产生竞争冒险的原因

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探索组合逻辑电路的竞争冒险现象及消除方法

探索组合逻辑电路的竞争冒险现象及消除方法随着电子技术的不断发展和应用，组合逻辑电路作为数字电路中最简单的一种电路，在电子设备中应用广泛。

然而，在实际应用中，我们常常会遇到一些竞争冒险的问题。

那么，究竟什么是竞争冒险呢？它又是如何产生的呢？如何消除这种现象呢？下面就来一一解答。

一、竞争冒险的定义竞争冒险（Race Hazard）是指输入信号有多条路径到达输出端，而输出信号的正确性与哪条输入路线先到达输出端有关的一种现象。

简而言之，竞争冒险就是同一信号在不同的路径上到达目的地的时间不同，导致信号的正确性无法得到保证。

二、竞争冒险的产生原因竞争冒险通常是在异步电路中产生的。

异步电路是一种没有时钟信号的电路。

因为没有时钟信号控制，异步电路的输入信号会在任何时间到达电路中。

如果异步电路的不同信号路径的延时不相等，就会产生竞争冒险。

三、竞争冒险的消除方法为了消除竞争冒险，我们有以下几种方法：1.插入缓冲器插入缓冲器是一种最基本的解决竞争冒险问题的方法。

在信号到达目的地之前，可以在较长的信号路径中插入缓冲器，使延时较短的信号路径延迟与较长的信号路径相同的时间，达到信号的同步。

2.加强约束条件加强约束条件也可以消除竞争冒险的问题。

在设计电路的时候，我们可以设置更为严格的约束条件，使得各个信号路径的延迟时间尽量相近，从而避免产生竞争冒险。

3.优化电路结构优化电路结构也可以解决竞争冒险的问题。

我们可以在电路设计过程中尽量避免存在长短不一的信号路径，或者在架构设计时就考虑到延迟问题，在电路结构设计时保持信号路径相对简单结构，减少信号传输延迟时间。

总之，竞争冒险是组合逻辑电路中不可避免的现象，我们应该在电路设计与实现中充分考虑其存在，采取相应的措施来消除竞争冒险带来的风险和影响。

第五节时序逻辑电路中的竞争-冒险现象

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7
第五节时序逻辑电路中的竞争-冒险现象
移位寄存器中时钟偏移现象
输入
F F1 1D
Q1
F F12 1D
Q 12
F F13 Q 13 1D
F F24 1D
Q 24
C1
C1
C1
C1
CLK CLK CLK1 CLK 2
CLK1 G1
CLK 2 G2
电路图
tpd1
tpd2
时钟信号波形
1K
F F3
为了确保CLK3的上升沿在Q2的新状态稳定建立之后才到达FF3 ，可以在Q1到CLK3 的传输通道上增加延迟环节， G1和G2就是作延迟环节用的。
只要G1和G2的传输延迟时间足够长，一定能使Q2的变化先于CLK3的变化，保证电路按八进制计数循环正常工作。
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6
第五节时序逻辑电路中的竞争-冒险现象
为了保证触发器可靠地翻转，输入信号和时钟信号在时间配合上应满足一定的要求。然而当输入信号和时钟信号同时改变，而且途径不同路径到达同一触发器时，便产生了竞争。
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2
第五节时序逻辑电路中的竞争-冒险现象
第五节时序逻辑电路中的竞争-冒险现象
Hale Waihona Puke 五节时序逻辑电路中的竞争-冒险现象
8
时钟信号偏移有可能造成移位寄存器的误动作。
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第五节时序逻辑电路中的竞争-冒险现象
二、防止移位寄存器错移的方法
1D
C1
Q
12
F F12
CLK1
Q 13
1D C1
F F13
CLK 2
接入反相器作延迟环节

