周慶芳

【摘 要】FPGA即現(xiàn)場可編程門陣列。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。該設(shè)計采用FPGA技術(shù)，運用VHDL硬件語言設(shè)計八位加法器的ADD4模塊、SELTIME模塊和DELED模塊，完成了八位加法器進行自頂向下的設(shè)計并通過了實驗驗證，以及對八位加法器的設(shè)計與實現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】FPGA 八位加法器 設(shè)計

一、背景介紹

隨著科學(xué)技術(shù)的進步和社會經(jīng)濟的發(fā)展，電子系統(tǒng)的設(shè)計正朝著速度快、容量大、體積小、質(zhì)量輕、用電少的方向發(fā)展，這對各種新型電子產(chǎn)品的開發(fā)提出了許多全新的課題和更高的要求。EDA技術(shù)是一種高級、快速、有效的電子設(shè)計自動化技術(shù)[1]。EDA技術(shù)以計算機為工具，代替人完成數(shù)字系統(tǒng)的邏輯綜合、布局布線和設(shè)計仿真等工作。設(shè)計者只需要完成對系統(tǒng)功能的描述，然后就可以由計算機來處理這些描述，得到設(shè)計結(jié)果，修改設(shè)計也很方便。利用EDA工具進行設(shè)計，可以極大地提高設(shè)計效率[2]。

此次設(shè)計采用EDA技術(shù)，應(yīng)用Quartus Ⅱ軟件平臺和CPLD器件，完成一個八位硬件加法器的設(shè)計。通過該設(shè)計可以熟悉電子系統(tǒng)層次化設(shè)計與基本設(shè)計過程，以及如何使用可編程控制器件（PLD）進行簡單邏輯電路的設(shè)計；掌握EDA軟件設(shè)計平臺Quartus Ⅱ的使用，并掌握設(shè)計項目的原理圖編輯、編譯、仿真、波形分析及下載。

二、八位加法器的設(shè)計

思路：設(shè)計要求完成八位加法器，因直接設(shè)計復(fù)雜，所以先設(shè)計底層文件，即從最簡單的半加器開始。先設(shè)計一個半加器，然后封裝，用兩個封裝過的半加器組成一個全加器；再封裝，用四個封裝體全加器串聯(lián)成一個四位加法器；再封裝，最后完成頂層文件，即由兩個四位二進制加法器級連成一個八位硬件加法器。

依照上面思路，用兩個半加器設(shè)計一個全加器的封裝體，然后用封裝好的全加器串聯(lián)成四位加法器并封裝。前面的步驟完成了一個底層元件的設(shè)計，并被包裝入庫，現(xiàn)在利用已設(shè)計好的四位加法器，完成頂層項目八位加法器的設(shè)計，電路圖如圖1所示。

其中，ADD4模塊是四位二進制加法器，兩個串聯(lián)成八位加法器，結(jié)果經(jīng)SELTIME模塊驅(qū)動送入DELED模塊輸出，SELTIME模塊每次送入4位數(shù)據(jù)到DELED模塊，由CLK時鐘脈沖控制輸出，DELED模塊把送入的每個四位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為7段碼送出顯示。A——dp（對應(yīng)數(shù)碼管a-h）為段碼，在選中一個數(shù)碼管情況下送出段碼，在該數(shù)碼管中顯示段碼字符，然后接著選中其他數(shù)碼管，送其他字符。仿真后波形圖如圖2所示，此次設(shè)計的八位加法器電路圖已經(jīng)過實驗系統(tǒng)驗證，邏輯功能正確，設(shè)計成功。

三、小結(jié)

隨著EDA技術(shù)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計師們更愿意自己設(shè)計專用集成電路（ASIC）芯片，而且希望ASIC的設(shè)計周期盡可能短，因而出現(xiàn)了現(xiàn)場可編程邏輯器件，其中應(yīng)用最廣泛的屬現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）和復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD），它們都是在PAL、GAL等邏輯器件的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，可以替代幾十甚至幾千塊通用IC芯片，非常適用于現(xiàn)代電子設(shè)計。本設(shè)計采用FPGA技術(shù)，運用VHDL硬件語言設(shè)計八位加法器的ADD4模塊、SELTIME模塊和DELED模塊，完成了八位加法器進行自頂向下的設(shè)計并通過了實驗驗證，以及對八位加法器的設(shè)計與實現(xiàn)。經(jīng)驗證，該加法器邏輯功能正確，設(shè)計成功，具有一定的市場價值。

【參考文獻】

[1]唐紅蓮，劉愛榮.EDA技術(shù)與實踐[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[2]蘇志平.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程[M].北京：中國水利水電出版社，2010.