杭电计算机组成原理全加器设计实验1.pdf

计算机组成原理实验——全加器设计 实验的目标是掌握全加器的设计原理和实现方法，同时熟悉使用ISE Design Suite工具进行Verilog HDL编程、软件仿真以及FPGA程序的下载和硬件测试。全加器是数字电路中的基本运算单元，用于实现两个二进制数加一位进位的运算。 我们需要理解全加器的工作原理。全加器有三个输入：A、B代表要相加的两位二进制数，Ci为进位输入；有两个输出：F为和的低四位，Co为进位输出。全加器的真值表展示了所有可能的输入组合及其对应的输出结果。通过真值表，我们可以得到输出F和Co的逻辑表达式，这些表达式将用于Verilog HDL的结构描述。 在实验过程中，首先要使用ISE Design Suite创建一个新的工程，然后依据逻辑表达式编写Verilog HDL代码。在代码中，定义了名为`Add`的模块，该模块接受A、B和Ci作为输入，提供F和Co作为输出。模块内部使用了XOR、AND和OR门来实现全加器的功能。例如，`xor X1(F,A,B,Ci)`表示使用XOR门计算F，`and A1(S1,A,B)`和`and A2(S3,S2,Ci)`分别计算中间变量S1和S3，最后`or O1(Co,S1,S3)`计算进位输出Co。 接下来，创建一个测试文件，如`test`模块，用于对`Add`模块进行软件仿真。在测试文件中，我们初始化输入A、B和Ci的值，然后逐步改变它们，模拟不同的加法操作。仿真过程中，可以观察到输出F和Co是否符合预期，从而验证全加器设计的正确性。 在确认软件仿真无误后，可以生成BIT文件，并使用Digilent Adept工具将程序下载到Nexys3实验板上。通过硬件测试，观察实验板上的LED灯或示波器等设备，验证全加器在实际硬件上的表现是否与软件仿真一致。实验内容还包括记录并分析测试数据，确保所有输入条件下的输出都是正确的。 实验总结，这次全加器设计不仅加深了对二进制加法运算的理解，还锻炼了使用Verilog HDL进行结构化建模的能力。通过ISE工具的使用，掌握了FPGA程序的开发流程，包括设计、仿真、编程和硬件测试。这种实践性的学习方式有助于提高解决问题的能力，对于理解和应用数字逻辑设计的基础知识大有裨益。同时，指导教师的评估和反馈也能帮助我们更好地理解自己的不足，为后续的学习和提升提供方向。