集成电路专业课程设计模三计数器设计.doc

集成电路课程设计题 目模三计数器设计姓 名学 号专业班级引言 计数器在数字系统中重要是对脉冲个数进行计数，以实现测量、计数和控制功能，同步兼有分频功能，计数器是由基本计数单元和某些控制门所构成，计数单元则由一系列具备存储信息功能各类触发器构成，这些触发器有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等。计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机控制器中对指令地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算器中作乘法、除法运算时记下加法、减法次数，又如在数字仪器中对脉冲计数等等。计数器可以用来显示产品工作状态，普通来说重要是用来表达产品已经完毕了多少份折页配页工作。以电子计数器为代表计数器于本世纪五十年代初问世,二十近年来发展十分迅速,当前面貌已焕然一新,性能不断完善,功能不断扩大,自动化限度不断提高,早已冲破了初期只能用于测量频率或计数概念而渗入到各个测量技术领域中,成为尖端科学研究、通讯、导航以及精密计量不可缺少设备。在数字电子技术中应用最多时序逻辑电路。计数器不但能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定期、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。但是并无法显示计算成果，普通都是要通过外接LCD或LED屏才干显示。大某些计数器如电子计数器等都经历了电子管、晶体管、集成电路三个发展阶段。集成电路发展和应用,使计数器有也许采用最先进电路元件和技术,因而电子计数器性能更臻完美。 随着计数器技术不断发展与进步，计数器种类越来越多，应用范畴越来 越广，随之而来竞争也越来越激烈。过硬技术也成为众多生产厂商竞争焦点之一。厂商为了在竞争中处在不败之地，从而不断地改进技术，增长产品种 类。 现计数器种类已增长到：电磁计数器、电子计数器、机械计数器（拉动机械 计数器、转动机械计数器、按动机械计数器、测长机械计数器） 、液晶计数器等，计数器应用范畴也遍及各个行业。本次课程设计是在小红帽系统上，运用cadence软件设计一种钟控模三计数器，实现三个周期脉冲输出并且进行验证。 主体设计一、实验规定：1、运用cadence软件制作钟控模三计数器，电源电压，时钟周期10ns，输出延迟不超过1ns；2、自建单元库，并且每个单元输出均有仿真波形。二、设计思路分析：模三计数器为两位二进制计数，从00，01，10循环计数，在不同计数状态下分别输出一种周期脉冲信号.钟控模三计数器有一种用于输入CP信号信号输入端，以及三个信号输出端口分别为X、Y、Z。由于其三个输出端输出信号是由两位二进制计数控制。二进制计数从00，01，10循环计数，三个计数状态分别相应三种周期脉冲信号分别由X、Y、Z输出，因而需要设计一种钟控二进制循环计数器，CP信号上升沿时状态发生转换。状态转换真值表如下：000101101000 由、输出状态相应三种状态真值表如下：XYZ001000101010001 由此得逻辑表达式如下：三、电路设计：依照状态分析和逻辑表达式，可采用与门、非门和D触发器构成符合规定计数器，而与门、非门和D触发器都可以在cadence下用CMOS器件构成。1、反相器（非门）设计一方面，进入Cadence，建立个人工作目录。在登陆工作站后，于桌面空白处右键，tools-Terminal，打开终端。在终端中输入 mkdir mydir,然后进入自己工作目录cd mydir。启动Cadence，在终端中输入命令icfb& 浮现Cadence初始界面，打开Cadence主控窗口CIW(Command Interpreter Window)，随后建立个人工作库。单击菜单栏Tools-Library Maneger，打开LM(Library Maneger)窗口，点击File-New-Library，打开New Library窗口，在Name一栏输入要新建库名zhengzhongfeng，然后单击OK拟定。浮现Technology File设立窗口，选取第一项Compile a new techfile，单击OK拟定。浮现Load Technology File窗口，建立名为zhengzhongfeng新库。通过CIW来新建原理图，在CIW窗口File-New-CellView，弹出新建对话框，于Library Name栏选取自己工作库，如mylib，在Cell Name栏输入原理图名字，如invert，于Tool栏选取Composer-Schematic，此时View Name栏自动变为schematic，最后单击OK。这样就会弹出Composer主界面，新建原理图成功。点击菜单栏-Add-Instance添加器件，先绘制一种CMOS反相器形成非门单元。