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格雷码、竞争冒险

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文档ID:457601128
格雷码、竞争冒险_第1页
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格雷码:英文:Gray Code, Grey Code,又称作葛莱码,二进制循环码,是1880年由法国工程 师Jean-Maurice-Emlle Baudot发明的一种编码,是一种绝对编码方式,典型格雷码是一种 具有反射特性和循环特性的单步自补码,它的循环、单步特性消除了随机取数时出现重大误 差的可能,它的反射、自补特性使得求反非常方便格雷码属于可靠性编码,是一种错误最小化的编码方式,因为,虽然自然二进制码可以 直接由数/模转换器转换成模拟信号,但在某些情况,例如从十进制的3转换为4时二进制 码的每一位都要变,能使数字电路产生很大的尖峰电流脉冲而格雷码则没有这一缺点,它 在相邻位间转换时,只有一位产生变化它大大地减少了由一个状态到下一个状态时逻辑 的混淆由于这种编码相邻的两个码组之间只有一位不同,因而在用于风向的转角位移量- 数字量的转换中,当风向的转角位移量发生微小变化(而可能引起数字量发生变化时,格雷 码仅改变一位,这样与其它编码同时改变两位或多位的情况相比更为可靠,即可减少出错的 可能性一般的,普通二进制码与格雷码可以按以下方法互相转换:二进制码-〉格雷码(编码):从最右边一位起,依次将每一位与左边一位异或(X0R), 作为对应格雷码该位的值,最左边一位不变(相当于左边是0);格雷码-〉二进制码(解码):从左边第二位起,将每位与左边一位解码后的值异 或,作为该位解码后的值(最左边一位依然不变)•数学(计算机)描述:原码:讥n:0];格雷码:c[n:0](nUN);编码:c=G(p);解码:p=F(c); 书写时按从左向右标号依次减小,即MSB-〉LSB,编解码也按此顺序进行 编码: c[n]=p[n], c[i]=p[i] XOR p[i+l] (i^N,n -IMiMO);解码: p[n]=c[n], P[i]=c[i] XOR p[i+1] (i^N, n -IMiMO)。

竞争冒险由于延迟时间的存在,当一个输入信号经过多条路径传送后又重新会合到某个门上, 由于不同路径上门的级数不同,或者门电路延迟时间的差异,导致到达会合点的时间有 先有后,从而产生瞬间的错误输出这一现象称为竞争冒险消除方法1. 接入滤波电容:2. 引入选通脉冲;3•修改逻辑设计;4. 利用可靠性编码;5. 引入封锁脉冲冒险是由变量的竞争引起的冒险又分为逻辑冒险和功能冒险逻辑冒险的判断方法有两种:1. 代数法:在逻辑函数表达式中,若某个变量同时以原变量和反变量两种形式出现,就具 备了竞争条件去掉其余变量(也就是将其余变量取固定值0 或 1),留下有竞争能力的变 量,如果表达式为F=A+A~(因为上横杠打不出来,故用A~表示A的反变量,下同),就 会产生0型冒险(F应该为1而实际却为0);如果表达式为F=AA~,就会产生1型冒险—例一:表达式F=AB+CB~,当A=C=1时,F=B+B~,在B发生跳变时,可能出现0型冒 险2. 卡诺图法:将函数填入卡诺图,按照函数表达式的形式圈好卡诺圈A\BC 00 01 11 100 0 0 0 11 0 1 1 1F=AC+BC~的卡诺图(将101和111的1圈一起,010和110的1 圈一起,这里不好表示,自己画在纸上)通过观察发现,这两个卡诺圈相切。

则函数在相切处两值间跳变时发生逻辑冒险前提是 这两个卡诺圈没有被其他卡诺圈包围)功能冒险的判断: 功能冒险是当多个输入信号同时变化的瞬间,由于变化快慢不同而引起的冒险卡诺图法:依然用上面的卡诺图,按同样函数圈好F=AC+BC~中,ABC从111变为010 时,A和C两个变量同时发生了跳变,若A先变化,则ABC的取值出现了过渡态011,由 卡诺图可以知道此时函数输出为0,然而ABC在变化的前后的稳定状态输出值为1,此时 就出现了 0型冒险这种由过渡态引起的冒险是由于电路的功能所致,因此成为功能冒险综合逻辑冒险和功能冒险:-例- : F=CD+BD~+AC~,自己画及圈卡诺图,可以发现信号ABCD从0100变化到1101可 能存在0型功能冒险,不存在逻辑冒险从0111 变化到1110不存在功能冒险,而可能存 在逻辑冒险判断竞争-冒险的方法:1、 逻辑函数在一定条件下可简化为Y=A+A反或Y=A*A反;2、 计算机辅助分析;3、 实验检查,输入应包含所有可能的状态变化消除竞争-冒险的方法:1、 引入封锁脉冲;2、 引入选通脉冲;3、 接入滤波电容;4、 修改逻辑设计没有既简便又有效的方法,实际应用中最终总能解决。

