第4章組合邏輯電路-4

1、第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄4.3 4.3 競爭和冒險競爭和冒險 2.冒險冒險 二、冒險的判別方法二、冒險的判別方法 一、競爭和冒險的概念一、競爭和冒險的概念 1.競爭競爭 2.卡諾圖法卡諾圖法 1.代數法代數法三、冒險的消除方法三、冒險的消除方法 1.修改邏輯設計，增加冗余項修改邏輯設計，增加冗余項作業(yè)作業(yè) 2.增加選通電路增加選通電路3.增加濾波電路增加濾波電路第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄 多個輸入信號同時變化時多個輸入信號同時變化時,由于其由于其變換變換快慢不同快慢不同, 致使這些輸入信號到達輸出邏輯門輸入端致使這些輸入信號到達輸出邏輯門輸入端的時

2、間不同的時間不同（2個或個或2個以上輸入信號變化個以上輸入信號變化）。 變換變換 快慢不同快慢不同4.3 4.3 競爭和冒險競爭和冒險 一、競爭和冒險的概念一、競爭和冒險的概念 1.1.競爭競爭 由于集成邏輯門和連線有一定的延遲由于集成邏輯門和連線有一定的延遲, 致使同一輸入信號經過不同路徑到達輸出邏輯門輸致使同一輸入信號經過不同路徑到達輸出邏輯門輸入端的時間不同入端的時間不同（1個輸入信號變化個輸入信號變化）； 競爭現(xiàn)象一：競爭現(xiàn)象一：競爭現(xiàn)象二：競爭現(xiàn)象二：競爭和冒險的概念競爭和冒險的概念 第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄邏輯冒險邏輯冒險：輸入信號經過不同的路徑延時而引起：

3、輸入信號經過不同的路徑延時而引起 的冒險。的冒險。功能冒險：功能冒險：多個信號同時變化的瞬間，由于變化多個信號同時變化的瞬間，由于變化 快慢不同而引起的冒險?？炻煌鸬拿半U。 按短暫尖峰極性按短暫尖峰極性 2.2.冒險冒險 (2)(2)冒險的分類冒險的分類 (1)(1)冒險的概念冒險的概念 “1”型冒險型冒險和和“0”型冒險型冒險 一、競爭和冒險的概念一、競爭和冒險的概念 競爭和冒險的概念競爭和冒險的概念 某個瞬間出現(xiàn)的非預期信號的現(xiàn)象，是由變某個瞬間出現(xiàn)的非預期信號的現(xiàn)象，是由變量競爭引起的。信號穩(wěn)定時，不會出現(xiàn)冒險；量競爭引起的。信號穩(wěn)定時，不會出現(xiàn)冒險；但但當信號出現(xiàn)跳變時，可能會

4、出現(xiàn)冒險當信號出現(xiàn)跳變時，可能會出現(xiàn)冒險。 按產生短暫尖峰的原因按產生短暫尖峰的原因 邏輯冒險邏輯冒險和和功能冒險功能冒險 第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄( (a) )“1”“1”型冒險型冒險 ( (b) )“0”“0”型冒險型冒險 二、冒險的判別方法二、冒險的判別方法11代數法代數法 F = A + AF = A A （“1”1”型邏輯冒險型邏輯冒險）（“0”“0”型邏輯冒險型邏輯冒險）或或- -與表達式與表達式與與- -或表達式或表達式代數判別方法：代數判別方法：(1)(1)找出具有競爭能力的變量；找出具有競爭能力的變量；(2)(2)逐次改變其它變量，判斷是逐次改變其它變

5、量，判斷是否存在冒險否存在冒險? ?是何種冒險是何種冒險? ? 冒險的判別方法冒險的判別方法 第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第5 5頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日當當 A=B= 0 時，時，F(xiàn) = C C ，可能存在，可能存在1型邏輯冒險型邏輯冒險。例例4.3.2 判別函數判別函數F =(A+C)( B+C)(A+B)是否存在是否存在邏輯冒險現(xiàn)象？邏輯冒險現(xiàn)象？ 當當 B=C= 0 時，時，F(xiàn) = A A ，可能存在，可能存在1型邏輯冒險型邏輯冒險。例例4.3.1 判別函數判別函數F = AB + AC + BC 是否存在邏輯是否存在邏輯冒險現(xiàn)象

