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全加器（多位）的实现

news 2025/8/12 15:23:00

一，半加器

定义
半加器（Half Adder）是一种用于执行二进制数相加的简单逻辑电路。它可以将两个输入位的和（Sum）和进位（Carry）计算出来。
半加器有两个输入：A 和 B，分别代表要相加的两个二进制位。它的输出由两个部分组成：
1.和（Sum）：表示 A + B 的个位数结果。
2.进位（Carry）：表示 A + B 的十位数结果是否需要进位到下一位。
真值表
逻辑表达式
根据真值表可知，当 A 和 B 的输入都为 0 时，Sum 和 Carry 均为 0；当 A 和 B 的输入中有一个为 1 时，Sum 为 1，Carry 为 0；当 A 和 B 的输入都为 1 时，Sum 为 0，Carry 为 1。所以其逻辑表达式为：
Sum = A ^ B
Carry = A & B
逻辑电路

在这里插入图片描述

Verilog代码实现

module half_adder(input   wire        a_in    ,input   wire        b_in    ,   output  wire         count   ,//进位output  wire         sum      //半加和数
);assign count = a_in & b_in;
assign sum   =  a_in ^ b_in;// assign = {count,sum} = a_in + b_in ;
endmodule

tb文件

`timescale 1ns/1ns
module tb_half_adder();reg     in_a;
reg     in_b;
wire    count;
wire    sum;initial beginin_a = 0;in_b = 0;#10;repeat(100)beginin_a =($random);in_b =($random);#10;end#10;$stop;
endhalf_adder u_half_adder(.a_in    (in_a),.b_in    (in_b),   .count   (count),//进位.sum     (sum) //半加和数
);endmodule

仿真波形

二，全加器

定义
全加器（Full Adder）是一种用于执行二进制数相加的数字逻辑电路。与半加器相比，全加器能够处理两个输入位之间的进位，从而实现多位二进制数的相加运算。
一个全加器有三个输入：A、B 和进位（Carry-In，通常用Cin表示），代表要相加的两个二进制位和上一位的进位。它的输出由两部分组成：
1.和（Sum）：表示 A + B + Cin 的个位数结果。
2.进位（Carry-Out，通常用Cout表示）：表示 A + B + Cin 的十位数结果是否需要进位到下一位。
真值表
逻辑表达式
全加器的逻辑表达式可以通过使用逻辑门（AND、XOR）来表示。以下是全加器的逻辑表达式：
Sum = A ^ B ^ Cin
Cout = (A ^ B)&Cin + A&B
逻辑电路（这里借用一下别人的图阿里嘎多）

在这里插入图片描述
由两个半加器组成全加器

Verilog代码

module full_adder(input   wire    a_in,input   wire    b_in,input   wire    c_in,output  wire    count,output  wire    sum
);// reg  count_r;
// reg  sum_r;assign sum = a_in ^ b_in ^ c_in;
assign count = (a_in ^ b_in)&c_in | a_in&b_in;//{count ， sum} = a_in + b_in + c_in
endmodule

tb文件

module full_adder(input   wire    a_in,input   wire    b_in,input   wire    c_in,output  wire    count,output  wire    sum
);// reg  count_r;
// reg  sum_r;assign sum = a_in ^ b_in ^ c_in;
assign count = (a_in ^ b_in)&c_in | a_in&b_in;//{count ， sum} = a_in + b_in + c_in
endmodule

仿真波形

三，多位全加器

个人理解
对于多位全加器我的理解是，相当于多位数的每一位都是一个全加器，所以对于多位全加器，就是相当于是多个全加器的连接。
verilog代码实现（generate）

module N_adder #(parameter N = 2) (input       [N-1:0] a_in,input       [N-1:0] b_in,input               cin,output      [N-1:0] sum,output              count
);wire  [N:0]    c;genvar i;
generatefor (i = 0;i<N ; i=i+1) begin : adder_full_nfull_adder     full_adder_inst (.a_in   (a_in[i]),.b_in   (b_in[i]),.c_in    (c[i]),.sum    (sum[i]),.count  (c[i+1])
);end
endgenerateassign c[0] = cin;
assign count = c[N];endmodule

tb文件

`timescale 1ns/1ns
module N_adder_tb ();
parameter N = 5;
reg         [N-1:0] a_in;
reg         [N-1:0] b_in;
reg                 cin;
wire        [N-1:0] sum;
wire                count;initial begincin = 1'b0;#5;repeat(20)begina_in =($random)%5;b_in =($random)%5;#(5);end#(10)$stop;
end
N_adder #(.N(N)) N_adder_inst (.a_in   (a_in),.b_in   (b_in),.cin    (cin),.sum    (sum),.count  (count)
);
endmodule