实验一 4位二进制计数器实验

计算机组成原理

实验报告

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实验一 4位二进制计数器实验

【实验环境】

1. Windows 2000 或 Windows XP

2. QuartusII9.1 sp2、DE2-115计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。

【实验目的】

1、熟悉VHDL 语言的编写。

2、验证计数器的计数功能。

【实验要求】

本实验要求设计一个4位二进制计数器。要求在时钟脉冲的作用下，完成计数功能，能在输出端看到0-9，A-F 的数据显示。（其次要求下载到实验版实现显示）

【实验原理】

计数器是一种用来实现计数功能的时序部件，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能。计数器由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有RS 触发器、T 触发器、D 触发器及JK 触发器等。计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制器中对指令地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算器中作乘法、除法运算时记下加法、减法次数，又如在数字仪器中对脉冲的计数等等。

计数器按计数进制不同，可分为二进制计数器、十进制计数器、其他进制计数器和可变进制计数器，若按计数单元中各触发器所接收计数脉冲和翻转顺序或计数功能来划分，则有异步计数器和同步计数器两大类，以及加法计数器、减法计数器、加/减计数器等，如按预置和清除方式来分，则有并行预置、直接预置、异步清除和同步清除等差别，按权码来分，则有“8421”码，“5421”码、余“3”码等计数器，按集成度来分，有单、双位计数器等等，其最基本的分类如下：

计数器的种类???????

?????????????????????进制计数器十进制计数器二进制计数器进制可逆计数器减法计数器

加法计数器功能异步计数器同步计数器结构N 、、、321 下面对同步二进制加法计数器做一些介绍。

同步计数器中，所有触发器的CP 端是相连的，CP 的每一个触发沿都会使所有的触发器状态更新。因此不能使用T′触发器。应控制触发器的输入端，即将触发器接成T 触发器。只有当低位向高位进位时（即低位全1时再加1），令高位触发器的T=1，触发器翻转，计数加1。

例如由JK 触发器组成的4位同步二进制加法计数器，令其用下降沿触发。下面分析它的工作原理。

①输出方程

n n n n Q Q Q Q CQ 0123=

②驱动方程

???????========n n n n n n

Q Q Q K J Q Q K J Q K J K J 0

12330

122011001 ③状态方程

本实验中要求用VHDL 语言设计同步4位二进制计数器，令其上升沿触发。

【实验步骤】

1、在Quartus II 软件中创建一个工程

2、输入源程序。

（1）新建一个VHDL 项目文件。

（2）然后在VHDL 文本编译窗中键入VHDL 程序。VHDL 语言的程序代码如下

其中，CLK是时钟信号，CQ是4位数据输出端。每当检测到CLK出现一个上升沿时，计数器就自加1并输出结果。

（3）键入程序后，点击保存，选择默认保存名。

3. 编译文件。

在【Processing】菜单下，点击【Start Compilation】命令，或直接点击常用工具栏

上的按钮，如果工程中的文件有错误，在下方的Processing处理栏中会显示出

来。对于Processing栏显示出的语句格式错误，可双击此条文，即弹出vhdl文件，在闪动的光标处（或附近）可发现文件中的错误。再次进行编译直至排除所有错误。

4.波形仿真

（1）新建一个波形仿真文件

在【File】菜单下，点击【New】命令。在随后弹出的对话框中，选择【Verification/Debugging Files】模块，选中【Vector Waveform File】选项，点击OK 按钮。

（2）在文件中加入输入、输出引脚。

（3）对输入信号进行设置，对输出信号仿真后的结果进行观察。

直接点击左侧工具栏上的（时钟按钮）按钮。在随后弹出的对话框的Period栏目中设定参数为20ns，点击OK按钮。

（4）将软件的仿真模式修改为“功能仿真”模式。

（5）选择好“功能仿真”模式后，需要生成一个“功能仿真的网表文件”，方法如图，选择【Processing】菜单，点击【Generate Functional Simulation Netlist】命令。此后需要保存该波形文件，如图，选择默认文件名。

（6）开始功能仿真，在【Processing】菜单下，选择【Start Simulation】启动仿真工具，或直接点击常用工具栏上的按钮。

（7）观察仿真结果，对比输入与输出之间的逻辑关系是否符合电路的逻辑功能。

如图所示，时钟每经过一个上升沿，输出加1，达到设计效果。

5.下载验证

（1）检查项目工程支持的硬件型号

在开始引脚配置之前，先检查一下我们在开始建立项目工程时所指定的可编程逻辑器件的型号与实验板上的芯片型号是否一致，假如不一致，要进行修改，否则无法下载到实验板的可编程逻辑器件中。修改的方法如下：

点击常用工具栏上的按钮，打开项目工程设置对话框，如下图所示。（目标芯片的选择也可以这样来实现：选择“Assignmemts”菜单中的“settings”项，在弹出的对话框中选“Compiler Settings”项下的Device，首先选目标芯片：Cyclone IVE 中的EP4CE115F29C7