5组合逻辑电路中的竞争冒险

(b)
L A A 1 稳态逻辑关系
竞争产生负尖脉冲：偏1冒险
产生竞争冒险的原因：门电路的传输延迟使同一变量经过不同路径到达输出端的时间不同。
竞争冒险的危害性：使对脉冲敏感的系统出现误动作。
2 冒险现象的判别方法（分析法） 1）代数法
分析输入变量的取值情况，看是否存在某些输入变量的特定取值使表达式出现L=AA 或者L=A+A 例判断 L AC AB AC 是否存在冒险现象
B=1, A=0时出现L=C+C
AC AB
C 00 01 11 10
0
1
AB
BC
L= BC+ AC +AB
B=1, A=0时出现L=C+C+1
2）加滤波电容
A
A
&
C
A
1
&
≥1
L
C
1
&
C
C
B
B
(a)
L AC AB AC
L 冒险
(b)
3）加选通控制保证输出在输入信号稳定时有效
组合逻辑电路分析与设计小结
3.5 组合逻辑电路中的竞争冒险
1 竞争冒险的意义
竞争: 在组合逻辑电路中，若某个变量通过2条以上的途径到达输出端，由于每条路径上的延迟时间不同，到达输出端的时间有先后区别，这一现象叫做竞争。
A
B
1
G1 C
G3
&
G4
&
G2
L
&
冒险: 当某个变量发生变化时，如果真值表所描述的逻辑关系受到短暂的破坏，并在输出端出现不应有的尖脉冲，此种情况称为冒险。

组合逻辑电路中的竞争冒险

组合逻辑电路中的竞争冒险
前面分析组合逻辑电路时，都没有考虑门电路的延迟时间对电路产生的影响。

实际上，从信号输入到稳定输出需要一定的时间。

由于从输入到输出的过程中，不同通路上门的级数不同，或者门电路平均延迟时间的差异，使信号从输人经不同通路传输到输出级的时间不同。

由于这个原因，可能会使逻辑电路产生错误输出。

通常把这种现象称为竞争冒险。

一、产生竞争冒险的原因
首先来分析下图所示电路的工作情况，可以建立竞争冒险的概念。

在图中，与门G2的输入是Ａ和两个互补信号。

由于G1的延迟，的下降沿要滞后于Ａ的上升沿，因此在很短的时间间隔内，G2的两个输入端都会出现高电平，致使它的输出出现一个高电平窄脉冲（它是按逻辑设计要求不应出现的干扰脉冲），见图中的波形部分所示。

与门G2的２个输入信号分别由G1和Ａ端两个路径在不同的时刻到达的现象，通常称为竞争，由此而产生输出干扰脉冲的现象称为冒险。

下面进一步分析组合逻辑电路产生竞争冒险的原因。

设有一个逻辑电路如上图所示，其工作波形如下图所示。

它的输出逻辑表达式为。

由此式可知,当Ａ和Ｂ都为1时，L＝1，与C的状态无关。

但是，由波形图可以看出，在Ｃ由１变０时，Ｃ由０变１有一延迟时间，在这个时间间隔内,G2和G3的输出ＡＣ和同时为０，而使输出出现一负跳变的窄脉冲，即冒险现象。

这是产生竞争冒险的原因之一，其他原因这里不作详述。

由以上分析可知，当电路中存在由反相器产生的互补信号，且在互补信。

组合逻辑电路中的竞争与冒险知识讲解

A
1tpd A
1 Y
理想情况下的工作波形如图12－6（b）所示。
如考虑到G1门的平均传输延迟时间tpd时，则工作波形如图12－6（c）所示。
G1
A
1
G2
A
&
YA
1tpd
(a)
Y
(b)
五、产生竞争冒险的主要原因
在组合逻辑电路中，当一个门电路如G2输入两个同时向相反方向变化的互补信号时，则在输出端可能会产生不应有的尖峰原因
1
竞争冒险
3 消除冒险现象方法
2
冒险现象判别
一、理想情况
输入与输出为稳定状态或没有考虑信号通过导线和逻辑门的传输延迟时间。
二、实际情况
信号通过导线和门电路时，都存在时间延迟tpd。信号发生变化时也有一定的上升时间tr 或下降时间tf 。
在组合逻辑电路中，是否存在冒险现象，可由逻辑函数来判别如根据组合逻辑电路写出的输出逻辑函数在一定条件下可简化成下列两种形式时，则该组合逻辑电路可能存在冒险现象，即
YA•A 可能出现1型冒险。 YAA 可能出现0型冒险。例：试判别逻辑函数式 YAC ABAC是否可能出现冒险现象。
解：写出逻辑函数式 YAC ABAC 由逻辑表达式可看出A、C具有竞争能力
一、加封锁脉冲
在输入信号产生竞争冒险的时间内，引入一个脉冲将可能产生尖峰干扰脉冲的门封锁住。封锁脉冲应在输入信号转换前到来，转换结束后消失。
二、加选通脉冲
对输出可能产生尖峰干扰脉冲的门电路增加一个接选通信号的输入端，只有在输入信号转换完成并稳定后，才引入选通脉冲将它打开，此时才允许有输出。在转换过程中，没有加选通脉冲，输出不会出现尖峰干扰脉冲。

