三八译码器的结构原理与设计毕业论文Word格式文档下载.docx
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2013年12月25日
辽宁大学
本科毕业论文（设计）指导记录表
论文
题目
三八译码器的结构、原理与设计
学生
姓名
董少雨
学号
101002103
年级、专业
10级
电子科学与技术
指导教师姓名
赵宏亮
指导教师职称
讲师
所在院系
物理学院
第一次指导（对确定题目、毕业论文（设计）任务书的指导意见）：
由于以前对三八译码器有所了解，《三八译码器的结构、原理与设计》题目符合毕业论文设计的要求。
研究三八译码器可以加强对数字集成电路的了解，毕业论文进度安排合理，接下来按照进度写出论文总体大纲。
指导方式：
（请选择）面谈√电话电子邮件
指导教师签字：
2013年12月24日
第二次指导（对论文提纲的指导意见）：
查阅相关资料，进一步地掌握三八译码器的基本结构和工作原理，三八译码器的设计方法十分合理，要熟悉掌握相关软件的使用并从中得到相关数据。
论文的纲领要写出三八译码器的设计方法。
2014年3月2日
第三次指导（对初稿的指导意见）：
论文中章节过少，重点内容不突出，总体内容没有与之前的论文提纲结构相对应。
论文格式有点乱，要严格按照格式样本中的格式要求进行撰写。
2014年4月26日
第四次指导（对修改稿的指导意见）：
论文的总体结构已基本符合要求，部分章节的内容需加以补充，序言和致谢里的一些语句需要修改，主要内容中公式的格式需要修改。
2014年5月9日
第五次指导（对是否定稿、进入答辩及其它指导意见）：
论文基本符合要求，同意定稿，可以进入答辩
2014年5月20日
主管院长（主任）签名院系盖章
2014年5月21日
注：
指导意见如不够填写可加附页
指导教师评语
学生：
董少雨
专业：
论文题目：
论文共27页，设计图纸0张。
指导教师评语：
该论文主要详细地介绍了三八译码器的工作原理、设计方法并对设计结果进行了分析验证，总体上完成了毕业论文的要求。
从论文内容中可以看出该同学在论文制作过程中查阅了大量文献资料，通过该论文的制作，学生对数字集成电路的结构和设计有了更好的掌握。
该同学在论文整个制作过程中都非常努力，态度积极，主动提出问题，虚心接受老师的建议。
整篇论文结构清晰，内容充实，格式规范，符合大学毕业论文整体要求，同意该生进入答辩。
指导教师评分：
辽宁大学毕业论文（设计）成绩评定单
评阅人评语：
评阅人评分：
评阅人签字：
2014年5月22日
答辩委员会评语：
物理学院电子科学与技术院（系）毕业论文答辩委员会（小组）于2014年5月24日审查了2014届电子科学与技术专业学生董少雨的毕业论文。
物理学院电子科学与技术专业董少雨同学进行了本科论文答辩。
经质询问题，答辩委员会认为：
董少雨同学所做毕业论文结论合理，工作量饱满，回答问题正确，具备本科毕业论文水平。
答辩成绩：
答辩委员会成员：
刘兴辉、王绩伟、吕品、张俊松、卢雪梅、李佳、赵宏亮、尹飞飞
答辩委员会（小组）组长签字：
2014年5月24日
毕业论文（设计）成绩：
指导教师评分：
总成绩：
院长（系主任）签字：
2014年5月24日
评阅人评分满分为100分，指导教师评分满分为100分，答辩成绩满分为100分；
总成绩为三者的算术平均值（四舍五入）。
摘要
21世纪以来，全球信息化高速发展，而以集成电路为核心的电子信息技术由于它的关键作用也备受人们的关注，它已被广泛用于国防建设、国民经济建设和家庭生活，推动着科技进步、传统产业的技术升级和社会生产力的蓬勃发展，给人们的生活带来了前所未有的方便。
而掌握数字电子技术是本专业课程的重要内容，因而本文选择了对三八译码器进行电路原理设计。
本文首先介绍了译码器的相关概念，并对译码器的种类和特点进行了详细的阐述，对其主要特点进行了分析，归纳出了译码器的主要属性和工作性能。
其次，本文重点描述了38译码器的工作原理、设计电路及版图。
再次，利用Candence软件绘制了反相器、三输入与非门和四输入与非门的电路图，深化对三八译码器的认识理解和对Candence软件的使用，并将以上三种门电路组合成三八译码器，画出它的Candence电路图并进行仿真。
最后利用Candence软件对三八译码器及其门电路进行版图设计，完成此次毕业设计。
关键词：
集成电路；
译码器；
版图
Abstract
Sincetwenty-firstCentury,
therapiddevelopment
ofglobalinformation,
andtheintegratedcircuit
asthecoreofelectronic
information
technologybecauseof
itskeyrole
isalso
ofconcern,
ithasbeen
widelyusedinnationaldefenseconstruction,
theconstructionofnationaleconomy
andfamilylife,
promote
theprogressofscienceandtechnology,
thetraditionalindustry
toupgradethetechnology
andthesocialproductiveforces
development,
brings
hithertounknownconveniencetopeople'
slife.
