什么是与门电路及与非门电路原理？
什么是与门电路
从小巧的电子手表，到复杂的电子计算机，它们的许多元件被制成集成电路的形式，即把几十、几百，甚至成干上万个电子元件制作在一块半导体片或绝缘片上。每种集成电路都有它独特的作用。有一种用得最多的集成电路叫门电路。常用的门电路有与门、非门、与非门。
什么是门电路
“门”顾名思义起开关作用。任何“门”的开放都是有条件的。例如．一名学生去买书包，只买既好看又给买的，那么他的家门只对“好看”与“结实”这两个条件同时具备的书包才开放。
门电路是起开关作用的集成电路。由于开放的条件不同，而分为与门、非门、与非门等等。
与门
我们先学习与门，在这之前请大家先看图15-16，懂得什么是高电位，什么是低电位。
图15-17甲是我们实验用的与用的与门，它有两个输入端Ａ、Ｂ和一个输出端。图15-17乙是它连人电路中的情形，发光二极管是用来显示输出端的电位高低：输出端是高电位，二极管发光；输出端是低电位，二极管不发光。
实验
照图15-18甲、乙、丙、丁的顺序做实验。图中由A、B引出的带箭头的弧线，表示把输入端接到高电位或低电位的导线。每次实验根据二极管是否发光，判定输出端电位的高低。
输入端着时，它的电位是高电位，照图15-18戊那样，让两输人端都空着，则输出瑞的电位是高电位，二极管发光。
可见，与门只在输入端A与输入端Ｂ都是高电位时，输出端才是高电位；输入端Ａ、Ｂ只要有一个是低电位，或者两个都是低电位时，输出端也是低电位。输人端空着时，输出端是高电位。
与门的应用
图15-19是应用与门的基本电路，只有两个输入端Ａ、Ｂ同低电位间的开关同时断开，Ａ与Ｂ才同时是高电位，输出端也因而是高电位，用电器开始工作。
实验
照图15-20连接电路。图中输入端与低电位间连接的是常闭按钮开关，按压时断开，不压时接通。
观察电动机在什么情况下转动。
如果图15-20的两个常闭按钮开关分别装在汽车的前后门，图中的电动机是启动汽车内燃机的电动机，当车间关紧时常闭按钮开关才能被压开，那么这个电路可以保证只有两个车门都关紧时汽车才能开动。
与非门,与非门是什么意思
DTL与非门电路:
常将二极管与门和或门与三极管非门组合起来组成与非门和或非门电路，以消除在串接时产生的电平偏离，
并提高带负载能力。
图2.1.5所示就是由三输入端的二极管与门和三极管非门组合而成的与非门电路。其中，作了两处必要的修
正：
（1）一将电阻Rb换成两个二极管D4、D5，作用是提高输入低电平的抗干扰能力，即当输入低电平有波
动时，保证三极管可靠截止，以输出高电平。
（2）二是增加了R1，目的是当三极管从饱和向截止转换时，给基区存储电荷提供一个泻放回路。
该电路的逻辑关系为：
（1）当三输入端都接高电平时（即VA=VB=VC=5V），二极管D1～D3都截止，而D4、D5和T导通。
可以验证，此时三极管饱和，VL=VCES≈0.3V，即输出低电平。
（2）在三输入端中只要有一个为低电平0.3V时，则阴极接低电平的二极管导通，由于二极管正向导通时的钳位作用，VP≈1V，从而使D4、D5和T都截止，VL=VCC=5V，即输出高电平。
可见该电路满足与非逻辑关系，即：
把一个电路中的所有元件，包括二极管、三极管、电阻及导线等都制作在一片半导体芯片上，封装在一个管壳内，就是集成电路。图2.1.5就是早期的简单集成与非门电路，称为二极管—三极管逻辑门电路，简称
DTL电路。
TTL逻辑门电路:
DTL电路虽然结构简单，但因工作速度低而很少应用。由此改进而成的TTL电路，问世几十年来，经过电路结构的不断改进和集成工艺的逐步完善，至今仍广泛应用，几乎占据着数字集成电路领域的半壁江山。
TTL与非门的基本结构及工作原理
1．TTL与非门的基本结构
我们以DTL与非门电路为基础，根据提高电路功能的需要，从以下几个方面加以改进，从而引出TTL与
非门的电路结构。
首先考虑输入级，DTL是用二极管与门做输入级，速度较低。仔细分析我们发现电路中的Dl、D2、D3、D 4的P区是相连的。我们可用集成工艺将它们做成—个多发射极三极管。这样它既是四个PN结，不改变原来的逻辑关系，又具有三极管的特性。一旦满足了放大的外部条件，它就具有放大作用，为迅速消散T2饱和时的超量存储电荷提供足够大的反向基极电流，从而大大提高了关闭速度。详细情况后面再讲。
第二，为提高输出管的开通速度，可将二极管D5改换成三极管T2，逻辑关系不变。同时在电路的开通过程中利用T2的放大作用，为输出管T3提供较大的基极电流，加速了输出管的导通。另外T2和电阻RC2、RE2组成的放大器有两个反相的输出端VC2和VE2，以产生两个互补的信号去驱动T3、T4组成的推拉式
输出级。
第三，再分析输出级。输出级应有较强的负载能力，为此将三极管的集电极负载电阻RC换成由三极管T4、二极管D和RC4组成的有源负载。由于T3和T4受两个互补信号Ve2和Vc2的驱动，所以在稳态时，它们总是一个导通，另一个截止。这种结构，称为推拉式输出级。
2．TTL与非门的逻辑关系
因为该电路的输出高低电平分别为3.6V和0.3V ，所以在下面的分析中假设输入高低电平也分别为3.6V
和0.3V。
（1）输入全为高电平3.6V时。T2 、T3导通，VB1=0.7×3=2.1（V），从而使T1的发射结因反偏而截止。
此时T1的发射结反偏，而集电结正偏，称为倒置放大工作状态。
由于T3饱和导通，输出电压为：VO=VCES3≈0.3V
这时VE2=VB3=0.7V，而VCE2=0.3V，故有VC2=VE2+ VCE2=1V。1V的电压作用于T4的基极，使T4
