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1、实验十七竞争冒险 一 实验目的 通过实验观察组合电路中存在的竟争冒险现象 学会用实验手段消除责争冒险对电 路 的影响 二 实验内容 1 八位串行奇仍校验电路竞争冒险现象的观察及消除 图 17 1 所示电路为八位串行奇偶校验电路 图 17 1 八位串行奇 偶校验电路 按图接线 测试电路的逻辑功能 a b g h 分别接逻辑开关K1 K9 z 接发光二级管显 示 改变K1 K8的状态 观察并记录Z的变化 注 时间关系 仅列举几个有代表性的结果 其中以开关闭合表示 1 开关断开表示 0 K1K2K3K4K5K6K7K8Z 000000001 000000010 000000111 000001110
2、 000011111 000111110 001111111 011111110 111111111 表 由表可以看出每一次开关的断开和闭合都影响发光二极管的状态 a 接脉冲 b c h 接高电平 用示波器观察并记录a 和 y 湍的波形测出信号经七级 异或门的延迟时间 由上图可以看出 延迟时间为20ms a 和 h 端接同一脉冲 b c g 为高电平 观察并记录a 和 y 端的波形 说明y 端的 波形有何异常现象 如上图所示输出端y 出现了原设计中没有的窄脉冲 若采用加电容的办法来消除此异常现象 则电容C 应接在何处 如图所示 滤波电容C应该与输出端并联 测出门电路的阈值电压V T 若设门的输
3、出电阻R0 100 估算电容C 值的大小 用实验法测出消除上述异常现象所需的电容值 说明产生误差的原因有哪些 2 组合电路竞争冒险现象的观察及消除 组合电路如图17 2 所示 测试电路功能 结果列成真值表形式 泪实验法测定 在信号变化过程中 竟争冒险在何处 什么时刻可能出现 用校正项的办法来消除竟争冒险 则电路应怎洋修改画出修改后的电路 并用实验验证之 若改用加滤波电容的办法来消除竞争冒险 则电容 C 应加在何处其值约为多大试通过实验 验证之 5 思考题 什么叫组合电路的竞争冒险现象它是怎 样产生的名常有哪几种消除的办法实验中你 认为较为简单的方法是哪种使用时应注意什 么问题 竞争与冒险是数字
4、电路中存在的一种现象 由于元器件质量和设备工艺已达到相 当高的水平 因而数字电路的故障往往是竞争与冒险引起的 所以要研究它们 在一个复杂的数字电路的设计阶段 就完全预料电路中的竞争与冒险是困难的 有一些要通过实验来检查 下面将说明组合数字电路中竞争与冒险的基本概念和 确定消除它的一些基本方法 竞争 在组合电路中 信号经由不同的途径达到某一会合点的时间有先有后 这 种现象称为竞争 冒险 由于竞争而引起电路输出发生瞬间错误现象称为冒险 表现为输出端出现 了原设计中没有的窄脉冲 常称其为毛刺 竞争与冒险的关系 有竞争不一定会产生冒险 但有冒险就一定有竞争 解决方法 一是添加布尔式的消去项 二是在芯片
5、外部加电容 当组合逻辑电路存在冒险现象时 可以采取修改逻辑设计 增加选通电路 增加 输出滤波等多种方法来消除冒险现象 当一个门的输入有两个或两个以上的变量发生改变时 由于这些变量是经过 不同路径产生的 使得它们状态改变的时刻有先有后 这种时差引起的现象称为 竞争 Race 竞争的结果若导致冒险或险象 Hazard 发生 例如毛刺 并 造成错误的后果 那么就称这种竞争为临界竞争 若竞争的结果没有导致冒险发 生 或虽有冒险发生 但不影响系统的工作 那么就称这种竞争为非临界竞争 组合逻辑电路的险象仅在信号状态改变的时刻出现毛刺 这种冒险是过渡性的 它不会使稳态值偏离正常值 但在时序电路中 冒险是本质
6、的 可导致电路的输 出值永远偏离正常值或者发生振荡 组合逻辑电路的冒险是过渡性冒险 从冒险的波形上 可分为静态冒险和动态冒 险 输入信号变化前后 输出的稳态值是一样的 但在输入信号变化时 输出信号产 生了毛刺 这种冒险是静态冒险 若输出的稳态值为0 出现了正的尖脉冲毛刺 称为静态 0 险象 若输出稳态值为1 出现了负的尖脉冲毛刺 则称为静态1 冒 险 输入信号变化前后 输出的稳态值不同 并在边沿处出现了毛刺 称为动态险象 冒险 从引起冒险的具体原因上 冒险可以分为函数冒险和逻辑冒险 函数冒险是逻辑 函数本身固有的 当多个输入变量发生变化时 常常会发生逻辑冒险 避免函数 冒险的最简单的方法是同一时刻只允许单个输入变量发生变化 或者采用取样的 办法 单个输入变量改变时 不会发生函数冒险 但电路设计不合适时 仍会出现逻辑 冒险 通过精心设计 修改电路的结构 可以消除逻辑冒险 四 材料 TTL芯片 74LS86 四 2 输入异或门2 片 74LS10 三 3 输入入与非门2 片图 17 2 74LS20 四输入双与非门1 片
