1位全加器的电路和版图设计解析
集成电路设计基础
论文题目：CMOS全加器设计学院：信息科学与工程学院专业：集成电路工程
姓名：耿烨亮
学号：1311082135
CMOS全加器设计
摘要：现代社会随着电路的集成度越来越高，功耗和信号延迟成为超大规模集成电路的关键。加法运算是数字系统中最基本的运算，为了更好地利用加法器实现减法、乘法、除法等运算，需要对全加器进行功能仿真设计和分析。另外通过全加器可以对其它相关电路有所了解。因此只有深刻理解了全加器的性能才能进一步减小功耗和信号延迟[1]。本文用对一位全加器进行了全面的分析。并且通过使用Cadence公司的工具IC 5141与Hspice来实现全定制的整个设计流程。
关键词：全加器；全定制；Cadence
As the circuit’s integration is increasing in the modern society，Power consumption and signal delay is crucial to the design of high-performance very large scale integration circuits. Addition operation is the basic operation of the digital system, In order to achieve much better use of the adder subtraction, multiplication, division and other operations, The need for full adder functional simulation design and analysis is necessary .what’s more, we can understand the other related circuitry through the full adder , Therefore, only a deep understanding of the performance of the full adder can we reduce the power consumption and signal delay.The paper has a comprehensive analysis to the full adder. And through the use of Cadence tool IC 5141 and Hspice to achieve full custom throughout the design process.
Key words: the full adder ; Full – Custom; Cadence
集成电路设计方法大致可分为定制（Custom）、半定制（Semi-custom）、可编程逻辑器件（PLD）等设计方法，如图1.1所示。定制设计方法又可分为全定制（Full-Custom）设计和基于包（Cell-Based）的设计方法二类。全定制（full custom）集成电路设计方法，是按规定的功能与性能要求，对电路的结构布局与布线进行最优化设计，实现最小面积，最佳布线布局、最优功耗速度积，以求获得尽可能最优的设计。全定制（full custom）集成电路设计方法通常用于高性能的设计场合：规模较小性能要求较高的中小规模专用集成电路；大批量高性能集成电路。
图1.1 ASIC设计方法分类
全定制的设计流程：1）电路图绘制2）前仿真3）绘制版图4）版图验证5）版图后仿真。摩尔定律芯片上的晶体管数量每18到24个月翻一番。半导体技术有效性每18个月将会增大一倍。[1]
IC设计必须要有工艺库的支持，本文的设计例子五级反相器使用NCSU的TSMC 0.18工艺库，启动命令是icfb&.库的逻辑组织元素如下：库（Library）；单元（Cell）（库的设计单元）：视图（View）（单元的一种视图形式）如本文中反相器单元（INV）的电路图（Schematic），符号（Symbol），版图（Layout）。本文以全加器为例使用Cadence公司的工具IC 5141与HSPICE来实现全定制的整个设计流程。
2：设计步骤
2.1 建库
打开Cadence软件后，点击“File->New->Library”，出现“Create Library”窗口，输入库名，选取工艺TSMC0.18u，点OK，如图2.1。
图2.1 新建库设置
2.2、新建Schematic视图
“Library Manager”窗口中的“Library”栏里有刚才新建的库文件夹cmos-adder 。选中它，并点击File->New-> Cellview，在“Create New File”小窗口里输入单元名adder，点OK，如图2.2。
图2.2 新建Schematic视图
然后出现电路图绘制界面，开始绘制全加器的电路图：
①在电路编辑窗口中添加元件。
添加器件pmos管和nmos管。将pmos管的宽W设为nmos管的宽W的2~3倍，因此这里将pmos管的宽W设为540nM。
②放置电源vdd和地gnd。
放置了元件和电源后，如图2.3。
图2.3 添加了CMOS管、电源vdd和地gnd ③添加端口Pin
三个输入端A、B、Ci和两个输出端S、Co，如图2.4所示。
图2.4 添加Pin后
④连线
注意，不要将三条线交于一个焊接点上，这样会在check时产生一个warming的。最后，可点击（Check and Save）,检查无误且保存，可退出该界面。电路图如图2.5。
图2.5 1bit加法器的电路图
2.3、新建Symbol视图
Symbol是对电路的抽象，对外仅有端口属性，如何新建Symbol视图可参照本章前面的实验。
①画一个矩形，
②添加端口，点击“Add->Pin”，并连线，
③添加标签（Label），点击“Add->Label”。完成的Symbol图如图2.6所示。
图2.6 完成的Symbol图
2.4 前仿真
为了证实刚才的电路图能实现1位全加器的功能，可以做一个前仿真。然后在前仿真通过的前提下再画版图，这样画出来的版图的正确性会更高。
（1）新建一个测试平台
在“Library Manager”窗口中点击“File->New-> Cellview”，在弹出的“Create New File”小窗口里的Cell Name栏中输入“adder-tb”，在Tool栏里选择“Composer-Schematic”如
图2.7所示。然后点OK！进入电路图编辑窗口。
图2.7 新建测试平台adder-tb
（2）调用之前adder的symbol
在出现的电路图编辑窗口里调用与非门。点“Add->Instance”或在键盘上按快捷键“I”，把adder调用出来。如图2.8所示。
图2.8调用全加器
（3）在测试平台上放置测试端口
点“Add->Pin”或着按快捷键“P”。添加输入测试端口A、B和Ci，输出测试端口S、Ci，还有“VDD!”和“GND!”。注意这里VDD!和GND!的端口类型选input，因为可以在后面添加激励时将它们分别输入为0和某一高电平的直流，以此来模拟出VDD!和GND!。（4）然后设置仿真环境
点“Tools->Analog Environment”后，将出现仿真环境设置窗口，如图2.9所示。
图2.9 仿真设置窗口
①添加激励
设置好各个激励后，点OK即可。
②设置后仿观察的时间
点“Analyses->Choose…”，出现一个小窗口，进去进行观察时间的设置，点OK即可。
图2.10设置后仿观察时间
③选择观察波形的端口
点“Output…->To Be Plotted->Select On Schematic”，然后在电路图上点击要观察的端口：输入A、B、Ci和输出S、Co。如图2.11.