和二极管D都截止。
可见实现了与非门的逻辑功能之一：输入全为高电平时，输出为低电平。
（2）输入有低电平0.3V时。
该发射结导通，T1的基极电位被钳位到VB1=1V。T2、T3都截止。由于T2截止，流过RC2的电流仅为T 4的基极电流，这个电流较小，在RC2上产生的压降也较小，可以忽略，所以VB4≈VCC=5V ，使T4和D
导通，则有：
VO≈VCC-VBE4-VD=5-0.7-0.7=3.6（V）
可见实现了与非门的逻辑功能的另一方面：输入有低电平时，输出为高电平。
综合上述两种情况，该电路满足与非的逻辑功能，是一个与非门。
TTL与非门的开关速度:
1．TTL与非门提高工作速度的原理
（1）采用多发射极三极管加快了存储电荷的消散过程。设电路原来输出低电平，当电路的某一输入端突然由高电平变为低电平，T1的一个发射结导通，VB1变为1V。由于T2、T3原来是饱和的，基区中的超量存贮电荷还来不及消散，VB2仍维持1.4V。在这个瞬间，T1为发射结正偏，集电结反偏，工作于放大状
态，其基极电流iB1=（VCC-VB1）/Rb1
图2.2.5 多发射极三极管消散T2存储电荷的过程
集电极电流iC1=β1iB1。这个iC1正好是T2的反向基极电流iB2，可将T2的存贮电荷迅速地拉走，促使T 2管迅速截止。T2管迅速截止又使T4管迅速导通，而使T3管的集电极电流加大，使T3的超量存贮电荷
从集电极消散而达到截止。
（2）采用了推拉式输出级，输出阻抗比较小，可迅速给负载电容充放电。
2．TTL与非门传输延迟时间tpd
当与非门输入一个脉冲波形时，其输出波形有一定的延迟，如图所示。定义了以下两个延迟时间：
导通延迟时间tPHL——从输入波形上升沿的中点到输出波形下降沿的中点
所经历的时间。
截止延迟时间tPLH——从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿的中点
所经历的时间。
与非门的传输延迟时间tpd是tPHL和tPLH的平均值。即
一般TTL与非门传输延迟时间tpd的值为几纳秒～十几个纳秒。
TTL与非门的电压传输特性及抗干扰能力
1．电压传输特性曲线
与非门的电压传输特性曲线是指与非门的输出电压与输入电压之间的对应关系曲线，即V=f（Vi），它反
映了电路的静态特性。
（1）AB段（截止区）。
（2）BC段（线性区）。
（3）CD段（过渡区）。
（4）DE段（饱和区)。
2．几个重要参数
从TTL与非门的电压传输特性曲线上，我们可以定义几个重要的电路指标。
（1）输出高电平电压VOH——VOH的理论值为3.6V，产品规定输出高电压的最小值VOH（min）=2.4V，即大于2.4V的输出电压就可称为输出高电压VOH。
（2）输出低电平电压VOL——VOL的理论值为0.3V，产品规定输出低电压的最大值VOL（max）=0.4V，即小于0.4V的输出电压就可称为输出低电压VOL。
由上述规定可以看出，TTL门电路的输出高低电压都不是一个值，而是一个范围。
（3）关门电平电压VOFF——是指输出电压下降到VOH（min）时对应的输入电压。显然只要Vi＜VOff，Vo就是高电压，所以VOFF就是输入低电压的最大值，在产品手册中常称为输入低电平电压，用VIL（m ax）表示。从电压传输特性曲线上看VIL（max）（VOFF）≈1.3V，产品规定VIL（max）=0.8V。
（4）开门电平电压VON——是指输出电压下降到VOL（max）时对应的输入电压。显然只要Vi＞VON，Vo就是低电压，所以VON就是输入高电压的最小值，在产品手册中常称为输入高电平电压，用VIH（mi n）表示。从电压传输特性曲线上看VIH（min）（VON）略大于1.3V，产品规定VIH（min）=2V。
（5）阈值电压Vth——决定电路截止和导通的分界线，也是决定输出高、低电压的分界线。从电压传输特性曲线上看，Vth的值界于VOFF与VON之间，而VOFF与VON的实际值又差别不大，所以，近似为V th≈VOFF≈VON。Vth是一个很重要的参数，在近似分析和估算时，常把它作为决定与非门工作状态的关键值，即Vi＜Vth，与非门开门，输出低电平；Vi＞Vth，与非门关门，输出高电平。Vth又常被形象化地称
为门槛电压。Vth的值为1.3V～1.４V。
3．抗干扰能力
TTL门电路的输出高低电平不是一个值，而是一个范围。同样，它的输入高低电平也有一个范围，即它的
输入信号允许一定的容差，称为噪声容限。
在图2.2.11中若前一个门G1输出为低电压，则后一个门G2输入也为低电压。如果由于某种干扰，使G2的输入低电压高于了输出低电压的最大值VOL（max），从电压传输特性曲线上看，只要这个值不大于V OFF，G2的输出电压仍大于VOH（min），即逻辑关系仍是正确的。因此在输入低电压时，把关门电压V OFF 与VOL（max）之差称为低电平噪声容限，用VNL来表示，即低电平噪声容限VNL＝VOFF-VOL（m
ax）＝0.8V-0.4V＝0.4V
若前一个门G1输出为高电压，则后一个门G2输入也为高电压。如果由于某种干扰，使G2的输入低电压低于了输出高电压的最小值VOH（min），从电压传输特性曲线上看，只要这个值不小于VON，G2的输出电压仍小于VOL（max），逻辑关系仍是正确的。因此在输入高电压时，把VOH（min）与开门电压V
ON与之差称为高电平噪声容限，用VNH来表示，即高电平噪声容限VNH＝VOH（min）-VON＝2.4V-2.
