篇一:《基本邏輯運(yùn)算和基本邏輯門(mén)》

課 堂 教 學(xué) 教 案

教學(xué)實(shí)踐

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練習(xí)2

一、選擇題{與或非運(yùn)算法則}.

1. 以下表達(dá)式中符合邏輯運(yùn)算法則的是 。

A.C·C=C2 B.1+1=10 C.0<1 D.A+1=1

2. 邏輯變量的取值１和０可以表示： 。

A.開(kāi)關(guān)的閉合、斷開(kāi) B.電位的高、低 C.真與假 D.電流的有、無(wú)

3. 當(dāng)邏輯函數(shù)有n個(gè)變量時(shí)，共有 個(gè)變量取值組合？

A. n B. 2n C. n2 D. 2n

4. 邏輯函數(shù)的表示方法中具有唯一性的是 。

A .真值表 B.表達(dá)式 C.邏輯圖 D.卡諾圖

5.F=AB+BD+CDE+AD= 。 A.AB?D B.(A?B)D C.(A?D)(B?D) D.(A?D)(B?D)

6.邏輯函數(shù)F=A?(A?B)= 。

A.B B.A C.A?B D. A?B

7．求一個(gè)邏輯函數(shù)F的對(duì)偶式，可將F中的。

A .“·”換成“+”，“+”換成“·”

B.原變量換成反變量，反變量換成原變量

C.變量不變

D.常數(shù)中“0”換成“1”，“1”換成“0”

E.常數(shù)不變

8．A+BC= 。

A .A+B B.A+C C.（A+B）（A+C） D.B+C

9．在何種輸入情況下，“與非”運(yùn)算的結(jié)果是邏輯0。{與或非運(yùn)算法則}.

A．全部輸入是0 B.任一輸入是0 C.僅一輸入是0 D.全部輸入是1

10．在何種輸入情況下，“或非”運(yùn)算的結(jié)果是邏輯0。

A．全部輸入是0 B.全部輸入是1 C.任一輸入為0，其他輸入為1 D.任一輸入為1

二、判斷題（正確打√，錯(cuò)誤的打×）

1． 邏輯變量的取值，１比０大。（ ）。

2． 異或函數(shù)與同或函數(shù)在邏輯上互為反函數(shù)。（ ）。

3．若兩個(gè)函數(shù)具有相同的真值表，則兩個(gè)邏輯函數(shù)必然相等。（ ）。

4．因?yàn)檫壿嫳磉_(dá)式A+B+AB=A+B成立，所以AB=0成立。（ ）

5．若兩個(gè)函數(shù)具有不同的真值表，則兩個(gè)邏輯函數(shù)必然不相等。（ ）

6．若兩個(gè)函數(shù)具有不同的邏輯函數(shù)式，則兩個(gè)邏輯函數(shù)必然不相等。（ ）

7．邏輯函數(shù)兩次求反則還原，邏輯函數(shù)的對(duì)偶式再作對(duì)偶變換也還原為它本身。（ ）

8．邏輯函數(shù)Y=AB+AB+BC+BC已是最簡(jiǎn)與或表達(dá)式。（ ）

9．因?yàn)檫壿嫳磉_(dá)式AB+AB +AB=A+B+AB成立，所以AB+AB= A+B成立。（ ）

10．對(duì)邏輯函數(shù)Y=AB+AB+BC+BC利用代入規(guī)則，令A(yù)=BC代入，得Y= BCB+BCB+BC+BC=BC+BC成立。（ ）