图2.11设置完的环境变量窗口
④观察前仿波形图：
点击“Simulation->Run”或者点绿灯按钮，即可运行仿真，运行成功会自动弹出后仿波
形图。
图2.12 前仿波形图
3.1 图设计工具：Virtuoso Layout Editor。
根据电路图画版图，先画pmos部分的版图，再画nmos管部分的版图，然后根据电路图中的连接情况如反相器、传输门，将这些pmos和与之相对应的nmos连接起来，添加vdd!和gnd!结点标签和输入/输出端口pin ，最后通过DRC验证。如图3.1
图3.1 DRC通过的版图
之后我们提取extract后运行LVS ,点击“Verify -> extract”，提取视图后，在“Library Manager”窗口view栏里将会出现新生成的“extracted”文件，之后点击“Verify -> LVS”，点击Run!可以看到下图。
图3.2LVS运行报表
将前面进行的前仿真平台打开，然后点击“绿灯”开始运行，出现后仿波形，后仿波形图如图3.3所示。
图3.3后仿波形图
4:结束语
IC 5141与HSPICE软件使IC的设计更加方便、快捷。通过全加器电路图与版图的绘制与仿真，全加器的性能更容易被了解。另外绘制电路图过程中，为使信号的延时变小，一般PMOS宽长比是NMOS的2-3倍。绘制版图过程中每次添加完元件后都DRC验证一次，可以减少出错的概率。
本论文只是对全加器的基本工作原理和性质做了分析。在本学期的集成电路课中，IC 设计是本门课的重点，通过这段时间的学习，我掌握了电路图绘制及前仿和版图绘制及后，学到了很多有用知识，受益匪浅。
参考文献
[1] W. Dally and J.Polton, Digital Systems Engineering, Cambridge University Press,1998.
[2] P. D. Fisher and R. Nesbitt, “The Test of Time: Clock-Cycle Estimation and Test Challenges for Future Microprocessors,” IEEE Circuit and Devices Magazine, 14(2), pp. 37-44,1998.
[3] N. Hedenstierna and K. Jeppon , “CMOS Circuit Speed and Buffer Optimization,”IEEE Transactions on CAD, vol. CAD-6, no. 2, pp.270-281,March 1987.
[4]C. Mead and L. Conway, Introduction to VLSI Systems, Addison –Wesley, 1980.
[5] A. Sedra and K. Smith, MicroElectronic Circuit , Holt, Rinehart and Winston,1987.
[6] R. Swanson and J. Meindl, “Ion-Implanted Complementary CMOS transistors in Low-Voltage Circuits,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.SC-7, no. 2, pp.146-152,April 1972.
[7] D. Sylvester and K. Keutzer, “Getting to the Bottom of Deep Submicron,” Proceedings ICCAD Conference, pp. 203, San Jose, November 1998.
[8] H. Veedrick, “Short-Circuit Dissipation of Static CMOS Circuitry and its Impact on the Design of Buffer
Circuits,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. SC-19, no. 4. pp .468-473,1984.
实验一 八位全加器的设计
电子科技大学电子工程学院标准实验报告（实验）课程名称EDA技术与应用 姓名:孙远 学号:2010021030002 指导教师:窦衡 电子科技大学教务处制表
实验一八位全加器的设计 一、预习内容 1.结合教材中的介绍熟悉QuartusⅡ软件的使用及设计流程； 2.八位全加器设计原理。 二、实验目的 1.掌握图形设计方法； 2.熟悉QuartusⅡ软件的使用及设计流程； 3.掌握全加器原理，能进行多位加法器的设计。 三、实验器材 PC机一台、EDA教学实验系统一台、下载电缆一根（已接好）、导线若干 四、实验要求 1、用VHDL设计一个四位并行全加器； 2、用图形方式构成一个八位全加器的顶层文件； 3、完成八位全加器的时序仿真。 五、实验原理与内容 1、原理： 加法器是数字系统中的基本逻辑器件。例如：为了节省资源，减法器和硬件乘法器都可由加法器来构成。但宽位加法器的设计是很耗费资源的，因此在实际的设计和相关系统的开发中需要注意资源的利用率和进位速度等两方面的问题。多位加法器的构成有两种方式：并行进位和串行进位方式。并行进位加法器设有并行进位产生逻辑，运算速度快；串行进位方式是将全加器级联构成多位加法器。通常，并行加法器比串行级联加法器占用更多的资源，并且随着位数的增加，相同位数的并行加法器比串行加法器的资源占用差距也会越来越大。 实验表明，4 位二进制并行加法器和串行级联加法器占用几乎相同的资源。这样，多位数加法器由4 位二进制并行加法器级联构成是较好的折中选择。因此本实验中的8 位加法器采用两个4位二进制并行加法器级联而成。
2、实现框图： 1）四位加法器 四位加法器可以采用四个一位全加器级连成串行进位加法器，实现框图如下图所示，其中CSA为一位全加器。显然，对于这种方式，因高位运算必须要等低位进位来到后才能进行，因此它的延迟非常可观，高速运算肯定无法胜任。 通过对串行进位加法器研究可得：运算的延迟是由于进位的延迟。因此，减小进位的延迟对提高运算速度非常有效。下图是减少了进位延迟的一种实现方法。可见，将迭代关系去掉，则各位彼此独立，进位传播不复存在。因此，总的延迟是两级门的延迟，其高速也就自不待言。 2）八位加法器 用两个并行四位加法器实现一个八位加法器的框图如下：
实验一 一位二进制全加器设计实验
