2009-7-30 卢庆莉 编写
4.3 竞争和冒险前面讨论的组合逻辑电路的分析和设计,
是假定输入输出处于 稳定的逻辑电平下进行的 。对于实际电路来说，当所有的输入信号逻辑电平发生 变化的瞬间,电路的输出可能出现 违背稳态下的逻辑关系,尽管这种不希望有的输出是 暂时的,但它仍会导致被控对象的 误动作 。为此，组合电路 设计完成 后要进行 竞争与冒险分析 。
2009-7-30 卢庆莉 编写一?竞争和冒险的概念
1?竞争
(1) 由于连线和集成门有一定的延迟时间，致使同一输入信号经过不同路径到达输出端有先有后
（ 1个或 1个以上输入信号变化）；
(2) 多个输入信号同时变化，由于变化的快慢不同，致使多个输入信号到达输出端有先有后（ 2个或 2个以上输入信号变化）。
上述这些现象都称为 变量的竞争 。
2009-7-30 卢庆莉 编写例如：
对于变量 C而言，
它有两条通行的路线，
如图所示。
①
① 路线到达 g端的时间为 1tpd ;
②
② 路线到达 f端的时间为 2tpd 。
=AC BC
对于 C信号变量而言，它在不同路径上传输，传输到达输出与非门的输入端的时间不一样，而这种现象就称为 变量的竞争 。
2009-7-30 卢庆莉 编写
2?冒险冒险是由于变量的竞争引起 。
由于竞争现象的存在,使得逻辑函数所描述的逻辑关系可能受到短暂的破坏,输出出现不应有的尖峰信号 (或毛刺 ),这种现象就称为 冒险现象 。
变量 A通过两条途径到达最后的或门,
被称为 有竞争能力的变量 。而变量 B和 C只有一条路径到达输出端，所以他们是 无竞争能力的变量 。
2009-7-30 卢庆莉 编写分析冒险产生的过程：
假设各门的延时时间 tpd相同。
当 B=C=1时,F=A+A=1
由于 A信号所走的路径不同，输出 F的波形会出现了一个短暂的负向尖峰。
而这个负尖峰就是所产生的 冒险 。同时可看出冒险一般发生 在输入信号动态变化的瞬间 。
2009-7-30 卢庆莉 编写冒险有多种分类方法，如按短暂尖峰极性的不同，
可将冒险分为两类：,0”型冒险 和,1”型冒险 。如图所示。
按产生短暂尖峰的原因，冒险可分为：
逻辑冒险 和 功能冒险 。
2009-7-30 卢庆莉 编写
① 逻辑冒险
————输入信号经过的路径不同而引起的冒险，称为 逻辑冒险 。
1 – 0 – 1型冒险，简称为,0”型冒险，由
2009-7-30 卢庆莉 编写
0 – 1 – 0型冒险，简称为,1”型冒险，由
② 功能冒险
——当多个输入信号同时变化的瞬间，由于变化的快慢不同，而引起的冒险称为 功能冒险 。
2009-7-30 卢庆莉 编写二?逻辑冒险的判别方法
1,逻辑冒险的判断判断逻辑冒险有两种方法,代数法 和 卡诺图法 。
（ 1）代数法主要是利用代数法中的公式来判断。
判断方法：
2009-7-30 卢庆莉 编写解：表达式中 A?B?C三个变量都同时以原变量和反变量的形式出现，通过分析可知：
例 4.3.1 判别逻辑表达式 F=AB+AC+BC是否存在冒险现象。
2009-7-30 卢庆莉 编写缺点,不直观。
例 4.3.2 判别逻辑表达式 F= (A+C)(B+C)(A+B)
是否存在冒险现象。
解：表达式中变量 A和 C都存在原变量和反变量的形式。
当 A= B =0时,F=C C，出现 1型冒险。
当 C=0? B =0时,F=A A，出现 1型冒险。
从上面两个例子可看出,
说明,F存在,1”型的逻辑冒险。
与或式 得到 0型冒险；
或与式 得到 1型冒险。
2009-7-30 卢庆莉 编写
