下载文档原格式
实验一门电路逻辑功能测试一、实验目的1．熟悉门电路的逻辑功能。
2．熟悉常用集成门电路的引脚排列及其使用。
二、实验设备和器件1．直流稳压电源、信号源、示波器、万用表、面包板2．74LS00 四2输入与非门74LS04 六反相器74LS86 四2输入异或门三、实验内容1．非门逻辑功能（1）熟悉74 LS04的引脚排列，如图1（a）所示，其内部有六个非门。
A F(a)引脚排列（b）实验电路图1 74 LS04引脚图与实验电路（2）取其中的一个非门按图1（b）所示接好电路。
（3）分别将输入端A接低电平和高电平，测试输出端F电压，并转换成逻辑状态填入表1。
表 1 非门逻辑功能2．与非门逻辑功能（1）熟悉74 LS00的引脚排列，如图2（a）所示，其内部有四个2输入端与非门。
AFB(a)引脚排列（b）实验电路图2 74 LS00引脚图与实验电路（2）取其中的一个与非门按图2（b ）所示接好电路。
（3）分别将输入端A 、B 接低电平和高电平，测试输出端F 电压，并转换成逻辑状态填入表2。
表 2 与非门逻辑功能3（1）熟悉74 LS86的引脚排列，如图3（a ）所示，其内部有四个2输入端异或门。
A FB(a)引脚排列（b ）实验电路图3 74 LS86引脚图与实验电路（2）取其中的一个异或门按图3（b ）所示接好电路。
（3）分别将输入端A 、B 接低电平和高电平，测试输出端F 电压，并转换成逻辑状态填入表3。
表 3 异或门逻辑功能4．与或非门逻辑功能（1）利用与非门和反相器可以构成与或非门，其原理图如图4所示。
AFB C D图4 与或非门原理图（2）按照原理图，将74 LS00和74 LS04接成与或非门。
（3）当输入端为表4中各组合时，测试输出端F 的结果并填入表4。
表 4 与或非门逻辑功能5．与非门对输出的控制（1）任取74 LS00中的一个与非门，按图5所示接好电路。
输入端A 接一连续脉冲，输入端B 分别接高电平和低电平。
路。
简称门电路。
5V一、TTL 与非门图3-1 典型TTL 与非门电路3.2 TTL 集成门电路•数字集成电路中应用最广的为TTL 电路（Transister-Transister-Logic 的缩写）•由若干晶体三极管、二极管和电阻组成，TTL 集成电路有54/74系列 ①输出高电平UOH 和输出低电平UOL 。
•输出高电平U OH：至少有一个输入端接低电平时的输出电平。
•输出低电平U OL：输入全为高电平时的输出电平。
• 电压传输特性的截止区的输出电压UOH=3.6V，饱和区的输出电压UOL=0.3V。
一般产品规定U OH≥2.4V、U OL＜0.4V时即为合格。
二、TTL与非门的特性参数③开门电平U ON 和关门电平U OFF 。
开门电平U ON 是保证输出电平达到额定低电平(0.3V )时，所允许输入高电平的最低值，表示使与非门开通的最小输入电平。
通常U ON =1.4V ，一般产品规定U ON ≤1.8V 。
关门电平U OFF 是保证输出电平为额定高电平(2.7V 左右)时，允许输入低电平的最大值，表示与非门关断所允许的最大输入电平。
通常U OFF ≈1V ，一般产品要求U OFF ≥0.8V 。
5). 扇入系数Ni和扇出系数N O 是指与非门的输入端数目。
扇入系数Ni是指与非门输出端连接同类门的个数。
反扇出系数NO映了与非门的带负载能力。
6）输入短路电流I IS 。
当与非门的一个输入端接地而其余输入端悬空时，流过接地输入端的电流称为输入短路电流。
7）8）平均功耗P 指在空载条件下工作时所消耗的电功率。
三、TTL门电路的改进 74LS系列 性能比较好的门电路应该是工作速度既快，功耗又小的门电路。