（此芯片已在建立工程时选定了）)。

选好芯片型号后，点击OK，即修改完成。修改完硬件型号后，最好重新对项目工程再编译一次，以方便后面配置引脚。编译的方法与上面所叙一样，简单来说，只要再点击一下常用

工具栏上的按钮，编译完成后，点击【确定】即可。

（2）给设计好的原理图配置芯片引脚

配置芯片引脚就是将原理图的输入端指定到实验板上可编程芯片与按钮相连的引脚编号，将输出端指定到实验板上可编程芯片与LED发光二极管相连的引脚编号。方法如下：

点击常用工具栏上的按钮，打开芯片引脚设置对话框，在对应的空格输入其引脚编号：CLK PIN_M21

CQ[3] PIN_F21

CQ[2] PIN_E19

CQ[1] PIN_F19

CQ[0] PIN_G19

本试验中，CLK连接到KEY[1]号按键，每按一下KEY[1]按键，都会产生一个脉冲，计数加1输出。CQ[0]--CQ[3]分别连接到LEDR[0]--LEDR[3]这4个红色二极管上，以二进制数输出0--15（0--1111）。

配置好引脚以后，再编译一次。

（3）连接实验板，下载设计文件

完成以上工作之后，我们现在就可以进行下载了。软件下载之前先将实验板接通电源，并通过USB—Blaster下载器将实验板的JTAG接口连接到计算机。然后点击QuartusII软件常用

工具栏上的按钮，打开下载界面，设置好相关内容，点击Start按钮即可完成下载。（4）在实验板上验证程序。

按下KEY[1]按键，观察LEDR[0]--LEDR[3]这4个红色二极管是否会以二进制数输出0--15（0--1111）。

如上图显示，按一下KEY[1]按键，LEDR[0]亮了，表示为0001，即是1。

如上图所示，按六下KEY[1]按键，LEDR[2]和LEDR[1]亮了，表示为0110，即是6。

如上图所示，按九下KEY[1]按键，LEDR[3]和LEDR[0]亮了，表示为1001，即是9。【实验总结】

在这次实验中，我熟悉Quartus II 软件的使用及VHDL语言的编写，还懂得了计数器的功能原理。但在实验过程中我也发现了几个需要注意的问题：第一个是在VHDL语言编写的程序中的文件名要与先前自己建立的文件名相同，不然程序会报错。第二个是在下载验证时，要注意检查芯片型号是否相同，不同时需要修改，而且修改完后还需要编译一次。第三

个是在设计引脚时，需根据芯片的引脚分配列表设计，配置好引脚以后，要再编译一次。

实验四、 计数器的设计 电子版实验报告

实验四：计数器的设计 实验室：信息楼247 实验台号： 4 日期： 专业班级：机械1205 姓名：陈朝浪学号： 20122947 一、实验目的 1. 通过实验了解二进制加法计数器的工作原理。 2. 掌握任意进制计数器的设计方法。 二、实验内容 （一）用D触发器设计4位异步二进制加法计数器 由D触发器组成计数器。触发器具有0和1两种状态，因此用一个触发器 就可以表示1位二进制数。如果把n个触发器串起来，就可以表示N位二进制 数。（用两个74LS74设计实现） （二）利用74LS161设计实现任意进制的计数器 设计要求：学生以实验台号的个位数作为所设计的任意进制计数器。 先熟悉用1位74LS161设计十进制计数器的方法。 ①利用置位端实现十进制计数器。 ②利用复位端实现十进制计数器。 提示：设计任意计数器可利用芯片74LS161和与非门设计，74LS00为2输 入与非门，74LS30为8输入与非门。 74LS161为4位二进制加法计数器，其引脚图及功能表如下。

三、实验原理图 1.由4个D触发器改成的4位异步二进制加法计数器 2.由74LS161构成的十进制计数器

四、实验结果及数据处理 1.4位异步二进制加法计数器实验数据记录表 2. 画出你所设计的任意进制计数器的线路图，并说明设计思路。

设计思路：四进制为四个输出Q3Q2Q1Q0=0000,0001,0010,0011循环，第一个无效状态为0100 1，置位法设计四进制计数器：当检测到输入为0011时，先输出显示3，然后再将D 置于低电位，计数器输出Q3Q2Q1Q0复位。 2，复位法设计四进制计数器：当检测到第一个无效状态0100时，通过与非门的反馈计数器的Cr首先置于低电平使计数器复位为0000。 五、思考题 1. 由D触发器和JK触发器组成的计数器的区别? 答：D触发器是cp上升沿触发，JK触发器是下降沿触发。 2. 74LS161是同步还是异步，加法还是减法计数器? 答：同步。加法计数器。 3. 设计十进制计数器时将如何去掉后6个计数状态的? 答：加一个与非门形成负反馈。当计数到第一个无效状态Q3Q2Q1Q0==1010时，Q3和Q1全为1，Q1，Q3接与非门，输出作为复位信号，使所有触发器复位，从而去掉了后6个状态。

四位二进制同步加法计数器(缺0011 0100 0101 0110)

成绩评定表

课程设计任务书

摘要 本次课设题目为四位二进制加法计数器（缺0011 0100 0101 0110）。 首先在QuartusII8.1中建立名为count16的工程，用四位二进制加法计数器的VHDL语言实现了四位二进制加法计数器的仿真波形图，同时进行相关操作，锁定了所需管脚，将其下载到实验箱。 然后，在Multisim软件中，通过选用四个时钟脉冲下降沿触发的JK触发器和同步电路，画出其时序图，卡诺图，建立相关方程，做出相关计算，完成四位二进制加法计数器（缺0011 0100 0101 0110）的驱动方程。在Multisim软件里画出了四位二进制加法计数器的逻辑电路图。经过运行，分析由红绿灯的亮灭顺序及状态，和逻辑分析仪里出现波形图。说明四位二进制加法计数器顺利完成。 关键词：计数器；VHDL语言；仿真；触发器。

