集成电路课程设计.docx

目 录一.课程设计的目的2二.电路原理2（一）4位与非门电路（必做题）21.电路原理22.电路原理图3（二）2位计数器电路（选做题）41.电路原理42.电路原理图4三.课程设计过程及结果4（一）4位与非门电路（必做题）41.网表文件42.软件界面53.电压节点列表64.仿真波形6（二）2位计数器电路（选做题）61.D触发器62.非门83.异或门94.与门105.二位计数器11五.心得体会13一.课程设计的目的根据半导体集成电路以及Hspice软件知识，以及数字电路等课程的知识，使用集成电路工艺完成4位与非门以及2位计数器的设计。希望通过本次集成电路设计学会集成电路的设计流程，熟练掌握Hspice软件的使用。二.电路原理（一）4位与非门电路（必做题）1.电路原理与非门是数字电子技术的一种基本逻辑电路，是与门和非门的叠加，有两个或两个以上输入和一个输出。与非门是与门和非门的结合，先进行与运算，再进行非运算。与运算输入要求有两个，如果输入都用0和1表示的话，那么与运算的结果就是这两个数的乘积。如1和1（两端都有信号），则输出为1；1和0，则输出为0；0和0，则输出为0。与非门的结果就是对两个输入信号先进行与运算，再对此与运算结果进行非运算的结果。简单说，与非与非，就是先与后非。 与非门真值表：有0出1，全1出0 电工学里一种基本逻辑电路，是与门和非门的叠加，有两个输入和一个输出，真值表为：图1 CMOS（本意是指互补金属氧化物半导体一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料）是微机主板上的一块可读写的RAM芯 片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。CMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电，信息也不会丢失。 CMOS RAM本身只是一块存储器，只有数据保存功能，而对CMOS中各项参数的设定要通过专门的程序。早期的CMOS设置程序驻留 在软盘上的(如IBM的PC/AT机型)，使用很不方便。现在多数厂家将CMOS设置程序做到了BIOS芯片中，在开机时通过特定的按键 就可进入CMOS设置程序方便地对系统进行设置，因此CMOS设置又被叫做BIOS设置。 早期的CMOS是一块单独的芯片MC146818A(DIP封装)，共有64个字节存放系统信息,见CMOS配置数据表。386以后的微机一般将 MC146818A芯片集成到其它的IC芯片中(如82C206，PQFP封装)，最新的一些586主板上更是将CMOS与系统实时时钟和后备电池集 成到一块叫做DALLDA DS1287的芯片中。随着微机的发展、可设置参数的增多，现在的CMOS RAM一般都有128字节及至256字节 的容量。为保持兼容性，各BIOS厂商都将自己的BIOS中关于CMOS RAM的前64字节内容的设置统一与MC146818A的CMOS RAM格式 一致，而在扩展出来的部分加入自己的特殊设置，所以不同厂家的BIOS芯片一般不能互换，即使是能互换的，互换后也要对 CMOS信息重新设置以确保系统正常运行. 你认识主板上的BIOS芯片吗？ 介绍常见的BIOS芯片的识别 ROM BIOS是主板上存放微机基本输入输出程序的只读存贮器，其功能是微机的上电自检、开机引导、基本外设I/O和系统CMOS 设置。 主板上的ROM BIOS芯片是主板上唯一贴有标签的芯片，一般为双排直插式封装(DIP)，上面印有“BIOS”字样。虽然有些BIOS 芯片没有明确印出“BIOS”，但凭借外贴的标签也能很容易地将它认出。 586以前的BIOS多为可重写EPROM芯片，上面的标签起着保护BIOS内容的作用(紫外线照射会使EPROM内容丢失)，不能随便撕下。 586以后的ROM BIOS多采用EEPROM(电可擦写只读ROM)，通过跳线开关和系统配带的驱动程序盘，可以对EEPROM进行重写，方便 地实现BIOS升级。 常见的BIOS芯片有AMI、Award、Phoenix等，在芯片上都能见到厂商的标记。 现在的CMOS芯片通常都集成在主板的BIOS芯片里面（所以主板上一般看不到CMOS芯片，只能看到BIOS芯片!2.电路原理图图2（二）2位计数器电路（选做题）1.电路原理分析计数器要用到触发器的相关知识，其中JK触发器最常用，偶尔用到T触发器和D触发器。由于计数器的控制单元由逻辑门电路构成，分析前还要简要回顾一下与、或、非等常用逻辑门电路的相关知识。另外，用模式化方法分析计数器还要用到逻辑代数的运算方法、逻辑函数的化简方法等相关知识。计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等。 在设计中，可以采用两种方法来实现简单的计数器。采用图形设计方法，设计者可以调用设计软件提供的库元件，如基本的逻辑器件与门、或门、四位十进制计数器74160等等，并将这些元件以一定方式连接，从而构成目标计数器；采用语言设计方法，设计者只要根据语言规则定义目标计数器的管脚，并描述目标计数器的功能，然后设计软件便可以自动综合出目标计数器，采用这种设计方法，设计者不用考虑实际可用硬件的构成方式，因此很灵活方便。 2.电路原理图图3三.课程设计过程及结果（一）4位与非门电路（必做题）1.网表文件nmos nand 4.options list node post.tran 20p 50nvcc vcc 0 5m1 vcc vcc 5 5 nch l=1u w=20um2 5 1 6 6 nch l=1u w=20um3 6 2 7 7 nch l=1u w=20um4 7 3 8 8 nch l=1u w=20um5 8 4 0 0 nch l=1u w=20uv1 1 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 5N 20Nv2 2 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 5N 20Nv3 3 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 5N 20Nv4 4 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 5N 20N.model nch nmos level=1.end2.软件界面图43.