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章目录章目录4.3 4.3 竞争和冒险竞争和冒险 2.冒险冒险 二、冒险的判别方法二、冒险的判别方法 一、竞争和冒险的概念一、竞争和冒险的概念 1.竞争竞争 2.卡诺图法卡诺图法 1.代数法代数法三、冒险的消除方法三、冒险的消除方法 1.修改逻辑设计，增加冗余项修改逻辑设计，增加冗余项作业作业 2.增加选通电路增加选通电路3.增加滤波电路增加滤波电路第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录 多个输入信号同时变化时多个输入信号同时变化时,由于其由于其变换变换快慢不同快慢不同, 致使这些输入信号到达输出逻辑门输入端致使这些输入信号到达输出逻辑门输入端的时

2、间不同的时间不同（2个或个或2个以上输入信号变化个以上输入信号变化）。 变换变换 快慢不同快慢不同4.3 4.3 竞争和冒险竞争和冒险 一、竞争和冒险的概念一、竞争和冒险的概念 1.1.竞争竞争 由于集成逻辑门和连线有一定的延迟由于集成逻辑门和连线有一定的延迟, 致使同一输入信号经过不同路径到达输出逻辑门输致使同一输入信号经过不同路径到达输出逻辑门输入端的时间不同入端的时间不同（1个输入信号变化个输入信号变化）； 竞争现象一：竞争现象一：竞争现象二：竞争现象二：竞争和冒险的概念竞争和冒险的概念 第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录逻辑冒险逻辑冒险：输入信号经过不同的路径延时而引起：

3、输入信号经过不同的路径延时而引起 的冒险。的冒险。功能冒险：功能冒险：多个信号同时变化的瞬间，由于变化多个信号同时变化的瞬间，由于变化 快慢不同而引起的冒险。快慢不同而引起的冒险。 按短暂尖峰极性按短暂尖峰极性 2.2.冒险冒险 (2)(2)冒险的分类冒险的分类 (1)(1)冒险的概念冒险的概念 “1”型冒险型冒险和和“0”型冒险型冒险 一、竞争和冒险的概念一、竞争和冒险的概念 竞争和冒险的概念竞争和冒险的概念 某个瞬间出现的非预期信号的现象，是由变某个瞬间出现的非预期信号的现象，是由变量竞争引起的。信号稳定时，不会出现冒险；量竞争引起的。信号稳定时，不会出现冒险；但但当信号出现跳变时，可能会

4、出现冒险当信号出现跳变时，可能会出现冒险。 按产生短暂尖峰的原因按产生短暂尖峰的原因 逻辑冒险逻辑冒险和和功能冒险功能冒险 第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录( (a) )“1”“1”型冒险型冒险 ( (b) )“0”“0”型冒险型冒险 二、冒险的判别方法二、冒险的判别方法11代数法代数法 F = A + AF = A A （“1”1”型逻辑冒险型逻辑冒险）（“0”“0”型逻辑冒险型逻辑冒险）或或- -与表达式与表达式与与- -或表达式或表达式代数判别方法：代数判别方法：(1)(1)找出具有竞争能力的变量；找出具有竞争能力的变量；(2)(2)逐次改变其它变量，判断是逐次改变其它变

5、量，判断是否存在冒险否存在冒险? ?是何种冒险是何种冒险? ? 冒险的判别方法冒险的判别方法 第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第5 5页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日当当 A=B= 0 时，时，F = C C ，可能存在，可能存在1型逻辑冒险型逻辑冒险。例例4.3.2 判别函数判别函数F =(A+C)( B+C)(A+B)是否存在是否存在逻辑冒险现象？逻辑冒险现象？ 当当 B=C= 0 时，时，F = A A ，可能存在，可能存在1型逻辑冒险型逻辑冒险。例例4.3.1 判别函数判别函数F = AB + AC + BC 是否存在逻辑是否存在逻辑冒险现象