0V＝0.4V
噪声容限表示门电路的抗干扰能力。显然，噪声容限越大，电路的抗干扰能力越强。通过这一段的讨论，也可看出二值数字逻辑中的“0”和“1”都是允许有一定的容差的，这也是数字电路的一个突出的特点。
TTL与非门的带负载能力：
在数字系统中，门电路的输出端一般都要与其他门电路的输入端相连，称为带负载。一个门电路最多允许带几个同类的负载门？就是这一部分要讨论的问题。
1．输入低电平电流IIL与输入高电平电流IIH
这是两个与带负载能力有关的电路参数。
（1）输入低电平电流IIL是指当门电路的输入端接低电平时，从门电路输入端流出的电流。
（2）输入高电平电流IIH是指当门电路的输入端接高电平时，流入输入端的电流。有两种情况。
①寄生三极管效应。当与非门一个输入端（如A端）接高电平，其它输入端接低电平，这时IIH=βPIB1，β
P为寄生三极管的电流放大系数。
②倒置工作状态。当与非门的输入端全接高电平，这时，T1的发射结反偏，集电结正偏，工作于倒置的放
大状态。这时IIH=βiIB1，βi为倒置放大的电流放大系数。
由于βp和βi的值都远小于1，所以IIH的数值比较小，产品规定IIH＜40uA。
2．带负载能力
（1）灌电流负载。当驱动门输出低电平时，驱动门的T4、D截止，T3导通。这时有电流从负载门的输入端灌入驱动门的T3管，“灌电流”由此得名。灌电流的来源是负载门的输入低电平电流IIL，如图2.2.15所示。很显然，负载门的个数增加，灌电流增大，即驱动门的T3管集电极电流IC3增加。当IC3＞βIB3时，T3脱离饱和，输出低电平升高。前面提到过输出低电平不得高于VOL（max）=0.4V。因此，把输出低电平时允许灌入输出端的电流定义为输出低电平电流IOL，这是门电路的一个参数，产品规定IOL=16mA。
由此可得出，输出低电平时所能驱动同类门的个数为：
（2）拉电流负载。当驱动门输出高电平时，驱动门的T4、D导通，T3截止。这时有电流从驱动门的T4、D拉出而流至负载门的输入端，“拉电流”由此得名。由于拉电流是驱动门T4的发射极电流IE4，同时又是负载门的输入高电平电流IIH，如图2.2.16所示，所以负载门的个数增加，拉电流增大，即驱动门的T4管发射极电流IE4增加，RC4上的压降增加。当IE4增加到一定的数值时，T4进入饱和，输出高电平降低。前面提到过输出高电平不得低于VOH（min）=2.4V。因此，把输出高电平时允许拉出输出端的电流定义为输出高电平电流IOH，这也是门电路的一个参数，产品规定IOH=0.4mA。由此可得出，输出高电平时所能
驱动同类门的个数为:
一般NOL≠NOH，常取两者中的较小值作为门电路的扇出系数，用NO表示。
教学要求： 熟练掌握最简单的与、或、非门电路；掌握TTL 门电路、CMOS 门电路特点和逻辑功能（输入输出关系）；掌握TTL 门电路、CMOS 门电路的电气特性；理解TTL 门电路、CMOS 门电路在应用上的区别。了解特殊的门电路，如OC 门，三态门，CMOS 传输门。 教学重点： TTL 门电路的外部特性，逻辑功能、电气特性。CMOS 门电路的外部特性，逻辑功能、电气特性。 2. 1 概述 门电路——用以实现各种基本逻辑关系的电子电路 正逻辑——用1 表示高电平、用0 表示低电平 负逻辑——用0 表示高电平、用1 表示低电子的情况。 2.2 分立元件门电路 2.2.1 二极管的开关特性 图2.2.1二极管静态开关电路及其等效电路 (a)电路图(b) 输入高电平时的等效电路(c)输入低电平时的等效电路
二、动态开关特性在高速开关电路中，需要了解二极管导通与截止间的快速转换过程。 图２.２.２二极管动态开关特性 (a)电路图(b)输入脉冲电压波形(c)实际电流波形 当输入电压U I 由正值U F 跃变为负值U R 的瞬间，V D 并不能立刻截止，而是在外加反向电压UR 作用下，产生了很大的反向电流I R ，这时i D ＝I R ≈- U R ／R ，经一段时间 t rr后二极管V D 才进人截止状态，如图3. 2. 3 (c) 所示。通常将t rr称作反向恢 复时间。产生t rr 的主要原因是由于二极管在正向导通时，P 区的多数载流子空穴大 量流入N 区，N 区的多数载流子电子大量流入P 区，在P 区和N 区中分别存储了 大量的电子和空穴，统称为存储电荷。当U I 由U F跃变为负值U R 时，上述存储 电荷不会立刻消失，在反向电压的作用下形成了较大的反向电流I R ，随着存储电荷 的不断消散，反向电流也随之减少，最终二极管V D 转为截止。当二极管V D 由截 止转为导通时，在P 区和N 区中积累电荷所需的时间远比t rr 小得多，故可以忽略。 2. 2. 2 三极管的开关特性 一、静态开关特性及开关等效电路
课程设计任务书 学生姓名：专业班级：电子1003班 指导教师：封小钰工作单位：信息工程学院 题目: CMOS四输入与非门电路设计 初始条件： 计算机、ORCAD软件、L-EDIT软件 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、课程设计工作量：2周 2、技术要求： （1）学习ORCAD软件、L-EDIT软件。 （2）设计一个CMOS四输入与非门电路。 （3）利用ORCAD软件、L-EDIT软件对该电路进行系统设计、电路设计和版图设计，并进行相应的设计、模拟和仿真工作。 3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排： 2013.11.22布置课程设计任务、选题；讲解课程设计具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课程设计答疑事项。 2013.11.25-11.27学习ORCAD软件、L-EDIT软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。 2013.11.28-12.5对CMOS四输入与非门电路进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。 2013.12.6 提交课程设计报告，进行答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
摘要........................................................................ I Abstract ................................................................... II 1 绪论 (1) 2 设计内容及要求 (2) 2.1 设计的目的及主要任务 (2) 2.2 设计思想 (2) 3软件介绍 (3) 3.1 OrCAD简介 (3) 3.2 L-Edit简介 (4) 4 COMS四输入与非门电路介绍 (5) 4.1 COMS四输入与非门电路组成 (5) 4.2 四输入与非门电路真值表 (6) 5 Cadence中四输入与非门电路的设计 (7) 5.1 四输入与非门电路原理图的绘制 (7) 5.2 四输入与非门电路的仿真 (8) 6 L-EDIT中四输入与非门电路版图的设计 (10) 6.1 版图设计的基本知识 (10) 6.2 基本MOS单元的绘制 (11) 6.3 COMS四输入与非门的版图设计 (13) 7课程设计总结 (14) 参考文献 (15)
