八选一数据选择器

1、目 录1 版图设计概要12 数据选择器简介23 八选一数据选择器的设计44 各模块设计64.1 五输入与门的设计64.2 八输入或门的设计84.3 反相器104 实验总结12参考文献131 版图设计概要IC（“集成电路”）产业是全球高新技术产业的前沿与核心，是最具活力和挑战性的战略产业。自2000年来，在国家政策的大力支持下，我国集成电路产业得到了长足的发展，而作为集成电路产业最前沿的设计业更是呈现出“百花齐放”的繁荣景象,作为产业命脉的IC设计人才，在IC产业最集中的长三角地区也仅仅只有几千人。所以拥有一定工作经验的设计工程师，据国内知名猎头公司烽火猎聘公司数据显示IC已成为人才猎头公司争相

2、角逐的“宠儿”。IC版图设计是指将前端设计产生的门级网表通过EDA设计工具进行布局布线和进行物理验证并最终产生供制造用的GDSII数据的过程。其主要工作职责有：芯片物理结构分析、逻辑分析、建立后端设计流程、版图布局布线、版图编辑、版图物理验证、联络代工厂并提交生产数据。作为连接设计与制造的桥梁，合格的版图设计人员既要懂得IC设计、版图设计方面的专业知识，还要熟悉制程厂的工作流程、制程原理等相关知识。版图设计在大学阶段课程教学使用软件为Tanner该软件有L-Edit、S-Edit、T-Spice、W-Edit和LVS组成。Tanner集成电路设计软件是由Tanner Research公司开发的

3、基于Windows平台的用于集成电路设计的工具软件。该软件功能十分强大，易学易用，包括S-Edit，T-Spice，W-Edit，L-Edit与LVS，从电路设计、分析模拟到电路布局一应俱全。其中的L-Edit版图编辑器在国内应用广泛，具有很高知名度。L-Edit Pro是Tanner EDA软件公司所出品的一个IC设计和验证的高性能软件系统模块，具有高效率，交互式等特点，强大而且完善的功能包括从IC设计到输出，以及最后的加工服务，完全可以媲美百万美元级的IC设计软件。L-EditPro包含IC设计编辑器(Layout Editor)、自动布线系统(Standard Cell Place &a

4、mp; Route)、线上设计规则检查器（DRC）、组件特性提取器（Device Extractor）、设计布局与电路netlist的比较器(LVS)、CMOS Library、Marco Library，这些模块组成了一个完整的IC设计与验证解决方案。L-Edit Pro丰富完善的功能为每个IC设计者和生产商提供了快速、易用、精确的设计版图的系统。2 数据选择器简介数据选择器是指经过选择，把多个通道的数据传送到唯一的公共数据通道上去，实现数据选择功能的逻辑电路称为数据选择器。它的作用相当于多个输入的单刀多掷开关，其示意图如下所示图2-1 位通道选择信号数据选择器除了可以实现一些组合逻辑功能以

5、外，还可以做分时多路传输电路，函数发生器及数码比较器等，常见的数据比较器有2选1，4选1，8选1，16选1电路。在多路数据传送过程中，能够根据需要将其中任意一路选出来的电路，叫做数据选择器。数据选择器(MUX)的逻辑功能是在地址选择信号的控制下，从多路数据中选择一路数据作为输出信号。本次设计的是8选1数据选择器74LS151。74LS151为互补输出的8选1数据选择器，引脚排列如图所示，功能见表。选择控制端（地址端）为C，B，A，按二进制译码，从8个输入数据D0-D7中，选择一个需要的数据送到输出端Y，S为使能端，低电平有效。使能端S1时，不论C，B，A状态如何，均无输出（Y0，W1）多路开关

6、被禁止。使能端S0时，多路开关正常工作，根据地址码C，B，A的状态选择D0-D7中某一个通道的数据输送到输出端Y。如：CBA000，则选择D0数据到输出端，即YD0。如：CBA001，则选择D1数据到输出端，即YD1，其余类推。表2-1 74LS151功能表SCBAYW1×××00000D00001D10010D20011D30100D40101D50110D60111D7图2-1 八选一数据选择器74LS151引脚排列3 八选一数据选择器的设计图3-1 八选一数据选择器电路图八选一数据选择器采用了八个五输入的与门，八个反相器和一个八输入的或门实现了数据选择输出的

7、功能。图3-2 八选一数据选择器版图设计图3-3 八选一数据选择器版图的DRC检查图3-4 八选一数据选择器版图仿真示意图由上面的版图仿真示意图可知，当S=1时，不管C，B，A是什么，输出的W=1，Y=0。当S=0，CBA=000时，Y=D0=0，W=1。当S=0，CBA=001时，Y=D1=0，W=1。当S=0，CBA=010时，Y=D2=0，W=1。当S=0，CBA=011时，Y=D3=0，W=1。当S=0，CBA=100时，Y=D4=1，W=0。当S=0，CBA=101时，Y=D5=1，W=0。当S=0，CBA=110时，Y=D6=0，W=1。当S=0，CBA=111时，Y=D7=1，W