三、填空題

1. 邏輯代數(shù)又稱(chēng)為代數(shù)。最基本的邏輯關(guān)系有種。常用的幾種導(dǎo)出的邏輯運(yùn)算為 、 、 、 、 。

2. 邏輯函數(shù)的常用表示方法有。

3. 邏輯代數(shù)中與普通代數(shù)相似的定律有。摩根定律又稱(chēng)為 。

4. 邏輯代數(shù)的三個(gè)重要規(guī)則是、

5．邏輯函數(shù)F=A+B+CD的反函數(shù)F。

6．邏輯函數(shù)F=A（B+C）·1的對(duì)偶函數(shù)是。

7．添加項(xiàng)公式AB+AC+BC=AB+AC的對(duì)偶式為

8．邏輯函數(shù)F=ABCD

9．邏輯函數(shù)F=AB?AB?AB?AB。

10．已知函數(shù)的對(duì)偶式為AB+CD?BC，則它的原函數(shù)為 。

四、思考題

1. 邏輯代數(shù)與普通代數(shù)有何異同？

2. 邏輯函數(shù)的三種表示方法如何相互轉(zhuǎn)換？

3. 為什么說(shuō)邏輯等式都可以用真值表證明？

4. 對(duì)偶規(guī)則有什么用處？

第二章答案

一、選擇題

1． D

2． ABCD

3． D

4． AD

5． AC

6． A

7． ACD

8． C

9． D

10． BCD

二、判斷題

1.× 2.√ 3.√ 4.× 5.√

6.× 7.√ 8.× 9．× 10．×

三、填空題

1．布爾 與 或 非 與非 或非 與或非 同或 異或

2．邏輯表達(dá)式 真值表 邏輯圖

3．交換律 分配律 結(jié)合律 反演定律

4．代入規(guī)則 對(duì)偶規(guī)則 反演規(guī)則

5．AB（C+D）

6．A+BC+0

7．（A+B）（A+C）（B+C）=（A+B）（A+C）

8．1

9．0

10．A?B?(C?D)?(B?C)

四、思考題

1．都有輸入、輸出變量，都有運(yùn)算符號(hào)，且有形式上相似的某些定理，但邏輯代數(shù)的取值

只能有0和1兩種，而普通代數(shù)不限，且運(yùn)算符號(hào)所代表的意義不同。

2．通常從真值表容易寫(xiě)出標(biāo)準(zhǔn)最小項(xiàng)表達(dá)式，從邏輯圖易于逐級(jí)推導(dǎo)得邏輯表達(dá)式，從與

或表達(dá)式或最小項(xiàng)表達(dá)式易于列出真值表。

3．因?yàn)檎嬷当砭哂形ㄒ恍浴?/p>

4．可使公式的推導(dǎo)和記憶減少一半，有時(shí)可利于將或與表達(dá)式化簡(jiǎn)。

目 錄

一.緒 論 ........................................................... 2

1.1設(shè)計(jì)背景 .................................................. 2

1.2版圖設(shè)計(jì)方法 .............................................. 3

1.3設(shè)計(jì)目標(biāo) .................................................. 3

二.四輸入與或非門(mén)電路 .............................................. 3

2.1四輸入與或非門(mén)電路結(jié)構(gòu) .................................... 3{與或非運(yùn)算法則}.

2.2四輸入與或非門(mén)電路電路仿真 ................................ 5

2.3四輸入與或非門(mén)電路的版圖繪制 .............................. 5

2.4四輸入與或非門(mén)電路的版圖電路仿真 ......................... 12

2.5LVS檢查匹配 .............................................. 13

三.總 結(jié) .......................................................... 14

四.參考文獻(xiàn) ....................................................... 15

一. 緒 論

1.1設(shè)計(jì)背景

隨著集成電路技術(shù)的日益進(jìn)步，使得計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)已成為電路設(shè)計(jì)師不可缺少的有力工具[1]。國(guó)內(nèi)外電子線(xiàn)路CAD軟件的相繼推出與版本更新，使CAD技術(shù)的應(yīng)用滲透到電子線(xiàn)路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，如芯片版圖的繪制、電路的繪圖、模擬電路仿真、邏輯電路仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)、印刷電路板的布線(xiàn)等。CAD技術(shù)的發(fā)展使得電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)的速度、質(zhì)量和精度得以保證。在眾多的CAD工具軟件中，Spice程序是精度最高、最受歡迎的軟件工具，tanner是用來(lái)IC版圖繪制軟件，許多EDA系統(tǒng)軟件的電路模擬部分是應(yīng)用Spice程序來(lái)完成的，而tanner軟件是一款學(xué)習(xí)階段應(yīng)用的版圖繪制軟件，對(duì)于初學(xué)者是一個(gè)上手快，操作簡(jiǎn)單的EDA軟件。

Tanner集成電路設(shè)計(jì)軟件是由Tanner Research 公司開(kāi)發(fā)的基于Windows平臺(tái)的用于集成電路設(shè)計(jì)的工具軟件。該軟件功能十分強(qiáng)大，易學(xué)易用，包括S-Edit，T-Spice，W-Edit，L-Edit與LVS，從電路設(shè)計(jì)、分析模擬到電路布局一應(yīng)俱全。其中的L-Edit版圖編輯器在國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛，具有很高知名度。

L-Edit Pro是Tanner EDA軟件公司所出品的一個(gè)IC設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的高性能軟件系統(tǒng)模塊，具有高效率，交互式等特點(diǎn)，強(qiáng)大而且完善的功能包括從IC設(shè)計(jì)到輸出，以及最后的加工服務(wù)，完全可以媲美百萬(wàn)美元級(jí)的IC設(shè)計(jì)軟件。L-Edit Pro包含IC設(shè)計(jì)編輯器(Layout Editor)、自動(dòng)布線(xiàn)系統(tǒng)(Standard Cell Place & Route)、線(xiàn)上設(shè)計(jì)規(guī)則檢查器（DRC）、組件特性提取器（Device Extractor）、設(shè)計(jì)布局與電路netlist的比較器(LVS)、CMOS Library、Marco Library，這些模塊組成了一個(gè)完整的IC設(shè)計(jì)與驗(yàn)證解決方案[2]。L-Edit Pro豐富完善的功能為每個(gè)IC設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)商提供了快速、易用、精確的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