成绩评定表
课程设计任务书
目录 1 绪论 (1) 1.1设计背景 (1) 1.2设计目标 (1) 2 四输入与非门电路 (2) 2.1电路原理图 (2) 2.2四输入与非门电路仿真观察波形 (2) 2.3四输入与非门电路的版图绘制 (3) 2.4四输入与非门版图电路仿真观察波形 (4) 2.5LVS检查匹配 (5) 总结 (7) 参考文献 (8) 附录一：电路原理图网表 (9) 附录二：版图网表 (10)
1 绪论 1.1 设计背景 tanner是用来IC版图绘制软件，许多EDA系统软件的电路模拟部分是应用Spice程序来完成的，而tanner软件是一款学习阶段应用的版图绘制软件，对于初学者是一个上手快，操作简单的EDA软件。 Tanner集成电路设计软件是由Tanner Research 公司开发的基于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-Edit Pro包含IC设计编辑器(Layout Editor)、自动布线系统(Standard Cell Place & 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、精确的设计系统。 1.2设计目标 1.用tanner软件中的原理图编辑器S-Edit编辑四输入与非门电路原理图。 2.用tanner软件中的W-Edit对四输入与非门电路进行仿真，并观察波形。 3.用tanner软件中的L-Edit绘制四输入与非门版图，并进行DRC验证。 4.用W-Edit对四输入与非门的版图电路进行仿真并观察波形。 5.用tanner软件中的layout-Edit对四输入与非门进行LVS检验观察原理图与版图的匹配程度。
四位与非门的电路设计 一、课程设计的目的 1、学会使用电路设计与仿真软件工具Hspice ，熟练地用网表文件来描述模拟电路，并熟悉应用Hspice 内部元件库。通过该实验，掌握Hspice 的设计方法，加深对课程知识的感性认识，增强电路设计与综合分析能力。 2、本次课程设计是用Hspice 软件来实现对四位与非门电路的设计与仿真，熟悉用MOS 器件来设计四位逻辑输入与非门电路，了解用MOS 器件设计与TTL 与非门的优缺点。 二、课程设计的内容和要求 1、内容：用仿真软件HSPICE ，用网表文件来描述模拟电路； 2、要求：用MOS 器件来设计四位逻辑输入与非门电路。 三、设计的原理 1、四输入与非门符号图及原理 A OUTPUT NAND4 1 2 3 45 D C B 真值表如下所示
A B C D Y 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 四输入端CMOS与非门电路，其中包括四个串联的N沟道增强型MOS管和四个并联的P沟道增强型MOS管。每个输入端连到一个N沟道和一个P沟道MOS管的栅极。当输入端A、B、C、D中只要有一个为低电平时，就会使与它相连的NMOS管截止，与它相连的PMOS管导通，输出为高电平；仅当A、B、C、D全为高电平时，才会使四个串联的NMOS管都导通，使四个并联的PMOS管都截止，输出为低电平。设计电路图如下图所示：
集成逻辑门电路及应用(与门,非门,与非门) 集成逻辑门电路的种类繁多，有反相器、与门和与非门、或门和或非门、异或门等，以下简单介绍几种常用的门电路及应 用电路。 1．集成逻辑门电路: （1）常用逻辑门电路图形符号 常用逻辑门电路图形符号见表1。 表1 常用逻辑门电路图形符号 （2）反相器与缓冲器 反相器是非门电路，74LS04是通用型六反相器，与该器件的逻辑功能且引脚排列兼容的器件有74HC04，CD4069等。74LS05也是六反相器，该器件的逻辑功能和引脚排列与74LS04相同，不同的是74LS05是集电极开路输出（0C门），在实际使用时，必须在输出端至电源正端接上拉电阻。 缓冲器的输出与输人信号同相位，它用于改变输人输出电平及提高电路的驱动能力，74LS07是集电极开路输出同相输出驱动器，该器件的输出高电压达30V，灌电流达40mA，与之兼容的器件有74HC07，74HCT07 等。 74LS04，CD4069引脚排列图如图1所示。
图1 74LS04，CD4069引脚排列图 （3）与门和门与非 与门和与非门种类繁多，常见的与门有2输入、3输入、4输入与门等；与非门有2输入、3输入、4输入、8输入等，常见的74LS系列（74HC系列）与门和与非门引脚排列图如图2所示。 图2 常见的74LS系列（74HC系列）与门和与非门引脚排列图 74LS08是四2输人与门，74LS00和CD4011是四2输入与非门，74LS20是双4输人与非门。 2．集成门电路的应用 （1）定时灯光提醒器 电路如图3所示，由六非门CD4069（仅用到其中两个非门，分别用IC－1和IC－2表示）和电阻、电容、电源等组成，此电路可以在1～25分钟内预定提醒时间，使用时，利用时间标尺预定时间，打开电源开关，定时器绿灯亮，表示开始计时，到了预定的时间，绿灯灭，红灯亮。
什么是与门电路及与非门电路原理？ 什么是与门电路 从小巧的电子手表，到复杂的电子计算机，它们的许多元件被制成集成电路的形式，即把几十、几百，甚至成干上万个电子元件制作在一块半导体片或绝缘片上。每种集成电路都有它独特的作用。有一种用得最多的集成电路叫门电路。常用的门电路有与门、非门、与非门。 什么是门电路 “门”顾名思义起开关作用。任何“门”的开放都是有条件的。例如．一名学生去买书包，只买既好看又给买的，那么他的家门只对“好看”与“结实”这两个条件同时具备的书包才开放。 门电路是起开关作用的集成电路。由于开放的条件不同，而分为与门、非门、与非门等等。 与门 我们先学习与门，在这之前请大家先看图15-16，懂得什么是高电位，什么是低电位。
图15-17甲是我们实验用的与用的与门，它有两个输入端Ａ、Ｂ和一个输出端。图15-17乙是它连人电路中的情形，发光二极管是用来显示输出端的电位高低：输出端是高电位，二极管发光；输出端是低电位，二极管不发光。 实验 照图15-18甲、乙、丙、丁的顺序做实验。图中由A、B引出的带箭头的弧线，表示把输入端接到高电位或低电位的导线。每次实验根据二极管是否发光，判定输出端电位的高低。
输入端着时，它的电位是高电位，照图15-18戊那样，让两输人端都空着，则输出瑞的电位是高电位，二极管发光。 可见，与门只在输入端A与输入端Ｂ都是高电位时，输出端才是高电位；输入端Ａ、Ｂ只要有一个是低电位，或者两个都是低电位时，输出端也是低电位。输人端空着时，输出端是高电位。 与门的应用 图15-19是应用与门的基本电路，只有两个输入端Ａ、Ｂ同低电位间的开关同时断开，Ａ与Ｂ才同时是高电位，输出端也因而是高电位，用电器开始工作。
数字电路组合逻辑电路设 计实验报告 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
实验三组合逻辑电路设计（含门电路功能测试）
一、实验目的 1.掌握常用门电路的逻辑功能 2.掌握小规模集成电路设计组合逻辑电路的方法 3.掌握组合逻辑电路的功能测试方法 二、实验设备与器材 Multisim 、74LS00 四输入2与非门、示波器、导线 三、实验原理 TTL集成逻辑电路种类繁多，使用时应对选用的器件做简单逻辑功能检查，保证实验的顺利进行。 测试门电路逻辑功能有静态测试和动态测试两种方法。静态测试时，门电路输入端加固定的高（H）、低电平，用示波器、万用表、或发光二极管（LED）测