南昌大学实验报告 学生姓名： 学 号： 专业班级： 中兴101 实验类型：■ 验证 □ 综合 □设计 □ 创新 实验日期： 2012 9 28 实验成绩： 实验一 一位二进制全加器设计实验 一．实验目的 （1）掌握Quartus II 的VHDL 文本设计和原理图输入方法设计全过程； （2）熟悉简单组合电路的设计，掌握系统仿真，学会分析硬件测试结果； （3） 熟悉设备和软件，掌握实验操作。 二．实验内容与要求 （1）在利用VHDL 编辑程序实现半加器和或门，再利用原理图连接半加器和或门完成全加器的设计，熟悉层次设计概念； （2）给出此项设计的仿真波形； （3）参照实验板1K100的引脚号，选定和锁定引脚，编程下载，进行硬件测试。 三．设计思路 一个1位全加器可以用两个1位半加器及一个或门连接而成。而一个1位半加器可由基本门电路组成。 (1) 半加器设计原理 能对两个1位二进制数进行相加而求得和及进位的逻辑电路称为半加器。或：只考虑两个一位二进制数的相加，而不考虑来自低位进位数的运算电路，称为半加器。图1为半加器原理图。其中：a 、b 分别为被加数与加数，作为电路的输入端；so 为两数相加产生的本位和，它和两数相加产生的向高位的进位co 一起作为电路的输出。 半加器的真值表为 表1 半加器真值表 由真值表可分别写出和数so ，进位数co 的逻辑函数表达式为： b a b a b a so ⊕=+=- - （1） ab co = （2）
图1半加器原理图 (2) 全加器设计原理 除本位两个数相加外，还要加上从低位来的进位数，称为全加器。图2全加器原理图。全加器的真值表如下： 表2全加器真值表 其中a为加数，b为加数，c为低位向本位的进位，co为本位向高位的进位，so为本位和。 图2.全加器原理图 四．实现方法一：原理图输入法设计（自己独立完成） 1. 建立文件夹 建立自己的文件夹（目录），如c:\myeda，进入Windows操作系统 QuartusII不能识别中文，文件及文件夹名不能用中文。 2. 原理图设计输入 打开Quartus II，选菜单File→New，选择“Device Design File->Block Diagram->Schematic File”项。点击“OK”,在主界面中将打开“Block Editor”窗口。 (1) 放置元件 在原理图编辑窗中的任何一个空白处双击鼠标左键或单击右键,跳出一个选择窗，选择
FPGA4位全加器的设计
目录 一、设计原理 (2) 二、设计目的 (3) 三、设计容 (3) 四、设计步骤 (3) 五、总结与体会 (7)
4位全加器设计报告 一、设计原理 全加器是指能进行加数、被加数和低位来的进位信号相加，并根据求和结果给出该位的进位。 4位加法器可以采用4个以为全加器级连成串行进位加法器，如下图所示，其中CSA为一位全加器。显然，对于这种方式，因高位运算必须要等低位进位来到后才能进行，因此它的延迟非常可观，高速运算无法胜任。 A和B为加法器的输入位串，对于4位加法器其位宽为4位，S为加法器输出位串，与输入位串相同，C为进位输入（CI）或输出（CO）。 实现代码为：全加器真值表如下： module adder4(cout,sum,ina,inb,cin); output[3:0]sum; output cout; input[3:0]ina,inb; 输入输出Xi Yi Ci-1 Si Ci 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1
input cin; assign {count,sum}=ina+inb+cin; endmodule 二、设计目的 ⑴熟悉ISE9.1开发环境，掌握工程的生成方法。 ⑵熟悉SEED-XDTK XUPV2Pro实验环境。 ⑶了解Verilog HDL语言在FPGA中的使用。 ⑷了解4位全加器的Verilog HDL语言实现。 三、设计容 用Verilog HDL语言设计4位全加器，进行功能仿真演示。 四、设计步骤 1、创建工程及设计输入。 ⑴在E：\progect\目录下，新建名为count8的新工程。
8位全加器的设计
课程设计报告 课程名称数字逻辑课程设计 课题8位全加器的设计 专业计算机科学与技术 班级12０2 学号３4 姓名贺义君 指导教师刘洞波陈淑红陈多 2013年１2月13日
课程设计任务书 课程名称数字逻辑课程设计 课题8位全加器的设计 专业班级计算机科学与技术1202 学生姓名贺义君 学号3４ 指导老师刘洞波陈淑红陈多审批刘洞波 任务书下达日期：2013年12月1３日 任务完成日期：２０14年01月２1日
一、设计内容与设计要求 1.设计内容： 本课程是一门专业实践课程，学生必修的课程。其目的和作用是使学生能将已学过的数字电子系统设计、VＨDL程序设计等知识综合运用于电子系统的设计中,掌握运用VHDＬ或者Veｒiｌｏg HＤL设计电子系统的流程和方法,采用Quａrtｕs II等工具独立应该完成1个设计题目的设计、仿真与测试。加强和培养学生对电子系统的设计能力,培养学生理论联系实际的设计思想，训练学生综合运用数字逻辑课程的理论知识的能力，训练学生应用Ｑｕａrtus II进行实际数字系统设计与验证工作的能力,同时训练学生进行芯片编程和硬件试验的能力。 题目一４线-16线译码器电路设计； 题目二16选1选择器电路设计; 题目三4位输入数据的一般数值比较器电路设计 题目四10线-４线优先编码器的设计 题目五8位全加器的设计 题目六RS触发器的设计; 题目七JK触发器的设计; 题目八Ｄ触发器的设计; 题目九十进制同步计数器的设计； 题目十T触发器的设计; 每位同学根据自己学号除以1０所得的余数加一，选择相应题号的课题。 参考书目 1 EＤA技术与VHDL程 序开发基础教程 雷伏容，李俊,尹 霞 清华大学出版 社 ９７８－7-30２－２２ 41６－7 20１ TＰ３1２VＨ／ 36 2 VHDL电路设计雷伏容清华大学出版 社 7-302－１42２６-2 2006 TＮ702/１85 3 ＶHDL电路设计技术王道宪贺名臣? 刘伟 国防工业出版 社 ７-118-03３52-9 2004 TN7０２/6２ 4 ＶHＤL 实用技术潘松，王国栋７-8１06 5 7－８106５－2９０－7 2000 TＰ３１２VＨ/1 5 ＶＨＤL语言１０0 例详解 北京理工大学Ａ SIＣ研究所 7-9０0６25 7－90０6２5-0２-X 1９ 99 TP３12VＨ/3 6 ＶHDL编程与仿真王毅平等人民邮电出版 社 ７-１15-0864１-９ 2０ 00 ７ 3.9621/W38V 7 ＶＨDL程序设计教程邢建平?曾繁泰清华大学出版 社 7-302-116５２-０ 200 ５ ＴP312VＨ/27 ／3
