数字逻辑电路第4章组合逻辑电路-4资料优秀PPT.ppt

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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 常用的常用的组合逻辑电路组合逻辑电路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更,输出变量也不会发生变更的状况。但是,当输入变量发生变更时,电路可能会得到错误的结果。现在

2、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示例电路第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 从图中可以得到:当B和C保持为1不变时,由上式得到,即此时输出应当恒定为1,与输入A无关。而实际情形为,假如A不变,则无论A是0还是1,输出都为1；假如A发生变更,则输出不确定恒为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,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=

3、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输出的变更比A的变更延迟tp,G3输出的变更比A的变更延迟2tp。因此,G2的输出先变为0而G3的输出后变为1。这样,在G2的输出变更之前,G2输出为1,G3输出为0；当G2的输出已经变更而G3的输出还没有变更时,G2、G3的输出同时为0；在G3的输出变更之后,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始终保持为1。第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 当B=C=1,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输出的变更比A的变更延

4、迟tp,G3输出的变更比A的变更延迟2tp。因此,G2的输出先变为1而G3的输出后变为0。这样,在G2的输出变更之前,G2输出为0,G3输出为1；当G2的输出已经变更而G3的输出还没变更时,G2、G3的输出同时为1；在G3的输出变更之后,G2输出为1,G3输出为0。由此可见,在G2的输出已经变更而G3的输出还没变更这段时间里,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更”，称存在“竞争”

5、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急，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,当输入信号变更时,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更,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-冒险的推断推断一个组合逻辑电路是否存在竞争-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,假如某个门电路的输出表达式在确定条件

6、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型冒险第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 【例4.7】推断图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。第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 图420例4.7的逻辑图第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 【例4.8】推断图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。第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路

7、图421例4.8的逻辑图第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 2)卡诺图法假如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更时,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】推断实现逻辑表达式的电路是否存在冒险。解: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方格之间变更或在编号3方格和编号11方格之间变更时,存

8、在冒险现象。两种状况对应的变量组合如下: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变更。在编号3方格和编号11方格中,B=0、C=1、D=1、A变更。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 图222Z的卡诺图第第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-冒险现象的消退方法消退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

9、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。这种方法很简洁,但会使波形变坏。第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 图4-24用滤波电容消退竞争冒险现象第第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用选通脉冲消退竞争冒险现象第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 图426用增加冗余项消退竞争冒险现象第第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。如前面图419的分析所示,

10、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是依据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发生变更,G4的输出亦恒定为1。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更时,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,就可以消退竞争-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,消退竞争-冒险现象。解:从卡诺图422可以看出,要消退竞争-冒险现象,须要增加由编号1方格和编号5方格组成的圈以及由编号3方格和编号11方格组成的圈,如图427所示。这样,得到的表达式如下:第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 图227例2.10的卡诺图第第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路 图428例4.10的逻辑图