同步十进制加法计数器优化设计

物理科学与技术学院课程设计同步十进制加法计数器设计班级：指导老师：学生：集成电路设计愈发成为现代高科技的基石，尤其是芯片设计，几乎所有的电子系统都需要芯片，而在芯片逻辑功能中，计数器就显得非常重要。

市场上多数同步十进制计数器多数采用JK触发器设计，而本设计采用D型主从触发器构成的同步十进制加法计数器。

本设计采用8421BCD码的编码方式来表示一位十进制数。

设计中采用D型主从触发器构成T触发器来设计基本逻辑电路单元。

本设计使用Microwind和Dsch软件完成原理图和版图设计。

采用D型主从触发器，优化了同或门电路，大大减少MOS管数量，节省了版图面积，提高芯片性能。

关键词：同步十进制加法计数器Microwind Dsch D触发器T触发器The integrated circuit design increasingly becomes the modern high tech the cornerstone, particularly the chip design, the nearly all electronic system needs the chip, but in the chip logical function, the counter appears very important. In the market the most synchronization decade counter uses the JK trigger design most, but this design uses D main the synchronized decimal base addition counter which constitutes from the trigger to compare the JK trigger to be possible to omit 80 MOS tubes.This design uses 8421BCD the code the encoding method to express a decimal digit. In the design uses D main to constitute the T trigger from the trigger to design the basic logic circuit unit. This design uses Microwind and the Dsch software completes the schematic diagram and the domain design. Uses D main from the trigger, optimized the same or gate electric circuit, reduces the MOS tube quantity greatly, has saved the domain area, enhances the chip performance.Keywords: Synchronized decimal base addition counter Microwind DschD trigger T trigger目录摘要 (1)Abstract (2)第一章绪论 (5)一、集成电路的概念 (5)二、集成电路发展历史 (5)三、集成电路分类 (5)（一）按器件结构类型分类 (5)（二）按集成度分类 (5)（三）按使用的基片材料分类 (6)（四）按电路的功能分类 (6)（五）按应用领域分类 (6)四、集成电路的设计 (6)（一）什么是集成电路设计 (6)（二）设计流程 (6)（三）设计方法 (8)第二章软件使用 (9)一、Microwind3.1与Dsch 2.0简介 (9)二、Microwind版图设计软件使用 (9)（一）进入Microwind (9)（二）实例：设计CMOS反相器 (10)三、Dsch 原理图软件使用 (14)第三章同步十进制加法计数器设计 (18)一、同步十进制加法计数器设计思路 (18)（一）CMOS电路的特点 (18)（二）设计分析 (18)（三）真值表 (19)（四）驱动方程 (19)二、同步十进制加法计数器设计及仿真 (20)（一）传输门设计仿真 (20)（二）反相器设计仿真 (22)（三）D触发器的设计仿真 (24)（四）同或门设计仿真 (25)（五）由D触发器、同或门构成T触发器及其仿真 (27)（六）二输入与门设计及其仿真 (28)（七）AOA211设计仿真 (30)三、同步十进制加法计数器模块设计优化 (32)（一）同或门设计优化仿真 (32)（二）T触发器设计优化仿真 (34)四、同步十进制加法计数器原理图构成及仿真 (35)（一）同步十进制加法计数器原理图： (35)（二）同步十进制加法计数器原理图仿真 (37)（三）同步十进制加法计数器原理图仿真波形 (39)五、生成版图以及版图仿真 (39)（一）生成版图 (39)（二）版图仿真 (41)第四章总结 (42)致谢 (43)参考文献 (44)附录Ⅰ Microwind一些重要功能 (45)附录Ⅱ同步十进制加法计数器Verilog文件 (49)第一章绪论如今，集成电路已经成为现代信息社会的基石，其应用已深入到科学，工业，农业的各个领域，遍布人们生活的每一个角落集成电路设计和制造水平已经成为一个国家技术发展水平的重要标志，其重要性已为人所共知。

一、集成电路的概念集成电路（IC：Integrated Circuit）是指通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容、电感等无源器件，按照一定的电路互连，集成在一块半导体晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能的一种器件。

集成电路的发明，大幅度地降低了电子产品成本，它们的尺寸奇迹般地减小，导致了家用电子计算机和手机的出现，使从前专门机构才能购置的电子装置成为公众可以使用的工具。

用集成电路制造的电子装置廉价、小巧、可靠、方便，令人们对电子技术刮目相看，它们的应用迅速扩展到人类活动的众多领域，成为革新传统技术有力的手段，有效地提高了人类活动水平。