出门电路的输出响应。动态测试时，门电路的输入端加脉冲信号，用示波器观测输入波形与输出波形的同步关系。 下面以74LS00为例，简述集成逻辑门功能测试的方法。74LS00为四输入2与非门，电路图如3-1所示。74LS00是将四个二输入与非门封装在一个集成电路芯片中，共有14条外引线。使用时必须保证在第14脚上加+5V电压，第7脚与底线接好。 整个测试过程包括静态、动态和主要参数测试三部分。 表3-1 74LS00与非门真值表 1.门电路的静态逻辑功能测试 静态逻辑功能测试用来检查门电路的真值表，确认门电路的逻辑功能正确与否。实验时，可将74LS00中的一个与非门的输入端A、B分别作为输入逻辑变量，加高、低电平，观测输出电平是否符合74LS00的真值表（表3-1）描述功能。
Lab 2 二与非门电路原理图设计 1.实验目的 1.1了解Schematic设计环境 1.2掌握二与非门电路原理图输入方法 1.3掌握逻辑符号创建方法 2.实验原理 2.1Schematic设计环境 启动Schematic Editor后，在命令解释窗口CIW中，打开任意库与单元中的Schematic视图，浏览Schematic Editing窗口如图2.1所示，顶部为菜单栏（Menu），左侧为图标栏（Icon Bar），具体介绍如下： 图2.1 Schematic Editing窗口 菜单栏 菜单栏中可选菜单有Tool、Design、Window、Edit、Add、Check、Sheet、Options等项。其中常用菜单有： Tool菜单提供设计工具以及辅助命令。比如，lab4、lab5所使用的仿真工具ADE，就在Tool下拉菜单中。 Window菜单中的各选项有调整窗口的辅助功能。比如，Zoom选项对窗口放大（Zoom in）与缩小（Zoom out），fit选项将窗口调整为居中，redraw选项为刷新。 Edit菜单实现具体的编辑功能，主要有取消操作（Undo）、重复操作（Redo）、拉伸（Stretch）、拷贝（copy）、移动（Move）、删除（Delete）、旋转（Rotate）、属性（Properties）、选择（Select）、查找（Search）等子菜单，在以下实验中将大量应用。 Add菜单用于添加编辑所需要的各种素材，比如元件（Instance）或输入输出端点（pin）等。 图标栏 图标栏内的所有命令都可以在菜单栏实现，图标栏提供使用频率较高的一些
四输入或非门专项实践任务书学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 四输入或非门的设计 初始条件： 计算机、ORCAD软件，L-EDIT软件 要求完成的主要任务:（包括集成电路专项实践工作量及其技术要求，以及说明书撰写 等具体要求） 1、集成电路专项实践工作量：1周 2、技术要求： （1）学习ORCAD软件，L-EDIT软件。 （2）设计一个四输入或非门电路。 （3）利用ORCAD软件，L-EDIT软件对该电路进行系统设计、电路设计和版图设计，并进行相应的设计、模拟和仿真工作。 3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排： 布置集成电路专项实践任务、选题；讲解集成电路专项实践具体实施计划与课程设计报告格式的要求；集成电路专项实践答疑事项。 学习ORCAD软件，L-EDIT软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。 用ORCAD软件设计四输入或非门电路并进行仿真工作，再利用L-EDIT软件绘制其版图，完成集成电路专项实践报告的撰写。 提交集成电路专项实践报告，进行答辩。 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要 ............................................................................................................................................................ Abstract ...................................................................................................................................................... I 1 绪论 0 2 设计内容及要求 (1) 设计的目的及主要任务 (1) 设计思路 (1) 3软件介绍 (1) OrCAD简介 (1) L-Edit简介 (3) 4四输入或非门 (4) 四输入或非门电路结构 (4) 四输入或非门电路仿真 (5) 四输入或非门的版图绘制 (6) NMOS管 (6) PMOS管 (7) 输出端口 (7) 四输入或非门 (7) 总结 (9) 参考文献 (11)
实验二组合逻辑设计 一、实验目的 1、掌握组合电路设计的具体步骤和方法； 2、巩固门电路的运用和电路搭建能力； 3、掌握功能表的建立与运用； 4、为体验MSI（中规模集成电路）打基础。 二、实验使用的器件和设备 四2输入异或门74LS86 1片 四2输入正与非门74LS00 1片 TDS-4数字系统综合实验平台1台 三、实验内容 1．测试四2输入异或门74LS86 一个异或门的输入和输出之间的逻辑关系。 2．测试四2输人与非门74LS00一个与非门的输入和输出之间的逻辑关系。 3．等价变换Si=Ai○十Bi○十Ci-1 Ci=AiBi +（Ai○十Bi）Ci-1 4．画出变换后的原理图和接线图。 四、实验过程 1、选择实验题目，分析逻辑功能 用门电路设计一位的全加器 一位全加器：在进行两个数的加法运算时不仅要考虑被加数和加数而且要考虑前一位(低位)向本位的进位的一种逻辑器件。 2、根据逻辑功能写出真值表； 3、根据真值表写出逻辑函数表达式； Si=Ai○十Bi○十Ci-1 Ci=AiBi +（Ai○十Bi）Ci-1 4、利用卡诺图法或布尔代数法对逻辑函数表达式进 行化简； 不需化简 Si=Ai○十Bi○十Ci-1 Ci=AiBi +（Ai○十Bi）Ci-1 5、将化简的逻辑表达式等价变换，统计出实验所需芯片；
Si=Ai○十Bi○十Ci-1 所需芯片： 四2输入异或门74LS86 1片 四2输入正与非门74LS00 1片 6、根据各芯片的引脚图，测试所有需用芯片的功能，画出各芯片的功能表； VCC VCC 74LS86接线图 74LS00接线图 74LS 86芯片测试结果74LS00 芯片测试结果