雖然SPICE開(kāi)發(fā)至今已超過(guò)20年，然而其重要性并未隨著制程的進(jìn)步而降低。就國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)環(huán)境而言，商用的SPICE模擬軟件主要有Hspice、Pspice、SBTspice、SmartSpice與Tspice等。

HSpice是Spice程序應(yīng)用在PC上的程序，它的主要算法與Spice相同。由于HSpice A/D程序集成了模擬與數(shù)字電路的仿真運(yùn)算法，它不僅可以仿真單一

的模擬電路或數(shù)字電路，而且可以有效、完善地仿真模擬和數(shù)字混合電路。經(jīng)過(guò)多年的改版，HSpice A/D以其強(qiáng)大的功能及高度的集成性而成為先進(jìn)最受歡迎的電路仿真軟件。

1.2版圖設(shè)計(jì)方法

可以從不同角度對(duì)版圖設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分類(lèi)。如果按設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度來(lái)分，可將版圖設(shè)計(jì)方法分成手工設(shè)計(jì)和自動(dòng)設(shè)計(jì)2大類(lèi)。如果按照對(duì)布局布線(xiàn)位置的限制和布局模塊的限制來(lái)分，則可把設(shè)計(jì)方法分成全定制（fullcustom）和半定制(semicustom)2大類(lèi)。而對(duì)于全定制設(shè)計(jì)模式，目前有3種CAD工具服務(wù)于他：幾何圖形的交互圖形編輯、符號(hào)法和積木塊自動(dòng)布圖。對(duì)于兩極運(yùn)算放大器版圖設(shè)計(jì)的例子，采用的是Tanner公司的LEdit軟件[2]。這是一種廣泛使用在微機(jī)上的交互圖形編輯器。設(shè)計(jì)者將手工設(shè)計(jì)好的版圖草圖用一個(gè)交互圖形編輯器輸入計(jì)算機(jī)并進(jìn)行編輯。因而此方法也被分類(lèi)成手工設(shè)計(jì)方法。因?yàn)槭止ぴO(shè)計(jì)方法不可避免的會(huì)產(chǎn)生誤會(huì)，因此，必須在版圖編輯后進(jìn)行版圖驗(yàn)證。版圖驗(yàn)證包括設(shè)計(jì)規(guī)則檢查DRC (a design rule checker)、電學(xué)規(guī)則檢查ERC(a electrics rule checker)、版圖參數(shù)提取LPE(layout parameter extraction)、版圖和原理圖對(duì)照檢查L(zhǎng)VS(layout vs schematic)。當(dāng)然這些驗(yàn)證LEdit就可以完成。

1.3設(shè)計(jì)目標(biāo)

1.用MOS場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)現(xiàn)四輸入與或非門(mén)電路。

2.用tanner軟件中的原理圖編輯器S-Edit編輯四輸入與或非門(mén)電路原理圖。

3.用tanner軟件中的W-Edit對(duì)四輸入與或非門(mén)電路進(jìn)行仿真，并觀察波形。

4.用tanner軟件中的L-Edit繪制四輸入與或非門(mén)版圖，并進(jìn)行DRC驗(yàn)證。

5.用W-Edit對(duì)四輸入與或非的版圖電路進(jìn)行仿真并觀察波形。

6.用tanner軟件中的layout-Edit對(duì)四輸入與或非進(jìn)行LVS檢驗(yàn)觀察原理圖與版圖的匹配程度。

二.四輸入與或非門(mén)電路

2.1電路結(jié)構(gòu)

用CMOS實(shí)現(xiàn)四輸入與或非門(mén)電路，PMOS和NMOS管進(jìn)行全互補(bǔ)連接方式，柵極相連作為輸入，根據(jù)PMOS邏輯或串與并，根據(jù)NMOS邏輯與串或并原理，PMOS的漏極與下面NMOS的漏極相連作為輸出，POMS管的源極和襯底相連接高電平，NMOS管的源極與襯底相連接低電平；原理圖如圖2.1.1所示。

圖2.1.1 與或非門(mén)電路的原理圖

原理圖繪制完成后要進(jìn)行ERC驗(yàn)證，ERC：Electrical Rules Check 電氣規(guī)則檢查，主要是對(duì)電路原理圖的電學(xué)法則進(jìn)行測(cè)試，通常是按照用戶(hù)指定的物理、邏輯特性進(jìn)行。