8、=0。由此可知，该版图实现了八选一数据选择器的功能。图3-5 八选一数据选择器输出的SPICE文件图3-6 八选一数据选择器的LVS对比4 各模块设计4.1 五输入与门的设计图4-1 五输入与门电路图从电路图可知，该五输入与门，使用了六个PMOS，六个NMOS，有五个输入端，其中有一个使能位S。有一个输出端Y。图4-2 五输入与门版图示意图图4-3 五输入与门版图的DRC检查图4-4 五输入与门的输出SPICE文件图4-6 五输入与门仿真示意图从电路图可知，该五输入与门有五个输入端，S，A，B，C，D。电路仿真图中可知，当S，A，B，C，D都为1时，输出Y才为1。当S，A，B，C，D之中至少有

9、一个为0时，输出Y为0。由仿真图可知该功能是正确的。图4-7 五输入与门LVS对比4.2 八输入或门的设计或门（英语：ORgate）是数字电路的一种基本逻辑电路。若当输入均为高电平（0），则输出为低电平（0）；若输入中至少有一个为低电平（1），则输出为高电平（1）。图4-7 八输入或门电路图由电路图可知，该八输入或非门使用了九个NMOS和九个PMOS，并且从课本上得知，该电路应该符合设计要求。图4-8 八输入或门输出的SPICE文件图4-9 八输入或门版图设计图4-9 八输入或门的LVS对比图4-10 八输入或门仿真示意图八输入或门。共有八个输入端B0、B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7

10、。一个输出端Out。且很容易知道，只有当B0、B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7八个同时为低电平的时候输出Out才为低电平，其他时刻Out为高电位, 且从原理图看出，使用了九个NMOS和九个PMOS。并且从仿真波形图看，设计符合要求。4.3 反相器图4-10 反相器电路图电路图设计反相器使用了一个NMOS和一个PMOS，并且两个并联，输入端A和一个输出端Y。图4-11 反相器仿真示意图反相器应该是对输入信号进行做反相处理，输入输出信号状态相反，从仿真示意图看出，该反相器的输出波形和输入波形相反。图4-12 反相器版图图4-12 反相器的DRC检查非门（英文：NOT gate）又称反相器，

11、是逻辑电路的基本单元，非门有一个输入和一个输出端。逻辑符号中输出端的圆圈代表反相的意思。当其输入端为高电平（逻辑1）时输出端为低电平（逻辑0），当其输入端为低电平时输出端为高电平。也就是说，输入端和输出的电平状态总是反相的。图4-13 反相器的LVS对比4 实验总结在这次电路课程设计中,我花了较多的时间查阅资料。由于是第一次做电路的课程设计,对于相关设计过程和分析方法并不大熟练。但功夫不负有心人,最终还算顺利完成,这对我以后学习相关的课程以及进行更高层次的数字电路设计都奠定了不错的基础。在设计过程中,出现了各种各样的问题,有些是单一原因引起的,有的是综合原因引起的,这些都很考验我的毅力与坚持。

12、但是我掌握了研究这类问题的方法,即问题解决的过程就是要从问题所表现出来的情况出发,通过反复推敲,作出相应判断,逐步找出问题的症结所在,从而一举击破。要在复杂的电子器件和密密麻麻的连线中找出头绪来,有时候并不是一件容易的事情。但是往往这样的问题就出在计算上,尤其是在化简卡诺图时，务必小心谨慎,一个字符写错或者漏掉一些信息相应得出的结果就会有天壤之别,自然逻辑电路就不能实现最初的设计功能。而且必要的时候,一定要画出时序图来帮自己解决问题,往往会起不错的效果。就是在这种不断发现问题、分析问题、解决问题的过程中，我提高了自己分析解决问题的能力,因此,我把这次课程设计看成一次综合学习的机会。我已经算是掌

13、握了一定的电路设计的基础以及相应的分析方法、实践能力以及自学能力。虽然遇到了不少问题,但是在向老师和同学请教的学习过程中,我又改正了不少错误的认识,对电路的设计与分析方法的掌握也有了一定的提高我相信这些知识与经验对以后的学习会有极大的帮助。这次课程设计虽然在功能上完全实现了课题的要求,即实现了八选一数据选择器的全部要求,但是相应的不足之处还应该考虑到。怎样更好地布局以及连线,使整个电路图不至于杂乱无章等等问题,虽然是细节问题,但往往可以决定成败,这些问题都应该引以为戒并作为以后设计相关电路时的参考。参考文献1 李蓉.基于VHDL语言的数字抢答器的设计J.科技风，2008,24:42-46.2 侯伯亨，顾新.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计(修订版)M.西安：西安电子科技大学出版社，2005:3-9.3 孟庆海，张洲.VHDL基础及经典实例开发M.西安：西安交通大学出版社，2008,4:1-5.4 王行，李衍.EDA技术入门与提高M.西安：西安电子科技大学出版社，2005:17-32.5 周彩宝等.VHDL语言及其应用J.计算机工程，1998,10:17-20.6 孙冰等.VHDL在计算机组成原理实验中的应用研究J.价值工程, 2011,30(27)