6、？冒險現(xiàn)象？ 當當 B=0，C=1 時，時，F(xiàn) = A + A ；當當 A=1，C=0 時，時，F(xiàn) = B + B ；當當 A=0，B=1 時，時，F(xiàn) = C + C 。因此因此, 該函數可能存在該函數可能存在0型邏輯冒險型邏輯冒險現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 分析：分析：變量變量 A、B、C 具有競爭能力，并且具有競爭能力，并且分析：分析：變量變量 A、C 具有競爭能力，并且具有競爭能力，并且冒險的判別方法冒險的判別方法 第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第6 6頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日二、冒險的判別方法二、冒險的判別方法22卡諾圖法卡諾圖法 例如例如：F

7、= AC + BC 可見，邏輯冒險發(fā)生在信號出現(xiàn)跳變的時刻！可見，邏輯冒險發(fā)生在信號出現(xiàn)跳變的時刻！跳變，但無冒險！跳變，但無冒險！A1110ACBACF110010:ABC 跳變，但無冒險！跳變，但無冒險！B10B11CBACF111101:ABC 跳變，有冒險現(xiàn)象！跳變，有冒險現(xiàn)象！C0CCF110111:ABC 第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄冒險的判別方法冒險的判別方法 ACABB=C=1處相切，處相切， A變化時將產生冒險變化時將產生冒險A+CA+BB=C=0處相切，處相切，A變化時將產生冒險變化時將產生冒險 卡諾圈相切，有競爭冒險卡諾圈相切，有競爭冒險圈圈1 1相切

8、相切, , 為為0 0型冒險型冒險; ;圈圈0 0相切相切, , 則為則為1 1型冒險。當卡諾圈相交或相離時均無型冒險。當卡諾圈相交或相離時均無競爭冒險產生競爭冒險產生。卡諾圖判別方法：卡諾圖判別方法：卡諾圖中的卡諾圈相切，則有競爭冒險。卡諾圖中的卡諾圈相切，則有競爭冒險。卡諾圖法判別冒險現(xiàn)象卡諾圖法判別冒險現(xiàn)象第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第8 8頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日例例2：判別函數判別函數F = AC+BC+AC是否存在冒險現(xiàn)象？是否存在冒險現(xiàn)象？ 邏輯相鄰，即幾何相鄰或對稱相鄰的邏輯相鄰，即幾何相鄰或對稱相鄰的“1”格被格被兩個卡

9、諾圈分別兩個卡諾圈分別獨自獨自包圍時，稱包圍時，稱卡諾圈相切卡諾圈相切。不相切不相切相切相切相交相交結論：結論：該函數在該函數在A=B=1時，存在時，存在0型邏輯冒險！型邏輯冒險！A=B=1,=1,僅僅C變化變化=C+CF=AC+BC冒險的判別方法冒險的判別方法 第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第9 9頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日例例3：判別函數判別函數F =AC+BC是否存在邏輯冒險現(xiàn)象？是否存在邏輯冒險現(xiàn)象？ 結論：結論：A=B=1時，存在時，存在0型邏輯冒險。型邏輯冒險。圖圖 4.3.42. 變量取值在相切的卡變量取值在相切的卡諾圈跳變時，

10、而這個相諾圈跳變時，而這個相切部分又沒有被另外的切部分又沒有被另外的卡諾圈包圍，則可能存卡諾圈包圍，則可能存在邏輯冒險。在邏輯冒險。 1.變量取值在卡諾圈內變量取值在卡諾圈內變化變化, 不存在邏輯冒險不存在邏輯冒險;僅僅B B變化變化=1+0僅僅C C變化變化=C+CF= AC+BCF=AC+BC=1冒險的判別方法冒險的判別方法 第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第1010頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日例例4: F = BC + AB + ACD 是否存在邏輯冒險是否存在邏輯冒險?當當 AC = 00 時，時，或當或當 ABD = 111 時，時，或

11、當或當 BCD = 011 時，時，可能存在可能存在0型邏輯冒險。型邏輯冒險。冒險的判別方法冒險的判別方法 第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第1111頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日課堂討論：課堂討論：判斷圖所示卡諾圖的邏輯冒險情況。判斷圖所示卡諾圖的邏輯冒險情況。 冒險的判別方法冒險的判別方法 第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄三、冒險的消除方法三、冒險的消除方法11修改邏輯設計，修改邏輯設計， 增加多余項增加多余項 如下圖所示，化簡得到如下圖所示，化簡得到 。在。在B=C=1時，時，F(xiàn)=A+A ，將產生將產生“0”冒險。冒險。F=A