6、？冒险现象？ 当当 B=0，C=1 时，时，F = A + A ；当当 A=1，C=0 时，时，F = B + B ；当当 A=0，B=1 时，时，F = C + C 。因此因此, 该函数可能存在该函数可能存在0型逻辑冒险型逻辑冒险现象。现象。 分析：分析：变量变量 A、B、C 具有竞争能力，并且具有竞争能力，并且分析：分析：变量变量 A、C 具有竞争能力，并且具有竞争能力，并且冒险的判别方法冒险的判别方法 第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第6 6页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日二、冒险的判别方法二、冒险的判别方法22卡诺图法卡诺图法 例如例如：F

7、= AC + BC 可见，逻辑冒险发生在信号出现跳变的时刻！可见，逻辑冒险发生在信号出现跳变的时刻！跳变，但无冒险！跳变，但无冒险！A1110ACBACF110010:ABC 跳变，但无冒险！跳变，但无冒险！B10B11CBACF111101:ABC 跳变，有冒险现象！跳变，有冒险现象！C0CCF110111:ABC 第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录冒险的判别方法冒险的判别方法 ACABB=C=1处相切，处相切， A变化时将产生冒险变化时将产生冒险A+CA+BB=C=0处相切，处相切，A变化时将产生冒险变化时将产生冒险 卡诺圈相切，有竞争冒险卡诺圈相切，有竞争冒险圈圈1 1相切

8、相切, , 为为0 0型冒险型冒险; ;圈圈0 0相切相切, , 则为则为1 1型冒险。当卡诺圈相交或相离时均无型冒险。当卡诺圈相交或相离时均无竞争冒险产生竞争冒险产生。卡诺图判别方法：卡诺图判别方法：卡诺图中的卡诺圈相切，则有竞争冒险。卡诺图中的卡诺圈相切，则有竞争冒险。卡诺图法判别冒险现象卡诺图法判别冒险现象第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第8 8页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日例例2：判别函数判别函数F = AC+BC+AC是否存在冒险现象？是否存在冒险现象？ 逻辑相邻，即几何相邻或对称相邻的逻辑相邻，即几何相邻或对称相邻的“1”格被格被两个卡

9、诺圈分别两个卡诺圈分别独自独自包围时，称包围时，称卡诺圈相切卡诺圈相切。不相切不相切相切相切相交相交结论：结论：该函数在该函数在A=B=1时，存在时，存在0型逻辑冒险！型逻辑冒险！A=B=1,=1,仅仅C变化变化=C+CF=AC+BC冒险的判别方法冒险的判别方法 第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第9 9页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日例例3：判别函数判别函数F =AC+BC是否存在逻辑冒险现象？是否存在逻辑冒险现象？ 结论：结论：A=B=1时，存在时，存在0型逻辑冒险。型逻辑冒险。图图 4.3.42. 变量取值在相切的卡变量取值在相切的卡诺圈跳变时，

10、而这个相诺圈跳变时，而这个相切部分又没有被另外的切部分又没有被另外的卡诺圈包围，则可能存卡诺圈包围，则可能存在逻辑冒险。在逻辑冒险。 1.变量取值在卡诺圈内变量取值在卡诺圈内变化变化, 不存在逻辑冒险不存在逻辑冒险;仅仅B B变化变化=1+0仅仅C C变化变化=C+CF= AC+BCF=AC+BC=1冒险的判别方法冒险的判别方法 第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第1010页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日例例4: F = BC + AB + ACD 是否存在逻辑冒险是否存在逻辑冒险?当当 AC = 00 时，时，或当或当 ABD = 111 时，时，或

11、当或当 BCD = 011 时，时，可能存在可能存在0型逻辑冒险。型逻辑冒险。冒险的判别方法冒险的判别方法 第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第1111页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日课堂讨论：课堂讨论：判断图所示卡诺图的逻辑冒险情况。判断图所示卡诺图的逻辑冒险情况。 冒险的判别方法冒险的判别方法 第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录三、冒险的消除方法三、冒险的消除方法11修改逻辑设计，修改逻辑设计， 增加多余项增加多余项 如下图所示，化简得到如下图所示，化简得到 。在。在B=C=1时，时，F=A+A ，将产生将产生“0”冒险。冒险。F=A

