1位二进制数全加器
1位二进制数全加器是一个具有三个输入端和两个输出端的，能对被加数、加数以及来自低位的进位相加得到“全加和”与“全加进位”。
它的真值表如下：
| Ai | Bi | Ci-1 | Ci | Si |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
它的逻辑表达式如下：
Ci = AiBi + Ci-1 ( Ai ^ Bi )
Si = Ai ^ Bi ^ Ci
Verilog HDL实现
module exp1_fulladder (
input d1,
input d0,
input q1,
output out,
output q
);
//按照逻辑表达式输出即可
assign out = d1 ^ d0 ^ q1;
assign q = (d1&d0)||(q1&&(d1^d0));
endmodule
原理图实现
仿真
从仿真的结果来看，Ci与Si的结果与真值表相符合。
上板验证
我使用的板子是实验室的DE2-115开发板，开发板上面有拨动开关与LED，可以使用三个拨动开关来表示1位全加器的输入，两个LED表示两个输出的高低电平。
以下是板子的拨动开关与LED的引脚：
在Quartus里面，配置引脚，将三个输入口与三个Switch开关相连，两个输出口与LED引脚相连：
将板子接上电源，打开开关，将USB线连接板子与电脑，点击烧录，得到以下现象：
上板的现象也是与真值表相符合的。
扩展：4位全加器
前面制作了1位全加器，接下来可以使用四个1位全加器，做一个4位全加器。
将1位全加器的q与q1首尾相连，开头的输入进位接地，最后一个全加器的输出的进位表示是否溢出。按照上图连接，将实现4位全加器，并判断是否溢出。
使用VerilogHDL语言实现4位全加器的话，原理与上面一样。
代码如下：
module exp1_fulladder_4bits(
input [3:0] d1,
input [3:0] d0,
output [3:0] out,
output q
);
wire q1;
assign q1 = 1'b0;
wire [2:0] _q;
exp1_fulladder u_exp1_fulladder(
.d1 (d1[0]),
.d0 (d0[0]),
.q1 (q1),
.out (out[0]),
.q (_q[0])
);
exp1_fulladder u_exp1_fulladder_2(
.d1 (d1[1]),
.d0 (d0[1]),
.q1 (_q[0]),
.out (out[1]),
.q (_q[1])
);
exp1_fulladder u_exp1_fulladder_3(
.d1 (d1[2]),
.d0 (d0[2]),
.q1 (_q[1]),
.out (out[2]),
.q (_q[2])
);
exp1_fulladder u_exp1_fulladder_4(
.d1 (d1[3]),
.d0 (d0[3]),
.q1 (_q[2]),
.out (out[3]),
.q (q)
);
endmodule
这一部分笔者使用的是小脚丫Max10-02SCM系列的芯片做的，引脚分布与上面的板子不一样。但都是控制8位输入（两个4位二进制数）高低电平，然后使用LED表示全加器输出。
四位全加器的实验现象如下：
当输入的数分别为0001与0010，结果为0011，没有溢出，只有最低为两个灯亮：
当输入的数分别为1001与1100，结果为0101，有溢出，溢出灯亮，第一位与第三位亮：
实验总结
本次实验使用FPGA制作了全加器，并从1位全加器扩展到了4位。复习了前面学习的数电知识，以及更进一步地练习了verilog语法与fpga的使用。
另外发现，蓝色LED与白色LED的工作功率似乎比红，绿，黄三色的LED大。在接上限流电阻的时候白灯与蓝灯会不亮。