设计示例432位先行进位加法器的设计

设计示例4：32位先行进位加法器的设计

1、功能概述：

先行进位加法器是对普通的全加器进行改良而设计成的并行加法器，主要是针对普通全加器串联时互相进位产生的延迟进行了改良。超前进位加法器是通过增加了一个不是十分复杂的逻辑电路来做到这点的。

设二进制加法器第i位为A i，B i，输出为S i，进位输入为C i，进位输出为C i+1，则有：S i=A i⊕B i⊕C i （1-1）

C i+1 =A i * B i+ A i *C i+ B i*C i =A i * B i+（A i+B i）* C i（1-2）

令G i = A i * B i , P i = A i+B i，则C i+1= G i+ P i *C i

当A i和B i都为1时，G i = 1，产生进位C i+1 = 1

当A i和B i有一个为1时，P i = 1，传递进位C i+1= C i

因此G i定义为进位产生信号，P i定义为进位传递信号。G i的优先级比P i高，也就是说：当G i = 1时（当然此时也有P i = 1），无条件产生进位，而不管C i是多少；当G i=0而P i=1时，进位输出为C i，跟C i之前的逻辑有关。

下面推导4位超前进位加法器。设4位加数和被加数为A和B，进位输入为C in，进位输出为C out,对于第i位的进位产生G i = A i·B i ,进位传递P i=A i+B i , i=0,1,2,3。于是这各级进位输出，递归的展开Ci，有：

C0 = C in

C1=G0 + P0·C0

C2=G1 + P1·C1 = G1 + P1·G0 + P1·P0?C0

C3=G2 + P2·C2 = G2 + P2·G1 + P2·P1·G0 + P2·P1·P0·C0

C4=G3 + P3·C3 = G3 + P3·G2 + P3·P2·G1 + P3·P2·P1·G0 + P3·P2·P1·P0·C0 （1-3）

C out=C4

由此可以看出，各级的进位彼此独立产生，只与输入数据Ai、Bi和Cin有关，将各级间的进位级联传播给去掉了，因此减小了进位产生的延迟。每个等式与只有三级延迟的电路对应，第一级延迟对应进位产生信号和进位传递信号，后两级延迟对应上面的积之和。实现上述逻辑表达式（1-3）的电路称为超前进位部件（Carry Lookahead Unit），也称为CLA 部件。通过这种进位方式实现的加法器称为超前进位加法器。因为各个进位是并行产生的，所以是一种并行进位加法器。

从公式（1-3）可知，更多位数的CLA部件只会增加逻辑门的输入端个数，而不会增加门的级数，因此，如果采用超前进位方式实现更多位的加法器，从理论上讲，门延迟不变。但是由于CLA部件中连线数量和输入端个数的增多，使得电路中需要具有大驱动信号和大扇入门，这会大大增加门的延迟，起不到提高电路性能的作用。因此更多位数的加

法器可通过4位CLA 部件和4位超前进位加法器来实现，如图2所示。

将式（1-3）中进位C 4的逻辑方程改写为：

C 4=G m0 + P m0·C 0 (1-4)

C4表示4位加法器的进位输出，Pm0、Gm0分别表示4位加法器的进位传递输出和进位产生输出，分别为：

P m0 = P 3·P 2·P 1·P 0

G m0 = G 3 + P 3·G 2 + P 3·P 2·G 1 + P 3·P 2·P 1·G 0

将式（1-4）应用于4个4位先行进位加法器，则有：

C 4=G m0 + P m0·C 0

C 8= G m1 + P m1·C 4 = G m1 + P m1·G m0 + P m1·P m0 ?C 0

C 12= G m2 + P m2·C 8 = G m2 + P m2·G m1 + P m2·P m1·G m0 + P m2·P m1·P m0·C 0

C 16=G m3+P m3·C 12=G m3+P m3·G m2+P m3·P m2·G m1+P m3·P m2·P m1·G m0+P m3·P m2·P m1·P m0·C 0

（1-5）

比较式（1-3）和式（1-5），可以看出这两组进位逻辑表达式是类似的。不过式（1-3）表示的是组内进位，式（1-5）表示的是组间的进位。实现逻辑方程组（1-5）的电路称为成组先行进位部件。图1a 为所设计的32位超前进位加法器的结构框图，该加法器采用三级超前进位加法器设计，组内和组间均采用超前进位。由8个4位超前进位加法器与3个BCLA 部件构成。图1b 为采用超前进位和进位选择实现的32位先行进位加法器结构图。

2、结构框图：

（a ） 32位超前进位加法器结构图

S 15~0

S 31~16

（b ） 超前进位+进位选择实现结构 图1 32位先行进位加法器结构图

3、接口说明：

表1： 32位超前进位加法器接口信号说明表

4、4位超前进位加法器的设计（4bits CLA ）

4.1 功能概述

产生进位信号（如图2a ）、4位加法器的进位传递信号Px 以及4位加法器的进位产生信号Gx 。

P x = P 3·P 2·P 1·P 0

G x = G 3 + P 3·G 2 + P 3·P 2·G 1 + P 3·P 2·P 1·G 0

4.2 结构框图

P 0

G 0P 1G 1P 2G 2P 3G 3

（a ） 4位超前进位链

A 0

B 1

A 1

A 2

B 3

A 3

B 0

（b ） 4位超前进位加法器

图2 4位CLA 部件和4位超前进位加法器

5、设计电路源代码（部分）

//4bit carry lookahead unit

module cla_4(p,g,c_in,c,gx,px);

input[3:0] p,g;

input c_in;

output[4:1] c;

output gx,px;

assign c[1] = p[0]&c_in | g[0];

assign c[2] = p[1]&p[0]&c_in | p[1]&g[0] | g[1];

assign c[3] = p[2]&p[1]&p[0]&c_in | p[2]&p[1]&g[0] | p[2]&g[1] | g[2]; assign c[4] = px&c_in | gx;

