2022-2023学年高二物理竞赛课件：组合逻辑电路中的竞争与冒险

组合逻辑电路中的竞争与冒险 组合逻辑电路中的竞争与冒险 1. 竞争与冒险 在组合电路中，某一输入变量经不同途径传输后，到达电路中某一会合点的时间有先有后，这种现象称为竞争。 由于竞争而使电路输出发生瞬时错误的现象称为冒险。例如， 图4-38(a)所示电路，其输出函数为F=AB+AC。当B=C=1时， 应有F=A+A=1，即不管A如何变化，输出F恒为高。而实际上由于门电路有延迟，当A由高变低时，在输出波形上出现了一个负脉冲， 如图4 - 38(b)所示。 第4章 组合逻辑电路 D10可以据表4-17求出：当B4=1时，D10一定为1；当B4=0， B3B2B1B0从1010到1111时，D10=1。故可求得 图4-37表示用2片四位二进制全加器完成两个一位8421 BCD码的加法运算电路，第Ⅰ片完成二进数相加的操作，第Ⅱ片完成和的修正操作。图中，第一片输出的二进制数为C4、S3、 S2、S1、S0，第二片完成和的修正操作，根据式(4-20)可求得8421BCD码的进位输出为 第4章 组合逻辑电路 表 4 – 17 十进制数0~19与相应的二进制数及8421BCD码 第4章 组合逻辑电路 图 4 – 37 一位8421 BCD码加法器 第4章 组合逻辑电路 这就是由竞争所造成的错误输出，这种宽度很窄的脉冲， 人们形象地称其为毛刺(图中波形忽略了信号的前后沿，并假定各门的延迟时间均为tpd)。这种负向毛刺也称为0型冒险； 反之，若出现正向毛刺称1型冒险。  又如图4-39所示情况，加到同一门电路的两输入信号同时向相反方向变化，由于过渡过程不同也会出现竞争，也有可能在输出端出现毛刺(图中未考虑门的延迟时间)。这种由于多个输入变量同时变化引起的冒险称为功能冒险。 第4章 组合逻辑电路 竞争是经常发生的，但不一定都会产生毛刺。如图4 - 38(b)中A由0变1时也有竞争，却未产生毛刺，所以竞争不一定造成危害。但一旦出现了毛刺，若下级负载对毛刺敏感，则毛刺将使负载电路发生误动作。 第4章 组合逻辑电路 图 4 – 38 竞争与冒险现象示例1 第4章 组合逻辑电路 图 4 – 39 竞争与冒险现象示例2 第4章 组合逻辑电路 2. 竞争与冒险的识别 ① 代数法。当函数表达式在一定条件下可以简化成F=X+X， 或F=X·X的形式时，X的变化可能引起冒险现象。 ②K图法。如果两卡诺圈相切，而相切处又未被其它卡诺圈包围，则可能发生冒险现象。如图4-40所示电路，其K图示于图4 - 40(a)，该图上两卡诺圈相切，当输入变量ABC由111变为110时，F从一个卡诺圈进入另一个卡诺圈，若把圈外函数值视为0，则函数值可能按1 - 0 - 1变化，从而出现毛刺。 第4章 组合逻辑电路 ③ 实验法。两个以上的输入变量同时变化引起的功能冒险难以用上述方法判断。因而发现冒险现象最有效的方法是实验。 利用示波器仔细观察在输入信号各种变化情况下的输出信号， 发现毛刺则分析原因并加以消除，这是经常采用的办法。 图 4 – 40 用K图识别和消除逻辑冒险 第4章 组合逻辑电路 3. 冒险现象的消除 当电路中存在冒险现象时，必须设法消除它，否则会导致错误结果。消除冒险现象通常有如下方法：  ① 加滤波电路， 消除毛刺的影响。毛刺很窄，其宽度可以和门的传输时间相比拟，因此常在输出端并联滤波电容C，或在本级输出端与下级输入端之间，串接一个如图4 - 41所示的积分电路来消除其影响。但C或R、C的引入会使输出波形边沿变斜，故参数要选择合适，一般由实验确定。 第4章 组合逻辑电路 $