数字逻辑电路第4章组合逻辑电路-4

1、第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 4.1 组合逻辑电路的特点和分析方法组合逻辑电路的特点和分析方法 4.2 常用的组合逻辑电路常用的组合逻辑电路4.3 组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路的设计方法4.4 组合逻组合逻辑电路中的竞争辑电路中的竞争-冒险冒险 第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 4.4 组合逻辑电路中的竞争组合逻辑电路中的竞争-冒险冒险 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。

2、 现在让我们分析一下图419所示的组合逻辑电路。第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 图419 示例电路 &Z&ACG2G3G1BG4第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 从图中可以得到:ZABACABAC 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。Z=A 1+A 1=1第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 再看一下具体电路: 当B=C=1,A=0时,与非门G2的输出为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,

3、G1输出为0,G2输出为0,G3输出为1,G4输出也为1。 第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 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一直保持为1。第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 当B=C=1

4、,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。第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 4.4 组合逻辑电路中的竞争冒险现

5、象组合逻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。第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 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。 第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 2.竞争-冒险的判断 判断一个组合逻辑电路是否存在

6、竞争-冒险有两种常用的方法:代数法和卡诺图法。 1)代数法 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ZAAZ=AAAZAAZAA第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 【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。ZAAZABCADABCAD第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 图420 例4.7的逻辑图 &Z&1ADB1C

7、第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 【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。ZAAZABAC(AB)(AC)第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 图421 例4.8的逻辑图 1Z111AB1C第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 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。第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 【例4.9】 判断实现逻辑表达式 的电路是否存在冒险。 解

8、: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如下:Z=BC+ABD+ABC第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 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。第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路

9、 图222 Z的卡诺图 ABCD00011110111100011110111311511123第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 图423 例4.9的逻辑图Z&ADB1C1&1第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 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,但会使波形变坏。第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路

10、 图4-24 用滤波电容消除竞争冒险现象&Z&ACG2G3G1BG4Cf第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 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。第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 图425 用选通脉冲消除竞争冒险现象 &Z&ACG2G3G1BG4P2tp选通AP第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 图426 用增加冗余项消除竞争冒险现象 &Z&ACG2G3G1BG4&G5第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 3)修改设计法 （1）代数法。

11、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的输出保持为0,因此,即使A发生变化,G4的输出亦恒定为1。Z=AB+ACZ=AB+AC+BC第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 （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。第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 【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