目录 一、课程设计目的 (1) 二、设计框图 (1) 三、实现过程 (2) 1、QUARTUS II实现过程 (2) 1.1建立工程 (2) 1.2编译程序 (7) 1.3波形仿真 (10) 1.4 仿真结果分析 (14) 1.5引脚锁定与下载 (14) 2、MULTISIM实现过程 (16) 2.1求驱动方程 (16) 2.2画逻辑电路图 (19) 2.3逻辑分析仪的仿真 (20) 2.4结果分析 (21) 2.5自启动判断 (22) 四、总结 (23) 五、参考书目 (24)

一、课程设计目的 1 了解同步加法计数器工作原理和逻辑功能。 2 掌握计数器电路的分析、设计方法及应用。 3 学会正确使用JK 触发器。 二、设计框图 状态转换图是描述时序电路的一种方法，具有形象直观的特点，即其把所用触发器的状态转换关系及转换条件用几何图形表示出来，十分清新，便于查看。 在本课程设计中，四位二进制同步加法计数器用四个CP 下降沿触发的JK 触发器实现，其中有相应的跳变，即跳过了0011 0100 0101 0110四个状态，这在状态转换图中可以清晰地显示出来。具体结构示意框图和状态转换图如下： 1010 101111001101111011110 /1 /1000 101101110010000100000/0/0/0/0/0/0/0/0/0/????←????←????←????←????←↓↑???→????→????→????→????→? B:状态转换图

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

同步二进制加法计数器

同步二进制加法计数器 F0302011 5030209303 刘冉 计数器是用来累计时钟脉冲（CP脉冲）个数的时序逻辑部件。它是数字系统中用途最广泛的基本部件之一，几乎在各种数字系统中都有计数器。它不仅可以计数，还可以对CP 脉冲分频，以及构成时间分配器或时序发生器，对数字系统进行定时、程序控制操作。此外，还能用它执行数字运算。 1、计数器的特点： 在数字电路中，把记忆输入CP脉冲个数的操作叫做计数，能实现计数状态的电子电路称为计数器。特点为（1）该电路一般为Moore型电路，输入端只有CP信号。 （2）从电路组成看，其主要组成单元是时钟触发器。 2、计数器分类 1) 按CP脉冲输入方式，计数器分为同步计数器和异步计数器两种。 同步计数器：计数脉冲引到所有触发器的时钟脉冲输入端，使应翻转的触发器在外接的CP脉冲作用下同时翻转。 异步计数器：计数脉冲并不引到所有触发器的时钟脉冲输入端，有的触发器的时钟脉冲输入端是其它触发器的输出，因此，触发器不是同时动作。 2) 按计数增减趋势，计数器分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器三种。 加法计数器：计数器在CP脉冲作用下进行累加计数（每来一个CP脉冲，计数器加1）。 3) 按数制分为二进制计数器和非二进制计数器两类。 二进制计数器：按二进制规律计数。最常用的有四位二进制计数器，计数范围从0000到1111。 异步加法的缺点是运算速度慢，但是其电路比较简单，因此对运算速度要求不高的设备中，仍不失为一种可取的全加器。同步加法优点是速度快，虽然只比异步加法快千分之一甚至几千分之一秒，但对于计数器来讲，却是十分重要的。所以在这个高科技现代社会中，同步二进制计数器应用十分广泛。 下图为三位二进制加法计数器的电路图。 图1 三位二进制计数器 图示电路为对时钟信号计数的三位二进制加法计数器或称为八进制加法计数器。 该电路的经典分析过程: 1.根据电路写出输出方程、驱动方程和状态方程 2. 求出状态图 3.检查电路能否自启动 4.文字叙述逻辑功能 解：

四位二进制加法器 课程设计报告

《电工与电子技术基础》课程设计报告 题目 4位二进制加法器 学院（部） 专业 班级 学生姓名 学号 5月日至 6月日共周

目录 技术要求·2 摘要·2 第一章系统概述 1、总体设计思想·2 2、系统框图·3 3、工作原理·3 第二章单元电路设计及分析 1、加法器的选择·4 2、译码器Ⅰ的选择·8 3、译码器Ⅱ的选择·11 4、数码管的选择·13 第三章系统综述及总体电路图 1、系统综述·14 2、总体电路图·15 3、仿真结果·15 第四章结束语 收获与体会·16 鸣谢·17 附录 1、元件材料清单·17 2、部分元器件引脚图·17 参考文献··17

4位二进制加法器 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 本设计通过八个数据开关将A4,A3,A2,A1和B4,B3,B2,B1信号作为加数和被加数输入四位二进制并行进位加法器相加，将输出信号S4,S3,S2,S1和向高位的进位C4通过译码器Ⅰ译码，再将输出的X4,X3,X2,X1和Y4,Y3,Y2,Y1各自分别通过一个 74248J译码器，最后分别通过数码管HVH实现二位显示。 本设计中译码器Ⅰ由三部分组成，包括一个2输入四与非门(74LS08D)、一个4位二进制全加器(74LS283N)和一个3输入或门(4075BD_5V)。信号S4,S3,S2,S1和向高位的进位C4输入译码器Ⅰ，将得到的两组4位BCD码输出，将这两组4位BCD码分别输入BCD－7段译码／升压输出驱动器(74248J),使电路的后续部分得以执行。 第一章系统概述 1、总体设计思想 设计思路：两个4位二进制数的输入可用八个数据开关实现，这两个二进制数经全加器求和后最多可以是5位二进制数。而本题要求用两位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8位BCD码，其中4位表示这个5位二进制数对应十进制数的十位，另4位表示个位。而译码器Ⅱ有现成的芯片可选用，此处可选74LS248，故本课题设计重点就在译码器Ⅰ。