12、C+AB 若增加多余项若增加多余项BC，则当，则当B=C=1 时，时，F 恒为恒为1，消除了冒险消除了冒险在卡诺圈相切处增加了一个冗余的在卡诺圈相切处增加了一个冗余的BC 圈，即可消除圈，即可消除相切部分的影响。相切部分的影响。冒险的消除方法冒险的消除方法F =AC+AB =AC+AB + BC第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第1313页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日例例4.3.5 F = BC + AB + ACD 。试用增加多余项。试用增加多余项 的方法消除逻辑冒险。的方法消除逻辑冒险。 F = BC + AB + ACD + AC + ABD

13、+ BCD冗余项冗余项冒险的消除方法冒险的消除方法第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第1414页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日三、冒险的消除方法三、冒险的消除方法2增加选通脉冲增加选通脉冲 选通信号选通信号待电路稳定后，发出选通信号，消除冒险。待电路稳定后，发出选通信号，消除冒险。 ACBAACBAF 冒险的消除方法冒险的消除方法第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第1515页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日冒险的消除方法冒险的消除方法 取样脉冲的取样脉冲的宽度宽度和和产生的时间产生的时间有一定的要求有一定的要求

14、取样脉冲的取样脉冲的位置位置及及极性极性选取原则选取原则 ：b. 取样时刻取样时刻( (有效电平期间有效电平期间) )，输出，输出稳态稳态电平。电平。a. 非取样时刻非取样时刻( (无无效电平效电平期间期间) ) ，输出，输出低低电平；电平； 举例举例2： MSI器件加取样脉冲器件加取样脉冲举例举例1： SSI器件加取样脉冲器件加取样脉冲合理设置取样合理设置取样( (选通选通) )脉冲脉冲电路稳定后加入取样脉冲，在取样脉冲作用期间输电路稳定后加入取样脉冲，在取样脉冲作用期间输出的信号才有效，可以避免毛刺影响输出波形。出的信号才有效，可以避免毛刺影响输出波形。第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路

15、章目录章目录第第1616页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日三、冒险的消除方法三、冒险的消除方法3 3增加滤波电路增加滤波电路 如果逻辑电路在较慢速度下工作，可以在输如果逻辑电路在较慢速度下工作，可以在输出端并联一个加速电容器，既可消去逻辑冒险出端并联一个加速电容器，既可消去逻辑冒险 ，也可消除功能冒险。也可消除功能冒险。 由于外加电容会影响电路的工作速度，故电由于外加电容会影响电路的工作速度，故电容量的选取要合适，通常靠试验来调试确定。容量的选取要合适，通常靠试验来调试确定。 输出端并联电容器输出端并联电容器冒险的消除方法冒险的消除方法几十几十pFpFA A F 对输出

16、波形边沿要求不高时采用！对输出波形边沿要求不高时采用！第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第1717页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日增加冗余项：增加冗余项：只能消除逻辑冒险，不能消除功能冒只能消除逻辑冒险，不能消除功能冒险；适用范围有限。险；适用范围有限。三种冒险消除方法的比较：三种冒险消除方法的比较：取样法：取样法：对逻辑冒险及功能冒险都有效。大多数中对逻辑冒险及功能冒险都有效。大多数中规模集成模块都设有使能端，可以将取样信号作用规模集成模块都设有使能端，可以将取样信号作用于该端，待电路稳定后才使输出有效。于该端，待电路稳定后才使输出有效。滤波法：滤波

17、法：加滤波电容使输出信号变坏加滤波电容使输出信号变坏, ,导致输出波形导致输出波形的前后沿变坏。当对波形要求较严格时的前后沿变坏。当对波形要求较严格时, , 应再加整形应再加整形电路电路; ;不宜在中间级使用不宜在中间级使用; ;可作为实验调试阶段采用的可作为实验调试阶段采用的应急措施。应急措施。“或或”门及门及“或非或非”门加门加负取样脉冲负取样脉冲。“与与”门及门及“与非与非”门加门加正取样脉冲正取样脉冲。第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第1818页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日讨论：讨论：如下图所示的组合网络中如下图所示的组合网络中, 当当 A