2?卡诺图法判断冒险的 方法,是将函数按所圈画的方式填入卡诺图中，然后检查卡诺图中的卡诺圈是否 相切,如相切则 存在冒险 。
逻辑冒险产生的 条件,
相切部分没有被另外的卡诺圈包围,就判断该表达式实现的电路存在逻辑冒险。例如：当 A=B=1,C发生跳变，表达式 F=C+ C，出现 0型冒险。
2009-7-30 卢庆莉 编写练习 1:
变量 A为竞争变量变量 C为竞争变量
2009-7-30 卢庆莉 编写三?功能冒险
1?功能冒险的判断当多个（两个以上）输入信号同时变化的瞬间，
由于变化的快慢不同而引起的冒险称为 功能冒险 。
ABC三个变量从 101 → 110 时,A不变,BC同时变化，但如果 BC在变化时刻上略微的差异，则会引起功能冒险。
讨论,① B 比 C 快,则
A不变
F（ 101） = F（ 111） =F（ 110） =1，不会出现功能冒险
101 111 110
2009-7-30 卢庆莉 编写
② C 比 B变化快，则
101
1 → 0 → 1,此时,出现,0”型功能冒险 。
强调,逻辑冒险是由于门的 tpd引起的，而功能冒险是多个变量同时变化的瞬间的时差造成的。
100 110
F(101)?F(100)?F(110)
A不变
2009-7-30 卢庆莉 编写
2.功能冒险的 判断方法,
找出不变的变量所对应的卡诺圈，若该圈中小方格的数值 有,0”有,1”，则必然有功能冒险，若该圈中 全为,1”，则 无冒险。
当 ABC = 101 → 110 时，
不变的信号为 A，圈画 A。
如圈中有,0”格,有,1”格,说明 有功能冒险 。
2009-7-30 卢庆莉 编写讨论：
1） 0100 → 1101
B和 C不变,A和 D变化。
红圈中有,0”有,1”,说明电路有功能冒险。并且为,0”型的功能冒险。
信号变化没有跨越相切的卡诺圈。不存在逻辑冒险。
0
2009-7-30 卢庆莉 编写
2） 0111 → 1110
红圈中只有,1”，说明电路无功能冒险。
B和 C不变，
A和 D变化。
红圈中信号变化跨越相切的卡诺圈，电路存在逻辑冒险。即,F=D+D，存在,0”型的逻辑冒险。
2009-7-30 卢庆莉 编写
2?冒险的消除方法
1）增加多余项例一,F=AC+BC+AC
2009-7-30 卢庆莉 编写
2009-7-30 卢庆莉 编写
2009-7-30 卢庆莉 编写
2009-7-30 卢庆莉 编写练习 1:
讨论,
① 当 A=B=D=1时,
② 当 B=D=C=1时,
2009-7-30 卢庆莉 编写
2）加滤波电容竞争冒险产生的脉冲都很窄，在输出端并接一个电容 C，就可以吸收冒险的尖峰脉冲，使电路消除冒险。
（ C的取值：几十 PF）
2009-7-30 卢庆莉 编写
3) 加取样脉冲强调,这种方法不是消除冒险,而是避免冒险。
原因,发生在输入信号变化的瞬间，采用取样脉冲，错开输入信号变化的瞬间，抽样出组合电路的稳态输出值，即可避免冒险。
2009-7-30 卢庆莉 编写正确输出 F
有冒险的输出 F
取样脉冲避开冒险的输出 F*
图 4.3.11 取样法消除冒险的示意图例如,
2009-7-30 卢庆莉 编写加取样脉冲的原理：
与 -或式：
在每个与项中加控制信号，即：
讨论,
① 当 CP=0时
② 当 CP=1时
2009-7-30 卢庆莉 编写或 -与式：
在与项中加控制信号，即：
讨论,
① 当 CP=0时
② 当 CP=1时
2009-7-30 卢庆莉 编写与或非式：
在或项中加控制信号，即,讨论,
① 当 CP=0时
② 当 CP=1时
2009-7-30 卢庆莉 编写取样脉冲 极性 及 位置 的 选取原则,