如果一个数字电路从一个稳定状态转换到另一个稳定状态时,其中某个门电路的两个输入 信号同时向相反方向变化,我们就称该电路存在竞争以前,因为没有考虑门电路的延迟,所以 认为一个门的两个输入信号同时向相反方向变化,不应该影响逻辑门的输出对于图3.46(a)电 路, (G3和G4)当输入信号如图3.46(b)时,在门G 4的输入就出现了竞争由于没有考虑门 的延迟,输出端P4的波形開工牝门电路延迟产生的影响是符合真值表的规定的当考虑了门电路的延迟后,情况就不同了,见图3.46(c),输出P 4就出现了一个尖峰干扰图中tpd3是逻辑门G 3的平均传输延迟时间;tpd4是逻辑门G 4的平均传输延迟时间冒险是指数字电路中在某瞬间可能出现非预期信号的现象,也就是在某瞬间电路中出现的违 背真值表规定的逻辑电平的情况,冒险也可以看成为一种过渡现象,一种干扰竞争的结果不一定都产生冒险,只是有可能产生冒险,竞争的结果产生冒险时称为竞争冒险数字电路的输入信号一般又称一次信号,数字电路输入级之后的信号一般称为二次信号,或 中间变量一般约定,一次信号都是一个一个有节奏地变化,一次信号之间没有竞争一次信号 和二次信号之间,二次信号和二次信号之间可能存在竞争。

3.5.2冒险的分类冒险分为“ 0 ”态冒险和“ 1 ”态冒险3.5.2 .1 “ 0态冒险电路如图3.47 (a),以与或型写出逻辑式 A, B为输入信号,因为是一次信号,所以假设A,B按图3.48的规律变化,并假设与非门G 1的动作速度比 与非门G 2的动作速度慢当B =1时,A由“ 0 ”变为“ 1 ”,因与非门G 1的延迟作用P 1仍然等于“ 1 ”,又因为 与非门G 2的动作速度快,即延迟较小,所以与非门G 2的两输入端A与P1同时为“ 1 ”, 所以P2 =0当与非门G 1的输出变为“ 0 ”时,P2则变为“ 1 ”于是在这一瞬间,P2出态冒险或称“ 0 ”型干扰即出现现一个窄的干扰信号,违背了真值表的规定称这种干扰为“ 0冒险处的电平一瞬间从正确的“ 1跳到错误的“ 0 ”一下AE3A0AA态冒诺3.5.2 .2 “态冒险电路如图3.49(a),以或与型写出逻辑式& =A + B+A = '{A + B)A图工49 'T'态冒险的波形1 10 0 0 0■■ ■|ojojrr!"ioIo "i设图3.49的A、B按图3.50的规律变化,并假设或非门G 3的动作速度比或非门G 4的动作速度慢。

在t1时刻B =0, A由“ 1 ”变为“ 0 ”,因或非门G 3的延迟作用P3仍然 等于“ 0 ”,又因为或非门G 4动作速度快,即延迟小,所以或非门G 4的两输入端A及P3 同时为“ 0 ”,所以P 4 =1当或非门G 3的输出变为“1”时,P 4则变为“ 0 ”,于是在这一 瞬间出现一个窄的干扰信号,违背了真值表的规定称这种干扰为“ 1 ”态冒险或称“ 1 ”型干扰图£刃X态冒险的波形显然存在“ 0 ”冒险的逻辑式,电路及条件与存在“ 1”态冒险的逻辑式,电路及条件是互相对偶的由上述分析不难得出产生冒险的原因,第一是门电路存在延迟,第二是信号间的竞争,只要 条件具备,就会有竞争冒险存在判断竞争的方法可采用波形 图和真值表,但要把各中间变量 列入,逐行考查有无竞争,另外也可用逻辑式判断3.5.3竞争冒险判别式由“ 1 ”变化到“ 0 ”时B =0这个条件如果不具备冒险就不会产生将上述两种冒险出现时假设的条件分别代入图3.47⑻、图3.49⑻ 所给出的电路的逻辑 式,于是可得:P2=AB + A 当彷1 时,P2 =A^A- (A + B)A 当办=D 时,F\=AA称这两个式子为竞争冒险判别式。

对于图3.49的情况,因为B =0, A从“ 1 ”变化到“ 0 ”,P3将从“ 0 ”变化到“ 1 ”,所以二次信号P3就相当经过延迟的且信号于是图3.49 (a)的电路在出现冒险的瞬间可用图3 .49 (b)的简化电路代替,即卩=〔貝+环,因为b =0,所以=(A+ 0).4 = AA一个门的输入信号可以写成A乘 ,就说明信号间一定存在竞争,在加上延迟就会出现冒险。

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