The
digitalelectronictechnologyisanimportantcontent
oftheprofessionalcourses,
so
the
circuit
designof
thethreeeightdecoder.
Thispaper
firstlyintroducesthe
relatedconceptsof
decoder,
and
thetypesandcharacteristicsofthe
decoder
isdescribedindetail,
hasanalyzeditsmaincharacteristic,
sumsupthemain
properties
andtheperformanceof
decoder.Secondly,
thispaper
describestheworking
principle,
andlayout
designofthe38
decoder.
Again,
drawingthecircuit
diagramof
theinverter,
three
inputNANDgate
andfour
withCandencesoftware,
todeepentheunderstanding
of
thethreeeightdecoder
theuseofCandence
software,
andtheabove
threegates
arecombinedintoa
threeeightdecoder,
drawCandenceitscircuitdiagram
andsimulation.
Finally,
thelayoutdesignof
andgate
circuitbyusingCandence
completed
thegraduationdesign.
Keywords:
theintegratedcircuit;
decoder;
territory
序言
近年来，数字电子技术的应用一直向着广度和深度扩展，数字化的浪潮几乎席卷了电子技术应用的一切领域。
在数字集成电路方面更是迅猛发展，从中小规模电路到现在的超大规模电路，甚至特大规模电路，最突出的表现是特征尺寸不断减小，集成度不断提高。
在数字系统中，能将二进制代码翻译成所表示信息的电路称为译码器。
译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。
它的作用是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。
译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信号等。
不同的功能可选用不同种类的译码器。
而常用的译码器有二进制译码器，二—十进制译码器和显示译码器。
译码器可分为通用译码器和显示译码器两大类。
前者又分为变量译码器和代码变换译码器。
变量译码器（又称二进制译码器），用以表示输入变量的状态，如2线－4线、3线－8线和4线－16线译码器。
若有n个输入变量，则有2n个不同的组合状态，就有2n个输出端供其使用。
而每一个输出所代表的函数对应于n个输入变量的最小项。
本文通过对三八译码器的工作原理、逻辑功能的分析，了解到译码器的基本知识，然后对构成三八译码器的反相器、三输入与非门和四输入与非门进行了逐个设计，利用Candence软件绘制了它们的电路图，从而深化对三八译码器的认识理解和对Candence软件的使用。
将以上三种门电路组合成三八译码器并画出它的Candence电路图并进行仿真。
第1章译码器的基本知识
译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号或另外一个代码。
因此，译码是编码的反操作。
常用的译码器电路有二进制译码器、二—十进制译码器和显示译码器三类。
下面将介绍各类译码器的功能和特点。
1.1二进制译码器
二进制译码器的输入是一组二进制代码，输出是一组与输入代码一一对应的高、低电平信号。
1.1.1定义
二进制译码器:
能将n个输入变量变换成2n个输出函数，且输出函数与输入变量构成的最小项具有对应关系的一种多输出组合逻辑电路。
1.1.2特点
1.二进制译码器一般具有n个输入端、2n个输出端和一个（或多个）使能输入端。
2.在使能输入端为有效电平时，对应每一组输入代码，仅一个输出端为有效电平，其余输出端为无效电平（与有效电平相反）。