依次点击analogLib- Actives -pm-symbol，再单击close。刚才添加器件窗口发生变化。可以发现Library，Cell，View等都自动填上了相应信息。同步多余了某些参数列表(拖动滚动条可以看到更多)。点击Hide隐藏当前窗口，此时鼠标相应有一种PMOSsymbol，移动PMOS到适当位置点击鼠标左键将其放下。继续放置NMOS晶体管、电源与地。相应器件名称为nmos4，vdd，gnd。放完所有器件后进行连线，键入快捷键w，进入连线命令后，于起点单击左键，再于终点单击左键。画完一段导线后，此时并没有退出画线命令，可以继续画连接线，直到画完所所有连接线后，按ESC退出画线命令。当前设立元件参数，单击PMOS选中它，这样PMOS会被一种白色方框包围，然后键入快捷键q，会弹出属性编辑对话框。这里填上model name，以及PMOS栅长和栅宽。栅长设为常量550n，而栅宽设为函数pPar(“wp”)，模型名填p18，这是由于这里采用Spice模型是由SMIC提供，相应PMOS模型有p18和p33两种，18代表电源电压为1.8V。同样办法继续设立NMOS参数，只是模型名为n18，栅长为固定值550n，栅宽设为pPar(“wn”)。完毕以上工作后，还必要放置I/O端口以标明电路输入输出。键入快捷键p，执行放置端口命令后，会弹出对话框。于Pin Names栏输入端口名Vin，于Direction栏选取input，点击Hide，然后将端口放到反相器左边输入线上。同样办法再放置输出端口，端口方向要改为output，名称为Vout，将其放在反相器右边输入线上。最后完毕图如图下图所示：设计完毕电路图需要通过检查方能进行仿真，单击菜单栏-Check and Save或者键入快捷键大写X，对电路进行检查并存储。对反相器创立Symbol，CIW窗口菜单栏-Open，弹出打开对话框，选取自己库，然后选取器件inverter，再于viewname栏选schematic，点击OK打开画好反相器原理图。Composer窗口菜栏-Design-Create CellView-From Cellview，弹出Cellview from Cellview窗口，点击OK。显示出Symbol编辑窗口，选中绿色矩形框，delete之，然后Add-ShapePolygon，在刚才矩形框位置画一种三角形。鼠标在三个端点点3次即可。注旨在三角形右边留出画圆圈位置。再Add-Shape-Circle，先于圆心位置单击左键，再移动鼠标，得到适当圆半径后左键确认。再把图中输入输出端口以及partname和instanceName移动到适当位置。最后再把红色框大小修改适当(框住三角形和端口)。画好Symbol后点击Design-check and save保存。最后对反向器创立仿真电路进行仿真测试。画出测试电路，如下图所示：得波形图： 将波形图放大：从上图可以看出输出延迟不超过1ns，符合设计规定。至此，反向器即非门单元设计完毕。2、与门设计 与门逻辑关系表达式为Y=AB，在集成电路中用基本CMOS 单元构成与非门和非门组合构成与门。其中，与非门由两个PMOS 管和两个NMOS 管构成。 在candence 软件中原理图为 在A、B 两输入端施以频率不同方波分别作为时钟脉冲输入和信号输入，输出端接电容作为负载，对与门仿真电路原理图如下：对与门仿真测试得仿真波形：将波形放大：可以看出输出延迟不超过1ns，符合设计规定。3、 D触发器电路设计 触发器有电平触发和边沿触发两种。低电平触发主从触发器工作时，必要在上升沿前加入输入信号。如果在CP 高电平期间输入端浮现干扰信号，那么就有也许使触发器状态出错。而边沿触发器容许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰时间大大缩短，受干扰也许性就减少了。因此边沿D 触发器也称为维持阻塞边沿D 触发器。对D触发器设计电路图如下所示： 对D触发器仿真电路如下图所示： 得仿真波形图： 将波形图放大： 从波形放大图可以看出输出延迟不超过1ns，符合设计规定。4、 下面用非门、与门和D触发器依照真值表制作钟控模三计数器 实现电路如下：对计数器仿真：得仿真波形： 将波形放大： 从波形放大图可以看出输出延迟不超过1ns，符合设计规定。 结论：从非门、与门、D触发器及其构成计数器仿真图和波形图可以看出，运用cadence制作钟控模三计数器，其各个单元都工作正常，且均有满足需要仿真波形输出，整个模三计数器达到设计规定。通过这短短一周课程设计时间，从打开小红帽系统，到建立个人工作库、添加器件输入电路图、创立Symbol 和电路仿真，咱们逐渐熟悉小红帽系统提以及cadence软件时候，这次课程设计让咱们深深体会到自己所学局限性之处以及理论知识对于实验重要性。 参照文献：康华光.电子技术基本（数字某些）M.北京：高等教诲出版社，.朱正涌.半导体集成电路M.北京：清华大学出版社，.Cadence 电路设计案例精解编写组. Cadence 电路设计案例精解M.北京：机械工业出版社，.