篇一:《基本逻辑运算和基本逻辑门》

课 堂 教 学 教 案

教学实践

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练习2

一、选择题{与或非运算法则}.

1. 以下表达式中符合逻辑运算法则的是 。

A.C·C=C2 B.1+1=10 C.0<1 D.A+1=1

2. 逻辑变量的取值１和０可以表示： 。

A.开关的闭合、断开 B.电位的高、低 C.真与假 D.电流的有、无

3. 当逻辑函数有n个变量时，共有 个变量取值组合？

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

4. 逻辑函数的表示方法中具有唯一性的是 。

A .真值表 B.表达式 C.逻辑图 D.卡诺图

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

6.逻辑函数F=A?(A?B)= 。

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

7．求一个逻辑函数F的对偶式，可将F中的。

A .“·”换成“+”，“+”换成“·”

B.原变量换成反变量，反变量换成原变量

C.变量不变

D.常数中“0”换成“1”，“1”换成“0”

E.常数不变

8．A+BC= 。

A .A+B B.A+C C.（A+B）（A+C） D.B+C

9．在何种输入情况下，“与非”运算的结果是逻辑0。{与或非运算法则}.

A．全部输入是0 B.任一输入是0 C.仅一输入是0 D.全部输入是1

10．在何种输入情况下，“或非”运算的结果是逻辑0。

A．全部输入是0 B.全部输入是1 C.任一输入为0，其他输入为1 D.任一输入为1

二、判断题（正确打√，错误的打×）

1． 逻辑变量的取值，１比０大。（ ）。

2． 异或函数与同或函数在逻辑上互为反函数。（ ）。

3．若两个函数具有相同的真值表，则两个逻辑函数必然相等。（ ）。

4．因为逻辑表达式A+B+AB=A+B成立，所以AB=0成立。（ ）

5．若两个函数具有不同的真值表，则两个逻辑函数必然不相等。（ ）

6．若两个函数具有不同的逻辑函数式，则两个逻辑函数必然不相等。（ ）

7．逻辑函数两次求反则还原，逻辑函数的对偶式再作对偶变换也还原为它本身。（ ）

8．逻辑函数Y=AB+AB+BC+BC已是最简与或表达式。（ ）

9．因为逻辑表达式AB+AB +AB=A+B+AB成立，所以AB+AB= A+B成立。（ ）

10．对逻辑函数Y=AB+AB+BC+BC利用代入规则，令A=BC代入，得Y= BCB+BCB+BC+BC=BC+BC成立。（ ）

三、填空题

1. 逻辑代数又称为代数。最基本的逻辑关系有种。常用的几种导出的逻辑运算为 、 、 、 、 。

2. 逻辑函数的常用表示方法有。

3. 逻辑代数中与普通代数相似的定律有。摩根定律又称为 。

4. 逻辑代数的三个重要规则是、

5．逻辑函数F=A+B+CD的反函数F。

6．逻辑函数F=A（B+C）·1的对偶函数是。

7．添加项公式AB+AC+BC=AB+AC的对偶式为

8．逻辑函数F=ABCD

9．逻辑函数F=AB?AB?AB?AB。

10．已知函数的对偶式为AB+CD?BC，则它的原函数为 。

四、思考题

1. 逻辑代数与普通代数有何异同？

2. 逻辑函数的三种表示方法如何相互转换？

3. 为什么说逻辑等式都可以用真值表证明？

4. 对偶规则有什么用处？

第二章答案

一、选择题

1． D

2． ABCD

3． D

4． AD

5． AC

6． A

7． ACD

8． C

9． D

10． BCD

二、判断题

1.× 2.√ 3.√ 4.× 5.√

6.× 7.√ 8.× 9．× 10．×

三、填空题

1．布尔 与 或 非 与非 或非 与或非 同或 异或

2．逻辑表达式 真值表 逻辑图

3．交换律 分配律 结合律 反演定律

4．代入规则 对偶规则 反演规则

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、思考题

1．都有输入、输出变量，都有运算符号，且有形式上相似的某些定理，但逻辑代数的取值

只能有0和1两种，而普通代数不限，且运算符号所代表的意义不同。

2．通常从真值表容易写出标准最小项表达式，从逻辑图易于逐级推导得逻辑表达式，从与

或表达式或最小项表达式易于列出真值表。

3．因为真值表具有唯一性。

4．可使公式的推导和记忆减少一半，有时可利于将或与表达式化简。

目 录

一.绪 论 ........................................................... 2

1.1设计背景 .................................................. 2

1.2版图设计方法 .............................................. 3

1.3设计目标 .................................................. 3

二.四输入与或非门电路 .............................................. 3

2.1四输入与或非门电路结构 .................................... 3{与或非运算法则}.