1）脉冲在有效电平时，实现正常逻辑 （ F=F） 。
2）脉冲在无效电平时，实现输出为,0（ F=0） 。
说明：
① 组合逻辑电路的输出，为 电平 输出 。
② 加入取样脉冲后，组合逻辑电路输出变为 脉冲信号输出，它的变化频率取决于 取样脉冲的 频率 。
总结：
2009-7-30 卢庆莉 编写
2009-7-30 卢庆莉 编写四?用 MSI实现某一函数，也可能产生冒险消除 MSI的冒险 方法,
是在其使能端上加入取样脉冲。
2009-7-30 卢庆莉 编写解,F = A B + A C 的卡诺图如下所示：
取样脉冲加在 74138的 使能端上,如下图所示：
由图可知，该电路存在逻辑冒险，
2009-7-30 卢庆莉 编写作业,4.21,4.22
2009-7-30 卢庆莉 编写第四章 小结一、组合逻辑电路的基本概念
1.定义
2.结构特点
(1) 电路由逻辑门构成，不含记忆元件；
(2) 输入信号是单向传输的，电路中不含反馈回路；
3.功能描述真值表；表达式；卡诺图；电路图；波形图
2009-7-30 卢庆莉 编写二,SSI构成的组合逻辑电路的分析和设计
1.分析步骤
(1)从输入端开始，逐级推导出函数表达式 ;
(2)列真值表
(3)确定逻辑功能 (难点 )
2.设计步骤
(1)列真值表； （难点）
(2)写最简表达式；
(3)画逻辑电路
2009-7-30 卢庆莉 编写三,MSI组合逻辑电路的工作原理及应用
1.功能表、简化逻辑符号
2.典型应用
(1) 用二进制译码器设计组合逻辑电路
(2) 用数据选择器设计组合逻辑电路四、组合逻辑电路中的竞争和冒险
1.竞争和冒险的概念
(1) 1型冒险和 0型冒险；
(2) 逻辑冒险和功能冒险 ；
2009-7-30 卢庆莉 编写
2.逻辑冒险、功能冒险的检查
3.冒险的消除方法
4.3 竞争和冒险前面讨论的组合逻辑电路的分析和设计,
是假定输入输出处于 稳定的逻辑电平下进行的 。对于实际电路来说，当所有的输入信号逻辑电平发生 变化的瞬间,电路的输出可能出现 违背稳态下的逻辑关系,尽管这种不希望有的输出是 暂时的,但它仍会导致被控对象的 误动作 。为此，组合电路 设计完成 后要进行 竞争与冒险分析 。
2009-7-30 卢庆莉 编写一?竞争和冒险的概念
1?竞争
(1) 由于连线和集成门有一定的延迟时间，致使同一输入信号经过不同路径到达输出端有先有后
（ 1个或 1个以上输入信号变化）；
(2) 多个输入信号同时变化，由于变化的快慢不同，致使多个输入信号到达输出端有先有后（ 2个或 2个以上输入信号变化）。
上述这些现象都称为 变量的竞争 。
2009-7-30 卢庆莉 编写例如：
对于变量 C而言，
它有两条通行的路线，
如图所示。
①
① 路线到达 g端的时间为 1tpd ;
②
② 路线到达 f端的时间为 2tpd 。
=AC BC
对于 C信号变量而言，它在不同路径上传输，传输到达输出与非门的输入端的时间不一样，而这种现象就称为 变量的竞争 。
2009-7-30 卢庆莉 编写
2?冒险冒险是由于变量的竞争引起 。
由于竞争现象的存在,使得逻辑函数所描述的逻辑关系可能受到短暂的破坏,输出出现不应有的尖峰信号 (或毛刺 ),这种现象就称为 冒险现象 。
变量 A通过两条途径到达最后的或门,
被称为 有竞争能力的变量 。而变量 B和 C只有一条路径到达输出端，所以他们是 无竞争能力的变量 。
2009-7-30 卢庆莉 编写分析冒险产生的过程：
假设各门的延时时间 tpd相同。
当 B=C=1时,F=A+A=1
由于 A信号所走的路径不同，输出 F的波形会出现了一个短暂的负向尖峰。