assign px = p[3]&p[2]&p[1]&p[0];

assign gx = g[3] | p[3]&g[2] | p[3]&p[2]&g[1] | p[3]&p[2]&p[1]&g[0]; endmodule

16位超前加法器实验报告

16位超前加法器设计实验 一、实验分析： 四位超前进位加法器HDL程序： module add4_head ( a, b, ci, s, pp, gg); input[3:0] a; input[3:0] b; input ci; output[3:0] s; output pp; output gg; wire[3:0] p; wire[3:0] g; wire[2:0] c; assign p[0] = a[0] ^ b[0]; assign p[1] = a[1] ^ b[1]; assign p[2] = a[2] ^ b[2]; assign p[3] = a[3] ^ b[3]; assign g[0] = a[0] & b[0]; assign g[1] = a[1] & b[1]; assign g[2] = a[2] & b[2]; assign g[3] = a[3] & b[3]; assign c[0] = (p[0] & ci) | g[0]; assign c[1] = (p[1] & c[0]) | g[1]; assign c[2] = (p[2] & c[1]) | g[2]; assign pp = p[3] & p[2] & p[1] & p[0]; assign gg = g[3] | (p[3] & (g[2] | p[2] & (g[1] | p[1] & g[0]))); assign s[0] = p[0] ^ ci; assign s[1] = p[1] ^ c[0]; assign s[2] = p[2] ^ c[1]; assign s[3] = p[3] ^ c[2]; endmodule p表示进位否决信号（pass），如果p为0就否决调前一级的进位输入。否决的意思就是即使前一级有进位，本级也不会向后一级产生进位输出。 g表示进位产生信号（generate），如果g为1就表示一定会向后一级产生进位输出。p[n] = a[n] ^ b[n]这句话的意思是说，当a=1,b=0或a=0,b=1时前一级的进位输入信号不能否决。这样就有个问题了，即当a=1,b=1时前一级的进位输入信号也不能否决啊，怎么没有体现出来？其实当a=1,b=1时产生了进位产生信号g，它的优先级高于p信号，就忽略了p信号，直接产生了向后一级产生进位输出，是没有逻辑错误的。 g[n] = a[n] & b[n] 这句话的意思是说，如果a=1,b=1时就直接向后一级产生进位输出信号，而不用考虑其它的任何因素。

四位超前进位加法器原理

超前进位加法器原理 74283为4位超前进位加法器，不同于普通串行进位加法器由低到高逐级进位，超前进位加法器所有位数的进位大多数情况下同时产生，运算速度快，电路结构复杂。其管脚如图1所示： 图1 74283管脚图 其真值表如下所示： 表1 4位超前进位加法器真值表

由全加器的真值表可得S i 和C i 的逻辑表达式： 定义两个中间变量G i 和P i ： 当A i ＝B i ＝1时，G i ＝1，由C i 的表达式可得C i ＝1，即产生进位，所以G i 称为产生量变。若P i ＝1，则A i ·B i ＝0，C i ＝C i-1 ，即P i ＝1时，低位的进位能传 送到高位的进位输出端，故P i 称为传输变量，这两个变量都与进位信号无关。 将G i 和P i 代入S i 和C i 得： 进而可得各位进位信号的逻辑表达如下：

根据逻辑表达式做出电路图如下： 逻辑功能图中有2输入异或门，2输入与门，3输入与门，4输入与门，2输入或门，3输入或门，4输入或门，其转化成CMOS晶体管图如下：

电路网表如下： *xor 2 .subckt xor2 a b c d f mxorpa 1 a vdd vdd pmos l=2 w=8 mxorpb f d 1 vdd pmos l=2 w=8 mxorpc 2 b vdd vdd pmos l=2 w=8 mxorpd f c 2 vdd pmos l=2 w=8 mxorna f a 3 0 nmos l=2 w=4 mxornb 3 b 0 0 nmos l=2 w=4 mxornc f c 4 0 nmos l=2 w=4 mxornd 4 d 0 0 nmos l=2 w=4 .ends xor2 *and2 .subckt and2 a b f mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=4 mandnb 1 b 0 0 nmos l=2 w=4 .ends and2 *and3 .subckt and3 a b c f mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpc f c vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=6 mandnb 1 b 2 0 nmos l=2 w=6 mandnc 2 c 0 0 nmos l=2 w=6 .ends and3 *and4 .subckt and4 a b c d f mandpa f a vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpb f b vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpc f c vdd vdd pmos l=2 w=4 mandpd f d vdd vdd pmos l=2 w=4 mandna f a 1 0 nmos l=2 w=8 mandnb 1 b 2 0 nmos l=2 w=8 mandnc 2 c 3 0 nmos l=2 w=8 mandnd 3 d 0 0 nmos l=2 w=8 .ends and4

实验一-加法器的设计与实现讲解

实验项目二：简单计算器设计与实现基本要求： 1. 能够实现加减运算 2. 能够实现乘法运算 扩展要求： 1.能够实现除法运算 一、实验目的 利用原件例化语句完成一个8位加法器的设计。 二、实验环境 Quartus II 开发系统 三、实验内容 1、掌握层次化设计的方法； 2、掌握一位全加器工作原理； 3、掌握用VHDL文本输入法设计电子线路的详细流程； 4、掌握元件例化语句用法； 5、熟悉软硬件设计验证方法。 四、实验过程 设计思想： 8位二进制加法器可以由8个全加器通过级联的方式构成。根据全加器级联的原理，用VHDL设计一个8位二进制数的加法器，可以先设计一个一位全加器，然后利用一位全加器采用元件例化的方式实现加法器。 实验步骤： 1、设计一个全加器 新建工程，建立源文件，输入VHDL设计文件，如下图所示：

