数字逻辑电路组合逻辑电路资料.pptx

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1、4.4 组合逻辑电路中的竞争-冒险 1.竞争与冒险 在前面的介绍中组合逻辑电路的分析和设计,是基于稳定状态这一前提的。所谓稳定状态,是指输入变量不发生变化,输出变量也不会发生变化的情况。但是,当输入变量发生变化时,电路可能会得到错误的结果。现在让我们分析一下图419所示的组合逻辑电路。第1页/共29页图419 示例电路 第2页/共29页从图中可以得到:当B和C保持为1不变时,由上式得到 ,即此时输出应该恒定为1,与输入A无关。而实际情形为,如果A不变,则无论A是0还是1,输出都为1；如果A发生变化,则输出不一定恒为1。第3页/共29页 再看一下具体电路:当B=C=1,A=0时,与非门G2的输出

2、为1,G1的输出为1,G3的输出为0,因此，G4的输出为1。当B=C=1,A=1时,G1输出为0,G2输出为0,G3输出为1,G4输出也为1。第4页/共29页 当B=C=1,A由0变为1时,将使G1和G2的输出由1变为0,G3输出则由0变为1。G1和G2输出的变化比A的变化延迟tp,G3输出的变化比A的变化延迟2tp。因此,G2的输出先变为0而G3的输出后变为1。这样,在G2的输出变化之前,G2输出为1,G3输出为0；当G2的输出已经变化而G3的输出还没有变化时,G2、G3的输出同时为0；在G3的输出变化之后,G2输出为0,G3输出为1。可见,任何时刻，G4最少有一个输入为0,因此,其输出Z一

3、直保持为1。第5页/共29页 当B=C=1,A由1变为0时,将使G1和G2的输出由0变为1,G3输出则由1变为0。G1和G2输出的变化比A的变化延迟tp,G3输出的变化比A的变化延迟2tp。因此,G2的输出先变为1而G3的输出后变为0。这样,在G2的输出变化之前,G2输出为0,G3输出为1；当G2的输出已经变化而G3的输出还没变化时,G2、G3的输出同时为1；在G3的输出变化之后,G2输出为1,G3输出为0。由此可见,在G2的输出已经变化而G3的输出还没变化这段时间里,由于G2、G3的输出同时为1,使G4的两个输入同时为1,此时会在G4的输出产生一个短暂的0脉冲。第6页/共29页4.4 组合逻

4、辑电路中的竞争冒险现象一、什么是“竞争”两个输入信号“同时向相反的逻辑电平变化”，称存在“竞争”二、只要存在输入信号的竞争，就有产生输出尖峰脉冲噪声的 危险，这种现象称为“竞争冒险”现象。第7页/共29页 在组合逻辑电路中,当输入信号变化时,由于所经路径不同,产生延时不同,导致的其后某个门电路的两个输入端发生有先有后的变化,称为竞争。由于竞争而使电路的输出端产生尖峰脉冲,从而导致后级电路产生错误动作的现象称为冒险。产生0尖峰脉冲的称为0型冒险,产生1尖峰脉冲的称为1型冒险。第8页/共29页 2.竞争-冒险的判断 判断一个组合逻辑电路是否存在竞争-冒险有两种常用的方法:代数法和卡诺图法。1)代数

5、法 在一个组合逻辑电路中,如果某个门电路的输出表达式在一定条件下简化为 或 的形式,而式中的A和 是变量A经过不同传输途径来的,则该电路存在竞争-冒险现象。存在0型冒险 存在1型冒险第9页/共29页 【例4.7】判断图420所示的逻辑电路是否存在冒险。解:从逻辑图可以写出如下逻辑表达式:从表达式可以看出,当B=0、C=D=1时,。因此,该电路存在0型冒险。第10页/共29页图420 例4.7的逻辑图 第11页/共29页【例4.8】判断图421所示的逻辑电路是否存在冒险。解:从逻辑图可以写出如下逻辑表达式:从表达式可以得到,当B=1、C=0时,。因此,该电路存在1型冒险。第12页/共29页图42

6、1 例4.8的逻辑图 第13页/共29页 2)卡诺图法 如果逻辑函数对应的卡诺图中存在相切的圈,而相切的两个方格又没有同时被另一个圈包含,则当变量组合在相切方格之间变化时,存在竞争-冒险现象。第14页/共29页 【例4.9】判断实现逻辑表达式 的电路是否存在冒险。解:画出Z的卡诺图如图422所示。从卡诺图中可以看出：1号圈中编号1的方格和2号圈中编号5的方格相切而且没有同时被另一个圈包含；另外,1号圈中编号3的方格和3号圈中编号11的方格相切而且也没有同时被另一个圈包含。因此,当变量组合在编号1方格和编号5方格之间变化或在编号3方格和编号11方格之间变化时,存在冒险现象。两种情况对应的变量组合

7、如下:第15页/共29页在编号1方格和编号5方格中,A=0、C=0、D=1、B变化。在编号3方格和编号11方格中,B=0、C=1、D=1、A变化。用与非门实现的电路逻辑图如图223所示。第16页/共29页图222 Z的卡诺图 第17页/共29页图423 例4.9的逻辑图第18页/共29页 3.竞争-冒险现象的消除方法 消除组合逻辑电路中竞争-冒险现象的常用方法有:滤波法、脉冲选通法和修改设计法。1)滤波法 滤波法是在门电路的输出端接上一个滤波电容,将尖峰脉冲的幅度削减至门电路的阈值电压以下,如图424所示。由于竞争-冒险产生的尖峰脉冲很窄,所以通常接一个大约几百皮法的小电容即可。这种方法很简单

8、,但会使波形变坏。第19页/共29页图4-24 用滤波电容消除竞争冒险现象第20页/共29页 2)脉冲选通法 脉冲选通法是在电路中加入一个选通脉冲,在确定电路进入稳定状态后,才让电路输出选通,否则封锁电路输出,如图425所示。第21页/共29页图425 用选通脉冲消除竞争冒险现象 第22页/共29页 图426 用增加冗余项消除竞争冒险现象 第23页/共29页 3)修改设计法 （1）代数法。如前面图419的分析所示,对于逻辑表达式 ,当B=C=1时,存在竞争-冒险现象。利用逻辑代数公式,可以增加冗余项BC,使 ,图226是按照增加冗余项后的逻辑表达式实现的电路。当B=C=1时,由于G5的输出保持

9、为0,因此,即使A发生变化,G4的输出亦恒定为1。第24页/共29页 （2）卡诺图法。我们知道,当逻辑函数对应的卡诺图中存在相切的圈,而相切的两个方格又没有同时被另一个圈包含,则当变量组合在相切方格之间变化时,存在竞争-冒险现象。因而，通过增加由这两个相切方格组成的圈,就可以消除竞争-冒险现象。第25页/共29页 【例4.10】修改图423所示的电路,消除竞争-冒险现象。解:从卡诺图422可以看出,要消除竞争-冒险现象,需要增加由编号1方格和编号5方格组成的圈以及由编号3方格和编号11方格组成的圈,如图427所示。这样,得到的表达式如下:第26页/共29页图227 例2.10的卡诺图第27页/共29页 图428 例4.10的逻辑图 第28页/共29页感谢您的观看。第29页/共29页