而这个负尖峰就是所产生的 冒险 。同时可看出冒险一般发生 在输入信号动态变化的瞬间 。
2009-7-30 卢庆莉 编写冒险有多种分类方法，如按短暂尖峰极性的不同，
可将冒险分为两类：,0”型冒险 和,1”型冒险 。如图所示。
按产生短暂尖峰的原因，冒险可分为：
逻辑冒险 和 功能冒险 。
2009-7-30 卢庆莉 编写
① 逻辑冒险
————输入信号经过的路径不同而引起的冒险，称为 逻辑冒险 。
1 – 0 – 1型冒险，简称为,0”型冒险，由
2009-7-30 卢庆莉 编写
0 – 1 – 0型冒险，简称为,1”型冒险，由
② 功能冒险
——当多个输入信号同时变化的瞬间，由于变化的快慢不同，而引起的冒险称为 功能冒险 。
2009-7-30 卢庆莉 编写二?逻辑冒险的判别方法
1,逻辑冒险的判断判断逻辑冒险有两种方法,代数法 和 卡诺图法 。
（ 1）代数法主要是利用代数法中的公式来判断。
判断方法：
2009-7-30 卢庆莉 编写解：表达式中 A?B?C三个变量都同时以原变量和反变量的形式出现，通过分析可知：
例 4.3.1 判别逻辑表达式 F=AB+AC+BC是否存在冒险现象。
2009-7-30 卢庆莉 编写缺点,不直观。
例 4.3.2 判别逻辑表达式 F= (A+C)(B+C)(A+B)
是否存在冒险现象。
解：表达式中变量 A和 C都存在原变量和反变量的形式。
当 A= B =0时,F=C C，出现 1型冒险。
当 C=0? B =0时,F=A A，出现 1型冒险。
从上面两个例子可看出,
说明,F存在,1”型的逻辑冒险。
与或式 得到 0型冒险；
或与式 得到 1型冒险。
2009-7-30 卢庆莉 编写
2?卡诺图法判断冒险的 方法,是将函数按所圈画的方式填入卡诺图中，然后检查卡诺图中的卡诺圈是否 相切,如相切则 存在冒险 。
逻辑冒险产生的 条件,
相切部分没有被另外的卡诺圈包围,就判断该表达式实现的电路存在逻辑冒险。例如：当 A=B=1,C发生跳变，表达式 F=C+ C，出现 0型冒险。
2009-7-30 卢庆莉 编写练习 1:
变量 A为竞争变量变量 C为竞争变量
2009-7-30 卢庆莉 编写三?功能冒险
1?功能冒险的判断当多个（两个以上）输入信号同时变化的瞬间，
由于变化的快慢不同而引起的冒险称为 功能冒险 。
ABC三个变量从 101 → 110 时,A不变,BC同时变化，但如果 BC在变化时刻上略微的差异，则会引起功能冒险。
讨论,① B 比 C 快,则
A不变
F（ 101） = F（ 111） =F（ 110） =1，不会出现功能冒险
101 111 110
2009-7-30 卢庆莉 编写
② C 比 B变化快，则
101
1 → 0 → 1,此时,出现,0”型功能冒险 。
强调,逻辑冒险是由于门的 tpd引起的，而功能冒险是多个变量同时变化的瞬间的时差造成的。
100 110
F(101)?F(100)?F(110)
A不变
2009-7-30 卢庆莉 编写
2.功能冒险的 判断方法,
找出不变的变量所对应的卡诺圈，若该圈中小方格的数值 有,0”有,1”，则必然有功能冒险，若该圈中 全为,1”，则 无冒险。
当 ABC = 101 → 110 时，
不变的信号为 A，圈画 A。
如圈中有,0”格,有,1”格,说明 有功能冒险 。
2009-7-30 卢庆莉 编写讨论：
1） 0100 → 1101
B和 C不变,A和 D变化。
红圈中有,0”有,1”,说明电路有功能冒险。并且为,0”型的功能冒险。
信号变化没有跨越相切的卡诺圈。不存在逻辑冒险。