3.有效电平可以是高电平（称为高电平译码），也可以是低电平（称为低电平译码）。
1.1.3典型芯片
常见的MSI二进制译码器有2-4线（2输入4输出）译码器、3-8线（3输入8输出）译码器和4-16线（4输入16输出）译码器等。
图1.1（a）、（b）所示分别是T4138型3-8线译码器的管脚排列图和逻辑符号。
（a）（b）
图1.1T4138译码器的管脚排列图和逻辑符
其中：
A2、A1、A0为输入端；
Y0,Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7为输出端；
S1,S2,S3为使能端，作用是禁止或选通译码器
表1.1T4138译码器真值表
输入
输出
S1
S2+S3
A2
A1
A0
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
1
由真值表可知，当s1=1,s2+s3=0时，无论A2、A1和A0取何值，输出Y0、…、Y7中有且仅有一个为0（低电平有效），其余都是1。
1.2二-十进制译码器
二-十进制译码器的功能:
将4位BCD码的10组代码翻译成10个十进制数字符号对应的输出信号。
例如，常用芯片T331是一个将8421码转换成十进制数字的译码器，其输入A3～A0为8421码，输出Y0～Y9分别代表十进制数字0～9。
该译码器的输出为低电平有效。
其次，对于8421码中不允许出现的6个非法码（1010～1111），译码器输出端Y0～Y9均无低电平信号产生，即译码器对这6个非法码拒绝翻译。
这种译码器的优点是当输入端出现非法码时，电路不会产生错误译码。
1.3数字显示译码器
数字显示译码器是不同于上述译码器的另一种译码器。
在数字系统中，通常需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取处理结果，另一方面用以监视数字系统工作情况。
因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。
数字显示译码器是驱动显示器件（如荧光数码管、液晶数码管等）的核心部件，它可以将输入代码转换成相应数字，并在数码管上显示出来。
常用的数码管由七段或八段构成字形，与其相对应的有七段数字显示译码器和八段数字显示译码器。
例如，中规模集成电路74LS47，是一种常用的七段显示译码器，该电路的输出为低电平有效，即输出为0时，对应字段点亮；
输出为1时对应字段熄灭。
该译码器能够驱动七段显示器显示0～15共16个数字的字形。
输入A3、A2、A1和A0接收4位二进制码，输出Qa、Qb、Qc、Qd、Qe、Qf和Qg分别驱动七段显示器的a、b、c、d、e、f和g段。
（74LS47逻辑图和真值表可参见教材中有关部分。
）
七段译码显示原理图如图1.2（a）所示，图1.2（b）给出了七段显示笔画与0～15共16个数字的对应关系。
图1.2七段译码显示原理及笔画与数字关系
第2章38译码器的电路原理
2.1工作原理
38译码器工作原理如下：
当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（G2A）和（G2B））为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
图2.138译码器内部电路
表2.138译码器的功能表
输入
输出
+
×
无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到3-8译码器的八个输出管脚，任何时刻要么全为高电平1,芯片处于不工作状态;
要么只有一个为低电平0，其余7个输出管脚全为高电平1。
如果出现两个输出管脚在同一个时间为0的情况，说明该芯片已经损坏。
当附加控制门的输出为高电平（S＝1）时,在同一个时间又是这三个变量的全部最小项的译码输出，所以也把这种译码器叫做最小项译码器。
3-8译码器有三个附加的控制端、和。
当、时，输出为高电平（S＝1），译码器处于工作状态。
否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表1所示。
这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器的功能。
带控制输入端的译码器又是一个完整的数据分配器。
电路中如果把作为“数据”输入端（在同一个时间），而将作为“地址”输入端，那么从送来的数据只能通过所指定的一根输出线送出去。