二、集成电路发展历史1904年,弗莱明发明了第一只电子二极管(真空二极管)标志着世界从此进入了电子时代。

1907年，德福雷斯特向美国专利局申报了真空三极管的发明专利，使得电子管才成为实用的器件。

1947年12月Bell实验室肖克莱、巴丁、布拉顿发明了第一只点接触金锗晶体管，1950年肖克莱、斯帕克斯、迪尔发明单晶锗NPN结型晶体管。

1952年5月英国皇家研究所的达默提出集成电路的设想。

1958年德克萨斯仪器公司基尔比为首的小组研制出第一块由12个器件组成的相移振荡和触发器集成电路。

这就是世界上最早的集成电路，也就是现代集成电路的雏形或先驱。

给电子产业带来了一场革命，并为无数的其它发明铺平了道路。

2000年的10月10日，七十七岁的杰克．基尔比（Jack S. Kilby）获得2000年的诺贝尔物理学奖。

三、集成电路分类根据集成电路的器件结构类型，集成规模，使用的基片材料，电路的功能以及应用的领域，对集成电路分类的结果如下所示：（一）按器件结构类型分类按器件的结构类型，通常将其分为双极（Bipolar）集成电路，金属氧化物半导体（MOS）集成电路,和双极MOS（BiMOS）集成电路。

（二）按集成度分类集成度是指在每个芯片包含的元器件的数目。

按集成度可将集成电路分为：小规模集成电路（SSI），中规模集成电路（MSI），大规模集成电路（LSI），特大规模集成电路（ULSI）和巨大规模集成电路（GSI）。

（三）按使用的基片材料分类根据制造集成电路的基片结构形式，可分为单片集成电路和混合集成电路两大类。

单片集成电路是指所有的集成电路元器件都制作在同一快半导体基片上。

将厚膜和薄膜电路，适当的有源元件和厚膜及薄膜电路无法实现的无源元件连接起来，封装在一起完成一定的电路功能，这样的电路通常称为混合集成电路。

（四）按电路的功能分类按电路的功能，通常将其分为数字集成电路，模拟集成电路和数模混合集成电路三大类。

（五）按应用领域分类按应用领域划分，集成电路可分为标准通用集成电路和通用集成电路。

标准通用集成电路是指不同厂家都在同时生产的，用量极大的标准系列产品，如微处理器芯片，存储器芯片，数字信号处理芯片。

专用集成电路则是根据某种电子设备中特定的技术要求而专门设计的集成电路，称为ASIC（Application Specific Integrated Circuits）。

四、集成电路的设计（一）什么是集成电路设计根据电路功能和性能的要求，在正确选择系统配置、电路形式、器件结构、工艺方案和设计规则的情况下，尽量减小芯片面积，降低设计成本，缩短设计周期，以保证全局优化，设计出满足要求的集成电路。

（二）设计流程IC有两种设计路线：自底向上（Bottom-up）和自顶向下（Top-down）。

自底向上的设计路线应该说是整个IC发展的基本路线。

即从工艺一开始，先进行单元设计，在精心设计好各单元后逐步向上进行功能块，子系统设计直至最终完成整个系统设计。

对于大规模的系统设计，则采用自顶向下的设计方法。

设计者首先需要进行行为设计，以确定芯片的功能，性能，拟采用的工艺以及允许的芯片面积和成本等；其次进行结构设计，根据芯片的特点，将其分解为结构清晰、相互关系明确的子系统，这些子系统可能包括模拟单元和数字系统。

接着是把各子单元转化成逻辑图或电路图。

对模拟单元直接进行电路设计，对数字系统则先进行逻辑设计，确定逻辑正确后进一步转化成电路图。

无论是模拟电路还是数字电路，电路设计阶段是与设计选用的工艺紧密相关的。

设计者应该根据制造厂家提供的工艺参数，选择合适的器件模型和模拟工具，以确定电路图是否满足设计要求。

下一步就是将电路图转化成版图，即版图设计。

与电路设计一样，版图设计也是同工艺密不可分的。

设计者必须按照来自制造厂家的几何设计规则进行电路图的版图设计。

图1-1 IC设计的典型流程（三）设计方法人们把集成电路设计方法分为全定制设计方法与半定制设计方法两大类。

而半定制设计方法又可细分为五种不同的设计方法，集成电路设计人员可以根据不同的要求选择各种不同的设计方法。

下面对各种设计方法作简要介绍。

1、全定制设计方法（Full-Custom Design Approach）全定制是利用集成电路的最基本设计方法（不使用现有库单元），对集成电路中所有的元器件进行精工细作的设计方法。

全定制设计可以实现最小面积，最佳布线布局、最优功耗速度积，得到最好的电特性。