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Verilog全加器

　
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1． 全加器（full_adder）：是用门电路实现两个二进制数相加并求出和的组合线路，称为一位全加器，一位全加器可以处理低位进位，并输出本位加法进位。多个一位全加器进行级联可以得到多位全加器。
（1） 一位全加器的真值表如下：假设Ai，Bi，Ci-1是输入信号，s1和c1是输出信号，并且有Ai是被加数，Bi是加数，相邻低位来的进位数是Ci-1，输出本位和是Si，向相邻高位进位数是Ci
在这里插入图片描述
根据真值表可以看到：一位全加器的表达式如下：
Si=Ai⊕Bi⊕Ci-1

		也可以用一个异或门来代替或门对其中两个输入信号求和：
		 
		也是可以这么来理解的：
		sum = ~a&~b&cin + ~a&b&~cin + ~b&a&~cin + a&b&cin = a^b^cin
		cout = ~a&b&c + ~b&a&c + ~c&a&b + a&b&c = (a&b)|(a&cin)|(b&cin)
		（其中a,b，cin是输入信号，sum和cout分别是求和和进位）

（2） 现在我们还是分三种描述方式来进行说明：
① 结构化描述方式（创建工程的名称是full_add）：
创建的仿真文件和测试文件分别是full_add1和full_adder1
现在我们一起看一下这个仿真w文件的代码吧：

//结构化描述方式
module full_add1
(
	input a,b,cin,
	output sum,cout
);
wire s1,m1,m2,m3;//这个还是表示线网型的
xor(s1,a,b);//s1 = a^b,接着sum = s1^cin
xor(sum,s1,cin);
and(m1,a,b);//这个是m1 = a&b,下面的是m2 = a&cin，再接着是m3 = b&cin
and(m2,a,cin);
and(m3,b,cin);
or(m1,m2,m3);
endmodule

测试文件是：

module full_adder1();
	reg Ain,Bin,Cin;
	reg clk;//时钟
	wire sum1,cout1;
	initial
		begin
			#1
			Ain = 0;
			Bin = 0;
			clk = 0;
			Cin = 0;
		end
	always #5 clk = ~clk;
	always @(posedge clk)
		begin
			Ain = {$random} % 2;
			Bin = {$random} % 2;
			Cin = {$random} % 2;
		end
		full_add1 u1(Ain,Bin,Cin,sum1,cout1);
endmodule

波形图是：
在这里插入图片描述
RTL电路图是：
在这里插入图片描述
所以可以清晰地看到这个全加器由两个异或门、三个与门、一个或门构成，代码显示了用纯结构的建模方式，其中xor 、and、or 是Verilog HDL 内置的门器件。以 xor x1 (S1, A, B) 该例化语句为例：xor 表明调用一个内置的异或门，器件名称xor ，代码实例化名x1（类似原理图输入方式）。括号内的S1，A，B 表明该器件管脚的实际连接线（信号）的名称，其中 A、B是输入，S1是输出。
② 数据流描述（创建的工程名叫做Project_1）：
创建的仿真文件和测试文件分别叫做full_add2和full_adder2
下面是仿真文件的源代码：

module full_add2
(
	input a,b,cin,
	output cout,sum
);
wire s1,m1,m2,m3;
assign #2 s1 = a^b;
assign #2 sum = s1&cin;
assign #2 m1 =a&b;
assign #2 m2 = a&cin;
assign #2 m3 = b$cin;
assign #2 cout = m1|m2|m3;
endmodule//在个assign语句之间，是并行执行的，即各语句的执行和语句之间的顺序无关，当a变化的时候，s1和m1、m2同时变化，s1的变化又会造成sum的变化

测试文件的代码：

module full_adder2();
	reg Ain,Bin,Cin,clk;//其中clk是时钟模块
	wire sum1,cout1;
	initial 
		begin
			#1
			Ain = 0;
			Bin = 0;
			Cin = 0;
			clk = 0;
		end
	always #5 clk = ~clk;
	always @(posedge clk)
		begin 
			Ain = {$random}%2;
			Bin = {$random}%2;
			Cin = {$random}%2;
		end
	full_adder2 u2(Ain,Bin,Cin,sum1,cout1);
endmodule
波形图如下显示：

在这里插入图片描述
RTL电路图如下：
在这里插入图片描述
③ 行为描述方式：（Project_2是新创建的工程）
创建的仿真文件和测试文件分别是：full_add3和full_adder3
下面，我们一起看一下仿真文件代码：

module full_add3
(
	input a,b,cin,
	output sum,cout
);
reg s1,s2,s3;
reg sum,cout;
always @(a or b or cin)
	begin
		sum = (a^b)^cin;
		s1 = a&cin;
		s2 = b&cin;
		s3 = a&b;
		cout = (s1|s2)|s3;
	end
endmodule

测试文件如下：

module full_adder3();
reg Ain,Bin,Cin,clk;
wire sum3,cout3;
initial 
	begin
		#1
		Ain = 0;
		Bin = 0;
		Cin = 0;
		clk = 0;
	end
always #5 clk = ~clk;
always @(posedge clk)
	begin
		Ain = {$random}%2;
		Bin = {$random}%2;
		Cin = {$random}%2;
	end
full_add3 u3(Ain,Bin,Cin,sum3,cout3);
endmodule

波形图如下：
在这里插入图片描述
RTL电路图是：
在这里插入图片描述
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