四位二进制加法计数器课程设计

成绩评定表 学生姓名郝晓鹏班级学号1103060129 专业通信工程课程设计题目四位二进制加法 计数器 评语 组长签字： 成绩 日期20 年月日

课程设计任务书 学院信息科学与工程学院专业通信工程 学生姓名郝晓鹏班级学号1103060129 课程设计题目四位二进制加法计数（缺0010 0011 1101 1110） 实践教学要求与任务: 1、了解数字系统设计方法。 2、熟悉VHDL语言及其仿真环境、下载方法。 3、熟悉Multisim仿真环境。 4、设计实现四位二进制加计数（缺0010 0011 1101 1110） 工作计划与进度安排: 第一周：熟悉Multisim及QuartusII环境，练习数字系统设计方法。包括采用触发器设计和超高速硬件描述语言设计，体会自上而下、自下而上设计 方法的优缺点 第二周：1.在QuartusII环境中仿真实现四位二进制加计数（缺0100 0101 1001 1010 ）。 2.在Multisim环境中仿真实现四位二进制加计数，缺（0100 0101 1001 1010），并通过虚拟仪器验证其正确性。 指导教师： 201 年月日专业负责人： 201 年月日 学院教学副院长： 201 年月日

摘要 本文采用在MAXPLUSⅡ环境中用VHDL语言实现四位二进制加法计数（缺0010 0011 1101 1110），在仿真器上显示结果波形，并下载到目标芯片上，在实验箱上观察输出结果。在Multisim环境中仿真实现四位二进制加法计数器（缺0010 0011 1101 1110），并通过虚拟仪器验证其正确性。 关键词：MAXPLUSⅡ环境；VHDL语言；四位二进制加计数；Multisim环境

利用全加器电路创建四位二进制加法器

一.课程设计的目的： 1、学习并了解MATLAB软件。 2、尝试用Simulink建模。 3、实现对数字电路的防真设计。 4、利用全加器电路创建四位二进制加法器。 二.课程设计题目描述及要求： 利用所学的数字电路的基本知识和MUTLAB软件中Simulink的应用学习，完成对数字电路的仿真设计。用各种各样的组合逻辑电路设计全加器，输出曲线，再利用全加器设计电路创建四位二进制加法器电路图，给出输出。 三．MATLAB软件简介： MATLAB是MathWorks公司于1984年推出的一套高性能的数值计算可视化软件，集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体。MATLAB是由Matrix 和Laboratory单词的前三个字母组合而成的，其含义是矩阵实验室。 Simulink是MATLAB最重要的组件之一，是实现动态系统建模、仿真的一个集成环境。它支持线性和非线性系统，连续时间、离散时间，或者两者的相结合的仿真，而且系统是多进程的。Simulink是从底层开发的一个完整的仿真环境和图形界面，它把MATLAB的许多功能都设计成一个个直观的功能模块，把需要的功能模块连接起来就可以实现所需要的仿真功能。Simulink仿真应用于数字电路、数字信号处理、通信仿真、电力系统仿真、宇航仿真等领域。由于数字系统中高低电平分别用0和1表示，因此数字电路问题往往可以转化为一个数字上的逻辑问题。MATLAB提供了逻辑运算模块和各种触发器模块，可以方便的进行数字电路的设计和仿真。借助于组合电路仿真常用模块Logic and Bit Operations子库中的Local Operator模块，将其拖到所建的untitled窗口中，然后鼠标左键双击该模块弹出的Block Parameters/Logical Operator对话框，按Operator栏后的黑三角来选择所需要的门电路标识符，如：AND、OR、NAND、NOR、XOR、NOT中的一个，并依次设置所需的输入、输出端子个数，之后按OK 键确定。利用这些基本门电路组成加法器逻辑电路。 四．课程设计的内容： 1、1位全加器的设计。 所谓全加器，就是带进位输入和进位输出的加法器。1位全加器有3个输入，分别是加

数字逻辑4位二进制加法器实验

实验2 4位二进制加法器的设计 2．1 实验目的 进一步熟悉Quartus Ⅱ的基本操作方法，并利用原理图输入设计方法设计简单组合电路，掌握层次化设计的方法，通过4位全加器的设计掌握利用EDA 工具进行电子系统设计的流程。 2．2 原理提示 一个4位二进制加法器可以由4个全加器构成，各全加器之间的进位以串行方式实现，即将低位的进位输出CO 与相邻的高一位全加器的进位位Ci 相连，最低进位位接“0”。实验原理图如下。 2．3实验内容 采用Quartus Ⅱ基于图形的设计方法，在实验1的基础上，按层次化结构实现4位全加器的设计。完成原理图输入、编译、进行波形仿真验证。（仿真时要对所有输入、输出端进行）。 2．4实验步骤 （1） 为本项设计任务建立工程。 启动Quartus Ⅱ，新建一个工程，有关操作如下图。 将实验1中已设计好的原理图文件fualladd.bdf 拷贝到D:\0501\exp2下。在实验1中fualladd.bdf 是顶层设计文件，而在本实验中，fualladd.bdf 将作为底层设计文件使用。 ∑C i C o ∑C i C o ∑C i C o a 0b 0a 1b 1a 2b 2a 3b 3s 0s 1s 2s 3c o ∑C i C o 0