完成设计文件输入后，保存文件，对文件进行编译、仿真，以下是仿真结果，如图所示： 由图可知仿真结果正确。 2、元件例化 把VHDL设计文件转为原理图中使用的元件。在文件菜单File中选择Creat/Update选项，单击Create Symbol File for Current File 选项，系统自动生成相应的元件标号。 重复新建文件的操作，选择Block Diagram/Schmatic File 选项，新建一个原理图文件，在添加元件列表中可以看到自动生成的元件，选择full_adder这个元件添加到原理图中，如下图所示：

3、完成顶层图的设计 用生成的元件标号，完成顶层图的设计。这里有两种方法，一种是直接用原理图设计，根据原理图设计工具的使用方法，完成顶层文件的设计，这个方法比较复杂，所以这里选择另一种方法，通过VHDL设计文件。 继续建立源文件，输入VHDL设计文件，如下图所示： 依照上述步骤，保存文件，对文件进行编译、仿真，以下是仿真结果，如图所示：

西安邮电大学Verilog 四位超前进位全加器

西安邮电大学Verilog HDL实验报告（二） ——带超前进位的四位全加器 学院名称：电子工程学院 班级：电子 学生姓名： 学号：

实验题目带超前进位的四位全加器 一、实验内容 设计的一个带超前进位的四位全加器。 二、实验步骤 1、在ModelSim软件中对激励模块和设计模块进行书写和编译； 2、对编译好的模块进行仿真。 三、源代码: 1、主程序 module fulladd4(sum, c_out, a, b, c_in); output [3:0] sum; output c_out; input [3:0] a,b; input c_in; wire p0,g0,p1,g1,p2,g2,p3,g3; wire c4,c3,c2,c1; xor a1(p0,a[0],b[0]); xor a2(p1,a[1],b[1]); xor a3(p2,a[2],b[2]); xor a4(p3,a[3],b[3]); and b1(g0,a[0],b[0]); and b2(g1,a[1],b[1]); and b3(g2,a[2],b[2]); and b4(g3,a[3],b[3]); and d1(e1,p0,c_in); or f1(c1,e1,g0); and d2(e2,p1,g0);and d3(e3,p1,p0,c_in);or f2(c2,g1,e2,e3); A nd d4(e4,p2,g1);and d5(e5,p2,p1,g0);and d6(e6,p2,p1,c_in);or f3(c3,g2,e4,e5,e6); and d7(e7,p3,g2);and d8(e8,p3,p2,g1);and d9(e9,p3,p2,p1,g0);and d10(e10,p3,p2,p1,p0,c_in);or f4(c4,g3,e7,e8,e9,e10); xor m0(sum[0],p0,c_in); xor m1(sum[1],p1,c1); xor m2(sum[2],p2,c2); xor m3(sum[3],p3,c3); and n1(c_out,c4,c4); endmodule 2、激励程序 module fulladd4_tb;

全加器构成十进制加法器

上海 xxx 学院 《硬件系统设计》上机实验报告（五） 姓名：学号：班级：成绩： 实验名称：全加器及其应用实验地点： 实验设备：（计算机型号）（生产商）设备号： 使用软件： Multisim 10.0 实验时间：年月日星期，时分至时分 一、实验原理：（简述----用自己的理解） 两个一位十进制数相加，若考虑低位来的进位，其和应为0～19，8421BCD 码加法器 的输入、输出都采用8421BCD 码表示，其进位规律为逢十进一，而74HC283D 是按两个 四位二进制数进行运算的，其进位规律为逢十六进一，故二者的进位关系不同，当和数 大于9时，8421BCD 码应产生进位，而十六进制还不可能产生进位。为此应对结果进行 修正，当结果大于9 时，需要加6(0110B)修正。故修正电路应含一个判9 电路，当结果 大于9 时对结果加0110，小于等于9 时加0000。 大于9 的数是最小项的m10～m15，除了上述情况大于9 时外，如相加结果产生了进 位位，其结果必定大于9，因此大于9 的条件为 F = C + SUM4? SUM3+ SUM4? SUM2 = C ? SUM4? SUM3? SUM4? SUM2 全加器74HC283D 的A4A3A2A1、B4B3B2B1 为两个四位二进制数输入端，SUM1、SUM2、 SUM3、SUM4 为相加的和，C0 为低位来的进位，C4 为向高位产生的进位。

二、实验内容（步骤）： 选择一个74HC283D_2v，二输入与非门7400N和三输入与非门7410N芯片，Word Genvertor（字信号发生器），构成8421BCD 码加法电路，电路图如下： 对Genvertor（字信号发生器）进行相关设置如下： 在Controls 中选择Cycle 按钮，选择循环输出方式。在Trigger 区，点击按钮Internal，选择内部触发方式。在Controls-Setting 按钮填出的选项卡中，Pre-set Patterns 中选择在Up Counter 选项，即按逐个加1 递增的方式进行编码。在Display Type 中选择Hex，在Buffer Size 中输入0009，在Initial Pattern 中选择00000000。

超前进位加法器设计报告

存档资料成绩： 华东交通大学理工学院 课程设计报告书 所属课程名称EDA课程设计 题目超前进位加法器设计 分院 专业班级 学号 学生姓名 指导教师 2013 年7月2日

目录 第一章设计内容与要求 (3) 第二章超前进位加法器设计原理 (3) 第三章详细设计流程 (4) 3.1.创建工程文件 (4) 3.2.程序的编译 (5) 3.3.波形的仿真 (7) 第四章设计结果分析 (11) 第五章源程序代码 (12) 第六章心得体会 (14) 第七章参考文献 (15)

第一章设计内容与要求 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8位加法器。 要求在Quartus II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。8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. 试比较并阐述数据类型reg型和wire型的区别。 第二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