2.2四输入与或非门电路电路仿真 ................................ 5

2.3四输入与或非门电路的版图绘制 .............................. 5

2.4四输入与或非门电路的版图电路仿真 ......................... 12

2.5LVS检查匹配 .............................................. 13

三.总 结 .......................................................... 14

四.参考文献 ....................................................... 15

一. 绪 论

1.1设计背景

随着集成电路技术的日益进步，使得计算机辅助设计（CAD）技术已成为电路设计师不可缺少的有力工具[1]。国内外电子线路CAD软件的相继推出与版本更新，使CAD技术的应用渗透到电子线路与系统设计的各个领域，如芯片版图的绘制、电路的绘图、模拟电路仿真、逻辑电路仿真、优化设计、印刷电路板的布线等。CAD技术的发展使得电子线路设计的速度、质量和精度得以保证。在众多的CAD工具软件中，Spice程序是精度最高、最受欢迎的软件工具，tanner是用来IC版图绘制软件，许多EDA系统软件的电路模拟部分是应用Spice程序来完成的，而tanner软件是一款学习阶段应用的版图绘制软件，对于初学者是一个上手快，操作简单的EDA软件。

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。该软件功能十分强大，易学易用，包括S-Edit，T-Spice，W-Edit，L-Edit与LVS，从电路设计、分析模拟到电路布局一应俱全。其中的L-Edit版图编辑器在国内应用广泛，具有很高知名度。

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[2]。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。

虽然SPICE开发至今已超过20年，然而其重要性并未随着制程的进步而降低。就国内的设计环境而言，商用的SPICE模拟软件主要有Hspice、Pspice、SBTspice、SmartSpice与Tspice等。

HSpice是Spice程序应用在PC上的程序，它的主要算法与Spice相同。由于HSpice A/D程序集成了模拟与数字电路的仿真运算法，它不仅可以仿真单一

的模拟电路或数字电路，而且可以有效、完善地仿真模拟和数字混合电路。经过多年的改版，HSpice A/D以其强大的功能及高度的集成性而成为先进最受欢迎的电路仿真软件。

1.2版图设计方法

可以从不同角度对版图设计方法进行分类。如果按设计自动化程度来分，可将版图设计方法分成手工设计和自动设计2大类。如果按照对布局布线位置的限制和布局模块的限制来分，则可把设计方法分成全定制（fullcustom）和半定制(semicustom)2大类。而对于全定制设计模式，目前有3种CAD工具服务于他：几何图形的交互图形编辑、符号法和积木块自动布图。对于两极运算放大器版图设计的例子，采用的是Tanner公司的LEdit软件[2]。这是一种广泛使用在微机上的交互图形编辑器。设计者将手工设计好的版图草图用一个交互图形编辑器输入计算机并进行编辑。因而此方法也被分类成手工设计方法。因为手工设计方法不可避免的会产生误会，因此，必须在版图编辑后进行版图验证。版图验证包括设计规则检查DRC (a design rule checker)、电学规则检查ERC(a electrics rule checker)、版图参数提取LPE(layout parameter extraction)、版图和原理图对照检查LVS(layout vs schematic)。当然这些验证LEdit就可以完成。