这就不难理解为什么把叫做地址输入了。
例如当＝101时，门的输入端除了接至输出端的一个以外全是高电平，因此的数据以反码的形式从输出，而不会被送到其他任何一个输出端上。
2.2电路设计
2.2.1Cadence软件介绍
Cadence是一个大型的EDA软件，它是在Linux环境下运行的一套软件，也是电子行业比较流行的一套从前端到后端的工具都包含的一套开发软件。
它几乎可以完成电子设计的方方面面，包括ASIC设计、FPGA设计和PCB板设计。
Cadence在仿真、电路图设计、自动布局布线、版图设计及验证等方面有着绝对的优势。
Cadence包含的工具较多几乎包括了EDA设计的方方面面。
采用Cadence软件可以实现电路的设计和版图的制作和验证等功能。
2.2.2三八译码器电路设计
1、CMOS反相器
（1）CMOS反相器的原理图设计
在CMOS反相器的电路图设计，需要考虑电路的传播延时，然后可以确定PMOS和NMOS管的尺寸。
至今一直使PMOS管较宽，以使它的电阻与下拉的NMOS管匹配。
在设计中，PMOS与NMOS的宽长比为2。
以反相器为基础，依据逻辑门与反相器有相同的驱动能力设置复杂电路的PMOS和NMOS宽长比。
图2.2单级反相器
（2）创建符号
反相器是许多复杂数字电路设计的核心，在一些电路中通常会加一个反相器进行阈值补偿，对于复杂电路，我们可以调用反相器的符号，这样可以使电路的模块更加清楚明白。
图2.3反相器符号
2、三输入与非门
CMOS三输入与非门是由三个并联的P沟道增强型MOS管和三个串联的N沟道增强型MOS管组成。
实现的逻辑功能为
A、B、C为输入端，Y为输出。
在这个电路中，只要A、B、C当中有一个是低电平，输出就是高电平。
只有当A、B、C同时为高电平时，输出为低电平。
下面在软件中画出设计的电路图2.4
图2.43输入与非门电路图
3、四输入与非门
CMOS四输入与非门是由四个并联的P沟道增强型MOS管和四个串联的N沟道增强型MOS管组成。
实现的逻辑功能为：
图2.54输入与非门电路图
4、三八译码器
最后，用非门、3输入与非门、4输入与非门按照电路图所示在软件中画出设计的电路图：
图2.638译码器电路图
2.338译码器应用举例
38译码器在数字系统中的应用非常广泛，它的典型用途是实现存储器的地址译码、控制器中的指令译码、代码翻译、显示译码等。
除此之外，还可用译码器实现各种组合逻辑功能。
下面举例说明在逻辑设计中的应用。
2.3.1用T4138和与非门实现全减器功能
全减器能实现对被减数、减数及来自相邻低位的借位进行减法运算，产生相减得到的差及向高位借位的逻辑电路。
其中，被减数用Ai表示、减数用Bi表示、来自低位的借位用Gi-1表示、差用Di表示、向相邻高位的借位用Gi表示。
可得到全减器的真值表如表2.2所示。
表2.2全减器真值表
Ai
Bi
Gi-1
Di
Gi
用译码器T4138和与非门实现全减器功能时，只需将全减器的输入变量AiBiGi-1分别与译码器的输入A2、A1、A0相连接，译码器使能输入端S1S2S3接固定工作电平，便可在译码器输出端得到3个变量的8个最小项的"
非"
。
根据全减器的输出函数表达式，将相应最小项的"
送至与非门输入端，便可实现全减器的功能。
逻辑电路图如图2.7所示。
图2.7逻辑电路图
2.3.2用译码器和与非门实现逻辑函数
使用译码器和与非门实现逻辑函数F（A,B,C,D）=∑m（2,4,6,8,10,12,14）。
给定的逻辑函数有4个逻辑变量，显然可采用上例类似的方法用一个4-16线的译码器和与非门实现。
此外，也可以充分利用译码器的使能输入端，用3-8线译码器实现4变量逻辑函数。
用3-8线译码器实现4变量逻辑函数的方法：
用译码器的一个使能端作为变量输入端，将两个3-8线译码器扩展成4-16线译码器。
用两片T4138实现给定函数时，可首先将给定函数变换,然后，将逻辑变量B、C、D分别接至片Ⅰ和片Ⅱ的输入端A2、A1、A0，逻辑变量A接至片Ⅰ的使能端和片Ⅱ的使能端S1。
这样，当输入变量A=0时，片Ⅰ工作，片Ⅱ禁止，由片Ⅰ产生m0～m7；
当A=1时，片Ⅱ工作，片Ⅰ禁止，由片Ⅱ产生m8～m15。
将译码器输出中与函数相关的项进行"
与非"
运算，即可实现给定函数F的功能。
逻辑电路图如图2.8所示。
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