因此，通常用功耗和传输延迟时间的乘积(简称功耗—延迟积或pd积)来评价门电路性能的优劣。
74LS系列又称低功耗肖特基系列。
74LS系列是功耗延迟积较小的系列(一般t pd＜5 ns，功耗仅有2 mW) 并得到广泛应用。
数字电路的基本逻辑单元
数字电路的基本逻辑单元有以下几种：
1. 与门（AND Gate）：拥有两个输入和一个输出，只有当所
有输入都为高电平（1）时，输出才为高电平。
2. 或门（OR Gate）：拥有两个输入和一个输出，只要有一个
输入为高电平，输出就为高电平。
3. 非门（NOT Gate）：拥有一个输入和一个输出，输出与输
入相反，即输入为高电平时，输出为低电平，输入为低电平时，输出为高电平。
4. 异或门（XOR Gate）：拥有两个输入和一个输出，当两个
输入相等时，输出为低电平，当两个输入不相等时，输出为高电平。
5. 与非门（NAND Gate）：拥有两个输入和一个输出，功能
与与门相反，只有当所有输入都为高电平时，输出为低电平。
6. 或非门（NOR Gate）：拥有两个输入和一个输出，功能与
或门相反，只要有一个输入为高电平，输出就为低电平。
这些基本逻辑单元可以组合在一起形成更复杂的逻辑电路，实现各种数字运算和逻辑运算。
一、概述逻辑门是数字电子电路中重要的组成部分，其中与非门、或非门、异或门是其中的几种类型。
它们在数字电路中起到了至关重要的作用，并且在计算机科学和工程领域有着广泛的应用。
本文将对这几种逻辑门的逻辑表达式进行详细的介绍和分析。
二、与非门(AND非门)1. 与非门的逻辑表达式与非门是由一个与门和一个反相器组成的逻辑门，其输出与输入相反。
与非门的逻辑表达式可以表示为：输出= ~(A ∧ B)，其中∧表示与操作符，~表示反相操作符。
2. 与非门的功能与非门的主要功能是输出与输入相反的逻辑结果。
当输入的A和B同时为1时，输出为0；否则输出为1。
与非门常用于数字电路中的多种逻辑功能的实现，如加法器、乘法器等。
三、或非门(OR非门)1. 或非门的逻辑表达式或非门是由一个或门和一个反相器组成的逻辑门，其输出与输入相反。
或非门的逻辑表达式可以表示为：输出= ~(A ∨ B)，其中∨表示或操作符，~表示反相操作符。
2. 或非门的功能或非门的主要功能是输出与输入相反的逻辑结果。
当输入的A和B任意一个为1时，输出为0；否则输出为1。
或非门在数字电路中常用于多种逻辑功能的实现，如单片机的输入端口、输出端口等。
四、异或门(XOR门)1. 异或门的逻辑表达式异或门是一种常用的逻辑门，其逻辑表达式可以表示为：输出= A ⊕ B，其中⊕表示异或操作符。
2. 异或门的功能异或门的主要功能是实现两个输入信号的异或运算。
当输入的A和B 不相输出为1；否则输出为0。
异或门在数字电路中有着广泛的应用，如在加法器、校验电路、数据传输等领域。
五、总结在数字电子电路中，与非门、或非门、异或门是常用的逻辑门类型，它们分别实现了与、或、异或等不同的逻辑运算。
逻辑门的逻辑表达式对于理解和设计数字电路具有重要意义，通过对逻辑门的逻辑表达式的分析和理解，可以更好地应用和设计数字电路，提高数字电路的性能和可靠性。
希望本文对读者对于与非门、或非门、异或门的逻辑表达式有所帮助。
实验四：与非门和或非门的版图设计、异或门的后仿真一、实验目的1、使用virtuoso layout XL工具创建或非门（NOR）和与非门（NAND）的电路原理图和版图；2、利用已创建好的或非门、与非门和反相器设计异或门（XOR）的电路原理图；3、对异或门提取的参数进行模拟仿真。