建立本工程的顶层设计。点击“File/New”→“Block Diagram/Schematic File”→“OK”，将Block1.dbf 另存为add4. dbf。add4. dbf是本工程的顶层设计文件。 （2）点击“File / Open…”将fualladd.bdf 文件打开。 （3）将fualladd.bdf制作成一个符号块，以便在add4. dbf中调用。点击“File / Create/Update / Create Symble Files For Currenf Fils”，弹出对话框（文件名一栏应出现fualladd.bsf），点击“保存”。于是，生成全加器的符号块文件fualladd.bsf。 （4）在add4. dbf的绘图区放置全加器符号。右击add4. dbf的绘图区，弹出浮动菜单，选择“Insert / Symbol…”弹出如下对话框：(在实验1中是怎样放置一个符号的？在这里也能用吗？试试看) 按图操作。结果在add4. dbf的绘图区放置了一个全加器符号。 （5）完成顶层设计。 按下图操作，完成4位二进制加法器的设计。存盘。 操作说明： 符号的旋转 右击待旋转的符号，弹出浮动菜单，选择“Rotate by Degrees / 90”可反时针旋转90°。

《四位二进制》 汪洋

《电工与电子技术基础》课程设计报告 题目四位二进制加法器 学院（部）汽车学院 专业汽车运用工程 班级2013220202 学生姓名汪洋 学号201222020227 6 月20 日至6 月2 7 日共1 周

四位二进制加法器 一．主要技术指标和要求 （1）四位二进制加数与被加数输入； （2）二位数码管显示。 二．摘要 四位二进制加法器的设计包括：1、四位二进制加数和被加数的输入，2、两个数的相加运算及和的输出，3、将两个数的和通过译码器显示在数码管上。二进制数的输入可以通过数据开关实现，用加法器可以进行二进制数的加法运算。两个四位二进制数相加后的和在十进制数的0~30内，其中产生的进位和对十进制数十位的判断和显示是重点和难点，这需要通过译码器来实现。最后用两个BS204数码管进行二位显示。 三.总体方案的论证及选择 通过数据开关将A3,A2,A1,A0和B3,B2,B1,B0信号作为加数和被加数输入到超前进位加法器74LS283的8个输入端实现，四位二进制相加，将输出信号S4,S3,S2,S1和向高位的进位C1通过一译码器译码。再将输出X4,X3,X2,X1和Y4,Y3,Y2,Y1分别通过一个74LS247译码器，最后分别通过共阳极数码管BS204实现二位显示。

1.加法器的选择 加法器是一种逻辑组合电路，主要功能是实现二进制数的算数加法运算。加法器有两种：串行进位加法器和超前进位加法器。串行进位加法器高位的运算必须等到低位的加法运算完成后送来的进位才能进行，虽然电路简单，但运行速度慢，位数越多，进位越慢；超前进位加法器是由逻辑电路根据输入信号同时形成各位向高位的进位，使各位的进位直接由加数和被加数决定，而不依赖低位的进位，省去了逐级进位所用的时间，因此这种加法器速度快，所以我们选择超前进位加法器，其型号有多种，再此，选择74LS283型加法器。 2.译码器的选择 译码器是一种具有“翻译”功能的逻辑电路，这种电路能将输入二进制代码的各种状态，按照其原意翻译成对应的输入信号。译码器是组合逻辑电路的一个重要器件。译码器的种类有多种，其中显示译码器最典型，应用广泛，其又分为七段译码器和八段译码器，在此选择七段译码器，可供选择的译码器有74LS247,74LS47,74LS248,74LS48四种，74LS247，74LS47的引脚排列分别和74LS248,74LS48的引脚排列一模一样，功能也差不多，但前两者控制共阳极数码管，后两者控制共阴极数码管，最终我们选择74LS247译码器。 74LS247型七段显示译码器的主要功能是把8421BCD译成对应于数码管的7个字段信号并驱动数码管，显示出相应的十进制数码。

十进制4位加法计数器设计

洛阳理工学院 十 进 制 4 位 加 法 计 数 器 系别：电气工程与自动化系 姓名：李奇杰学号：B10041016

十进制4位加法计数器设计 设计要求： 设计一个十进制4位加法计数器设计 设计目的： 1.掌握EDA设计流程 2.熟练VHDL语法 3.理解层次化设计的内在含义和实现 设计原理 通过数电知识了解到十进制异步加法器的逻辑电路图如下 Q3 则可以通过对JK触发器以及与门的例化连接实现十进制异步加法器的设计 设计内容 JK JK触发器的VHDL文本描述实现： --JK触发器描述 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity jk_ff is

port( j,k,clk: in std_logic; q,qn:out std_logic ); end jk_ff; architecture one of jk_ff is signal q_s: std_logic; begin process(j,k,clk) begin if clk'event and clk='0' then if j='0' and k='0' then q_s <= q_s; elsif j='0' and k='1' then q_s <= '0'; elsif j='1' and k='0' then q_s <= '1'; elsif j='1' and k='1' then q_s <= not q_s; end if; end if; end process; q <= q_s; qn <= not q_s; end one; 元件门级电路： 与门VHDL文本描述实现： --与门描述library ieee; use ieee.std_logic_1164.all;

四位二进制加法器电工电子课程设计

长安大学 电子技术课程设计 4位二进制加法器 专业车辆工程 班级22010901 姓名韩塽 指导教师顾樱华 日期2011、6、26

目录 一、技术要求 (2) 二、摘要 (2) 三、总体设计方案的论证及选择 (2) 1、加法器的选取 (2) 2、译码器的选取 (2) 3、数码管的选取 (3) 四.设计方案的原理框图，总体电路图，接线图及说明 (3) 1、总体原理图 (3) 2、总体接线图 (4) 五.单元电路设计，主要元器件选择与电路参数计算 (4) 1、逻辑开关 (4) 2、加法器设计 (5) 3、译码器设计 (7) 4、数码管设计 (9) 六、收获与体会 (10) 七、参考文献 (11) 八、附件（元器件清单） (12) 评语 (13)

