第2章組合邏輯電路-3

1、第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 2.1 集成門電路集成門電路 2.2 組合邏輯電路的分析和設(shè)計組合邏輯電路的分析和設(shè)計 2.3 組合邏輯電路中的競爭組合邏輯電路中的競爭-冒險冒險 第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 2.3 組合邏輯電路中的競爭組合邏輯電路中的競爭-冒險冒險 1.競爭與冒險 在2.2節(jié)中介紹的組合邏輯電路的分析和設(shè)計,是基于穩(wěn)定狀態(tài)這一前提的。所謂穩(wěn)定狀態(tài),是指輸入變量不發(fā)生變化,輸出變量也不會發(fā)生變化的情況。但是,當(dāng)輸入變量發(fā)生變化時,電路可能會得到錯誤的結(jié)果。 現(xiàn)在讓我們分析一下圖219所示的組合邏輯電路。第第2章章 組合邏輯電

2、路組合邏輯電路 圖219 示例電路 &Z&ACG2G3G1BG4第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 從圖中可以得到:ZABACABAC 當(dāng)B和C保持為1不變時,由上式得到 ,即此時輸出應(yīng)該恒定為1,與輸入A無關(guān)。而實際情形為,如果A不變,則無論A是0還是1,輸出都為1；如果A發(fā)生變化,則輸出不一定恒為1。Z=A 1+A 1=1第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 再看一下具體電路: 當(dāng)B=C=1,A=0時,與非門G2的輸出為1,G1的輸出為1,G3的輸出為0,因此，G4的輸出為1。 當(dāng)B=C=1,A=1時,G1輸出為0,G2輸出為0,G3輸出為1,G4輸出也為1。 第第2章章

3、 組合邏輯電路組合邏輯電路 當(dāng)B=C=1,A由0變?yōu)?時,將使G1和G2的輸出由1變?yōu)?,G3輸出則由0變?yōu)?。G1和G2輸出的變化比A的變化延遲tp,G3輸出的變化比A的變化延遲2tp。因此,G2的輸出先變?yōu)?而G3的輸出后變?yōu)?。這樣,在G2的輸出變化之前,G2輸出為1,G3輸出為0；當(dāng)G2的輸出已經(jīng)變化而G3的輸出還沒有變化時,G2、G3的輸出同時為0；在G3的輸出變化之后,G2輸出為0,G3輸出為1?？梢?任何時刻，G4最少有一個輸入為0,因此,其輸出Z一直保持為1。第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 當(dāng)B=C=1,A由1變?yōu)?時,將使G1和G2的輸出由0變?yōu)?,G3輸出則由1變?yōu)?

4、。G1和G2輸出的變化比A的變化延遲tp,G3輸出的變化比A的變化延遲2tp。因此,G2的輸出先變?yōu)?而G3的輸出后變?yōu)?。這樣,在G2的輸出變化之前,G2輸出為0,G3輸出為1；當(dāng)G2的輸出已經(jīng)變化而G3的輸出還沒變化時,G2、G3的輸出同時為1；在G3的輸出變化之后,G2輸出為1,G3輸出為0。由此可見,在G2的輸出已經(jīng)變化而G3的輸出還沒變化這段時間里,由于G2、G3的輸出同時為1,使G4的兩個輸入同時為1,此時會在G4的輸出產(chǎn)生一個短暫的0脈沖。第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 在組合邏輯電路中,當(dāng)輸入信號變化時,由于所經(jīng)路徑不同,產(chǎn)生延時不同,導(dǎo)致的其后某個門電路的兩個輸入端發(fā)生

5、有先有后的變化,稱為競爭。 由于競爭而使電路的輸出端產(chǎn)生尖峰脈沖,從而導(dǎo)致后級電路產(chǎn)生錯誤動作的現(xiàn)象稱為冒險。產(chǎn)生0尖峰脈沖的稱為0型冒險,產(chǎn)生1尖峰脈沖的稱為1型冒險。 第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 2.競爭-冒險的判斷 判斷一個組合邏輯電路是否存在競爭-冒險有兩種常用的方法:代數(shù)法和卡諾圖法。 1)代數(shù)法 在一個組合邏輯電路中,如果某個門電路的輸出表達式在一定條件下簡化為 或 的形式,而式中的A和 是變量A經(jīng)過不同傳輸途徑來的,則該電路存在競爭-冒險現(xiàn)象。 存在0型冒險 存在1型冒險ZAAZ=AAAZAAZAA第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 【例2.7】 判斷圖220所示的邏