竞争冒险现象分析与消除

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6
（a）竞争冒险现象的仿真电路例1
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7
（b）0（低电平）型冒险输出图8.10.1 竞争冒险现象的仿真电路与输出波形
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8
2. 竞争冒险现象的仿真电路例
竞争冒险现象的仿真电路例2如图8.10.2 （a）所示，该电路的逻辑功能为，从逻辑表达式来看，无论输入信号如何变化，输出应保存不变，恒为0（低电平）。但实际情况并非如此，从仿真的结果可以看到，由于74LS05D
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2
利用卡诺图可以判断组合逻辑电路是否可能存在竞争冒险现象，具体做法如下：根据逻辑函数的表达式，作出其卡诺图，若卡诺图中填1的格所形成的卡诺图有两个相邻的圈相切，则该电路就存在竞争冒险的可能性。
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3
组合逻辑电路存在竞争就有可能产生冒险，造成输出的错误动作。因此，在设计组合逻辑电路时必须分析竞争冒险现象的产生的原因，解决电路设计中的问题，杜绝竞争冒险现象的产生。常用的消除竞争冒险的方法有：加取样脉冲，消除竞争冒险；修改逻辑设计，增加冗余项；在输出端接滤波电容；加封锁脉冲等。
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（a）竞争冒险现象的仿真电路例3
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（b）0（低电平）型冒险输出图8.10.2 竞争冒险现象的仿真电路与输出波形
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8.10.3 竞争冒险现象的消除
为了消除图8.10.3（a）所示电路的竞争冒险现象，修改逻辑设计，增加冗余项BC，该电路的逻辑功能为＋BC，修改后的电路和仿真结果如图 8.10.4所示，输出保持不变，恒为1（高电平），电路的竞争冒险现象被消除。
竞争冒险现象的仿真电路例3如图8.10.3 （a）所示，该电路的逻辑功能为，已知B=C=1，所以。从逻辑表达式来看，无论输入信号如何变化，输出应保存不变，恒为1（高电平）。但实际情况并非如此，从仿真的结果可以看到，

竞争冒险

什么是竞争和冒险，如何消除？∙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组合逻辑路径产生的，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（glitch）），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（glitch），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。

∙如何解决∙ 1.通过改变设计，破坏毛刺产生的条件，减少毛刺发生。

例如，数字电路设计中，常常采用Gray Code计数器取代普通计数器，因为Gray Code 计数器的输出每次只有一位跳变，消除了竞争冒险发生的条件，避免了毛刺的产生。

∙ 2.毛刺并不是对所有的输入都有危害，例如：D触发器的D输入端，只要毛刺不出现在时钟的上升沿且满足数据的建立和保持时间，就不会对系统造成危害，因此可以说D触发器的D输入端对毛刺不敏感。

4第四章组合逻辑电路中的竞争冒险

4第四章组合逻辑电路中的竞争冒险数字逻辑课件4.3组合逻辑电路中的竞争组合逻辑电路中的竞争冒险与险象数字逻辑课件竞争冒险的概念及其原因竞争：输入信号经过不同的路径到达输出端的时竞争：间有先有后，这种现象称为竞争。

间有先有后，这种现象称为竞争。

产生的原因：信号经过门的级数、具体逻辑门产生的原因：信号经过门的级数、的时延大小、导线的长短。

的时延大小、导线的长短。

竞争会给电路带来什么样的影响？竞争会给电路带来什么样的影响？数字逻辑课件一个简单门电路的冒险分析AFBF=A+A数字逻辑课件一、冒险与竞争竞争：在组合电路中，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冒险：由于竞争而引起电路输出发生瞬间错误现象。

冒险：由于竞争而引起电路输出发生瞬间错误现象。

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。

输出端出现了原设计中没有的窄脉冲，常称其为毛刺。

数字逻辑课件冒险的概念及其产生的原因如果电路中存在竞争现象，如果电路中存在竞争现象，则当输入信号变化时就有可能引起输出信号出现非预期的错误输出，时就有可能引起输出信号出现非预期的错误输出，险象或冒险。