二、实验要求1、打印出由或非门、与非门和反相器设计成的异或门的仿真结果；2、打印出异或门的电路原理图和版图。
三、实验工具Virtuoso四、实验内容1、或非门的设计；2、与非门的设计；3、异或门的设计；4、异或门的仿真。
1、或非门的设计step1:创建或非门的电路原理图，其中，NMOS的宽度120nm为PMOS的宽度为480nm.图1 或非门的电路原理图step2:验证或非门是否可以正常工作，即创建SPICE netlist.图2 验证或非门图3验证成功产生的报告step3：创建一个layout view，并选择菜单栏上Tools->Lyaout XL，此时刚刚保存的电路原理图会自动弹出来，接着选择菜单栏上的Connectivity->Updata->Components and Nets,在弹出得对话框中修改参数，修改完成后点击OK，将会出现如下图所示布局。
图4 利用virtuoso XL工具生成的布局step4:参照前面的实验，在矩形边框内画上电源轨道和NWELL，并创建M1_PSUB 和MI_NWELL，将vdd!、gnd!移至电源轨道上，再将其他原件也移至矩形边框内。
对照电路原理图将NMOS、PMOS、电源、地、以及输入输出端口连接起来，在连线时，注意观察电路原理图，确保不会出现短路情况，连接好的版图如下图所示。
图5 连接好的或非门版图step5：对画好的版图进行DRC，成功后验证提取参数并做LVS验证，再生成网表文件。
图6 或非门版图的DRC验证图7 或非门的参数提取视图图8 或非门的LVS验证图9 或非门的网表文件2、与非门的设计与或非门的设计类似，在此不再赘述，直接给出与非门的电路原理图、版图以及DRC、LVS验证。
数字逻辑知识点总结一、数制与编码。
1. 数制。
- 二进制。
- 只有0和1两个数码，逢二进一。
在数字电路中，由于晶体管的导通和截止、电平的高和低等都可以很方便地用0和1表示，所以二进制是数字系统的基本数制。
- 二进制数转换为十进制数：按位权展开相加。
例如，(1011)_2 =1×2^3+0×2^2 + 1×2^1+1×2^0=8 + 0+2 + 1=(11)_10。
- 十进制数转换为二进制数：整数部分采用除2取余法，将十进制数除以2，取余数，直到商为0，然后将余数从下到上排列；小数部分采用乘2取整法，将小数部分乘以2，取整数部分，然后将小数部分继续乘2，直到小数部分为0或者达到所需的精度。
- 八进制和十六进制。
- 八进制有0 - 7八个数码，逢八进一；十六进制有0 - 9、A - F十六个数码，逢十六进一。
- 它们与二进制之间有很方便的转换关系。
八进制的一位对应二进制的三位，十六进制的一位对应二进制的四位。
例如，(37)_8=(011111)_2，(A3)_16=(10100011)_2。
2. 编码。
- BCD码（二进制 - 十进制编码）- 用4位二进制数表示1位十进制数。
常见的有8421码，它的权值分别为8、4、2、1。
例如，十进制数9的8421码为1001。
- 格雷码。
- 相邻两个代码之间只有一位不同，常用于减少数字系统中代码变换时的错误。
例如，3位格雷码000、001、011、010、110、111、101、100。
二、逻辑代数基础。
1. 基本逻辑运算。
- 与运算。
- 逻辑表达式为Y = A· B（也可写成Y = AB），当且仅当A和B都为1时，Y才为1，其逻辑符号为一个与门的符号。
- 或运算。
- 逻辑表达式为Y = A + B，当A或者B为1时，Y就为1，逻辑符号为或门符号。
- 非运算。
- 逻辑表达式为Y=¯A，A为1时，Y为0；A为0时，Y为1，逻辑符号为非门（反相器）符号。