6、輯電路是否存在冒險。 解:從邏輯圖可以寫出如下邏輯表達式: 從表達式可以看出,當(dāng)B=0、C=D=1時, 。因此,該電路存在0型冒險。ZAAZABCADABCAD第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 圖220 例2.7的邏輯圖 &Z&1ADB1C第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 圖221 例2.8的邏輯圖 1Z111AB1C第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 【例2.8】 判斷圖221所示的邏輯電路是否存在冒險。 解:從邏輯圖可以寫出如下邏輯表達式: 從表達式可以得到,當(dāng)B=1、C=0時, 。因此,該電路存在1型冒險。ZAAZABAC(AB)(AC)第第2章章 組合邏輯電路

7、組合邏輯電路 2)卡諾圖法 如果邏輯函數(shù)對應(yīng)的卡諾圖中存在相切的圈,而相切的兩個方格又沒有同時被另一個圈包含,則當(dāng)變量組合在相切方格之間變化時,存在競爭-冒險現(xiàn)象。第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 【例2.9】 判斷實現(xiàn)邏輯表達式 的電路是否存在冒險。 解:畫出Z的卡諾圖如圖222所示。從卡諾圖中可以看出：1號圈中編號1的方格和2號圈中編號5的方格相切而且沒有同時被另一個圈包含；另外,1號圈中編號3的方格和3號圈中編號11的方格相切而且也沒有同時被另一個圈包含。因此,當(dāng)變量組合在編號1方格和編號5方格之間變化或在編號3方格和編號11方格之間變化時,存在冒險現(xiàn)象。兩種情況對應(yīng)的變量組合如下:

8、Z=BC+ABD+ABC第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 在編號1方格和編號5方格中,A=0、C=0、D=1、B變化。在編號3方格和編號11方格中,B=0、C=1、D=1、A變化。用與非門實現(xiàn)的電路邏輯圖如圖223所示。第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 圖222 Z的卡諾圖 ABCD00011110111100011110111311511123第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 圖223 例2.9的邏輯圖Z&ADB1C1&1第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 3.競爭-冒險現(xiàn)象的消除方法 消除組合邏輯電路中競爭-冒險現(xiàn)象的常用方法有:濾波法、脈沖選通法和修改設(shè)計法

9、。 1)濾波法 濾波法是在門電路的輸出端接上一個濾波電容,將尖峰脈沖的幅度削減至門電路的閾值電壓以下,如圖224所示。由于競爭-冒險產(chǎn)生的尖峰脈沖很窄,所以通常接一個大約幾百皮法的小電容即可。這種方法很簡單,但會使波形變壞。第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 圖2-24 用濾波電容消除競爭冒險現(xiàn)象&Z&ACG2G3G1BG4Cf第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 2)脈沖選通法 脈沖選通法是在電路中加入一個選通脈沖,在確定電路進入穩(wěn)定狀態(tài)后,才讓電路輸出選通,否則封鎖電路輸出,如圖225所示。第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 圖225 用選通脈沖消除競爭冒險現(xiàn)象 &am

10、p;Z&ACG2G3G1BG4P2tp選通AP第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 圖226 用增加冗余項消除競爭冒險現(xiàn)象 &Z&ACG2G3G1BG4&G5第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 3)修改設(shè)計法 （1）代數(shù)法。 如前面圖219的分析所示,對于邏輯表達式 ,當(dāng)B=C=1時,存在競爭-冒險現(xiàn)象。利用邏輯代數(shù)公式,可以增加冗余項BC,使 ,圖226是按照增加冗余項后的邏輯表達式實現(xiàn)的電路。當(dāng)B=C=1時,由于G5的輸出保持為0,因此,即使A發(fā)生變化,G4的輸出亦恒定為1。Z=AB+ACZ=AB+AC+BC第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 圖227 例2.10的卡諾圖ABCD00011110111100011110111311511第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 （2）卡諾圖法。 我們知道,當(dāng)邏輯函數(shù)對應(yīng)的卡諾圖中存在相切的圈,而相切的兩個方格又沒有同時被另一個圈包含,則當(dāng)變量組合在相切方格之間變化時,存在競爭-冒險現(xiàn)象。因而，通過增加由這兩個相切方格組成的圈,就可以消除競爭-冒險現(xiàn)象。第第2章章 組合邏輯電路組合邏輯電路 【例2.10】 修改圖223所示的電路,消除競爭