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第9讲-加法器设计1数字电路的FPGA设计与实现——基于QuartusPrime和VerilogHDLFPGADesignandImplementationofDigitalCircuits——BasedonQuartusPrimeandVerilogHDL实验原理ExperimentalPrinciples“9.12MSI74283加法器

MSI74283是4位超前进位加法器，逻辑符号如下图所示，A（A3～A0）、B（B3～B0）分别是两个4位的加数，S（S3～S0）是运算的结果和，CI是进位输入，CO是进位输出。3MSI74283的逻辑表达式

MSI74283的逻辑表达式如下所示，Si对应结果和S3～S0，Ai和Bi对应两个加数A3～A0和B3～B0,Ci则是Ai、Bi以及Ci-1相加过程中产生的进位，其中，C-1为进位输入CI，最后得到的C3则为进位输出CO。4

各位进位的计算5首先，定义两个中间变量Gi和Pi：

将其带入Ci逻辑表达式可得：

进而可计算出各进位信号的具体逻辑表达式：

各位结果和的计算

根据Si的逻辑表达式，计算得到的各位结果和的具体逻辑表达式如下所示，结合前面计算得到的Ci值，便完成了MSI74283加法器所有输出结果的计算。6

MSI74283与外部电路连接图

右图为MSI74283与外部电路的连接图，其中输入端A0～A3、B0～B3、CI使用拨动开关SW0～SW8来控制电平的高低，对应EP4CE15F23C8N芯片引脚依次为W7、Y8、W10、V11、U12、R12、T12、T11、U11，输出端S0～S3、CO使用LED0～LED4表示，点亮为高电平，熄灭为低电平，对应EP4CE15F23C8N芯片引脚依次为Y4、W6、U7、V4、P4。7实验步骤ExperimentalProcedure“9.28实验步骤9步骤1：新建原理图工程步骤2：完善MSI74283_top.bdf文件步骤3：添加仿真文件步骤4：引脚约束步骤5：新建HDL工程步骤6：完善MSI74283.v文件仿真波形10本章任务ChapterTask“9.311本章任务12任务1：

使用Quartus集成开发环境，基于原理图，用MSI74283四位加法器和必要的门电路设计一个四位二进制减法电路。编写测试激励文件，对该电路进行仿真；编写引脚约束文件，其中输入使用拨动开关，输出使用LED。在Quartus集成开发环境中生成bit文件，并下载到FPGA高级开发系统进行板级验证。任务2：

使用Quartus集成开发环境，基于VHDL，设计一个两位二进制减法电路。编写测试激励文件，对该电路进行仿真；编写引脚约束文件，其中输入使用拨动开关，输出使用LED。在Quartus集成开发环境中生成bit文件，并下载到FPGA高级开发系统进行板级验证。本章习题ChapterExercises“9.413本章习题14

1. 用4位加法器MSI74283和必要门电路实现可控代码转换电路，当控制信号X=0时，将8421BCD码转换为余3码；

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