四位全加器的VHDLVerilogHDL实现

加法器的分类

（一）半加器

能对两个1位二进制数进行相加而求得和及进位的逻辑电路称为半加器。或：只考虑两个一位二进制数的相加，而不考虑来自低位进位数的运算电路，称为半加器。图1为半加器的方框图。图2为半加器原理图。其中：A、B分别为被加数与加数，作为电路的输入端；S为两数相加产生的本位和，它和两数相加产生的向高位的进位C一起作为电路的输出。

根据二进制数相加的原则，得到半加器的真值表如表1所列。

信号输入 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 信号输出 S 0 1 1 0 C 0 0 0 1 表1 半加器的真值表

由真值表可分别写出和数S，进位数C的逻辑函数表达式为：

（1）

C=AB （2） 由此可见，式(1)是一个异或逻辑关系，可用一个异或门来实现；式(2)可用一个与门实现。仿真结果如图3所示：

图3 半加器仿真图

1

（二）全加器

除本位两个数相加外，还要加上从低位来的进位数，称为全加器。图4为全加器的方框图。图5全加器原理图。被加数Ai、加数Bi从低位向本位进位Ci-1作为电路的输入，全加和Si与向高位的进位Ci作为电路的输出。能实现全加运算功能的电路称为全加电路。全加器的逻辑功能真值表如表2中所列。

信号输入端 Ai 0 0 0 0 1 1 1 1 Bi 0 0 1 1 0 0 1 1 Ci 0 1 0 1 0 1 0 1 信号输出端 Si 0 1 1 0 1 0 0 1 Ci 0 0 0 1 0 1 1 1 表2 全加器逻辑功能真值表

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。

五、加法器的VHDL实现

（一） 半加器

VHDL语言描述语句为： so<=a xor b； co<=a and b

程序设计: library ieee;

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use ieee.std_logic_11.all; entity h_adder is port (a,b:in std_logic;

so,co:out std_logic); ――定义输入、输出端口 end h_adder;

architecture bh of h_adder is begin

so<=a xor b; ――“异或”运算 co<=a and b; ――“与”运算 end bh;

（二） 全加器

1位全加器可由两个半加器组成，在半加器的基础上，采用元件调用和例化语句，将件连接起来，而实现全加器的VHDL编程和整体功能。全加器包含了两个半加器和一个或门。在此基础上可设计出四位全加器。

六、四位全加器

四位全加器VHDL程序代码如下：

library ieee;

use ieee.std_logic_11.all; use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity add4 is

port(cin:in std_logic;

a,b:in std_logic_vector(3 downto 0); s:out std_logic_vector(3 downto 0); cout:out std_logic);

end add4;

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architecture beh of add4 is

signal sint:std_logic_vector(4 downto 0); signal aa,bb:std_logic_vector(4 downto 0); begin

aa<='0' & a(3 downto 0); --4位加数矢量扩为5位，提供进位空间

bb<='0' & b(3 downto 0); sint<=aa+bb+cin;

s(3 downto 0)<=sint(3 downto 0); cout<=sint(4); end beh;

四位全加器VerilogHDL程序代码如下：

module add(A,B,CI,CO,S); parameter N=4; input [N:1] A,B; input CI; output CO;

output [N:1] S;

assign {CO,S}=A+B+CI; endmodule

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