4位超前进位加法器设计讲解学习

4位超前进位加法器 设计

、、 模拟集成电路分析与设计课程设计报告 题目4位超前进位加法器设计 学院（部）电控学院 专业电子科学与技术 班级 学生姓名 学号

前言 20世纪是IC迅速发展的时代。计算机等信息产业的飞速发展推动了集成电路（Integrated Circuit—IC）产业。大多数超大规模集成电路（Very Large Scale IC—VLSI）在日常生活中有着广泛的应用。在这些广泛应用的运算中，加法器是组成这些运算的基本单元。在高性能微处理器和DSP处理器中，加法器的运算时间至关重要。加法器运算常常处于高性能处理器运算部件的关键路径中，特别是在算术逻辑单元中加法器的运算时间对处理器的速度起着决定性的作用。随着微处理器的运算速度越来越快，对快速加法器的需求也越来越高。 当今，加法器的设计面临两大课题，首先是如何降低功耗。随着便携式IC产品例如MP3播放器，手机和掌上电脑等的广泛使用，要求IC工程师对现有运算模块的性能作进一步改进，尤其是在电路的功耗和尺寸方面。由于现在相应的电池技术难以和微电子技术的发展速度匹敌，这使得IC设计师遇到了许多限制因素，比如高速，大吞吐量，小尺寸，低功耗等。因此，这使得研究低功耗高性能加法单元持续升温。另一方面就是如何提高加法器的运算速度。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它的位相关。因此，为了减少进位传输所耗的时间，提高计算速度，人们设计了多种类型的加法器，如超前进位加法器曼彻斯特加法器、进位旁路加法器、进位选择加法器等。它们都是利用各位之间的状态来预先产生高位的进位信号，从而减少进位从低位向高位传递的时间。 本文首先介绍了的加法器的类型以及其工作原理，然后重点分析了超前进位加法器的组成结构、结构参数以及

四位二进制加法器课程设计

课题名称与技术要求 课题名称： 四位二进制加法器设计 技术要求： 1)四位二进制加数与被加数输入 2)二位数码管显示 摘要 本设计通过八个开关将A3,A2,A1,A0和B3,B2,B1,B0信号作为加数和被加数输入四位串行进位加法器相加，将输出信号S3,S2,S1,S0和向高位的进位 C3通过译码器Ⅰ译码，再将输出的Y3,Y2,Y1,Y0和X3,X2,X1,X0各自分别通过一个74LS247译码器，最后分别通过数码管BS204实现二位显示。 本设计中译码器Ⅰ由两部分组成，包括五位二进制译码器和八位二进制输出器。信号S3,S2,S1,S0和向高位的进位C3输入五位二进制-脉冲产生器，将得到的n（五位二进制数码对应的十进制数）个脉冲信号输入八位二进制输出器，使电路的后续部分得以执行。 总体论证方案与选择 设计思路：两个四位二进制数的输入可用八个开关实现，这两个二进制数经全加器求和后最多可以是五位二进制数。本题又要求用两个数码管分别显示求和结果的十进制十位和各位，因此需要两个译码器Ⅱ分别译码十位和

个位。综上所述，需要设计一个译码器Ⅰ，能将求和得到的五位二进制数译成八位，其中四位表示这个五位二进制数对应十进制数的十位，另四位表示个位。而译码器Ⅱ有现成的芯片可选用，此处可选74LS247，故设计重点就在译码器Ⅰ。 加法器选择 全加器：能对两个1位二进制数进行相加并考虑低位来的进位，即相当于3个1位二进制数相加，求得和及进位的逻辑电路称为全加器。或：不仅考虑两个一位二进制数相加，而且还考虑来自低位进位数相加的运算电路，称为全加器。 1)串行进位加法器 构成：把n位全加器串联起来，低位全加器的进位输出连接到相邻的高位全加器的进位输入。 优点：电路比较简单。 最大缺点：进位信号是由低位向高位逐级传递的，运算速度慢。 2)超前进位加法器 为了提高运算速度，必须设法减小或消除由于进位信号逐级传递所消耗的时间，于是制成了超前进位加法器。 优点：与串行进位加法器相比，（特别是位数比较大的时候）超前进位加法器的延迟时间大大缩短了。 缺点：电路比较复杂。 综上所述，由于此处位数为4（比较小），出于简单起见，这里选择串行进位加法器。 译码器Ⅱ选择 译码是编码的逆过程，将输入的每个二进制代码赋予的含意“翻译”过来，给出相应的输出信号。译码器是使用比较广泛的器材之一，主要分为：变量译码器和码制译码器，其中二进制译码器、二-十进制译码器和显示译码器三种最典型，使用十分广泛。显示译码器又分为七段译码器和八段

用verilog编写的32位超前进位加法器代码

//超前进位加法器 `define word_size 32 `define word [`word_size-1:0] `define n 4 `define slice [`n-1:0] `define s0 (1*`n)-1:0*`n `define s1 (2*`n)-1:1*`n `define s2 (3*`n)-1:2*`n `define s3 (4*`n)-1:3*`n `define s4 (5*`n)-1:4*`n `define s5 (6*`n)-1:5*`n `define s6 (7*`n)-1:6*`n `define s7 (8*`n)-1:7*`n module c_adder (a,b,cin,s,cout); //顶层模块 input`word a,b; input cin; output`word s; output cout; wire[7:0] gg,gp,gc; // wire[3:0] ggg,ggp,ggc; // wire gggg,gggp; // //first level bitslice i0(a[`s0],b[`s0],gc[0],s[`s0],gp[0],gg[0]); bitslice i1(a[`s1],b[`s1],gc[1],s[`s1],gp[1],gg[1]); bitslice i2(a[`s2],b[`s2],gc[2],s[`s2],gp[2],gg[2]); bitslice i3(a[`s3],b[`s3],gc[3],s[`s3],gp[3],gg[3]); bitslice i4(a[`s4],b[`s4],gc[4],s[`s4],gp[4],gg[4]); bitslice i5(a[`s5],b[`s5],gc[5],s[`s5],gp[5],gg[5]); bitslice i6(a[`s6],b[`s6],gc[6],s[`s6],gp[6],gg[6]); bitslice i7(a[`s7],b[`s7],gc[7],s[`s7],gp[7],gg[7]); //second level cla c0(gp[3:0],gg[3:0],ggc[0],gc[3:0],ggp[0],ggg[0]); cla c1(gp[7:4],gg[7:4],ggc[1],gc[7:4],ggp[1],ggg[1]); assign ggp[3:2]=2'b11; assign ggg[3:2]=2'b00; //third level cla c2(ggp,ggg,cin,ggc,gggp,gggg); assign cout=gggg|(gggp&cin); endmodule

