數(shù)字電路邏輯設(shè)計課件：4-3

1、4.3 4.3 組合邏輯電路的冒險現(xiàn)象組合邏輯電路的冒險現(xiàn)象4.3.1冒險的概念冒險的概念4.3.2靜態(tài)邏輯冒險靜態(tài)邏輯冒險4.3.3如何判斷是否存在邏輯冒險如何判斷是否存在邏輯冒險4.3.4如何避免邏輯冒險如何避免邏輯冒險信號通過連線及集成門都有一定的延遲時間，多個輸入信信號通過連線及集成門都有一定的延遲時間，多個輸入信號發(fā)生變化時，也可能有先后快慢的差異。在輸入信號變化的號發(fā)生變化時，也可能有先后快慢的差異。在輸入信號變化的瞬間，輸出端出現(xiàn)一些不正確的尖峰信號，稱為瞬間，輸出端出現(xiàn)一些不正確的尖峰信號，稱為冒險現(xiàn)象冒險現(xiàn)象。在組合電路中，如果輸入信號變化前、后穩(wěn)定輸出相同，在組合電路中，如

2、果輸入信號變化前、后穩(wěn)定輸出相同，而在轉(zhuǎn)換瞬間有冒險，稱為而在轉(zhuǎn)換瞬間有冒險，稱為靜態(tài)冒險靜態(tài)冒險。如果在得到最終穩(wěn)定輸出之前，輸出發(fā)生了三次變化，即如果在得到最終穩(wěn)定輸出之前，輸出發(fā)生了三次變化，即中間經(jīng)歷了暫態(tài)中間經(jīng)歷了暫態(tài)0- -1或或1- -0（輸出序列為（輸出序列為1- -0- -1- -0或或0- -1- -0- -1）這）這種冒險稱為種冒險稱為動態(tài)冒險動態(tài)冒險。例例4- -12分析如圖分析如圖4- -3- -1(a)所示的組合電路，當輸入信號所示的組合電路，當輸入信號abc由由000變化到變化到010及及abc由由000變化到變化到110時的輸出波形。時的輸出波形。1&a

3、bcF111010000001111001abcY1Y2b12(a)(b)圖4- -3- -1 例4- -12邏輯圖和卡諾圖解解(1) 當輸入信號當輸入信號abc由由000變化到變化到010時，在穩(wěn)定狀態(tài)下輸時，在穩(wěn)定狀態(tài)下輸出 保 持 為出 保 持 為 1 。 若。 若tpd2tpd1，則在輸出波，則在輸出波形形F=1中出現(xiàn)短暫的中出現(xiàn)短暫的0，這就是靜態(tài)這就是靜態(tài)0冒險，冒險，如圖如圖4- -3- -2。bbY2Y1F圖4- -3- -2 門延遲產(chǎn)生冒險(2) 當輸入信號當輸入信號abc由由000變化到變化到110時，在穩(wěn)定狀態(tài)下，輸時，在穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出保持為出保持為1。假設(shè)。假設(shè)b信號

4、滯后于信號滯后于a信號信號td時間，并忽略門的延遲，時間，并忽略門的延遲，則在輸出信號中也會出現(xiàn)靜態(tài)則在輸出信號中也會出現(xiàn)靜態(tài)0冒險，如圖冒險，如圖4- -3- -3。Y2Y1Fabtd圖4- -3- -3 多個輸入信號變化時產(chǎn)生冒險舉例結(jié)論：結(jié)論：靜態(tài)邏輯冒險僅僅發(fā)生靜態(tài)邏輯冒險僅僅發(fā)生在輸入信號變化的瞬間，而在輸入在輸入信號變化的瞬間，而在輸入穩(wěn)定的狀態(tài)下是不會發(fā)生的。但是，穩(wěn)定的狀態(tài)下是不會發(fā)生的。但是，輸入信號發(fā)生變化的瞬間，并不一輸入信號發(fā)生變化的瞬間，并不一定會發(fā)生靜態(tài)冒險。定會發(fā)生靜態(tài)冒險。例如，當輸入信號例如，當輸入信號abc由由000變變化到化到010時，若時，若tpd2tp