18、BCD 从从0100向向1101变化时和变化时和 ABCD 从从 1000 向向1101变化时，是否会出变化时，是否会出现逻辑冒险？若有冒险，试采用增加多余项方法消现逻辑冒险？若有冒险，试采用增加多余项方法消除逻辑冒险。除逻辑冒险。冒险的消除方法冒险的消除方法第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第1919页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日解解 ：由图可知由图可知FCDBDAD1. 当当 ABCD 从从 0100 1101变化时：变化时：BC=10不变化不变化, 则输出可表示为则输出可表示为所以，此时电路可能存在逻辑冒险。所以，此时电路可能存在逻辑冒险。 F

19、DDAD 当当A=1不变化时不变化时, 则输出为则输出为FDDD 0100对应最小项包含于乘积项对应最小项包含于乘积项 中，中，CDBD、1101对应最小项包含于乘积项对应最小项包含于乘积项 中，中，ADCDBD、AD分别与分别与 可生成多余项可生成多余项 ，ACAB、故，消除逻辑冒险的方法为增加这两个多余项。故，消除逻辑冒险的方法为增加这两个多余项。冒险的消除方法冒险的消除方法第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第2020页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日2.2.当当 ABCD 从从 1000 1101 变化时：变化时： 1000对应最小项包含于乘积项对

20、应最小项包含于乘积项 中，中，CD1101对应最小项包含于乘积项对应最小项包含于乘积项 中，中，ADCDAD与与 可生成多余项可生成多余项 ，AC故，消除逻辑冒险的方法为增加该多余项。故，消除逻辑冒险的方法为增加该多余项。AC=10不变化不变化, 则输出可表示为则输出可表示为所以，此时电路可能存在逻辑冒险。所以，此时电路可能存在逻辑冒险。 FDBDD 当当B=1不变化时不变化时, 则输出为则输出为FDDD 当当B=0不变化时不变化时, 则输出为则输出为FDD 冒险的消除方法冒险的消除方法第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第2121页页20222022年年6 6月月2626日星期

21、日日星期日思考题思考题1. 解释功能：变量竞争、冒险。解释功能：变量竞争、冒险。2. 逻辑冒险产生的原因是什么？逻辑冒险产生的原因是什么？冒险的消除方法冒险的消除方法第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第2222页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日作业题作业题4.22第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第2323页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日A(d)A(g)FA(e)1tpdF取样脉冲取样脉冲 电路内部达到稳定状态时电路内部达到稳定状态时( (即原反变量不再相等，即原反变量不再相等，中间取值组合消失中间取值组合消失)

22、 )，进行取样。，进行取样。&(d)(g)(e)CABF 11第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第2424页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日00111代码代码取样脉冲取样脉冲避开冒险避开冒险后输出后输出F*有冒险有冒险时输出时输出F正确的正确的输出输出F图图 4.3.11 用取样法避免冒险的示意图用取样法避免冒险的示意图第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第2525页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日 = AB + CD F = AB + CD + 0用取样法避免冒险用取样法避免冒险F = AB1 CD1 =

23、AB CD第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第2626页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日例例8 8 已知已知 F = A B + A C ，用用74138实现该函数，电实现该函数，电路图如下所示。试分析电路是否存在逻辑冒险，若路图如下所示。试分析电路是否存在逻辑冒险，若存在，加取样脉冲避免之。存在，加取样脉冲避免之。 解：解：函数函数F的卡诺图如下所示：的卡诺图如下所示： 11111010110100ABC由电路图写表达式由电路图写表达式时，不能化简时，不能化简! !由图可知，该电路可能由图可知，该电路可能会出现会出现0型逻辑冒险。型逻辑冒险。 第第4章

24、章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第2727页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第2828页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日竞争现象说明竞争现象说明F123410nS 15nS12nS17nS5613nS 13nSAB：延迟时间：延迟时间竞争和冒险的概念竞争和冒险的概念 第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第2929页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日竞争现象一说明竞争现象一说明F123410nS 15nS12nS17nSAB：延迟时间：延迟时间竞争和冒险的概念竞争和冒险的概念 第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路章目录章目录第第3030页页20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日竞争现象二说明竞争现象二说明F5613nS 15nSAB：延迟时间：延迟时间竞争和冒险的概念竞