这种现象称为险象或冒险。

在组合电路中，在组合电路中，当逻辑门有两个互补输入信号同时向相反状态变化时，同时向相反状态变化时，输出端可能产生过渡干扰脉冲的现象，竞争冒险。

扰脉冲的现象，称为竞争冒险。

数字逻辑课件险象的判断判断组合逻辑电路中是否有可能产生险象的方法有两种，代数法和卡诺图法。

的方法有两种，即代数法和卡诺图法。

数字逻辑课件代数法判断险象首先检查函数表达式中是否存在具备竞争条件的变量，条件的变量，即是否有某个变量同时以原变量和反变量的形式在函数表达式中出现。

变量和反变量的形式在函数表达式中出现。

若有，则消去函数表达式的其他变量，再若有，则消去函数表达式的其他变量，看函数表达式是否能化成或的形式，若能，看函数表达式是否能化成或的形式，若能，则对应的逻辑电路存在产生险象的可能性。

组合逻辑电路中的竞争冒险

当A=B=1时
CC
G1G1
G3 G4
G3
LG=4 AC + BLC
L = C +C
B=1
G5
BC
B
LB A
C00
01
11
10
0 0001
1 0111
L = AC + B C L = AC + B C + AB
当A=B=1时，根据逻辑表达式有 L = C +C +1
AB
3. 输出端并联电容器如果逻辑电路在较慢速度下工作，为了消去竞争冒险，可以在输出端并联一电容器，致使输出波形上升沿和下降沿变化比较缓慢，可对于很窄的负跳变脉冲起到平波的作用。
4~20pF
2 消去竞争冒险的方法
1. 发现并消除互补变量
A
A B
B
L = ( A + B )( A + C )
L B = C = 0时
L
F = AA
C
C
可能出现竞争冒险。
为消掉AA，变换逻辑函数式为
F = AC + A B + BC
2. 增加乘积项,避免互补项相加
G2 A
L = AC + BC
G2
A=1
AC
组合逻辑电路中的竞争冒险
1 产生的竞争冒险的原因
不考虑门的延时时间，且B=A
A
L
A
L
B
B
考虑门的延时时间，且用非门实现B=A时
A
A
B
B
L L
A=1
G1 C

G2 AC G4
G3
C
C L
AC

数字电路实验五--组合电路中的竞争与冒险

加冗余项BCD，即有
化成以下形式：
图（5）加冗余项电路图
根据F的画得逻辑图如图（5）所示，经过观察，这也可以消除竞争冒险现象。
因为当B=C=D=1时，有冗余项BCD=1，而，故F=1，此时不论A和是否经过同样数目的与非门都无法影响结果（F=1）的输出。
六、实验心得：
经过本次实验，可以知道门电路传输延迟时差是产生竞争冒险现象的主要原因，险象有可能是电路输出产生错误，因此想办法消除，方法主要有三个，一是接入滤波电容，而是引入选通脉冲，三是增加冗余项，进而修改逻辑设计。
实验报告
院（系）学号审批
专业实验人
实验题目：组合电路中的竞争与冒险
一、实验目的和要求：
1、观察组合电路中的竞争与冒险现象；
2、了解消除竞争与冒险现象的方法。
二、实验仪器及器件：
1、数字电路实验箱、数字万用表、示波器；
2、器件：3个74LS00、1个74LS20、1个330PF电容。
三、实验原理：
1、竞争冒险现象及其成因
A
B
C
D
F
F测
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0

竞争与冒险

竞争与冒险解释一:在组合逻辑中，由于门的输入信号通路中经过了不同的延时，导致到达该门的时间不一致叫竞争。

产生毛刺叫冒险。

如果布尔式中有相反的信号则可能产生竞争和冒险现象。

解决方法：一是添加布尔式的（冗余）消去项，但是不能避免功能冒险，二是在芯片外部加电容。

三是增加选通电路。

在组合逻辑中，由于多少输入信号变化先后不同、信号传输的路径不同，或是各种器件延迟时间不同（这种现象称为竞争）都有可能造成输出波形产生不应有的尖脉冲（俗称毛刺），这种现象成为冒险。