超前进位加法器的设计分解

沈阳航空航天大学 课程设计报告 课程设计名称：计算机组成原理课程设计课程设计题目：超前进位加法器的设计院（系）：计算机学院 专业：计算机科学与技术 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 完成日期：2014年01月10日

沈阳航空航天大学课程设计报告 目录 第1章总体设计方案 (2) 1.1设计原理 (2) 1.2设计思路 (3) 1.3设计环境 (3) 第2章详细设计方案 (4) 2.1顶层方案图的设计与实现 (4) 2.1.1顶层方案的整体设计 (4) 2.1.2元器件选择和引脚锁定 (5) 2.2功能模块的设计与实现 (6) 2.2.1 八位超前进位加法器的设计与实现 (6) 2.3功能仿真调试 (8) 第3章编程下载与硬件测试 (10) 3.1编程下载 (10) 3.2硬件测试及结果分析 (10) 参考文献 (12) 附录 (13)

第1章总体设计方案 1.1 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。 四位超前进位加法器的设计： ①只要满足下述两个条件中的任一个，就可形成C1，（1）X1，Y1均为1；（2）X1,Y1任一个为1，且进位C0为1。由此，可以得到C1的表达式为：C1=X1*Y1+(X1+Y1)*C0； ②只要满足下述条件中任一个即可形成C2，（1）X2，Y2均为1；（2）X2，Y2任一为1，且X1，Y1均为1；（3）X2，Y2任一为1，同时X1，Y1任一为1，且C0为1。由此，可以得到C2的表达式为：C2=X2*Y2+(X2+Y2)*X1*Y1+(X2+Y2)*(X1+Y1)*C0； ③同理，有C3，C4表达式如下： C3=X3*Y3+(X3+Y3)*X2*Y2+(X3+Y3)*(X2+Y2)*X1*Y1 +(X3+Y3)*(X2+Y2)*(X1+Y1)*C0； C4=X4*Y4+(X4+Y4)*X3*Y3+(X4+Y4)*(X3+Y3)*X2*Y2 +(X4+Y4)*(X3+Y3)*(X2+Y2)*X1*Y1+(X4+Y4)*(X3+Y3)*(X2+Y2)*(X1+Y1)*C0。 引入进位传递函数Pi和进位产生函数Gi。它们的定义为： Pi=Xi+Yi Gi=Xi*Yi P1的意义是：当X1，Y1中有一个为1时，若有进位输入，则本位向高位传送此进位，这个进位可以看成是低位进位越过本位直接向高位传递的。G1的意义是：当X1，Y1均为1时，不管有无进位输入，本位定会产生向高位的进位。 将Pi、Gi代入C1到C4式子中，便可得到： C1=G1+P1*C0；式（1.1.1）

超前进位加法器设计

湖南师范大学职业技术学院（工学院）实验数据报告单 实验课程：计算机组成原理 实验题目：超前进位加法器设计 实验日期： 2011年 10 月 25 日 专业：计算机科学与技术年级：09级班级:04班姓名：涂小康学号：2009180414 一．实验目的 （1）掌握超前进位加法器的原理及其设计方法。 （2）熟悉CPLD应用设计及EMA软件的使用。 二．实验内容 （1）设计电路原理图. （2）了解加法器的工作原理，掌握超前进位产生电路的设计方法. （3）正确将电路原理图下载到试验箱中. （4）正确通过实验箱连线实现4位二进制数的相加并得到正确结果 三.实验原理 加法器是执行二进制加法运算的逻辑部件，也是CPU运算器的基本逻辑部件（减法可以通过补码相加来实现）。加法器又分半加器和全加器，不考虑低位的进位，只考虑两个二进制数相加，得到和以及向高位进位的加法器叫半加器，而全加器是在半加器的基础上又考虑了低位进来的进位信号。 串行加法器运算速度慢，其根本原因是每一位的结果就要依赖于低位的进位，因而可以通过并行进位的方式来提高效率。只要能设计出专门的电路，使得每一位的进位能够并行地产生而与低位的运算情况无关，就能解决这个问题。可以对加法器进位的逻辑表达式做进一步的推导： C o=0 C i+1=A i B i+A i C i+B i C i=A i B i+(A i+B i)C i 设 G i=A i B i P i=A i+B i 则有： C i+1=g i+p i C i =g i+p i(g i-1+p i-1C i-1) =g i+p i(g i-1+p i-1(g i-2+p i-2C i-2)) … =g i+p i g i-1+p i p i-1g i-2+…+p i p i-1… p1p0+p i p i-1…p1p0C0 由于g i、p i只和A i、B i有关，这样C i=1就只和A i、A i-1、…、A0，B i、B i-1、…、B0及C0有关。所以各位的进位C i、C i-1…、C1就可以并行产生，这种进位就叫超前进位。 根据上面的推导，随着加法器位数的增加，越是高位的进位逻辑电路就会越复杂，逻辑器件使用也就越多。事实上我们可以继续推导进位的逻辑表达式，使得某些基本逻辑单元能够复用，且能照顾到进位位的并行产生。 定义：G i,j=g i+P i g i-1+p i p i-1g i-2+…+p i p i-1…p j+1g j P i,j=p i p i-1…p j+1p j 则有 G i,j=g i P i,j=p i