实验3.2 与非门逻辑功能测试及组成其它门电路 一、实验目的： 1.熟悉THD-1型(或Dais-2B型)数电实验箱的使用方法。 2. 了解基本门电路逻辑功能测试方法。 3．学会用与非门组成其它逻辑门的方法。 二、实验准备： 1. 集成逻辑门有许多种，如：与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门、OC门、TS门等等。但其中与非门用途最广，用与非门可以组成其它许多逻辑门。 要实现其它逻辑门的功能，只要将该门的逻辑函数表达式化成与非-与非表达式，然后用多个与非门连接起来就可以达到目的。例如，要实现或门Y=A+B， A ，可用三个与非门连根据摩根定律，或门的逻辑函数表达式可以写成：Y=B 接实现。 集成逻辑门还可以组成许多应用电路，比如利用与非门组成时钟脉冲源电路就是其中一例，它电路简单、频率范围宽、频率稳定。 2. 集成电路与非门简介： 74LS00是“TTL系列”中的与非门，CD4011是“CMOS系列”中的与非门。它们都是四-2输入与非门电路，即在一块集成电路内含有四个独立的与非门。每个与非门有2个输入端。74LS00芯片逻辑框图、符号及引脚排列如图
与非门的逻辑功能是：当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出端为高电平；只有当输入端全部为高电平时，输出才是低电平(即有“0”得“1”，全 “1”得“0”）。其逻辑函数表达式为：B =。 Y? A TTL电路对电源电压要求比较严，电源电压Vcc只允许在+5V±10%的范围内工作，超过5.5V将损坏器件；低于4.5V器件的逻辑功能将不正常。 CMOS集成电路是将N沟道MOS晶体管和P沟道MOS晶体管同时用于一个集成电路中，成为组合两种沟道MOS管性能的更优良的集成电路。CMOS电路的主要优点是： (1). 功耗低，其静态工作电流在10-9A数量级，是目前所有数字集成电路中最低的，而TTL器件的功耗则大得多。 (2).高输入阻抗，通常大于1010Ω，远高于TTL器件的输入阻抗。 (3). 接近理想的传输特性，输出高电平可达电源电压的99.9%以上，低电平可达电源电压的0.1%以下，因此输出逻辑电平的摆幅很大，噪声容限很高。 (4).电源电压范围广，可在+5V~+18V范围内正常运行。 3．集成电路芯片简介： 数字电路实验中所用到的集成电路芯片都是双列直插式的，其引脚排列规则如图3.2.3所示。识别方法是：正对集成电路型号(如74LS00)或看标记(左边的缺口或小圆点标记)，从左下角开始按逆时针方向数1、2、3...依次数到最后一脚(在左上角)。在标准型TTL集成电路中，电源端Vcc一般排在左上角，接地端GND 一般排在右下角。如74LS00为14脚芯片，14脚为Vcc，7脚为GND。若芯片 集成电路使用注意事项：
什么就是与门电路及与非门电路原理？ 什么就是与门电路 从小巧的电子手表,到复杂的电子计算机,它们的许多元件被制成集成电路的形式,即把几十、几百,甚至 成干上万个电子元件制作在一块半导体片或绝缘片上。每种集成电路都有它独特的作用。有一种用得最 多的集成电路叫门电路。常用的门电路有与门、非门、与非门。 什么就是门电路 “门”顾名思义起开关作用。任何“门”的开放都就是有条件的。例如.一名学生去买书包,只买既好瞧 又给买的,那么她的家门只对“好瞧”与“结实”这两个条件同时具备的书包才开放。 门电路就是起开关作用的集成电路。由于开放的条件不同,而分为与门、非门、与非门等等。 与门 我们先学习与门,在这之前请大家先瞧图15-16,懂得什么就是高电位,什么就是低电位。 图15-17甲就是我们实验用的与用的与门,它有两个输入端Ａ、Ｂ与一个输出端。图15-17乙就是它连人 电路中的情形,发光二极管就是用来显示输出端的电位高低:输出端就是高电位,二极管发光;输出端就是 低电位,二极管不发光。
实验 照图15-18甲、乙、丙、丁的顺序做实验。图中由A、B引出的带箭头的弧线,表示把输入端接到高电位或低电位的导线。每次实验根据二极管就是否发光,判定输出端电位的高低。 输入端着时,它的电位就是高电位,照图15-18戊那样,让两输人端都空着,则输出瑞的电位就是高电位,二极管发光。 可见,与门只在输入端A与输入端Ｂ都就是高电位时,输出端才就是高电位;输入端Ａ、Ｂ只要有一个就是低电位,或者两个都就是低电位时,输出端也就是低电位。输人端空着时,输出端就是高电位。 与门的应用
图15-19就是应用与门的基本电路,只有两个输入端Ａ、Ｂ同低电位间的开关同时断开,Ａ与Ｂ才同时就 是高电位,输出端也因而就是高电位,用电器开始工作。 实验 照图15-20连接电路。图中输入端与低电位间连接的就是常闭按钮开关,按压时断开,不压时接通。 观察电动机在什么情况下转动。 如果图15-20的两个常闭按钮开关分别装在汽车的前后门,图中的电动机就是启动汽车内燃机的电动机, 当车间关紧时常闭按钮开关才能被压开,那么这个电路可以保证只有两个车门都关紧时汽车才能开动。 与非门,与非门就是什么意思 DTL与非门电路: 常将二极管与门与或门与三极管非门组合起来组成与非门与或非门电路,以消除在串接时产生的电平偏离, 并提高带负载能力。
CMOS与非门集成电路设计 目录 一、实践目的 (1) 二、实践要求 (1) 三、实验内容 (1) （一）与非门 (1) （二）Tanner Pro EDA工具简介 (1) （三）使用S-Edit设计电路原理图 (3) （四）T-Spice模拟分析 (7) （五）L-Edit版图设计 (12) （六）LVS比较 (20) 四、与非门工作曲线分析 (23) （一）直流分析 (23) （二）负载电容瞬态分析 (26) 五、实践总结 (30)
一、实践目的 根据半导体集成电路和VLSI课程所学知识，以及数字电路等课程的知识，使用集成电路工艺完成CMOS与非门单元电路的设计。希望通过此单元电路的全面学习来完全掌握数字集成电路的设计流程，熟练掌握Tanner Pro EDA工具软件的使用。 二、实践要求 所完成的电路设计包括逻辑表达式，真值表，电路原理图及仿真曲线图，版图，LVS报告，后仿真曲线及分析。负载要求可驱动1pF电容，在测试中分别加载1fF,100fF,500fF,0.5pF,1pF,2pF电容，进行延时以及曲线slop等比较。 三、实验内容 （一）与非门 与非门是与门和非门的结合，先进行与运算，再进行非运算。其电路符号、逻辑表达式和真值表如图3.1.1所示。 图3.1.1、与非门 （二）Tanner Pro EDA工具简介 Tanner Pro是一套集成电路设计软件，包括S-EDIT，T-SPICE，W-EDIT，
L-EDIT，与LVS。他们的主要功能分别如下： ↗S-Edit：编辑电路原理图 ↗T-Spice：电路分析与仿真模拟 ↗W-Edit：显示T-Spice模拟波形结果 ↗L-Edit：编辑布局图、自动配置与绕线、设计规则检查、截面观察、电路转化 ↗LVS：电路图与布局结果对比 Tanner Pro的设计流程可用图3.2.1表示。将要设计的电路先以S-Edit编辑出电路图，再将该电路图输出成SPICE文件。接着利用T-Spice将电路图模拟并输出成SPICE文件，如果模拟结果有错误，返回S-Edit检查电路图，如果T-Spice 模拟结果无误，则以L-Edit进行布局图设计。用L-Edit进行布局图设计后要以DRC 功能做设计规则检查，若违反设计规则，再将布局图进行修改直到设计规则检查无误为止。将验证过的布局图转化成SPICE文件，再利用T-Spice模拟，若有错误，再回到L-Edit修改布局图。最后利用LVS将电路图输出的SPICE文件与布局图转化的SPICE文件进行对比，若对比结果不相等，则回去修正L-Edit 或S-Edit的图。直到验证无误后，将L-Edit设计好的布局图输出成GDSII文件类型，再交由工厂去制作半导体过程中需要的掩膜版。 图3.2.1、Tanner设计流程