一位全加器电路版图设计-11页精选文档
目录 1 绪论 (1) 1.1 设计背景 (1) 1.2 设计目标 (1) 2一位全加器电路原理图编辑 (2) 2.1 一位全加器电路结构 (2) 2.2 一位全加器电路仿真分析波形 (2) 2.3 一位全加器电路的版图绘制 (3) 2.4一位全加器版图电路仿真并分析波形 (3) 2.5 LVS检查匹配 (3) 总结 (4) 参考文献 (4) 附录一：电路原理图网表 (5) 附录二：版图网表 (6)
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。早期的集成电路版图编辑器L-Edit在国内已具有很高的知名度。Tanner EDA Tools 也是在L-Edit的基础上建立起来的。整个设计工具总体上可以归纳为电路设计级和版图设计级两大部分，即以S-Edit为核心的集成电路设计、模拟、验证模块和以L-Edit为核心的集成电路版图编辑与自动布图布线模块。Tanner软件包括S-Edit，T-Spice， L-Edit与LVS[1]。 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编辑一位全加器电路原理图 2.用tanner软件中的TSpice对一位全加器的电路进行仿真并分析波形 3.用tanner软件中的版图编辑器L-Edit进行一位全加器电路的版图绘制，并进行DRC验证 4.用tanner软件中的TSpice对一位全加器的版图进行仿真并分析波形 5.用tanner软件的layout-Edit中的lvs功能对一位全加器进行LVS检验观察原理图与版图的匹配程度
FPGA4位全加器的设计
目录 一、设计原理 (1) 二、设计目的 (1) 三、设计内容 (2) 四、设计步骤 (2) 五、总结与体会 (6)
4位全加器设计报告 一、设计原理 全加器是指能进行加数、被加数和低位来的进位信号相加，并根据求和结果给出该位的进位。 4位加法器可以采用4个以为全加器级连成串行进位加法器，如下图所示，其中CSA 为一位全加器。显然，对于这种方式，因高位运算必须要等低位进位来到后才能进行，因此它的延迟非常可观，高速运算无法胜任。 A 和 B 为加法器的输入位串，对于4位加法器其位宽为4位，S 为加法器输出位串，与输入位串相同， C 为进位输入（CI ）或输出（CO ）。 实现代码为： 全加器真值表如下： module adder4(cout,sum,ina,inb,cin); output[3:0]sum; output cout; input[3:0]ina,inb; input cin; assign {count,sum}=ina+inb+cin; endmodule 二、设计目的 ⑴熟悉ISE9.1开发环境，掌握工程的生成方法。 ⑵熟悉SEED-XDTK XUPV2Pro 实验环境。 ⑶了解Verilog HDL 语言在FPGA 中的使用。 ⑷了解4位全加器的Verilog HDL 语言实现。 输 入 输 出 Xi Yi Ci-1 Si Ci 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1
三、设计内容 用Verilog HDL语言设计4位全加器，进行功能仿真演示。 四、设计步骤 1、创建工程及设计输入。 ⑴在E：\progect\目录下，新建名为count8的新工程。 ⑵器件族类型（Device Family）选择“Virtex2P” 器件型号（Device）选“XC2VP30 ff896-7” 综合工具（Synthesis Tool）选“XST(VHDL/Verilog)” 仿真器（Simulator）选“ISE Simulator”
用原理图输入方法设计8位全加器
实验一 用原理图输入方法设计8位全加器 1．实验目的和要求 本实验为综合性实验，综合了简单组合电路逻辑,MAX+plus 10.2的原理图输入方法, 层次化设计的方法等内容。其目的是通过一个8位全加器的设计熟悉EDA 软件进行电子线路设计的详细流程。学会对实验板上的FPGA/CPLD 进行编程下载，硬件验证自己的设计项目。 2．实验原理 1位全加器可以用两个半加器及一个或门连接而成，半加器原理图的设计方法很多，我们用一个与门、一个非门和同或门（xnor 为同或符合，相同为1，不同为0）来实现。先设计底层文件：半加器，再设计顶层文件全加器。 （1） 半加器的设计： 半加器表达式：进位：co=a and b 和：so=a xnor ( not b ) 半加器原理图如下： （2） 全加器的设计: 全加器原理图如下： 3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境） 实验的硬件环境是： 微机 I113co a so b 1 0101 0110001 10 0co so b a not xnor2 and2 I113ain cout cout ain bin sum cin bin sum cin f_adder or2a f e d u3 u2 u1 b a c co so B co so B h_adder A h_adder A
EDA实验开发系统 ZY11EDA13BE 并口延长线，JTAG延长线 实验的软件环境是： MAX+plus 10.2 4．操作方法与实验步骤 ●按照4.1 节介绍的方法与流程，完成半加器和全加器的设计，包括原理图输入、编译、综合、适配、仿真、实验板上的硬件测试，并将此全加器电路设置成一个硬件符号入库。 ●建立一个更高的原理图设计层次，利用以上获得的1位全加器构成8位全加器，并完成编译、综合、适配、仿真、硬件测试。 5．实验内容及实验数据记录 1．设计半加器： 用原理图输入的方法输入一个半加器的逻辑图，如图所示： 然后在assign里头的device里头根据试验箱的芯片设置Decices，接着就设置输入输出荧脚的输入端和输出端，设置如表1所示： 表1.半加器引脚端口设置 引脚名称设置端口 ain input Pin=45 bin input Pin=46 co output Pin=19 so output Pin=24 然后Save，名称为h_add.gdf，再save & Compile。 结果如图所示：
用门电路设计一位的全加器
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