十进制加法器

十进制加法器 十进制加法器可由BCD码(二－十进制码)来设计,它可以在二进制加法器的基础上加上适当的 “校正”逻辑来实现,该校正逻辑可将二进制的“和”改变成所要求的十进制格式。 n位BCD码行波式进位加法器的一般结构如图2.3(a)所示,它由n级组成,每一级将一对4位的 BCD数字相加,并通过一位进位线与其相邻级连接。而每一位十进制数字的BCD 加法器单元的逻辑 结构示于图2.3(b)。 图2.3 十进制加法器 在十进制运算时,当相加二数之和大于9时,便产生进位。可是用BCD码完成十进制数运算时,

当和数大于9时,必须对和数进行加6修正。这是因为,采用BCD码后,在二数相加的和数小于等于 9时,十进制运算的结果是正确的；而当相加的和数大于9时,结果不正确,必须加6修正后才能得 出正确的结果。因此,当第一次近似求值时,可将它看成每一级是一个4位二进制加法器来执行, 就好像ｘ i 和ｙ i 是普通4位二进制数一样。设S' i 代表这样得到的4位二进制数 和,C' i＋1 为输出 进位,而S i 代表正确的BCD和,C i＋1 代表正确的进位,那么当ｘ i ＋ｙ i ＋C i <10时, S i ＝S' i 当X i ＋Y i ＋C i ≥10时, S i ＝S' i ＋6 显然,当C' i＋1＝1或S' i ≥10时,输出进位C i＋1＝1。因此,可利用C i＋1的状态来产 生所要求的 校正因子:C i＋1＝1时校正因子为6;C i＋1 ＝0时校正因子为0。在图2.3(b)中,4位 行波式进位的二 进制加法器计算出和S' i ,然后S' i 经过第二级二进制加法器加上0或6,则产生最 终结果S i 。

超前进位加法器设计实验实验

《计算机组成原理》实验报告 实验序号：四实验项目名称：超前进位加法器设计实验xx 1xx 姓名xx 专业、班XX 实验地点XX 指导教师xx 实验时间XX 一、实验目的及要求 (1) 掌握超前进位加法器的原理及其设计方法。 (2) 熟悉CPLD 应用设计及EDA 软件的使用。 二、实验设备（环境）及要求 PC 机一台，TD-CM3+或TD-CMX 实验系统一套。 三、实验内容与步骤 (1) 根据上述加法器的逻辑原理使用Quartus II 软件编辑相应的电路原理图并进行编译，其在EPM1270 芯片中对应的引脚如图1-2-7 所示，框外文字表示I/O 号，框内文字表示该引脚的含义（本实验例程见‘安装路径\Cpld\Adder\Adder.qpf’工程）。 (2)关闭实验系统电源，按图1-2-8 连接实验电路，图中将用户需要连接的信号用圆圈标明。

(3) 打开实验系统电源，将生成的POF 文件下载到EPM1270 中去。 (4) 以CON 单元中的SD17…SD10 八个二进制开关为被加数A，SD07…SD00 八个二进制开关为加数B，K7 用来模拟来自低位的进位信号，相加的结果在CPLD 单元的L7…L0 八个LED灯显示，相加后向高位的进位用CPLD 单元的L8 灯显示。给A 和B 置不同的数，观察相加的结果。 四、实验结果与数据处理 如在SD17...SD10中输入1111 1001，在SD07...SD00中输入1001 1111，在实验箱中可看到用来模拟低位与高位的进位信号K7、L8灯变亮，同时可看到A01...A08与L7...L0上的显示分别为1001与1000。 五、分析与讨论(心得) 这个实验是上个实验的扩展，进一步加深了我对运算器的认识。现实生活中我们也要学会对已有的知识的一种扩展补充，进一步加深对已有知识的巩固，并探索其更深层次的东西，设计出与众不同的东西来。这个算法的核心是把8 位加法器分成两个 4 位加法器，先求出低 4 位加法器的各个进位，特别是向高4 位加法器的进位 C 4 。然后，高4 位加法器把 C 4 作为初始进位，使用低4 位加法器相同的方法来完成计算。每一个 4 位加法器在计算时，又分成了两个 2

设计示例432位先行进位加法器的设计

设计示例4：32位先行进位加法器的设计 1、功能概述： 先行进位加法器是对普通的全加器进行改良而设计成的并行加法器，主要是针对普通全加器串联时互相进位产生的延迟进行了改良。超前进位加法器是通过增加了一个不是十分复杂的逻辑电路来做到这点的。 设二进制加法器第i位为A i，B i，输出为S i，进位输入为C i，进位输出为C i+1，则有：S i=A i⊕B i⊕C i （1-1） C i+1 =A i * B i+ A i *C i+ B i*C i =A i * B i+（A i+B i）* C i（1-2） 令G i = A i * B i , P i = A i+B i，则C i+1= G i+ P i *C i 当A i和B i都为1时，G i = 1，产生进位C i+1 = 1 当A i和B i有一个为1时，P i = 1，传递进位C i+1= C i 因此G i定义为进位产生信号，P i定义为进位传递信号。G i的优先级比P i高，也就是说：当G i = 1时（当然此时也有P i = 1），无条件产生进位，而不管C i是多少；当G i=0而P i=1时，进位输出为C i，跟C i之前的逻辑有关。 下面推导4位超前进位加法器。设4位加数和被加数为A和B，进位输入为C in，进位输出为C out,对于第i位的进位产生G i = A i·B i ,进位传递P i=A i+B i , i=0,1,2,3。于是这各级进位输出，递归的展开Ci，有： C0 = C in C1=G0 + P0·C0 C2=G1 + P1·C1 = G1 + P1·G0 + P1·P0?C0 C3=G2 + P2·C2 = G2 + P2·G1 + P2·P1·G0 + P2·P1·P0·C0 C4=G3 + P3·C3 = G3 + P3·G2 + P3·P2·G1 + P3·P2·P1·G0 + P3·P2·P1·P0·C0 （1-3） C out=C4 由此可以看出，各级的进位彼此独立产生，只与输入数据Ai、Bi和Cin有关，将各级间的进位级联传播给去掉了，因此减小了进位产生的延迟。每个等式与只有三级延迟的电路对应，第一级延迟对应进位产生信号和进位传递信号，后两级延迟对应上面的积之和。实现上述逻辑表达式（1-3）的电路称为超前进位部件（Carry Lookahead Unit），也称为CLA 部件。通过这种进位方式实现的加法器称为超前进位加法器。因为各个进位是并行产生的，所以是一种并行进位加法器。 从公式（1-3）可知，更多位数的CLA部件只会增加逻辑门的输入端个数，而不会增加门的级数，因此，如果采用超前进位方式实现更多位的加法器，从理论上讲，门延迟不变。但是由于CLA部件中连线数量和输入端个数的增多，使得电路中需要具有大驱动信号和大扇入门，这会大大增加门的延迟，起不到提高电路性能的作用。因此更多位数的加