解释二: 竞争与冒险是数字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，但有冒险就定有竞争。

在组合逻辑中，由于门的输入信号通路中经过了不同的延时，导致到达该门的时间不一致叫竞争。

产生毛刺叫冒险。

如果布尔式中有相反的信号则可能产生竞争和冒险现象。

解决方法：一是添加布尔式的消去项，二是在芯片外部加电容。

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。

变的时刻有先有后，这种时差引起的现象称为竞争Race ）。

组合逻辑电路中的竞争冒险

组合逻辑电路中的竞争冒险一、定义1、竞争：组合电路中，若某个变量通过两条以上途径到达输入端，由于每条路径上的延迟时间不同，到达逻辑门的时间就有先有后的现象。

2、冒险：因竞争使真值表描述的逻辑关系受到短暂的破坏，在输出端产生错误结果的现象。

(毛刺) 有竞争存在时不一定产生冒险。

二、冒险的类型“1”型冒险：使输出出现高电平窄脉冲的冒险；（恒为0时不为0，A A∙）“0”型冒险：使输出出现低电平窄脉冲的冒险。

（恒为1时不为1，A A+）三、0型冒险和1型冒险的判断在一个逻辑函数式Y中，如果某个变量以原变量和反变量的形式在式中出现，那么该变量就是具有竞争条件的变量。

1．如果令其它变量为0或1消去后式子中出现类似下式形式：=则电路中就会产生0型冒险。

AY+A2．如果令其它变量为0或1消去后式子中出现类似下式形式：四、判断方法：（1）找出以原、反变量同时出现的变量；（2）以其它变量为自变量列真值表求Y 的表达式；（3）Y 中有A A ∙则存在“1”型冒险；有A A +则存在“0”型冒险五、消除办法：（1）修改逻辑设计；（2）增加选通脉冲；（3）使用滤波电容。

例24 判断C A B A AC Y ++=是否存在冒险。

解：（1）判断条件：函数式中以原、反变量形式出现同时出现的A 是C 和，先判断A 见表。

A 变量判断表（2）判断结果：从表中可以看出当1==C B 时有A A Y +=则电路中A 信号在“0型冒险”。

同理判断变量C ，会发现变量C 不存在冒险。

1型冒险的判断方法同上面一样。

四、修改逻辑设计以消除竞争冒险利用逻辑代数中的公式对存在冒险的逻辑函数式进行变换，增加多余项，来消除冒险。

例如AC=，Y+AB在1==CB时有0型冒险。

如果利用公式将Y变换为：+Y+=A=，则当1=+ACBCBBAACB时结果变为1=Y，从=C而消除了冒险。

竞争冒险的概念及其产生原因一、竞...

5.画逻辑图
二、设计举例
[例 3. 1. 2] 设计一个表决电路，要求输出信号的电平与三个输入信号中的多数电平一致。
[解] 1. 逻辑抽象
（1）设定变量：输入 A、B、C ，输出 Y
（2）状态赋值： A、B、C = 0 表示输入信号为低电平 A、B、C = 1 表示输入信号为高电平 Y = 0 表示输入信号中多数为低电平 Y = 1 表示输入信号中多数为高电平
国标符号
Si
Ci
Σ
CO CI
Ai Bi Ci-1
(b) 用与或非门和非门实现
Si Ai BiCi-1 Ai BiCi-1 Ai BiCi-1 Ai BiCi-1
Ci Ai Bi AiCi-1 BiCi-1
Ci
Si
≥1
&
≥1
&
1
1
Ai
Bi
1
Ci-1
3. 集成全加器双全加器
TTL：74LS183 CMOS：C661
&
& M2
≥1
& G2
&
& M1
≥1
&
&
G1
& M0
≥1
&
&
G0
M
&
L
≥1
≥1
G
4 位集成数值比较器的真值表
比较输入
级联输入
输出
A3B3 >
= = = = = = < =
A2B2
> = = = =
= <
A1B1
> = = =
=
A0B0 A<B A=B A>B FA < B 0

产生竞争冒险的原因

3.6 组合电路中的竞争冒险
1、产生竞争冒险的原因
在组合电路中，当输入信号的状态改变时，输出端可能会出现不正常的干扰信号，使电路产生错误的输出，这种现象称为竞争冒险。产生竞争冒险的原因：主要是门电路的延迟时间产生的。
A 1 (a) A A Y1 (b) & Y1 A 1 (a) ≥1 Y2
Y1 AA 0
74LS138 A B C S3 S2 1 S1 A0 A1 A2 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 & F
题28图
（2009） 28. 题28图中74LS138为集成3线—8线译码器。（1）写出F的表达式；（2）填写F的卡诺图，并写出F的最简与或式。
74LS138 A B C S3 S2 1 S1 A0 A1 A2 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 & F
2 A B C 1 1 & 3 & 4 ≥1 Y
AB C 0 1
00 0 0
01 0 1
11 0 1
10 1 1
增加冗余项，消除竞争冒险
A 1 1
2 & 3 & 4 & 5 ≥1
Y AB BC AC
B C
Y
添加冗余项AC后，当A=1，C=1时，输出必恒为1.
（2002） 24. (6分)由全加器构成的电路如图所示，试写出Y1与D1，D0的最简与或表达式。 Y1 Y0
题28图
本章小结
本章重点介绍了组合逻辑电路的分析、设计与应用，在此基础上给出常用中规模集成组合逻辑电路芯片，如加法器、比较器、编码器、译码器、数据选择器等。组合逻辑电路可以由门电路构成，也可以由集成芯片构成，在分析和设计时，要求能熟练掌握。在分析时，通过分析电路、写出输出逻辑式及真值表，能判断常用组合逻辑电路的功能。在设计时，由所给的逻辑要求写出真值表和逻辑式，由所给门电路或器件得出实现的电路。