8位全加器设计
基于原理图的8位全加器设计 实验目的：熟悉利用Quartus II的原理图输入方法设计简单的组合电路，掌握层次化设 计的方法，并通过一个8位全加器的设计把握利用EDA软件进行原理图输入方式的电子线路设计的详细流程。 实验原理：一个8位全加器可以由8个1位全加器串行构成，即将低位加法器的进位输 出cout与相临的高位加法器的最低位输入信号cin相接。 试验任务：1.完成半加器和全加器的设计。 2.建立一个更高层次的原理图设计，利用以上获得的1位全加器构成8位全加器，完成编译、综合、适配、仿真和硬件测试。 实验步骤： 一、1位全加器设计 1.建立工程文件夹adder,路径d:\adder。 2.输入设计项目和存盘 原理图编辑输入流程如下： （1）打开Quartus II，选择file—>new命令，在弹出的窗口中选择block diagram/schematic file 选项，单击ok按钮后将打开原理图编辑窗口。 （2）在编辑窗口中的任何一个位置上右击，将弹出快捷菜单，选择inset—>symbol命令，将弹出元件输入对话框。 （3）单击“…”按钮，找到基本元件库路径d:/altera/90/quartus/libraries/primitives/logic项（假设软件安装在D盘），选中需要的元件，单击“打开”按钮，此元件即显示在窗口中，然后单击symbol窗口中的ok按钮，即可将元件调入原理图编辑窗口中。也可以在name栏输入需要的元件名。调入好元件和引脚后，连接好电路，再输入各引脚名。 （4）选择file—>save as命令，选择刚才为自己的工程建立的目录d:\adder，将已设计好的原理图取名为h_adder.bdf，并存盘此文件夹内。 3.将设计好的项目设置成可调用的元件 为了构成全加器的顶层设计，必须将以上设计的半加器h_adder.bdf设置成可调用的元件。在打开半加器原理图文件的情况下，选择file—>create/update—>create symbol file for current file命令，即可将当前文件h_adder.bdf变成一个元件符号存盘，以待高层次设计中调用。4.设计全加器顶层文件 打开一个原理图编辑窗口，方法同前。在新打开的原理图窗口中双击，在弹出的窗口中选择project选项，选择h_adder.bdf，并调入其他元件，连接好电路。以f_adder.bdf名存在同一路径d:\adder中。 二、8位全加器设计 1.将刚设计好的1位全加器设置成可调用的元件，方法同上。 2.调入元件，连接电路图，以8f_adder.bdf保存于同一路径d:\adder中的文件夹中。 3.将顶层文件8f_adder.bdf设置为工程。 4.编译与仿真 原理图与仿真波形分析：
一位全加器
存档资料成绩： 华东交通大学理工学院 课程设计报告书 所属课程名称计算机组成原理 题目一位全加器的设计 分院电信分院 专业班级 15计算机科学与技术3班 学号20150210440313 学生姓名张子辰 指导教师王莉 2016 年 12 月 19 日
课程设计（论文）评阅意见 评阅人 王莉 职称 讲师 2016年12月19日 序号 项 目 等 级 优秀 良好 中等 及格 不及格 1 课程设计态度评价 2 出勤情况评价 3 任务难度评价 4 工作量饱满评价 5 任务难度评价 6 设计中创新性评价 7 论文书写规范化评价 8 综合应用能力评价 综合评定等级
目录 引言 (2) 一.全加器的介绍 (2) 1.1 全加器的基本概念 (2) 1.2全加器仿真设计分析 (3) 1.3 全加器的原理 (3) 二.课程设计目的 (3) 三.不同方法的一位全加器设计 (4) 3.1用逻辑门设计全加器 (4) 3.2 用74LS38译码器设计全加器 (6) 3.3用74LS153D数据选择器设计全加器 (8) 四.观测仿真电路 (10) 4.1逻辑门仿真电路的分析 (10) 4.2 74LS138译码器仿真电路的分析 (12) 4.3 74LS153D数据选择器仿真电路的分析 (13) 五.两位全加器的实现 (15) 5.1.原理 (15) 5.2创建电路 (18) 5.3 仿真电路的输出信号分析 (19) 六.收获与心得 (19) 参考文献 (20)
一位全加器的设计 引言 MAX+PLUS II是一个专门用于电路设计与仿真的工具软件。它以界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用等突出优点，迅速被推广应用。MAX+PLUS II仿真软件能将电路原理图的创建、电路的仿真分析及结果输出都集成在一起，并具有绘制电路图所需的元器件及其仿真测试的仪器，可以完成从电路的仿真设计到电路版图生成的全过程，从而为电子系统的设计、电子产品的开发和电子系统工程提供一种全新的手段和便捷的方法。 数字系统的基本任务之一就是进行算术运算。而常见的加、减、乘、除等运算均可以利用加法运算来实现。所以，加法器就成为数字系统中最基本的运算单元，可广泛用于构成其它逻辑电路。 一.全加器的介绍 1.1 全加器的基本概念 加法器是一种常见的组合逻辑部件，有半加器和全加器之分。半加器是只考虑两个加数本身，而不考虑来自低位进位的逻辑电路，就是两个相加数最低位的加法运算。全加器不仅考虑两个一位二进制数相加，还要考虑与低位进位数相加的运算电路。两个数相加时，除最低位之外的其余各位均是全加运算
实验一 4位全加器的设计
实验一4位全加器的设计 一、实验目的： 1 熟悉QuartusⅡ与ModelSim的使用； 2 学会使用文本输入方式和原理图输入方式进行工程设计； 3 分别使用数据流、行为和结构化描述方法进行四位全加器的设计； 4 理解RTL视图和Technology Map视图的区别； 5 掌握简单的testbench文件的编写。 二、实验原理： 一个4位全加器可以由4个一位全加器构成，加法器间的进位可以串行方式实现，即将低位加法器的进位输出cout与相邻的高位加法器的进位输入信号cin相接。 三、实验内容： 1.QuartusII软件的熟悉 熟悉QuartusⅡ环境下原理图的设计方法和流程，可参考课本第4章的内容，重点掌握层次化的设计方法。 2.设计1位全加器原理图 设计的原理图如下所示：
