实验四 四位全加器
一、实验目的
l. 用组合电路设计4位全加器。
2.了解Verilog HDL语言的行为描述的优点。 二、实验原理
4位全加器工作原理 1）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。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中所列。
2）1位全加器
一位全加器(FA)的逻辑表达式为：S=A⊕B⊕Cin；Co=AB+BCin+ACin 其中A,B为要相加的数，Cin为进位输入；S为和，Co是进位输出；
这两幅图略微有差别，但最后的结果是一样的。 3）4位全加器
4位全加器可看作4个1位全加器串行构成, 具体连接方法如下图所示：
采用Verilog HDL语言设计该4位全加器，通过主模块调用子模块（1位全加器）的方法来实现。
三、实验步骤
新建文件 定义模块，顶层模块与工程名字一致，不可有并列的顶层模块 每个模块中设置端口及内部变量，注意调用接口 子模块写好1位全加器 主模块中设定时钟上升沿控制计数（always） 全加输出 计数输出信号控制扬声器与数码管（case） 配置引脚，连接硬件，
编译后，把程序下载到硬件中运行输入不同的数值， 根据LED灯验证结果，输入clk信号，听不同数值控制的不同频率的扬声器声音
四、实验连线
K1-K4:14-11 K5-K8:18-15 L5-L8:7-10 VIJN:83 L4:6 4KHZ:80
五、心得体会
首先，实现这一段全加器代码并不难，但是由于困惑给的三个时钟输入，没有太懂意思，所以只写了全加器控制LED灯的代码；后来问清楚后，运行全加器代码，有错误，原来是建文件时用的是verilog hdl，我建的是其他类型的；后来还有错，原来是把冒号打成分号；编译成功后，LED不亮，后来发现是硬件老化，换了箱子。这一部分做好后，我准备把控制声音的加上去，本来准备再加一个模块，可是不能有两个顶层块，就对主模块做了补充，用case命令调用不同的状态，因为时间紧迫，所以代码写得比较简单，没有用经典的分频代码。这里附一小段，是我在研究分频控制时看懂的网上的经典分频代码，适合乐曲自动播放等高级的实现，仅供分享
assign preclk=(divider==16383)?1:0;//divider==16383，preclk=1 always @(posedge clk) //基频上升沿触发 begin
if(preclk) //preclk=1 divider=origin; else
divider=divider+1; end
always @(posedge preclk) //调整占空比 begin
speaker=~speaker; //2 分频产生方波信号 end
这部分实现了分频功能，其中origin+divider=16384=2^14，这个数根据自己的需要而定。
在这个过程中我明白了： 1）细心，每个步骤不能错；
2）出现问题要仔细排查，软硬件都要； 3）注意reg wire的设定； 4）学到了额外的扩展知识
六、代码分析：
module full_add1(SUM,C_OUT,A,B,C_IN);//一位全加器子模块 output SUM,C_OUT; input A,B,C_IN;
wire C1,C2,C3;
and (C1,A,B); //内部门实现 xor (C3,A,B);
and (C2,C3,C_IN); xor (SUM,C_IN,C3); xor (C_OUT,C1,C2); endmodule
module shiyan4(speaker,s,c_out,a,b,c_in,clk_4MHz,);//主模块 output [3:0]s; output c_out; output speaker; input clk_4MHz; input [3:0]a,b; input c_in; reg speaker; wire c1,c2,c3;
full_add1 f0(s[0],c1,a[0],b[0],c_in);//调用子模块（4个一位全加器） full_add1 f1(s[1],c2,a[1],b[1],c1); full_add1 f2(s[2],c3,a[2],b[2],c2); full_add1 f3(s[3],c_out,a[3],b[3],c3);
always @(posedge clk_4MHz) //时钟信号上升沿触发
if(c_out==1) //全加器部分进位输出为1的情况 case(s)
4'b0000: speaker=clk_4MHz; //全加器s为0扬声器输出的频率 4'b0001: speaker=clk_4MHz; //全加器s为1扬声器输出的频率 （同样目的，以下依次分成不同频率） 4'b0010: speaker=clk_4MHz; 4'b0011: speaker=clk_4MHz; 4'b0100: speaker=2*clk_4MHz; 4'b0101: speaker=2*clk_4MHz; 4'b0110: speaker=2*clk_4MHz; 4'b0111: speaker=2*clk_4MHz; 4'b1000: speaker=3*clk_4MHz; 4'b1001: speaker=3*clk_4MHz; 4'b1010: speaker=3*clk_4MHz; 4'b1011: speaker=3*clk_4MHz;
4'b1100: speaker=10*clk_4MHz; 4'b1101: speaker=10*clk_4MHz; 4'b1110: speaker=10*clk_4MHz; 4'b1111: speaker=10*clk_4MHz; endcase else
case(s) //全加器部分进位输出为1的情况 4'b0000: speaker=10000*clk_4MHz; 4'b0001: speaker=10000*clk_4MHz; 4'b0010: speaker=10000*clk_4MHz; 4'b0011: speaker=10000*clk_4MHz; 4'b0100: speaker=1000*clk_4MHz; 4'b0101: speaker=1000*clk_4MHz; 4'b0110: speaker=1000*clk_4MHz; 4'b0111: speaker=1000*clk_4MHz; 4'b1000: speaker=6000*clk_4MHz; 4'b1001: speaker=6000*clk_4MHz; 4'b1010: speaker=6000*clk_4MHz; 4'b1011: speaker=6000*clk_4MHz; 4'b1100: speaker=100*clk_4MHz; 4'b1101: speaker=100*clk_4MHz; 4'b1110: speaker=100*clk_4MHz; 4'b1111: speaker=100*clk_4MHz; endcase
endmodule