5、d1，則輸出信號，則輸出信號穩(wěn)定穩(wěn)定1中不會出現(xiàn)中不會出現(xiàn)0毛刺。毛刺。發(fā)生靜態(tài)冒險有兩種情況：發(fā)生靜態(tài)冒險有兩種情況：當有輸入變量當有輸入變量A和和A通過不同的傳輸路徑到輸出端時，通過不同的傳輸路徑到輸出端時，那么當輸入變量那么當輸入變量A發(fā)生突變時，輸出端有可能產(chǎn)生靜態(tài)邏輯冒發(fā)生突變時，輸出端有可能產(chǎn)生靜態(tài)邏輯冒險。險。4.3.3如何判斷是否存在邏輯冒險如何判斷是否存在邏輯冒險險。險。端就會產(chǎn)生靜態(tài)邏輯冒端就會產(chǎn)生靜態(tài)邏輯冒信號發(fā)生變化時，輸出信號發(fā)生變化時，輸出，當，當，則：，則：，若，若數(shù)數(shù)例如，對于邏輯函例如，對于邏輯函bbbFcacbbaF 11態(tài)邏輯冒險。態(tài)邏輯冒險?？赡墚a(chǎn)生靜可

6、能產(chǎn)生靜發(fā)生突變時，輸出端有發(fā)生突變時，輸出端有，則可判斷變量，則可判斷變量或與式或與式（與或式）或（與或式）或存在存在一定條件下化簡，如果一定條件下化簡，如果輸出邏輯函數(shù)在輸出邏輯函數(shù)在冒險是否存在，只需將冒險是否存在，只需將判斷這種靜態(tài)邏輯判斷這種靜態(tài)邏輯AAAFAAF)( 當有兩個或兩個以上輸入變量發(fā)生變化時，輸出端有當有兩個或兩個以上輸入變量發(fā)生變化時，輸出端有可能產(chǎn)生靜態(tài)邏輯冒險?？赡墚a(chǎn)生靜態(tài)邏輯冒險。 對于這種靜態(tài)邏輯冒險，可以根據(jù)邏輯函數(shù)表達式來判斷。對于這種靜態(tài)邏輯冒險，可以根據(jù)邏輯函數(shù)表達式來判斷。若若p(p2)個輸入變量發(fā)生變化，如果由不變的個輸入變量發(fā)生變化，如果由不變的

7、(n-p)個輸入變量個輸入變量組成的乘積項，不是該邏輯函數(shù)表達式中的乘積項或者多余項，組成的乘積項，不是該邏輯函數(shù)表達式中的乘積項或者多余項，則該則該p個變量發(fā)生變化時，就有可能產(chǎn)生靜態(tài)邏輯冒險。個變量發(fā)生變化時，就有可能產(chǎn)生靜態(tài)邏輯冒險。例例4- -13分析圖分析圖4- -3- -4所示電路，當輸入信號所示電路，當輸入信號abcd由由0100變變化到化到1101、由、由0111變化到變化到1110及由及由1001變化到變化到1011時，是否有冒時，是否有冒險現(xiàn)象發(fā)生。險現(xiàn)象發(fā)生。解解寫出該組合電路的邏輯函數(shù)表達式，并作出卡諾圖。寫出該組合電路的邏輯函數(shù)表達式，并作出卡諾圖。cadbcdF 1

