• RTL图：
  

2、一位全加器的Verilog编程

• 1、创建Verilog文件：
  
• 代码：

module shiyan1(
	//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

• RTL电路图：
  

3、上板效果

一位全加器

二、四位全加器

1、四位全加器的原理图设计

• 将一位全加器设置为可调用的元件：

• 原理图：

• RTL电路图：

• 仿真：

2、四位全加器的Verilog 编程

• 创建文件：
  
• 代码：

module full_adder4(
    input[3:0] a,b,
    input cin,
    output[3:0] sum,
    output cout
);
    assign{cout,sum} = a+b+cin;
endmodule

• RTL电路图：

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三、总结

由于在实验课上未完成四位加法器的操作，这里就没有了上板的效果视频。这次的实验主要就是通过全加器对FPGA知识进行入门操作，通过自己设计原理图可以更清楚的知道工程的内部连线，自由性更大，更为直观。但是，通过verilog编程能够通过编程而不去了解里面是有什么组成的而实现RTL电路图，并且工程会根据使用的资源、线路去生成相对较优的RTL电路图。

四、参考资料

1、FPGA——1位全加器的实现
2、编程Verilog四位全加器