VHDL源程序如下（行为描述）：-- Quartus II VHDL Template -- Unsigned Adder library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity f_add is port ( a : in std_logic; b : in std_logic; ci : in std_logic; y : out std_logic; co : out std_logic ); end entity; architecture rtl of f_add is begin (co,y)<=('0',a)+('0',b)+('0',ci); end rtl;
集成电路版图设计论文
集成电路版图设计 班级12级微电子姓名陈仁浩学号2012221105240013 摘要：介绍了集成电路版图设计的各个环节及设计过程中需注意的问题，然后将IC版图设计与PCB版图设计进行对比，分析两者的差异。最后介绍了集成电路版图设计师这一职业，加深对该行业的认识。 关键词: 集成电路版图设计 引言: 集成电路版图设计是实现集成电路制造所必不可少的设计环节，它不仅关系到集成电路的功能是否正确，而且也会极大程度地影响集成电路的性能、成本与功耗。近年来迅速发展的计算机、通信、嵌入式或便携式设备中集成电路的高性能低功耗运行都离不开集成电路掩模版图的精心设计。一个优秀的掩模版图设计者对于开发超性能的集成电路是极其关键的。 一、集成电路版图设计的过程 集成电路设计的流程：系统设计、逻辑设计、电路设计（包括：布局布线验证）、版图设计版图后仿真（加上寄生负载后检查设计是否能够正常工作）。集成电路版图设计是集成电路从电路拓扑到电路芯片的一个重要的设计过程，它需要设计者具有电路及电子元件的工作原理与工艺制造方面的基础知识，还需要设计者熟练运用绘图软件对电路进行合理的布局规划，设计出最大程度体现高性能、低功耗、低成本、能实际可靠工作的芯片版图。集成电路版图设计包括数字电路、模拟电路、标准单元、高频电路、双极型和射频集成电路等的版图设计。具体的过程为： 1、画版图之前，应与IC 工程师建立良好沟通在画版图之前，应该向电路设计者了解PAD 摆放的顺序及位置，了解版图的最终面积是多少。在电路当中，哪些功能块之间要放在比较近的位置。哪些器件需要良好的匹配。了解该芯片的电源线和地线一共有几组，每组之间各自是如何分布在版图上的？ IC 工程师要求的工作进度与自己预估的进度有哪些出入？ 2、全局设计：这个布局图应该和功能框图或电路图大体一致,然后根据模块的面积大小进行调整。布局设计的另一个重要的任务是焊盘的布局。焊盘的安排要便于内部信号的连接，要尽量节省芯片面积以减少制作成本。焊盘的布局还应该便于测试，特别是晶上测试。 3、分层设计：按照电路功能划分整个电路，对每个功能块进行再划分，每一个模块对应一个单元。从最小模块开始到完成整个电路的版图设计，设计者需要建立多个单元。这一步就是自上向下的设计。 4、版图的检查： （1）Design Rules Checker 运行DRC，DRC 有识别能力，能够进行复杂的识别工作，在生成最终送交的图形之前进行检查。程序就按照规则检查文件运行，发现错误时，会在错误的地方做出标记，并且做出解释。
FPGA 8位全加器的原理图设计
3-8. 在QuartusII中用原理图输入法设计8位全加器 1、实验目的：熟悉利用QuartusⅡ的原理图输入方法设计简单组合电路，掌握层次化设计的方法，并通过一个8位全加器的设计把握利用EDA软件进行原理图输入方式的电子线路设计的详细流程。 2、实验原理：先由一个半加器构成一个全加器，8位全加器可以由8个1位全加器构成，加法器间的进位可以串行方式实现，即将低位加法器的进位输出cout与相临的高位加法器的最低进位输入信号cin 相接。 3、实验内容及过程： 在D盘下建立一个新的文件夹为ADDER8。 本设计的思路是先设计1个1位半加器，因此建立新建文件夹D:/ ADDER8/h_adder；要利用1位的半加器构造1位的全加器，因此建立新建文件夹D:/ADDER8/f_adder；要利用1位的全加器构造8位的全加器，因此建立新建文件夹D:/ADDER8/adder8； (1)、用原理图输入法构造1位半加器 打开QuartusII软件，选择菜单File-New，在弹出的New对话框中选择原理图文件编辑输入项Block Diagram/Schematic File（如图4-1所示），按ok按钮后将打开原理图编辑窗口。 (2)建立一个初始原理图。在编辑窗口中的任何一个位置上右击鼠标，选择输入原件项Insert-Symbol，或者直接双击原理图编辑窗口，于是将弹出如图4-2所示原件对话框。在坐下的Name栏键入输入引脚符号input。然后单击ok按钮。即可将元件调入原理图编辑窗口。 图4-1 图4-2 （3）原理图文件存盘。选择菜单File-Save As，将此原理图文件存于刚才建立的目录D:/ ADDER8/h_adder 中，取文件名为：h_adder.bdf。然后将h_adder.bdf设定为工程，创建工程。 （4）绘制半加器原理图。在工程管理窗口，双击工程名，再次进入原理图编辑窗。双击原理图任何位置，再次弹出4-2的对话框。分别在Name栏键入原件名and2、not、xnor和输出引脚output，并用单击拖动的方法连接电路。然后分别在input和output引脚的PIN NAME上双击使其变为黑色，再用键盘输入各引脚名：a、b、co和so。最后作为本工程的顶层原理设计图如4-3。 图4-3 （5）仿真测试半加器。全程编译后，对此半加器工程进行方针测试，仿真波形如下图所示4-4。
一位全加器的设计
课程设计任务书 学生：袁海专业班级：电子1303班 指导教师：封小钰工作单位：信息工程学院 题目: 一位全加器的设计 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：1周 2、技术要求： （1）学习ORCAD软件，L-EDIT软件。 （2）设计一个一位全加器电路。 （3）利用ORCAD软件对该电路进行系统设计、电路设计，利用L-EDIT软件进行版图设计，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《理工大学课程设计工作规》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规。 时间安排： 2016.12.30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。 2016.12.31-2017.1.2学习ORCAD软件和L-EDIT软件，查阅相关资料，复习所设计容的基本理论知识。 2017.1.3-2017.1.4对一位全加器电路进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。 