8、&cddF1110110001111000abcdY1Y2b12圖4- -3- -5 例4- -13卡諾圖&cY3a3圖4- -3- -4 例4- -13邏輯電路111111011110(1) 當當abcd由由0100變化到變化到1101時，變時，變量量a、d發(fā)生變化，由不變的變量發(fā)生變化，由不變的變量b、c組成組成的乘積項的乘積項bc不是函數(shù)的乘積項或多余項，不是函數(shù)的乘積項或多余項，因此可能產(chǎn)生靜態(tài)邏輯冒險。因此可能產(chǎn)生靜態(tài)邏輯冒險。若若d先于先于a變化，則變化路徑如圖中所變化，則變化路徑如圖中所示示；反之則為路徑；反之則為路徑。顯然所經(jīng)歷的過。顯然所經(jīng)歷的過渡狀態(tài)不同，因

9、此有靜態(tài)冒險的可能。渡狀態(tài)不同，因此有靜態(tài)冒險的可能。4(2)當當abcd由由0111變化到變化到1110時，變量時，變量a、d發(fā)生變化，由不變的變量發(fā)生變化，由不變的變量b、c組成的組成的乘積項乘積項bc是函數(shù)的多余項，因此不會發(fā)生是函數(shù)的多余項，因此不會發(fā)生由于變量變化的先后而產(chǎn)生的靜態(tài)冒險。由于變量變化的先后而產(chǎn)生的靜態(tài)冒險。如圖中路徑如圖中路徑、，過渡狀態(tài)完全相同。，過渡狀態(tài)完全相同。32生邏輯冒險。生邏輯冒險。門的延遲，就有可能產(chǎn)門的延遲，就有可能產(chǎn)發(fā)生變化，若考慮發(fā)生變化，若考慮，而此時，而此時，由于，由于、如果如果dddFcb 11生邏輯冒險。生邏輯冒險。的情況，所以有可能產(chǎn)的情

10、況，所以有可能產(chǎn)時，存在時，存在、信號發(fā)生變化。當信號發(fā)生變化。當時，僅時，僅變化到變化到由由當當ccFbacabcd 1110111001 )3(在多個輸入變量同時發(fā)生狀態(tài)改變時，如果輸入變量數(shù)目在多個輸入變量同時發(fā)生狀態(tài)改變時，如果輸入變量數(shù)目很多，很難從邏輯表達式簡單地找出所有可能產(chǎn)生冒險的情況，很多，很難從邏輯表達式簡單地找出所有可能產(chǎn)生冒險的情況，可以通過計算機輔助分析，迅速地查出電路是否存在邏輯冒險可以通過計算機輔助分析，迅速地查出電路是否存在邏輯冒險現(xiàn)象。現(xiàn)象。4.3.4如何避免邏輯冒險如何避免邏輯冒險修改邏輯設(shè)計修改邏輯設(shè)計通過通過F=AB+AC+BC，增加多余，增加多余項項B

11、C，以消除由于，以消除由于A變化而引起的邏變化而引起的邏輯冒險。因為當輯冒險。因為當B=1、C=1時，存在時，存在F=A+A情況，由于增加了情況，由于增加了BC項，不項，不論論A如何變化，如何變化，BC項始終為項始終為1，輸出，輸出始終為始終為1，輸出不會出現(xiàn)邏輯冒險。，輸出不會出現(xiàn)邏輯冒險。由于由于BC為多余項，此方法又稱為為多余項，此方法又稱為增增加多余項法。加多余項法。1&cddFb&ca圖4- -3- -6 增加與門消除邏輯冒險&abcb&daCf例如圖例如圖4- -3- -6所示電路。所示電路。引入取樣脈沖引入取樣脈沖冒險現(xiàn)象僅僅發(fā)生在輸入信號變化轉(zhuǎn)換的瞬間，在穩(wěn)定狀冒險現(xiàn)象僅僅發(fā)生在輸入信號變化轉(zhuǎn)換的瞬間，在穩(wěn)定狀態(tài)是沒有冒險信號的。因此，采用取樣脈沖，錯開輸入信號發(fā)態(tài)是沒有冒險信號的。因此，采用取樣脈沖，錯開輸入信號發(fā)生轉(zhuǎn)