实验二 一位8421BCD码加法器的设计

实验二一位8421BCD码加法器的设计 一、实验目的 1.理解四位加法器7483和四位比较器7485的工作原理及使用 2.掌握一位8421BCD码加法器的工作过程 3.进一步熟悉Quartus软件的使用，了解设计的全过程， 二、实验内容 1.采用画原理图的方法设计一位8421BCD码加法器。要求使用四位 加法器7483和四位比较器7485及必要的逻辑门电路。 三、分析过程 7483是四位二进制加法器，其进位规则是逢16进1。而8421BCD 码表示的是十进制数，进位规则是逢10进1。用7483将两个1位BCD码相加时，当和小于等于9时，结果正确；当和大于9时，需加6进行修正。 实验中要求使用7483、7485及必要的逻辑门完成。由于7483通过输出引脚C4 S3 S2 S1 S0输出二进制的和，7485是四位比较器，关键在于如何通过7483及7485的输出判断何时应对结果修正以及如何修正。 由于两个1位十进制数相加时，和的取值范围是0—18，将该范围内各数值对应的二进制数和8421BCD码列表，以便寻找何时应对结果修正以及如何修正

从表中分析可得出如下结论： 当7483输出的二进制数的和为0---9时，即S3 S2 S1 S0≤9时结果正确，不需修正；当和为10-----15时S3 S2 S1 S0＞9时，需加6修正，此种情况可将7483的输出S3 S2 S1 S0送入7485的输入引脚A3 A2 A1 A0，将1001（即9）送入7485另一组输入引脚B3 B2 B1 B0，若7485的输出A＞B=1，则说明需加6修正；当和为16、17、18时，结果需加6修正。此种情况7483的输出S3 S2 S1 S0＜9，但C4=1。 综合以上分析，当7483输出的二进制数的和S3 S2 S1 S0＞9或C4=1时结果需修正。此修正的条件可通过7485的输出A＞B和7483输出的C4通过逻辑或门（OR1）获得。当OR1输出为1时需修正，当OR1输出为0时不需修正。（分析出何时应对结果修正）

先行进位加法器教材

实验四32 位先行进位加法器 一、功能概述 串行进位加法器延时很大，每级的输出结果都要等上一级的进位到来才可以求和算出结果，这次实验对普通全加器进行改良，改良为先行 进位加法器。 先行进位加法器，各级的进位彼此是独立产生，只与输入数据A， B 和C_in 有关，将各级间的进位级联传播给去掉了，这样就可以减小进位产生的延时。每个等式与只有三级延迟的电路对应，第一级延迟对应进位产生信号和进位传递信号，后两级延迟对应上面的积之和。通过这种进位方式实现的加法器称为超前进位加法器。因为各个进位是并行产生的，所以是一种并行进位加法器。 二、实验原理 1、设二进制加法器第i位为A i, B i，输出为S，进位输入为C i, 进位输 出为C i+i，则有： S=A i 十B i 十C i （1-1） C i+1 =A i * B i+ A i *C i+ B i*C i =A i * B i+（A i+B i）* C i （1-2）令G i = A i * B i , P i = A i+B i,贝y C i+1= G i+ P i *C i 当A i和B i都为1时，G i = 1 ,产生进位C i+i = 1

当A i和B i有一个为1时，P i = 1，传递进位C i+i= C i 因此G i定义为进位产生信号，P i定义为进位传递信号。G i的优先级比P i 高，也就是说：当G i = 1时（当然此时也有P i = 1），无条件产生进位，而不管C i 是多少；当G i=0 而P i=1 时，进位输出为C i，跟C i之前的逻辑有关。 下面推导 4 位超前进位加法器。设 4 位加数和被加数为 A 和B，进位输入为C in，进位输出为C out,对于第i位的进位产生G i = A i ?B i，进位传递P i=A i+B i , i=0,1,2,3。于是这各级进位输出，递归的展开Ci,有： C0 = C in G=G o + P o ?C o C2=G 1 + P1 ?C 1 = G 1 + P1 ?G 0 + P1 ?P o ?C o C3=G 2 + P 2 ?C 2 = G2 + P 2, G 1 + P2 ?P1 ?G o + P2 ?P1 ?P o ?C o C4=G 3 + P3 ?C 3 = G3 + P3, G 2 + P3 ?P2 ?G 1 + P3 ?P 2 ?P1 ?G o + P 3 P2 ?P1 ? P o ?C o （1-3) C out=C4 由此可以看出，各级的进位彼此独立产生，只与输入数据Ai、Bi 和Cin 有关。 2、接口说明