一.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 二.摘要 该设计主要包括两个部分：一是用加法器实现四位二进制加数与被加数的输入，二是将相加产生的二进制和数用二位数码管显示，在此设计中加法器是重点，数码显示是难点。数码显示采用计数器，译码器七段译码显示管来实现。加法器分为半加器和全加器，半加器只能实现两个一位二进制数的相加，其只考虑两个加数本身的求和而不考虑低位来的进数位。目前使用最广泛的二进制加法器是二进制并行加法器。 三.总体设计方案的论证及选择 1.加法器的选取 二进制并行加法器是一种能并行产生两个n位二进制算术和的组合逻辑电路。按其进位方式的不同，可分为串行进位二进制并行加法器和超前进位二进制并行加法器两种类型。所以根据加法器的工作速度选取超前进位加法器。这里供选取的超前进位加法器有74LS283，CT74LS283，SN74LS283，DM74LS283，HD74LS283，M74LS283 可供选择。由于我们是非电专业，对电子器件的选取要求不高，为使设计简单起见所以选74LS283加法器。 2.译码器的选取 译码器是一种具有“翻译”功能的逻辑电路，这种电路能将输入二进制代码的各种状态，按照其原意翻译成对应的输出信号。译码器是组合逻辑电路的一个重要的器件，在显示译码器的选择上有七段译码器和八段译码器。此

设计一个四位二进制计数器

1、要求：设计一个四位二进制计数器，将计数结果由数码管显示，显示结果为十进制数。数码管选通为低电平有效，段码为高电平有效。 分析：VHDL 描述包含五部分：计数器、将四位二进制数拆分成十进制数的个位和十位、二选一的数据选择器、七段译码、数码管选通控制信号 线定义为信号 library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity counter3 is Port ( clk:in STD_LOGIC; clk1 : in STD_LOGIC; clr : in STD_LOGIC; en : in STD_LOGIC; co : out STD_LOGIC; scanout:out std_logic_vector(1 downto 0); ledout:out std_logic_vector(6 downto 0)); end counter3; architecture Behavioral of counter3 is signal cnt:std_logic_vector(3 downto 0); signal cnt1:std_logic_vector(3 downto 0); signal cnt2:std_logic_vector(3 downto 0); signal hex:std_logic_vector(3 downto 0); signal scan:std_logic_vector(1 downto 0); en clr

四位二进制加法计数器

学院信息学院专业通信工程姓名陈洁学号02 设计题目数字系统课程设计 内容四位二进制加法计数器 技术参数和要求0000→0001→0010→0011→0110→0111→1000→1001→1010→1011→1100→→1101→1110→1111→0000 缺0100→0101 设计任务 1.按要求设计VHDL程序， 2.在Xinlinx Ise环境中运行程序并输出仿真波形。 工作进度和安排第18周： 1.学习Xinlinx Ise软件知识，熟悉软件相关操作； 2.学习multsim软件知识，熟悉其在画逻辑电路时的应用； 3.查阅相关资料，学习时序逻辑电路设计知识。 第20周： 1.按要求编写程序代码，； 2.运行并输出仿真波形； 3.程序下载到电路板测试； 4.利用multsim软件，设计时序电路； 5.运行并验证结果； 6.撰写报告。 指导教师（签字）： 年月日学院院长（签字）： 年月日

目录 一．数字系统简介 (3) 二．设计目的和要求 (3) 三．设计内容 (3) 四．VHDL程序设计 (3) 五．波形仿真 (11) 六. 逻辑电路设计 (12) 六．设计体会 (13) 七．参考文献 (13)

一．数字系统简介 在数字逻辑设计领域，迫切需要一种共同的工业标准来统一对数字逻辑电路及系统的描述，这样就能把系统的设计分解为逻辑设计（前端），电路实现（后端）和验证桑相互独立而又相关的部分。由于逻辑设计的相对独立性就可以把专家们设计的各种数字逻辑电路和组件建成宏单元或软件核，即ip库共设计者引用，设计者可以利用它们的模型设计电路并验证其他电路。VHDL这种工业标准的产生顺应了历史潮流。 二．设计目的和要求 1、通过《数字系统课程设计》的课程实验使电子类专业的学生能深入了解集成中规 模芯片的使用方法。 2、培养学生的实际动手能力，并使之初步具有分析，解决工程实际问题的能力。三．设计内容 四位二进制加计数，时序图如下： 0000→0001→0010→0011→0110→0111→1000→1001→1010→1011→1100→→1101→1110→1111 →0000 缺0100→0101 。由JK触发器组成4位异步二进制加法计数器。 四．VHDL程序设计 四位二进制加计数，缺0100，0101（sw向上是0(on)；灯亮为0） LIBRARY IEEE; USE entity count10 is PORT (cp,r:IN STD_LOGIC; q:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) ); end count10; ARCHITECTURE Behavioral OF count10 IS SIGNAL count:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) ; BEGIN PROCESS (cp,r) BEGIN if r='0' then count<="0000"; elsiF cp'EVENT AND cp='1' THEN if count="0011" THEN count <="0110"; ELSE count <= count +1; END IF; end if; END PROCESS; q<= count; end Behavioral;