1.3设计目标

1.用MOS场效应管实现四输入与或非门电路。

2.用tanner软件中的原理图编辑器S-Edit编辑四输入与或非门电路原理图。

3.用tanner软件中的W-Edit对四输入与或非门电路进行仿真，并观察波形。

4.用tanner软件中的L-Edit绘制四输入与或非门版图，并进行DRC验证。

5.用W-Edit对四输入与或非的版图电路进行仿真并观察波形。

6.用tanner软件中的layout-Edit对四输入与或非进行LVS检验观察原理图与版图的匹配程度。

二.四输入与或非门电路

2.1电路结构

用CMOS实现四输入与或非门电路，PMOS和NMOS管进行全互补连接方式，栅极相连作为输入，根据PMOS逻辑或串与并，根据NMOS逻辑与串或并原理，PMOS的漏极与下面NMOS的漏极相连作为输出，POMS管的源极和衬底相连接高电平，NMOS管的源极与衬底相连接低电平；原理图如图2.1.1所示。

图2.1.1 与或非门电路的原理图

原理图绘制完成后要进行ERC验证，ERC：Electrical Rules Check 电气规则检查，主要是对电路原理图的电学法则进行测试，通常是按照用户指定的物理、逻辑特性进行。

通常在电路原理设计完成之后，网表文件生成之前，设计者需要进行电气法测试。其任务是利用软件测试用户设计的电路，以便找出人为的疏忽，测试完成之后，系统还将自动生成各种可能错误的报告，同时在电路原理图的相应位置上记号，以便进行修正。

2.2四输入与或非门电路仿真 在与或非门电路设计好以后要进行电路仿真，看电路设计是否成功的重要依据，同时能够更快更方便的发现电路中存在的问题。与或非门电路仿真结果如图

2.2.1所示。{与或非运算法则}.

图2.2.1 四输入与或非门电路输入输出波形图

2.3三输入或门电路的版图绘制

用L-Edit版图绘制软件对四输入或非门电路进行版图绘制，同时进行DRC验证，查看输出结果，检查有无错误；

基本操作步骤是：

（1）打开此程序。

（2）另存新文件：选择 File→Save As。

（3）取代设定：选择File→Replace Setup命令，单击右侧的Browser，选择C:UserszclDocumentsTanner EDATanner Tools v13.0L-Edit andLVSSPRLightsLayoutlights.tdb文件，然后点击ok，会出现警告，按确定钮。

（4）绘制PMOS和NMOS：先绘制N Well图层，再绘制Active图层,然后绘制P Select图层，然后绘制Poly图层，然后绘制Active Contact 图层，最后绘制Metal1 图层。PMOS和NMOS绘制结果如图2.3.1 PMOS绘制图和图2.3.2 NMOS绘制图所示。

逻辑代数或称布尔代数。它虽然和普通代数一样也用字母表示变量，但变量的值只有“1”和“0”两种，所谓逻辑“1”和逻辑“0”，代表两种相反的逻辑状态。在逻辑代数中只有逻辑乘（“与”运算），逻辑加（“或“运算）和求反（”非“运算）三种基本运算。{与或非运算法则}.

其实数字逻辑中会学到，其他课程中都会涉及，概率论也有提到

1．逻辑加

逻辑表达式：F=A＋B

运算规则：0＋0=0, 0＋1=1, 1＋0=1, 1＋1=1.

2．逻辑乘

逻辑表达式：F=A·B

运算规则：0·0=0, 0·1=0, 1·0=0, 1·1=1.

3．逻辑反

逻辑表达式：

_

F=A

运算规则：

_ _

1=0, 0=1.

4．与非

逻辑表达式：

____

F=A·B

运算规则：略

5．或非

逻辑表达式：

___

F=A+B{与或非运算法则}.

运算规则：略

6．与或非

逻辑表达式：

_________

F=A·B+C·D

运算规则：略

7．异或

逻辑表达式：

_ _

F=A·B+A·B

运算规则：略

8．异或非

逻辑表达式：

____

F=A·B+A·B

运算规则：略

公式：

(1)交换律：A＋B=B＋A ,A·B=B·A

(2)结合律：A＋（B＋C）=（A＋B）＋C

A·（BC）=（AB）·C

(3)分配律：A·（B＋C）=AB＋AC（乘对加分配）, A＋（BC）=（A＋B）（A＋C）（加对乘分配）

(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)互补律：

_

A＋A=1

_

A·A=0

(7)重叠律：A＋A=A

A·A=A

(8)对合律：

=

A = A

(9)反演律：

___ _ _

A+B=A·B

____ _ _

A·B=A+B