2017.1.5 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 目录 摘要 .................................................................................................................................. I ABSTRACT ........................................................................................................................ I 1绪论 (1) 1.1集成电路发展现状 (1) 1.2集成电路版图工具L-edit简介 (1) 2全加器原理及一位全加器原理图设计 (1) 2.1一位全加器原理简介 (1) 2.2实现一位全加器功能的原理图设计 (1) 2.2.1一位全加器原理图 (1) 2.2.2基于ORCAD的一位全加器设计 (1) 2.2.3 一位全加器的电路图仿真 (1) 3一位全加器的版图设计 (1) 3.1确定一位全加器版图结构 (1) 3.2源漏共享缩小版图面积 (1) 3.3 版图所需基础器件绘制编辑 (1) 3.3.1 PMOS、NMOS等基础器件编辑 (1) 3.3.2 两输入与非门与异或门的绘制编辑 (1) 3.3.3源漏共享得到版图 (1) 3.4 绘制最终一位全加器版图 (1) 4心得体会 (1) 5参考文献 (1)
8位全加器实验报告
实验1 原理图输入设计8位全加器 一、实验目的： 熟悉利用QuartusⅡ的原理图输入方法设计简单组合电路，掌握层次化设计的方法，并通过一个8位全加器的设计把握利用EDA软件进行电子线路设计的详细流程。 二、原理说明： 一个8位全加器可以由8个1位全加器构成，加法器间的进位可以串行方式实现。即将低位加法器的进位输出cout与其相邻的高位加法器的最低进位输入信号cin相接。而一个1位全加器可以按照本章第一节介绍的方法来完成。 三、实验内容： 1：完全按照本章第1节介绍的方法与流程，完成半加器和全加器的设计，包括原理图输入、编译、综合、适配、仿真。 2：建立一个更高的原理图设计层次，利用以上获得的1位全加器构成8位全加器，并完成编译、综合、适配、仿真和硬件测试。 四、实验环境： 计算机、QuartusII软件。 五、实验流程： 实验流程： 根据半加器工作原 理，建立电路并仿 真，并将元件封装。 ↓ 利用半加器构成一位 全加器，建立电路并 仿真，并将元件封 装。 ↓ 利用全加器构成8位全 加器，并完成编译、综 合、适配、仿真。 图1.1 实验流程图
六、实验步骤： 1.根据半加器工作原理建立电路并仿真，并将元件打包。（1）半加器原理图： 图1.2 半加器原理图（2）综合报告： 图1.3 综合报告: （3）功能仿真波形图4： 图1.4 功能仿真波形图
时序仿真波形图： 图1.5 时序仿真波形图 仿真结果分析：sout为和信号，当a=1，b=0或a=0，b=1时，和信号sout为1，否则为0.当a=b=1时，产生进位信号，及cout=1。 （4）时序仿真的延时情况： 图1.6 时序仿真的延时情况 （5）封装元件： 图1.7 元件封装图 2. 利用半加器构成一位全加器，建立电路并仿真，并将元件封装。 （1）全加器原理图如图： 图2.1 全加器原理图
1位全加器的电路和版图设计
集成电路设计基础 论文题目：CMOS全加器设计学院：信息科学与工程学院专业：集成电路工程 姓名：耿烨亮 学号：1311082135
CMOS全加器设计 摘要：现代社会随着电路的集成度越来越高，功耗和信号延迟成为超大规模集成电路的关键。加法运算是数字系统中最基本的运算，为了更好地利用加法器实现减法、乘法、除法等运算，需要对全加器进行功能仿真设计和分析。另外通过全加器可以对其它相关电路有所了解。因此只有深刻理解了全加器的性能才能进一步减小功耗和信号延迟[1]。本文用对一位全加器进行了全面的分析。并且通过使用Cadence公司的工具IC 5141与Hspice来实现全定制的整个设计流程。 关键词：全加器；全定制；Cadence
As the circuit’s integration is increasing in the modern society，Power consumption and signal delay is crucial to the design of high-performance very large scale integration circuits. Addition operation is the basic operation of the digital system, In order to achieve much better use of the adder subtraction, multiplication, division and other operations, The need for full adder functional simulation design and analysis is necessary .what’s more, we can understand the other related circuitry through the full adder , Therefore, only a deep understanding of the performance of the full adder can we reduce the power consumption and signal delay.The paper has a comprehensive analysis to the full adder. And through the use of Cadence tool IC 5141 and Hspice to achieve full custom throughout the design process. Key words: the full adder ; Full – Custom; Cadence
用原理图方法设计8位全加器
