16进制计数器的电路设计及版图实现

I16进制计数器的电路设计及版图实现摘要集成电路设计技术是现在信息时代的关键技术之一，当今的超大规模集成电路（VLSL）设计也已经离不开计算机辅助（CAD）。Tanner就是CAD软件的一种，它是由TannerResearch公司开发的基于windows平台的用于集成电路设计的工具软件，该软件功能强大，从电路设计、分析模拟到电路布局都可实现。本设计就是基于tanner软件实现十六进制计数器的电路图设计及版图绘制。根据电路的逻辑功能可知，十六进制计数即从0000一直计数到1111，这里我选用通过四片D触发器级联实现，每输入一个CP脉冲，D触发器就翻转一次，如果触发器初始状态为0，在输入第一CP脉冲的时候，第一级触发器置1，后面几级触发器还保持在0状态，得到0001；在第二个CP脉冲上升沿时，触发器触发，第二级触发器置1，其他的触发器置0，得到0010，依次类推，从而完成0000~1111十六位计数。本设计正是利用tanner做出D触发器子模块并级联成完整电路，然后绘制版图并仿真，验证结果与预期相同。关键词：CAD；TANNER；D触发器；16进制计数器16进制计数器的电路设计及版图实现IICircuitDesignandLayoutImplementationofHexadecimalCounterAbstractICdesigntechnologyisnowoneofthekeytechnologiesoftheinformationage,today'sultra-largescaleintegratedcircuit(VLSL)hasbeeninseparablefromcomputer-aideddesign(CAD).TannerisaCADsoftware,whichisdevelopedbytheTannerResearchwindows-basedplatformforintegratedcircuitdesigntoolsoftware,whichispowerful,thecircuitdesign,analysis,simulationofthecircuitlayoutcanberealized.Thisdesignisbasedonthesoftwaretannertoimplementhexadecimalcountercircuitdesignandlayoutdrawing.Accordingtothefunctionoflogiccircuitshowsthathexadecimalcountingiscountedfrom0000to1111,andhereIcascadfourDflip-flop,Dflip-flopwilltoggleeachtimeonceyourputtheCPpulse,iftheinitialtriggerstateis0,then,thefirstleveltriggerissetto1afterinputofthefirstCPpulse,andothertriggerremainedat0state,tobe0001;inthesecondCPpulserisingedge,flip-flopwillbetriggered,thesecondflip-flopissetto1,theotherflip-flopissetto0,toget0010,andsoon,thuscompletingthe0000to1111sixteencounts.ThisdesignisusingtannertomakeaDflip-flopcircuitmoduleandcascadeintoacompletecircuit，andthendrawthelayoutandsimulation,verificationresultsasexpected.KeyWords：CAD,TANNER,Dflip-flop,hexadecimalcounter巢湖学院2014届本科毕业论文（设计）目录中文摘要........................................................................................................................I英文摘要........................................................................................错误!未定义书签。1绪论..........................................................................................................................11.1课题的意义及研究状况...............................................................................11.2研究方法和内容...........................................................................................12软件简介..................................................................................................................22.1ICCAD技术................................................................................................22.2Tanner软件..................................................................................................33十六进制计数器的的设计及仿真..........................................................................43.1三输入与非门的设计...................................................................................43.2T触发器的实现...........................................................................................73.2.1D触发器电路图设计........................................错误!未定义书签。3.2.2D触发器版图绘制..........................................................................93.2.2LVS对比...........................................................错误!未定义书签。3.3顶层设计.......................................................................................................103.3.1十六进制计数器电路图的实现......................................................104.3.2十六进制计数器版图绘制..............................................................113.3.3LVS对比.........................................................................................124结论........................................................................................................................13参考文献......................................................................................................................14巢湖学院2014届本科毕业论文（设计）-1-1绪论1.1课题的意义及研究状况上世纪五十年代初电子计数器问世，发展到现在,已经有了质的飞越，各方面的性能不断完善，功能不断增多，自动化程度越来越高，早已改变了早期只能用于测量频率或计数的概念而渗透到各个测量技术领域中，成为高端科学研究、电子通讯、智能导航以及一些高精密计量不可缺少的设备[1]。电子计数器也经历了电子管、晶体管、集成电路三个发展阶段。在数字系统中计数器是使用最为广泛的基本逻辑组件，计数器在数字中不仅可以计算数字脉冲个数，还可以用于定时，广泛应用于电子时钟，抢答器，交通灯等电路中。可以说，计数器的存在让生活中许多方面变得更加智能。通过本次设计，可以锻炼我们的逻辑思维和电路处理能力，更加明确的了解了由集成触发器构成的计数器电路及其工作原理，并且掌握了常用中规模集成电路计数器及其应用方法。1.2课题研究方法和研究内容研究方法：通过TannerEDA对其进行电路图和版图的绘制，并进行仿真，设计构思如图1-1所示。图1-1十六进制计数器的构思图16进制计数器的电路设计及版图实现-2-十六进制计数器本身就是种时序逻辑计数电路，所以得用到触发器，这里我选择用D触发器构成T触发器，由T触发器的特性，每输入一个cp脉冲触发器就翻转一次。如果我们使触发器初始状态为0，再逐个输入CP脉冲时，那么其输出状态就会在0-1-0-1不断变化，这时触发器工作在计数状态。一个触发器能表示一位二进制数的两种状态，N个触发器能表示N位二进制数的2的N次方个状态，而十六进制计数器又可以说成四位二进制计数器[1]。这样就需要4个T触发器。所以先得用TannerEDA画出D触发器构成T触发器作为调用的子模块，D触发器由6个三输入与非门组成，因而在这之前得用CMOS管和PMOS管组成所需要的与非门作为次级模块，然后再逐级调用，串联四个T触发器完成顶层文件。其中S、R端为使能端，要想使其从0000计数到1111，需要使S=1，一直处于高电平。R端在第一个脉冲沿处于低电平，即R=0，在之后的周期中都处于高电平，R=1。再根据电路图画出对应的版图，并对顶层文件进行仿真。2软件简介2.1ICCAD技术CAD是一款可视化的计算机辅助设计绘图软件，很多操作和指令都可以经过工具按钮和菜单选项等多种方式实现。并且拥有丰富的绘图和绘图辅助功能，由于电脑可以轻松的完成从草图到工作图的繁重工作，所以设计人员通常只需要用草图开始设计，其他均能交给计算机完成。它的工具栏、菜单设计、对话框、图形打开预览、信息交换、文本编辑、图像处理和图形的输出预览为用户的绘图带来很大方便。我们知道ICCAD是CAD中的一种，是集成电路CAD的缩写。随着时代的发展，人类科学文明的提高，技术水平和工艺的有了长足的进步，集成电路集成度越来越趋于超级化，ICCAD变得越来越重要。集成电路CAD主要包括工艺模拟、器件模拟、电路模拟、时序或逻辑模拟、版图的设计和验证等几个方面，作为能够进行IC全程设计的全线产品，还应包括系统和功能的电路级的设计和仿真，可以采用