0
2009-7-30 卢庆莉 编写
2） 0111 → 1110
红圈中只有,1”，说明电路无功能冒险。
B和 C不变，
A和 D变化。
红圈中信号变化跨越相切的卡诺圈，电路存在逻辑冒险。即,F=D+D，存在,0”型的逻辑冒险。
2009-7-30 卢庆莉 编写
2?冒险的消除方法
1）增加多余项例一,F=AC+BC+AC
2009-7-30 卢庆莉 编写
2009-7-30 卢庆莉 编写
2009-7-30 卢庆莉 编写
2009-7-30 卢庆莉 编写练习 1:
讨论,
① 当 A=B=D=1时,
② 当 B=D=C=1时,
2009-7-30 卢庆莉 编写
2）加滤波电容竞争冒险产生的脉冲都很窄，在输出端并接一个电容 C，就可以吸收冒险的尖峰脉冲，使电路消除冒险。
（ C的取值：几十 PF）
2009-7-30 卢庆莉 编写
3) 加取样脉冲强调,这种方法不是消除冒险,而是避免冒险。
原因,发生在输入信号变化的瞬间，采用取样脉冲，错开输入信号变化的瞬间，抽样出组合电路的稳态输出值，即可避免冒险。
2009-7-30 卢庆莉 编写正确输出 F
有冒险的输出 F
取样脉冲避开冒险的输出 F*
图 4.3.11 取样法消除冒险的示意图例如,
2009-7-30 卢庆莉 编写加取样脉冲的原理：
与 -或式：
在每个与项中加控制信号，即：
讨论,
① 当 CP=0时
② 当 CP=1时
2009-7-30 卢庆莉 编写或 -与式：
在与项中加控制信号，即：
讨论,
① 当 CP=0时
② 当 CP=1时
2009-7-30 卢庆莉 编写与或非式：
在或项中加控制信号，即,讨论,
① 当 CP=0时
② 当 CP=1时
2009-7-30 卢庆莉 编写取样脉冲 极性 及 位置 的 选取原则,
1）脉冲在有效电平时，实现正常逻辑 （ F=F） 。
2）脉冲在无效电平时，实现输出为,0（ F=0） 。
说明：
① 组合逻辑电路的输出，为 电平 输出 。
② 加入取样脉冲后，组合逻辑电路输出变为 脉冲信号输出，它的变化频率取决于 取样脉冲的 频率 。
总结：
2009-7-30 卢庆莉 编写
2009-7-30 卢庆莉 编写四?用 MSI实现某一函数，也可能产生冒险消除 MSI的冒险 方法,
是在其使能端上加入取样脉冲。
2009-7-30 卢庆莉 编写解,F = A B + A C 的卡诺图如下所示：
取样脉冲加在 74138的 使能端上,如下图所示：
由图可知，该电路存在逻辑冒险，
2009-7-30 卢庆莉 编写作业,4.21,4.22
2009-7-30 卢庆莉 编写第四章 小结一、组合逻辑电路的基本概念
1.定义
2.结构特点
(1) 电路由逻辑门构成，不含记忆元件；
(2) 输入信号是单向传输的，电路中不含反馈回路；
3.功能描述真值表；表达式；卡诺图；电路图；波形图
2009-7-30 卢庆莉 编写二,SSI构成的组合逻辑电路的分析和设计
1.分析步骤
(1)从输入端开始，逐级推导出函数表达式 ;
(2)列真值表
(3)确定逻辑功能 (难点 )
2.设计步骤
(1)列真值表； （难点）
(2)写最简表达式；
(3)画逻辑电路
2009-7-30 卢庆莉 编写三,MSI组合逻辑电路的工作原理及应用
1.功能表、简化逻辑符号
2.典型应用
(1) 用二进制译码器设计组合逻辑电路
(2) 用数据选择器设计组合逻辑电路四、组合逻辑电路中的竞争和冒险
1.竞争和冒险的概念
(1) 1型冒险和 0型冒险；
(2) 逻辑冒险和功能冒险 ；
2009-7-30 卢庆莉 编写
2.逻辑冒险、功能冒险的检查
3.冒险的消除方法