四位超前进位加法器

1.课程设计名称 四位超前进位加法器 2.课程设计内容 设计一个四位加法器，要求要有超前进位，减小输出的延迟，采用0.13um 工艺设计。 3.课程设计目的 训练学生综合运用学过的数字集成电路的基本知识，独立设计相对复杂的数字集成电路的能力。 4.课程设计要求 4.1、按设计指导书中要求的格式书写，所有的内容一律打印； 4.2、报告内容包括设计过程、仿真的HSPICE网表，软件仿真的结果及分析、延时的手工计算； 4.3、要有整体电路原理图，仿真的波形图； 4.4、软件仿真必须要有必要的说明；要给出各个输入信号的具体波形和输出信号的测试结果。 4.5、写出对应的HSPICE设计网表，网表仿真结果符合设计要求。把仿真图形附在报告上。 4.6、设输入端的电容为C ，输出端的负载电容为5000C inv，从输入到输出任意找一通 inv 路，优化通路延时，手工计算确定通路中每个门对应的晶体管的尺寸。每组三个同学选择不能为同一通路。此部分的计算参数可采用书中第六章的参数。 4.7、各种器件的具体结构可参考阎石的《数字电子技术基础》一书。不允许有完全一样的报告，对于报告完全相同者，记为不及格。 5.使用软件 软件为HSPICE和COSMOS-SCOPE。 6.课程设计原理 由全加器的真值表可得S i和C i的逻辑表达式：

定义两个中间变量G i和P i： 当A i＝B i＝1时，G i＝1，由C i的表达式可得C i＝1，即产生进位，所以G i 称为产生量变。若P i＝1，则A i·B i＝0，C i＝C i-1，即P i＝1时，低位的进位能传送到高位的进位输出端，故P i称为传输变量，这两个变量都与进位信号无关。将G i和P i代入S i和C i得： 进而可得各位进位信号的逻辑表达如下： 根据逻辑表达式做出电路图（如图）：

vhdl通用十进制加法器

湖南人文科技学院 课程设计报告 课程名称：VHDL语言与EDA课程设计 设计题目：通用十进制加法器 系别：通信与控制工程系 专业：电子信息工程 班级： 学生姓名: 学号: 起止日期: 指导教师: 教研室主任：

指导教师评语： 指导教师签名：年月日 成绩评定 项目权重 成绩 1、设计过程中出勤、学习态度等方面0.2 2、课程设计质量与答辩0.5 3、设计报告书写及图纸规范程度0.3 总成绩 教研室审核意见： 教研室主任签字：年月日教学系审核意见： 主任签字：年月日

摘要 随着科技的发展，通用十进制加法器的应用已广泛融入到现实生活中。EDA 技术的应用引起电子产品及系统开发的革命性变革。本文采用EDA技术设计，并以VHDL语言为基础制作的通用十进制加法器。该系统借助于强大的EDA工具和硬件描述语言可实现两个一位以上的十进制数的加法，在输入两个十进制数之后，给出两个数的相加结果。本设计充分利用VHDL“自顶向下”的设计优点以及层次化的设计概念，提高了设计的效率。设计主要步骤：首先利用QUARTUS‖来编辑、编译、仿真各个模块；然后以原理图为顶层文件建立工程，再进行引脚锁定、编译、下载，最后采用杭州康芯电子有限公司生产的GW48系列/SOPC/EDA实验开发系统，进行硬件测试。 关键词：通用十进制加法器；EDA技术；VHDL语言; QUARTUS‖

目录 设计要求 (1) 1、方案论证与对比 (1) 1.1方案一 (1) 1.2方案二 (1) 1.3 方案的对比与选择 (2) 2、设计原理 (2) 3、通用十进制加法器的主要硬件模块 (3) 3.1 4位BCD码全加器模块 (3) 3.2八加法器的实现框图 (3) 4、调试与操作 (4) 4.1通用十进制加法器的功能仿真 (4) 4.2模式选择与引脚锁定 (4) 4.2.1模式选择 (4) 4.2.2引脚锁定 (5) 4.3设备与器件明细表 (6) 4.4调试 (6) 4.4.1软件调试 (6) 4.4.2硬件调试 (6) 5、总结与致谢 (7) 5.1总结与思考 (7) 5.2致谢 (7) 附录 (8) 附录一 (8) 附录二 (9) 参考文献 (11)

EDA课程设计 十进制加法器

燕山大学 课程设计说明书题目：十进制加法计数器 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称：

燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：电气工程学院基层教学单位：电子实验中心 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。

目录 第1章摘要 (4) 第2章十进制加法器设计说明 (5) 2.1 设计思路 (5) 2.2 流程图 (5) 2.3 模块介绍 (6) 2.4 真值表 (6) 第3章原理图分析 (11) 3.1 整体原理图 (11) 3.2 输入转换部分设计 (12) 3.3 蜂鸣器部分 (12) 3.4 加法器部分 (13) 3.5 B-BCD（二进制转换为BCD码） (13) 3.6 动态数码管部分 (14) 第4章波形仿真图及结果分析 (16) 第5章管脚锁定及硬件连线 (21) 第6章总结 (22) 参考文献 (23) 燕山大学评审意见表 (24)

摘要 十进制加法器可由BCD码(二－十进制码)来设计,它可以在二进制加法器的基础上加上适当的“校正”逻辑来实现,该校正逻辑可将二进制的“和”改变成所要求的十进制格式。n位BCD码行波式进位加法器由n级组成,每一级将一对4位的BCD数字相加,并通过一位进位线与其相邻级连接。在十进制运算时,当相加二数之和大于9时,便产生进位。用BCD码完成十进制数运算时,当和数大于9时,必须对和数进行加6修正，由加法器和比较器完成功能的实现。加法器的加数和被加数若大9则蜂鸣器警报5秒，数码管显示为0，由比较器和计数器控制。动态数码管由计数器、数据选择器、译码器完成显示功能。 关键词：十进制加法器、动态数码管显示、蜂鸣器警报