12、C+AB 若增加多余項若增加多余項BC，則當，則當B=C=1 時，時，F(xiàn) 恒為恒為1，消除了冒險消除了冒險在卡諾圈相切處增加了一個冗余的在卡諾圈相切處增加了一個冗余的BC 圈，即可消除圈，即可消除相切部分的影響。相切部分的影響。冒險的消除方法冒險的消除方法F =AC+AB =AC+AB + BC第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第1313頁頁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 。試用增加多余項。試用增加多余項 的方法消除邏輯冒險。的方法消除邏輯冒險。 F = BC + AB + ACD + AC + ABD

13、+ BCD冗余項冗余項冒險的消除方法冒險的消除方法第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第1414頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日三、冒險的消除方法三、冒險的消除方法2增加選通脈沖增加選通脈沖 選通信號選通信號待電路穩(wěn)定后，發(fā)出選通信號，消除冒險。待電路穩(wěn)定后，發(fā)出選通信號，消除冒險。 ACBAACBAF 冒險的消除方法冒險的消除方法第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第1515頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日冒險的消除方法冒險的消除方法 取樣脈沖的取樣脈沖的寬度寬度和和產生的時間產生的時間有一定的要求有一定的要求

14、取樣脈沖的取樣脈沖的位置位置及及極性極性選取原則選取原則 ：b. 取樣時刻取樣時刻( (有效電平期間有效電平期間) )，輸出，輸出穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)電平。電平。a. 非取樣時刻非取樣時刻( (無無效電平效電平期間期間) ) ，輸出，輸出低低電平；電平； 舉例舉例2： MSI器件加取樣脈沖器件加取樣脈沖舉例舉例1： SSI器件加取樣脈沖器件加取樣脈沖合理設置取樣合理設置取樣( (選通選通) )脈沖脈沖電路穩(wěn)定后加入取樣脈沖，在取樣脈沖作用期間輸電路穩(wěn)定后加入取樣脈沖，在取樣脈沖作用期間輸出的信號才有效，可以避免毛刺影響輸出波形。出的信號才有效，可以避免毛刺影響輸出波形。第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路

15、章目錄章目錄第第1616頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日三、冒險的消除方法三、冒險的消除方法3 3增加濾波電路增加濾波電路 如果邏輯電路在較慢速度下工作，可以在輸如果邏輯電路在較慢速度下工作，可以在輸出端并聯(lián)一個加速電容器，既可消去邏輯冒險出端并聯(lián)一個加速電容器，既可消去邏輯冒險 ，也可消除功能冒險。也可消除功能冒險。 由于外加電容會影響電路的工作速度，故電由于外加電容會影響電路的工作速度，故電容量的選取要合適，通?？吭囼瀬碚{試確定。容量的選取要合適，通?？吭囼瀬碚{試確定。 輸出端并聯(lián)電容器輸出端并聯(lián)電容器冒險的消除方法冒險的消除方法幾十幾十pFpFA A F 對輸出

16、波形邊沿要求不高時采用！對輸出波形邊沿要求不高時采用！第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第1717頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日增加冗余項：增加冗余項：只能消除邏輯冒險，不能消除功能冒只能消除邏輯冒險，不能消除功能冒險；適用范圍有限。險；適用范圍有限。三種冒險消除方法的比較：三種冒險消除方法的比較：取樣法：取樣法：對邏輯冒險及功能冒險都有效。大多數中對邏輯冒險及功能冒險都有效。大多數中規(guī)模集成模塊都設有使能端，可以將取樣信號作用規(guī)模集成模塊都設有使能端，可以將取樣信號作用于該端，待電路穩(wěn)定后才使輸出有效。于該端，待電路穩(wěn)定后才使輸出有效。濾波法：濾波

17、法：加濾波電容使輸出信號變壞加濾波電容使輸出信號變壞, ,導致輸出波形導致輸出波形的前后沿變壞。當對波形要求較嚴格時的前后沿變壞。當對波形要求較嚴格時, , 應再加整形應再加整形電路電路; ;不宜在中間級使用不宜在中間級使用; ;可作為實驗調試階段采用的可作為實驗調試階段采用的應急措施。應急措施?！盎蚧颉遍T及門及“或非或非”門加門加負取樣脈沖負取樣脈沖?！芭c與”門及門及“與非與非”門加門加正取樣脈沖正取樣脈沖。第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第1818頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日討論：討論：如下圖所示的組合網絡中如下圖所示的組合網絡中, 當當 A