电压节点列表图54.仿真波形图6（二）2位计数器电路（选做题）1.D触发器（1）网表文件d.OPTIONS LIST NODE POST.TRAN 200P 20NV1 1 0 5VdcM9 5 2 7 7 NCH L=1U W=80U M1 1 1 3 3 NCH L=1U W=20U M10 7 8 0 0 NCH L=1U W=80U M2 1 1 4 4 NCH L=1U W=20U M3 1 1 5 5 NCH L=1U W=20U M4 3 2 0 0 NCH L=1U W=80U M5 4 3 6 6 NCH L=1U W=80U V2 2 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 5N 20NV3 8 0 5VdcM6 6 8 0 0 NCH L=1U W=80U M7 4 5 0 0 NCH L=1U W=80U M8 5 4 0 0 NCH L=1U W=80U C1 4 0 .75PC2 5 0 .75P.MODEL NCH NMOS LEVEL=1.END（2）电路原理图图7（3）仿真波形图82.非门（1）网表文件NOT Circuit.OPTIONS LIST NODE POST.TRAN 200P 20NM1 3 2 1 1 PCH L=1U W=20UM2 3 2 0 0 NCH L=1U W=20UV1 1 0 5V2 2 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 5N 20N.MODEL PCH PMOS LEVEL=1.MODEL NCH NMOS LEVEL=1.END（2）电路原理图图9（3）仿真波形图103.异或门（1）网表文件XOR Circuit.OPTIONS LIST NODE POST.TRAN 200P 20NM1 1 1 4 4 NCH L=1U W=20U V2 2 0 PULSE .2 4.8 0N 1N 1N 5N 20N M2 1 1 5 5 NCH L=1U W=20U V3 3 0 PULSE .2 4.8 0N 1N 1N 5N 20N M3 1 1 6 6 NCH L=1U W=20U M4 4 2 0 0 NCH L=1U W=20U M5 5 3 0 0 NCH L=1U W=20U M6 8 2 0 0 NCH L=1U W=20U M7 6 3 8 8 NCH L=1U W=20U M8 7 4 0 0 NCH L=1U W=20U M9 6 5 7 7 NCH L=1U W=20U V1 1 0 5Vdc.MODEL NCH NMOS LEVEL=1.END（2）电路原理图图11（3）仿真波形图124.与门（1）网表文件mos nand.OPTIONS LIST NODE POST.TRAN 200P 200NM1 4 2 5 5 NCH L=1U W=40U M2 5 3 0 0 NCH L=1U W=40U M3 4 2 1 1 PCH L=1U W=40U V2 2 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 20N 50N M4 4 3 1 1 PCH L=1U W=40U V3 3 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 20N 50NV1 1 0 5Vdc.MODEL PCH PMOS LEVEL=1.MODEL NCH NMOS LEVEL=1.END（2）电路原理图图13（3）仿真波形图145.二位计数器1.网表文件CN2B.OPTIONS LIST NODE POST.TRAN 200P 200N.global V1 .SUBCKT KXOR 2 3 5 V1 1 0 5VDCM1 1 1 4 4 NCH L=1U W=20U M2 1 1 5 5 NCH L=1U W=20U M3 1 1 6 6 NCH L=1U W=20U M4 4 2 0 0 NCH L=1U W=20U M5 5 3 0 0 NCH L=1U W=20U M6 8 2 0 0 NCH L=1U W=20U M7 6 3 8 8 NCH L=1U W=20U M8 7 4 0 0 NCH L=1U W=20U M9 6 5 7 7 NCH L=1U W=20U.ENDS KXOR.SUBCKT KNOT 5 6V1 1 0 5VDCM1 3 2 1 1 PCH L=1U W=20UM2 3 2 0 0 NCH L=1U W=20U.ENDS KNOT.SUBCKT KNAND2 7 4 8V1 1 0 5VDCM1 4 2 5 5 NCH L=1U W=20U M2 5 3 0 0 NCH L=1U W=20U M3 4 2 1 1 PCH L=1U W=20U M4 4 3 1 1 PCH L=1U W=20U .ENDS KNAND2.SUBCKT KDFF 6 1 7V1 1 0 5VDCM9 5 2 7 7 NCH L=1U W=80U M1 1 1 3 3 NCH L=1U W=20U M10 7 8 0 0 NCH L=1U W=80U M2 1 1 4 4 NCH L=1U W=20U M3 1 1 5 5 NCH L=1U W=20U M4 3 2 0 0 NCH L=1U W=80U M5 4 3 6 6 NCH L=1U W=80U M6 6 8 0 0 NCH L=1U W=80U M7 4 5 0 0 NCH L=1U W=80U M8 5 4 0 0 NCH L=1U W=80U .ENDS KDFF.XXOR 2 3 5 KXOR.XNOT 5 6 KNOT.XDFF 6 1 7 KDFF.XDFF1 5 1 4 KDFF.XNAND 7 4 8 KNAND2.XNOT 8 9 KNOTV2 1 0 PULSE .2 4.8 0N 0N 0N 10N 20NC1 7 0 1PC2 4 0 1PC3 8 0 1P.MODEL PCH PMOS LEVEL=1.MODEL NCH NMOS LEVEL=1.END2.仿真波形图15 CLK波形图16 Q1波形图17 Q0波形五.心得体会课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。通过本次的课程设计，让我们温习了以前所学的电路知识，更让我们了解集成电路