4位二进制加法器课程设计

长安大学 电工与电子技术课程设计 题目：4位二进制加法器学院：汽车学院 专业：汽车运用工程 班级： 姓名： 学号： 指导老师：李三财

目录 一、课题名称与技术要求··························· 二、摘要········································· 三、总体设计方案论证及选择······················· 1、方案论证与选择······························ 2、加法器的选取································ 3、译码器的选取································ 4、数码管的选取································ 四、设计方案的原理框图、总体电路原理图及说明····· 1、原理框图···································· 2、总体电路原理图······························ 3、说明········································ 五、单元电路设计、主要元器件选择及电路参数计算··· 1、单元电路设计································ 2、主要元器件选择······························ 六、收获与体会及存在的问题······················· 七、参考文献····································· 八、附件·········································

基于FPGA的四位二进制加法器的设计

电气与 电子工程系基于FPGA的四位 二进制加法器设计 姓名：杜隆超 学号： 5151968124 班级：通信15-1 指导教师：许庆华 2017年7月 12日

目录 前言 (1) 一、实验目的 (2) 二、实验要求 (2) 三、功能模块 (2) 四、程序与仿真 (4) 五、程序下载 (4) 六、程序代码 (6) 七、经验总结 (7) 八、自我评价 (7)

前言 十九世纪末、二十世纪初，电子技术开始逐渐发展起来，并成为一项新兴技术。它在二十世纪发展最为迅猛，应用最为广泛，并且成为了近代科学技术发展的一个重要标志。与信息相关的计算机、微电子及通讯技术已经成为推动社会进步和国家发展的关键技术，而微电子技术又是信息技术的基础，因此，集成电路产业已经成为整个电子信息产业的命脉。 加法器作为各类集成电路模块的核心部件，其重要性不可忽略。加法运算是最基本的运算，所有的其他基本算术运算，如减法、乘法、除法运算等最终都能归结为加法运算。在算术逻辑单元完成的操作中，逻辑操作是按位进行，各位之间彼此无关，不存在进位问题，这使得逻辑运算速度很快，且是一个常数，不需要进行过多的优化工作。但对于算数操作来说，因为存在进位问题，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，人们设计了多种类型的加法器。

一、实验目的 熟悉利用QuartusⅡ的原理图输入方法设计简单组合电路,掌握层次化设计的方法，并通过一个四位全加器的设计把握利用EDA软件进行原理图输入方式的电子线路合计的详细流程。 二、实验要求 1.可以实现4位二进制的加法运算。 2.将结果在2个七段LED数码管上显示出来。 实验原理图 三、功能模块 该实验我们采用模式五 结构图NO.5：此电路结构有较强的功能，主要用于目标器件与外界电路的接口设计实验。主要含以9大模块： 1．普通内部逻辑设计模块。在图的左下角。此模块与以上几个电路使用方法相同，例如同结构图NO.3的唯一区别是8个键控信号不再是琴键式电平输出，

四位二进制计数器

四位二进制计数器设计 班级：电子S102 姓名刘利勇学号：103511 一：实验目标 掌握用VHDL语言设计异步复位、同步使能的四位二进制加法计数器的编程方法， RST是异步清零信号，高电平有效；CLK是时钟信号；ENA是同步使能信号，高电平使能。OUTY是4位数据输出端。COUT是进位端。在复位信号为低电平，使能信号为高电平并且有时钟输入的时候，计数器自加，直到溢出，自动复位。 二：实验仪器 PC机一台，实验箱一套 三：实验步骤 1、新建一个工程目录，在该工程目录下新建一个文本输入文件。 2、在新建的文件中输入以下实验程序，并把该文件以CNT4B.VHD为文件名保存在该新建的工程文件夹下。

3、把该文本文件设置成当前文件。 4、运行编译器，检测该文本文件的错误，直到编译通过。 5、新建波形文件，在该文件中输入信号节点，设置仿真时间，运行仿真器，观测仿真波形。

6、软件仿真正确无误后，选择目标器件。 7、引脚锁定。其中时钟信号选择1引脚，使能引脚和复位引脚分别接一位拨动开关。溢出端接一个发光二极管，数据输出端接一个数码管。数据的高位接数码管的高位，数据的低位接数码管的低位。 9、重新编译。

10、编程下载，硬件调试。观测硬件结果，复位波动开关置为低电平，使能波动开关置为高电平，则数码管依次循环显示0到F，显示到F时，LED灯亮，说明发生溢出进位。当复位端有效时，计数器复位。使能端为低电平时，计数器不计数。 四、实验注意事项 1、注意输入程序后保存，以VHD为后缀名保存，不要使用默认保存格式，否则编译不通过。 2、引脚锁定时，要把输出端的高位和数码管的高位缩地，低位和低位锁定。这样才能按从0到F的顺序自加1显示。否则会数码管译码错误，会出现数字跳变。

四位二进制加法器实验

一、实验目的 1．学习FPGA的设计方法； 2．掌握利用Verilog HDL设计逻辑电路的能力。 二、实验所用组件 Basys2开发板（芯片为XC3S100E，封装为CP132）1套。 三、实验内容 下面是4位二进制数加法器的数据流描述，由于被加数A和加数B 都是4位的，而低位来的进位Cin为1位，所以运算的结果可能为5位，用{Cout，Sum}拼接起来表示。 module adder( input [3:0] A, input [3:0] B, input Cin, output [3:0] SUM, output Cout ); assign {Cout,SUM}=A+B+Cin; Endmodule 四、实验步骤与要求 1．创建一个子目录Lab2，并新建一个工程项目