什么是与门电路 从小巧的电子手表，到复杂的电子计算机，它们的许多元件被制成集成电路的形式，即把几十、几百，甚至成干上万个电子元件制作在一块半导体片或绝缘片上。每种集成电路都有它独特的作用。有一种用得最多的集成电路叫门电路。常用的门电路有与门、非门、与非门。 什么是门电路 “门”顾名思义起开关作用。任何“门”的开放都是有条件的。例如．一名学生去买书包，只买既好看又给买的，那么他的家门只对“好看”与“结实”这两个条件同时具备的书包才开放。 门电路是起开关作用的集成电路。由于开放的条件不同，而分为与门、非门、与非门等等。 与门 我们先学习与门，在这之前请大家先看图15-16，懂得什么是高电位，什么是低电位。 图15-17甲是我们实验用的与用的与门，它有两个输入端Ａ、Ｂ和一个输出端。图15-17乙是它连人电路中的情形，发光二极管是用来显示输出端的电位高低：输出端是高电位，二极管发光；输出端是低电位，二极管不发光。 实验 照图15-18甲、乙、丙、丁的顺序做实验。图中由A、B引出的带箭头的弧线，表示把输入端接到高电位或低电位的导线。每次实验根据二极管是否发光，判定输出端电位的高低。 输入端着时，它的电位是高电位，照图15-18戊那样，让两输人端都空着，则输出瑞的电位是高电位，二极管发光。 可见，与门只在输入端A与输入端Ｂ都是高电位时，输出端才是高电位；输入端Ａ、Ｂ只要有一个是低电位，或者两个都是低电位时，输出端也是低电位。输人端空着时，输出端是高电位。 与门的应用 图15-19是应用与门的基本电路，只有两个输入端Ａ、Ｂ同低电位间的开关同时断开，Ａ与Ｂ才同时是高电位，输出端也因而是高电位，用电器开始工作。 实验
目录 1绪论 (2) 1.1 设计背景 (2) 1.2设计目标 (2) 2与门电路设计 (3) 2.1电路原理 (3) 2.2电路结构 (3) 2.3与门电路仿真波形 (4) 2.4与门电路的版图绘制及DRC验证 (5) 2.5与门电路版图仿真 (6) 2.6 LVS检查匹配 (6) 总结 (8) 参考文献 (9) 附录一版图网表： (10) 附录二电路图网表 (12)
1绪论 1.1 设计背景 Tanner集成电路设计软件是由Tanner Research 公司开发的基于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-Edit Pro包含IC设计编辑器(Layout Editor)、自动布线系统(Standard Cell Place & 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、精确的设计系统。 1.2设计目标 1.用MOS场效应管实现二输入与门电路。 2.用tanner软件中的原理图编辑器S-Edit编辑反相器电路原理图。 3.用tanner软件中的W-Edit对反相器电路进行仿真，并观察波形。 4.用tanner软件中的L-Edit绘制反相器版图，并进行DRC验证。 5.用W-Edit对反相器的版图电路进行仿真并观察波形。 6.用tanner软件中的layout-Edit对反相器进行LVS检验观察原理图与版图的 匹配程度。
实验二 TTL 与非门电路参数测试 一、实验目的 ·掌握TTL 与非门主要参数的测试方法。 ·掌握TTL 与非门电压传输特性的测试方法。 ·熟悉集成元器件管脚排列特点。 二、实验原理 TTL 集成与非门是数字电路中广泛使用的一种基本逻辑门，使用时必须对它的逻辑功能、主要参数和特性曲线进行测试，以确定其性能好坏。 本实验采用TTL 集成元器件74LS00与非门进行测试。它是一个2输人端4与非门，形状为双列直插式，逻辑表达式为F ＝A ·B ，其逻辑符号及外引线排列图如图 1—1(a)(b)(c)(d)所示。
1．TTL与非门主要参数 (1)输出高电平V OH和输出低电平V OL V OH是指与非门一个以上的输入端接低电平或接地时，输出电压的大小。此时门电路处于截止状态。如输出空载，V OH必须大于标准高电平(V SH＝2.4V)，一般在3.6V左右。当输出端接有拉电流负载时，V OH将降低。 V OL是指与非门的所有输人端均接高电平时，输出电压的大小。此时门电路处于导通状态。如输出空载，V OL必须低于标准低电平(V SL＝0.4V)，约为0.1V左右。接有灌电流负载时，V OL将上升。 (2)低电平输入电流I IL I IL是指当一个输入端接地，而其他输入端悬空时，输入端流向接地端的电流，又称为输入短路电流。I IL的大小关系到前一级门电路能带动负载的个数。 (3)高电平输入电流I IH I IH是指当一个输入端接高电平，而其他输入端接地时，流过接高电平输入端的电流，又称为交叉漏电流。它主要作为前级门输出为高电平时的拉电流。当I IH太大时，就会因为“拉出”电流太大，而使前级门输出高电平降低。 (4)输入开门电平V ON和关门电平V OFF V ON是指与非门输出端接额定负载时，使输出处于低电平状态时所允许的最小输入电压。换句话说，为了使与非门处于导通状态，输入电平必须大于V ON。 V OFF是指使与非门输出处于高电平状态所允许的最大输人电压。 (5)扇出系数N0 N0是说明输出端负载能力的一项参数，它表示驱动同类型门电路的数目。N0的大小主要受输出低电平时，输出端允许灌人的最大电流的限制，如灌人负载电流超出该数值，输出低电平将显著抬高，造成下一级逻辑电路的错误动作。
四输入或非门专项实践任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目：四输入或非门的设计 初始条件： 计算机、ORCAD软件，L-EDIT软件 要求完成的主要任务:（包括集成电路专项实践工作量及其技术要求，以及说明书撰写 等具体要求） 1、集成电路专项实践工作量：1周 2、技术要求： （1）学习ORCAD软件，L-EDIT软件。 （2）设计一个四输入或非门电路。 （3）利用ORCAD软件，L-EDIT软件对该电路进行系统设计、电路设计和版图设计，并进行相应的设计、模拟和仿真工作。 3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排： 2015619布置集成电路专项实践任务、选题；讲解集成电路专项实践具体实施计划与课程设计报告格式的要求；集成电路专项实践答疑事项。 2015619-6.24学习ORCAD软件，L-EDIT软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。 2015.6.24-7.1用ORCAD软件设计四输入或非门电路并进行仿真工作，再利用L-EDIT 软件绘制其版图，完成集成电路专项实践报告的撰写。 2015.7.1提交集成电路专项实践报告，进行答辩。 指导教师签名：年月日