实验报告一 一、实验目的 熟悉利用QuartusII的原理图输入方法设计简单电路，掌握层次化设计的方法，并通过一个8位全加器的设计把握利用EDA软件进行电子线路设计的详细流程。 二、实验内容 1.根据工作原理，完成1位半加器和全加器的设计； 2.建立一个更高的原理图设计层次，利用以上获得的1位全加器构成8位全加器，并完成 编译、综合、适配、仿真。 三、实验环境 计算机、QuartusII软件 四、实验步骤 1.根据半加器工作原理，建立电路并仿真，并将元件打包。 (1)电路 （2）仿真： 仿真结果分析：S为和信号，当A=1，B=0或A=0，B=1时，和信号S为1，否则为0.当A=B=1时，产生进位信号，及CO=1。 （3）打包后的文件：
2.利用半加器构成一位全加器，并打包。 （1）电路 （2）仿真 仿真结果分析：CI为来自低位的进位，S=A xor B xor CI,即：当A,B,CI中有一位为高电平‘1’或者三位同时高电平为‘1’，则S=1，否则S=0；当A,B,CI有两位或者三位同为高电平‘1’时，产生进位信号CO=‘1’。 （3）打包后的文件 3.利用全加器构成8位全加器，并完成编译、综合、适配、仿真。 （1）电路
（2）仿真 仿真结果分析：八位全加器，和S分别与A，B 对应。当来自第七位的进位信号为‘1’、A 的最高位和B的最高位三者有两个位高电平‘1’时，则产生进位信号CO=‘1’。 五、实验结果与讨论 实验的仿真结果与预计的结果一致，所以所设计的电路是正确的。不足的地方有： 1、对软件还不够熟悉，所以操作的有点慢；
2、设计电路时，由于数字电路的知识有些开始淡忘了，所以应当及时去补 缺补弱。 六、总结 思考题：为了提高加法器工作速度，如何改进以设计的进位方式？ 答：采用超前进位。串行加法器的第i位进位是由0~（i-1）决定的，而超前进位是事先得出每一位全加器的进位输出信号，而无需再从低位开始向高位逐位传递进位信号了，这就有效地提高了工作速度了。
实验一1 1位全加器的设计
实验一1位全加器的设计 一、实验目的 1.熟悉ISE软件的使用； 2.熟悉下载平台的使用； 3.掌握利用层次结构描述法设计电路。 二、实验原理及说明 由数字电路知识可知，一位全加器可由两个一位半加器与一个或门构成，其原理图如图1所示。该设计利用层次结构描述法，首先设计半加器电路，将其打包为半加器模块；然后在顶层调用半加器模块组成全加器电路；最后将全加器电路编译下载到实验板，其中a,b,cin 信号可采用实验箱上SW0,SW1,SW2键作为输入，输出sum,cout信号采用发光二极管LED3，LED2来显示。 图1 全加器原理图 三、实验步骤 1.在ISE软件下创建一工程，工程名为full_adder，工程路径在E盘，或DATA盘， 并以学号为文件夹，注意不要有中文路径，注意：不可将工程放到默认的软件安装 目录中。芯片名为Spartan3E系列的XC3S500E-PQG208 2.新建Verilog HDL文件，首先设计半加器，输入如下源程序； module half_adder(a,b,s,co); input a,b; output s,co;
wire s,co; assign co=a & b; assign s=a ^ b; endmodule 3.保存半加器程序为half_adder.v，通过HDL Bench画仿真波形，获得仿真用激励文 件，随后进行功能仿真、时序仿真，验证设计的正确性，观察两种仿真波形的差异。 4.在Design窗口中，选择Design Utilities→Create Schematic Symbol创建半加器模 块； 5.新建一原理图(Schematic)文件，在原理图中调用两个半加器模块、一个或门模块, 按照图1所示连接电路，并连接输入、输出引脚。完成后另保存full_adder.sch。 6.对设计进行综合，如出现错误请按照错误提示进行修改。 7.HDL Bench画仿真波形，获得仿真用激励文件，分别进行功能与时序仿真，验证全 加器的逻辑功能，观察两类波形的差异。 8.根据下载板的情况锁定引脚 9.下载，采用JATG方式进行下载，通过SW0,SW1,SW2输入，观察的LED2，LED3， 亮灭情况，验证全加器的逻辑功能。 四、思考题 1.为什么在实验步骤3中，将半加器保存为half_adder，可否保存为full_adder？ 2.对电路进行功能仿真与时序仿真时，发现二者有什么样的区别？ 3.为什么要进行引脚锁定？ 4.采用层次结构法描述电路有什么样的优点？
4位全加器设计解析
可编程逻辑器件设计大作业 题目四位全加器设计 学院自动化与电气工程学院班级 姓名 学号 2104年12月３0 日
目录 摘要 ...............................................................................................错误!未定义书签。 1.设计目的 ..................................................................................错误!未定义书签。２.设计要求?错误!未定义书签。 3.设计原理?错误!未定义书签。 3.1.四位全加器 (1) ３．2.四位全加器的原理图...................................................错误!未定义书签。 4.设计方案 ..................................................................................错误!未定义书签。 4.１.仿真软件?错误!未定义书签。 4．２.全加器原理...................................................................错误!未定义书签。 4.2.1一位全加器的设计与原理 ............................................错误!未定义书签。 4.2．2四位全加器的原理及程序设计 ..................................错误!未定义书签。5．程序设计...............................................................................错误!未定义书签。 6.仿真及结果..............................................................................错误!未定义书签。总结与体会?错误!未定义书签。 参考文献?错误!未定义书签。