2．建立一个Verilog HDL文件，将该文件添加到工程项目中并编译整个项目，查看该电路所占用的逻辑单元（Logic Elements，LE）的数量 3．对设计项目进行时序仿真，记录仿真波形图 测试代码如下：

module add4_tb; // Inputs reg [3:0] A; reg [3:0] B; reg Cin; // Outputs wire [3:0] Sum; wire Cout; // Instantiate the Unit Under Test (UUT) add4 uut ( .A(A), .B(B), .Cin(Cin), .Sum(Sum), .Cout(Cout) ); initial begin // Initialize Inputs A<=4'd0;B<=4'd0;Cin=1'b0; #1 $display("A B Cin Sum Cout=%b %b %b %b %b",A,B,Cin,Sum,Cout); A<=4'd0;B<=4'd1;Cin=1'b0; #1 $display("A B Cin Sum Cout=%b %b %b %b %b",A,B,Cin,Sum,Cout); A<=4'd0;B<=4'd2;Cin=1'b0; #1 $display("A B Cin Sum Cout=%b %b %b %b %b",A,B,Cin,Sum,Cout); A<=4'd0;B<=4'd3;Cin=1'b0; #1 $display("A B Cin Sum Cout=%b %b %b %b %b",A,B,Cin,Sum,Cout); A<=4'd0;B<=4'd4;Cin=1'b0; #1 $display("A B Cin Sum Cout=%b %b %b %b %b",A,B,Cin,Sum,Cout); A<=4'd1;B<=4'd0;Cin=1'b1; #1 $display("A B Cin Sum Cout=%b %b %b %b %b",A,B,Cin,Sum,Cout); A<=4'd2;B<=4'd0;Cin=1'b0; #1 $display("A B Cin Sum Cout=%b %b %b %b %b",A,B,Cin,Sum,Cout); A<=4'd4;B<=4'd0;Cin=1'b1; #1 $display("A B Cin Sum Cout=%b %b %b %b %b",A,B,Cin,Sum,Cout); end endmodule

4位同步二进制加法计数器

4位同步二进制加法计数器 一、实验目的 1、熟悉在EDA平台上进行数字电路集成设计的整个流程。 2、掌握Max+PlusⅡ软件环境下简单的图形、VHDL文本等输入设计方法。 3、熟悉VHDL设计实体的基本结构、语言要素、设计流程等。 4、掌握利用Max+PlusⅡ的波形仿真工具验证设计的过程。 5、学习使用JTAG接口下载逻辑电路到可编程芯片，并能调试到芯片正常工作为止。 二、实验设备 １．软件 操作系统：Windows 2000 EDA软件：MAX+plus II 10.2 ２．硬件 EDA实验箱：革新EDAPRO/240H 三、实验原理 1.设计分析 4位同步二进制加法计数器的工作原理是指当时钟信号clk的上升沿到来时，且复位信号clr低电平有效时，就把计数器的状态清0。 在clr复位信号无效（即此时高电平有效）的前提下，当clk的上升沿到来时，如果计数器原态是15，计数器回到0态，否则计数器的状态将加1. 2.VHDL源程序 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; entity cnt4e is port(clk,clr:in std_logic; cout:out std_logic; q:buffer integer range 0 to 15); end cnt4e; architecture one of cnt4e is begin process(clk,clr) begin if clk'event and clk='1'then if clr='1'then if q=15 then q<=0; cout<='0'; elsif q=14 then q<=q+1; cout<='1'; else q<=q+1; end if; else q<=0;

4位二进制加法器

长安大学 电工与电子技术课程设计题目：4位二进制加法器 原文来自：https://www.wendangku.net/doc/b35773928.html,/view/3c8d9e26192e45361066f5aa.html 对该文本内容略作修正 学院 专业 班级 学号 姓名 日期 指导老师

前言 十九世纪末、二十世纪初，电子技术开始逐渐发展起来，并成为一项新兴技术。它在二十世纪发展最为迅猛，应用最为广泛，并且成为了近代科学技术发展的一个重要标志。与信息相关的计算机、微电子及通讯技术已经成为推动社会进步和国家发展的关键技术，而微电子技术又是信息技术的基础，因此，集成电路产业已经成为整个电子信息产业的命脉。 加法器作为各类集成电路模块的核心部件，其重要性不可忽略。加法运算是最基本的运算，所有的其他基本算术运算，如减法、乘法、除法运算等最终都能归结为加法运算。在算术逻辑单元完成的操作中，逻辑操作是按位进行，各位之间彼此无关，不存在进位问题，这使得逻辑运算速度很快，且是一个常数，不需要进行过多的优化工作。但对于算数操作来说，因为存在进位问题，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，人们设计了多种类型的加法器，于是便有了我们在本课题中所要用到的超前进位加法器——74LS283。 三人分工: 加法器部分:1 译码器部分:2 数码管部分:3（ps：答辩部分老师说：你就一个数码管？然后老师什么也不问，直接给了个及格。）

目录 一、技术要求 (4) 二、摘要 (4) 三、总体设计方案的论证及选择 (4) 1、加法器的选取 (4) 2、译码器的选取 (4) 3、数码管的选取 (5) 四.设计方案的原理框图 (5) 五.单元电路设计，主要元器件选择与电路参数计算 (6) 1、逻辑开关 (6) 2、加法器设计 (6) 3、译码器设计 (7) 4、数码管设计 (10) 六、总图 (11) 七、参考文献 (12) 八、附件（元器件清单） (12) 九、心得体会 (13) 十、评语表 (14)