通常在電路原理設(shè)計(jì)完成之后，網(wǎng)表文件生成之前，設(shè)計(jì)者需要進(jìn)行電氣法測(cè)試。其任務(wù)是利用軟件測(cè)試用戶(hù)設(shè)計(jì)的電路，以便找出人為的疏忽，測(cè)試完成之后，系統(tǒng)還將自動(dòng)生成各種可能錯(cuò)誤的報(bào)告，同時(shí)在電路原理圖的相應(yīng)位置上記號(hào)，以便進(jìn)行修正。

2.2四輸入與或非門(mén)電路仿真 在與或非門(mén)電路設(shè)計(jì)好以后要進(jìn)行電路仿真，看電路設(shè)計(jì)是否成功的重要依據(jù)，同時(shí)能夠更快更方便的發(fā)現(xiàn)電路中存在的問(wèn)題。與或非門(mén)電路仿真結(jié)果如圖

2.2.1所示。{與或非運(yùn)算法則}.

圖2.2.1 四輸入與或非門(mén)電路輸入輸出波形圖

2.3三輸入或門(mén)電路的版圖繪制

用L-Edit版圖繪制軟件對(duì)四輸入或非門(mén)電路進(jìn)行版圖繪制，同時(shí)進(jìn)行DRC驗(yàn)證，查看輸出結(jié)果，檢查有無(wú)錯(cuò)誤；

基本操作步驟是：

（1）打開(kāi)此程序。

（2）另存新文件：選擇 File→Save As。

（3）取代設(shè)定：選擇File→Replace Setup命令，單擊右側(cè)的Browser，選擇C:UserszclDocumentsTanner EDATanner Tools v13.0L-Edit andLVSSPRLightsLayoutlights.tdb文件，然后點(diǎn)擊ok，會(huì)出現(xiàn)警告，按確定鈕。

（4）繪制PMOS和NMOS：先繪制N Well圖層，再繪制Active圖層,然后繪制P Select圖層，然后繪制Poly圖層，然后繪制Active Contact 圖層，最后繪制Metal1 圖層。PMOS和NMOS繪制結(jié)果如圖2.3.1 PMOS繪制圖和圖2.3.2 NMOS繪制圖所示。

邏輯代數(shù)或稱(chēng)布爾代數(shù)。它雖然和普通代數(shù)一樣也用字母表示變量，但變量的值只有“1”和“0”兩種，所謂邏輯“1”和邏輯“0”，代表兩種相反的邏輯狀態(tài)。在邏輯代數(shù)中只有邏輯乘（“與”運(yùn)算），邏輯加（“或“運(yùn)算）和求反（”非“運(yùn)算）三種基本運(yùn)算。{與或非運(yùn)算法則}.

其實(shí)數(shù)字邏輯中會(huì)學(xué)到，其他課程中都會(huì)涉及，概率論也有提到

1．邏輯加

邏輯表達(dá)式：F=A＋B

運(yùn)算規(guī)則：0＋0=0, 0＋1=1, 1＋0=1, 1＋1=1.

2．邏輯乘

邏輯表達(dá)式：F=A·B

運(yùn)算規(guī)則：0·0=0, 0·1=0, 1·0=0, 1·1=1.

3．邏輯反

邏輯表達(dá)式：

_

F=A

運(yùn)算規(guī)則：

_ _

1=0, 0=1.

4．與非

邏輯表達(dá)式：

____

F=A·B

運(yùn)算規(guī)則：略

5．或非

邏輯表達(dá)式：

___

F=A+B{與或非運(yùn)算法則}.

運(yùn)算規(guī)則：略

6．與或非

邏輯表達(dá)式：

_________

F=A·B+C·D

運(yùn)算規(guī)則：略

7．異或

邏輯表達(dá)式：

_ _

F=A·B+A·B

運(yùn)算規(guī)則：略

8．異或非

邏輯表達(dá)式：

____

F=A·B+A·B

運(yùn)算規(guī)則：略

公式：

(1)交換律：A＋B=B＋A ,A·B=B·A

(2)結(jié)合律：A＋（B＋C）=（A＋B）＋C

A·（BC）=（AB）·C

(3)分配律：A·（B＋C）=AB＋AC（乘對(duì)加分配）, A＋（BC）=（A＋B）（A＋C）（加對(duì)乘分配）

(4)吸收律：A＋AB=A

A(A＋B)=A

(5)0-1律：A＋1=1

A＋0=A

A·0=0

A·1=A

(6)互補(bǔ)律：

_

A＋A=1

_

A·A=0

(7)重疊律：A＋A=A

A·A=A

(8)對(duì)合律：

=

A = A

(9)反演律：

___ _ _

A+B=A·B

____ _ _

A·B=A+B