18、BCD 從從0100向向1101變化時和變化時和 ABCD 從從 1000 向向1101變化時，是否會出變化時，是否會出現(xiàn)邏輯冒險？若有冒險，試采用增加多余項方法消現(xiàn)邏輯冒險？若有冒險，試采用增加多余項方法消除邏輯冒險。除邏輯冒險。冒險的消除方法冒險的消除方法第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第1919頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日解解 ：由圖可知由圖可知FCDBDAD1. 當當 ABCD 從從 0100 1101變化時：變化時：BC=10不變化不變化, 則輸出可表示為則輸出可表示為所以，此時電路可能存在邏輯冒險。所以，此時電路可能存在邏輯冒險。 F

19、DDAD 當當A=1不變化時不變化時, 則輸出為則輸出為FDDD 0100對應最小項包含于乘積項對應最小項包含于乘積項 中，中，CDBD、1101對應最小項包含于乘積項對應最小項包含于乘積項 中，中，ADCDBD、AD分別與分別與 可生成多余項可生成多余項 ，ACAB、故，消除邏輯冒險的方法為增加這兩個多余項。故，消除邏輯冒險的方法為增加這兩個多余項。冒險的消除方法冒險的消除方法第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第2020頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日2.2.當當 ABCD 從從 1000 1101 變化時：變化時： 1000對應最小項包含于乘積項對

20、應最小項包含于乘積項 中，中，CD1101對應最小項包含于乘積項對應最小項包含于乘積項 中，中，ADCDAD與與 可生成多余項可生成多余項 ，AC故，消除邏輯冒險的方法為增加該多余項。故，消除邏輯冒險的方法為增加該多余項。AC=10不變化不變化, 則輸出可表示為則輸出可表示為所以，此時電路可能存在邏輯冒險。所以，此時電路可能存在邏輯冒險。 FDBDD 當當B=1不變化時不變化時, 則輸出為則輸出為FDDD 當當B=0不變化時不變化時, 則輸出為則輸出為FDD 冒險的消除方法冒險的消除方法第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第2121頁頁20222022年年6 6月月2626日星期

21、日日星期日思考題思考題1. 解釋功能：變量競爭、冒險。解釋功能：變量競爭、冒險。2. 邏輯冒險產生的原因是什么？邏輯冒險產生的原因是什么？冒險的消除方法冒險的消除方法第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第2222頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日作業(yè)題作業(yè)題4.22第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第2323頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日A(d)A(g)FA(e)1tpdF取樣脈沖取樣脈沖 電路內部達到穩(wěn)定狀態(tài)時電路內部達到穩(wěn)定狀態(tài)時( (即原反變量不再相等，即原反變量不再相等，中間取值組合消失中間取值組合消失)

22、 )，進行取樣。，進行取樣。&(d)(g)(e)CABF 11第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第2424頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日00111代碼代碼取樣脈沖取樣脈沖避開冒險避開冒險后輸出后輸出F*有冒險有冒險時輸出時輸出F正確的正確的輸出輸出F圖圖 4.3.11 用取樣法避免冒險的示意圖用取樣法避免冒險的示意圖第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第2525頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日 = AB + CD F = AB + CD + 0用取樣法避免冒險用取樣法避免冒險F = AB1 CD1 =

23、AB CD第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第2626頁頁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實現(xiàn)該函數，電實現(xiàn)該函數，電路圖如下所示。試分析電路是否存在邏輯冒險，若路圖如下所示。試分析電路是否存在邏輯冒險，若存在，加取樣脈沖避免之。存在，加取樣脈沖避免之。 解：解：函數函數F的卡諾圖如下所示：的卡諾圖如下所示： 11111010110100ABC由電路圖寫表達式由電路圖寫表達式時，不能化簡時，不能化簡! !由圖可知，該電路可能由圖可知，該電路可能會出現(xiàn)會出現(xiàn)0型邏輯冒險。型邏輯冒險。 第第4章

24、章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第2727頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第2828頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日競爭現(xiàn)象說明競爭現(xiàn)象說明F123410nS 15nS12nS17nS5613nS 13nSAB：延遲時間：延遲時間競爭和冒險的概念競爭和冒險的概念 第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第2929頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日競爭現(xiàn)象一說明競爭現(xiàn)象一說明F123410nS 15nS12nS17nSAB：延遲時間：延遲時間競爭和冒險的概念競爭和冒險的概念 第第4章章 組合邏輯電路組合邏輯電路章目錄章目錄第第3030頁頁20222022年年6 6月月2626日星期日日星期日競爭現(xiàn)象二說明競爭現(xiàn)象二說明F5613nS 15nSAB：延遲時間：延遲時間競爭和冒險的概念競