系主任（或责任教师）签名: 目录 摘要 .................................................................................... I Abstract ................................................................................................................................................... II 1绪论 (1) 2设计内容及要求 (2) 2.1设计的目的及主要任务 (2) 2.2设计思路 (2) 3软件介绍 (2) 3.1 OrCAD 简介 (2) 3.2 L-Edit 简介 (4) 4四输入或非门 (5) 4.1 四输入或非门电路结构 (5) 4.2 四输入或非门电路仿真 (6) 4.3四输入或非门的版图绘制 (7) 4.3.1 NMOS 管 (7) 4.3.2 PMOS 管 (8) 4.3.3输出端口 (8) 4.3.4 四输入或非门 (8) 总结 (10) 参考文献 (12)
四输入与非门课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: CMOS四输入与非门电路设计 初始条件： 计算机、ORCAD软件、L-EDIT软件 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、课程设计工作量：2周 2、技术要求： （1）学习ORCAD软件、L-EDIT软件。 （2）设计一个CMOS四输入与非门电路。 （3）利用ORCAD软件、L-EDIT软件对该电路进行系统设计、电路设计和版图设计，并进行相应的设计、模拟和仿真工作。 3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排： 2013.11.22布置课程设计任务、选题；讲解课程设计具体实施计划与课程设计报告格式的要求；课程设计答疑事项。 2013.11.25-11.27学习ORCAD软件、L-EDIT软件，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。 2013.11.28-12.5对CMOS四输入与非门电路进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。 2013.12.6 提交课程设计报告，进行答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
摘要........................................................................ I Abstract ................................................................... II 1 绪论 (1) 2 设计内容及要求 (2) 2.1 设计的目的及主要任务 (2) 2.2 设计思想 (2) 3软件介绍 (3) 3.1 OrCAD简介 (3) 3.2 L-Edit简介 (4) 4 COMS四输入与非门电路介绍 (5) 4.1 COMS四输入与非门电路组成 (5) 4.2 四输入与非门电路真值表 (6) 5 Cadence中四输入与非门电路的设计 (7) 5.1 四输入与非门电路原理图的绘制 (7) 5.2 四输入与非门电路的仿真 (8) 6 L-EDIT中四输入与非门电路版图的设计 (10) 6.1 版图设计的基本知识 (10) 6.2 基本MOS单元的绘制 (11) 6.3 COMS四输入与非门的版图设计 (13) 7课程设计总结 (14) 参考文献 (15)
实验一TTL集成与非门电路 一.实验目的 1.熟悉TTL集成与非门外形及外部引线的排列。 2.验证TTL与非门的逻辑功能。 3.试用与非门接成其它几种逻辑门的方法并熟悉它们的逻辑功能。 二.实验仪器和芯片 1.SXJ—3C数字电路学习机 2.74LS00 三.实验内容和步骤 1.熟悉实验设备： 熟悉通用实验箱的结构和使用方法，熟悉74LS00集成块的外形和引线情况。 2.测量与非门的逻辑功能 将74LS00中的一个与非门的两个输入端分别接到实验箱中的两个电平开关上，输出端接到箱中的逻辑电平指示灯上，接通5V电源和地，按表1—1 完成逻辑功能的测量。并规定高电平为逻辑“1”，低电平为逻辑“0”。 3.74LS00中的与非门分别接成与门、或门、非门、异或门画出接线图并将测试结果1-2表中，根据表分别写出它们的逻辑表达式。 表1—2 四．预习内容 1.复习TTL与非门的工作原理 2.了解74LS00集成电路的逻辑和引线排列图。 五．实验报告要求 1．要求写出相应的表达式； 2．画出相应的逻辑图；
实验二组合逻辑电路的实验分析 一.实验目的 1.掌握组合逻辑电路的分析方法。 2.验证半加器和全加器的逻辑功能。 3.了解二进制数的运算规律。 二.实验仪器设备 1.数字电路实验箱 2.万用表 3.74LS00 三.实验内容 组合电路的分析是根据所给的逻辑电路，写出输入与输出之间的逻辑关系（逻辑函数表达式或真值表）。从而评定该电路的逻辑功能。组合电路的分析方法，一般是首先对给定的逻辑电路按逻辑门的连接方式逐一地写出相应的逻辑表达式，然后写出输出函数的表达式（如果需要列其真值表时，可由表达式通过运算求出）。但这样写出的逻辑函数表达式可能不是最简单的，所以还应该利用逻辑代数的公式或卡诺图进行化简。 1.分析半加器的逻辑功能 图2—1 （1）写出图2—1所示电路的逻辑表达式。 X1= X2= X3= Y= Z= （2）根据表达式列出真值表（表2—1），并画出卡诺图看能否简化。 （3）根据上图所示电路，在学习机上接线，将测试结果记入表2—1。 2.分析全加器的逻辑功能 （1）写出图2—2所示电路的逻辑表达式 图2—2 = 根据逻辑表达式列真值表2—2。 （2）根据真值表画逻辑函数S、的卡诺图。 （3）按图2-2的要求选择与非门并接线进行测试，将测试结果记入表2-2。 四.预习要求 1.预习组合逻辑电路的分析方法。 2.预习用与非门构成的半加器、全加器的工作原理。 3.预习二进制数的运算。 实验项目日期 班级姓名学号 桌号同组人 一.实验记录 表2—1
课程名称Course 集成电路设计技术 项目名称 Item 二输入与非门、或非门版图设 计 与非门电路的版图： .spc文件（瞬时分析）： * Circuit Extracted by Tanner Research's L-Edit / Extract ; * TDB File: E:\cmos\yufeimen, Cell: Cell0 * Extract Definition File: C:\Program Files\Tanner EDA\L-Edit\spr\ * Extract Date and Time: 05/25/2011 - 10:03 .include H:\ VPower VDD GND 5 va A GND PULSE (0 5 0 5n 5n 100n 200n) vb B GND PULSE (0 5 0 5n 5n 50n 100n) .tran 1n 400n .print tran v(A) v(B) v(F) * WARNING: Layers with Unassigned AREA Capacitance. *
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* * WARNING: Layers with Unassigned FRINGE Capacitance. * * *
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