竞争冒险

Y = ( A + B )( B + C )
当取A=0、C=0时当取A=0、C=0时， A=0
Y = BB
因此，图示电路存在冒险现象。因此，图示电路存在冒险现象。
三、消除冒险现象的方法
1.加封锁脉冲。在输入信号产生竞争冒险的时间内，加封锁脉冲。在输入信号产生竞争冒险的时间内，加封锁脉冲引人一个脉冲将可能产生尖峰干扰脉冲的门封锁住。引人一个脉冲将可能产生尖峰干扰脉冲的门封锁住。封锁脉冲应在输入信号转换前到来，转换结束后消失。封锁脉冲应在输入信号转换前到来，转换结束后消失。 2.加选通脉冲。对输出可能产生尖峰干扰脉冲的门电加选通脉冲。加选通脉冲路增加一个接选通信号的输入端，路增加一个接选通信号的输入端，只有在输入信号转换完成并稳定后，才引入选通脉冲将它打开，此时才换完成并稳定后，才引入选通脉冲将它打开，允许有输出。在转换过程中，由于没有加选通脉冲，允许有输出。在转换过程中，由于没有加选通脉冲，因此，输出不会出现尖峰干扰脉冲。因此，输出不会出现尖峰干扰脉冲。 3.接人滤波电容。由于尖峰干扰脉冲的宽度一般都很接人滤波电容。接人滤波电容在可能产生尖峰干扰脉冲的门！窄，在可能产生尖峰干扰脉冲的门！电路输出端与地之间接入一个容量为几十皮法的电容就可吸收掉尖峰干扰脉冲。干扰脉冲。 4.修改逻辑设计。修改逻辑设计。修改逻辑设计
A 1 (a) A A Y1 (b) & Y1 A 1 (a) ≥1 Y2
Y1 = AA = 0
A A Y2
Y2 = A + A = 1
(b)
干扰信号
二、竞争冒险现象的判别
在组合逻辑电路中，是否存在冒险现象，在组合逻辑电路中，是否存在冒险现象，可通过逻辑函数来判别。数来判别。如根据组合逻辑电路写出的输出逻辑函数在一定条件下可简化成下列两种形式时，条件下可简化成下列两种形式时，则该组合逻辑电路存在冒险现象。如果输出端门电路的两个输入信号A和 ′是输入变量A经过两个如果输出端门电路的两个输入信号和A′是输入变量经过两个不同的传输途径而来，则当输入变量A的状态发生突变时输出不同的传输途径而来，则当输入变量的状态发生突变时输出端有可能产生尖峰脉冲，端有可能产生尖峰脉冲，故只要输出端的逻辑函数在一定条件下能简化成Y＝A＋ A′或 Y＝A· A′,则可判定存在竞争－冒险现下能简化成＝＋ ′ ＝ ′ 则可判定存在竞争－则可判定存在竞争象

数字逻辑课件——组合电路中的竞争冒险

0
1
0
0
1
7
3.4.2 消除竞争冒险的方法
检查一个组合电路中是否存在竞争冒险，有多种方法。最直观的方法就是逐级列出电路的真值表，并找出哪些门的输入信号会发生竞争 — 一个从0变为1，而另一个同时从1变为0，然后，判断是否会在整个电路的输出端产生干扰脉冲。如果可能产生则有竞争冒险，否则就没有。
电路中，只要Cf有几百微微法，就足以把干扰脉冲削弱至开
门电平以下。
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4. 修改逻辑设计增加冗余项
当竞争冒险是由单个变量改变状态引起时，则可用增加冗余项的方法予以消除。例如给定的
逻辑函数是 Y AB AC
则可以画出它的逻
辑图，如右图所示。不难发现，当B = C = 1时，有
Y AB AC
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第三章习题
3.1，3.3，3.4 3.7，3.8(3)、(5)，3.9 3.11，3.12(4)、(5)，3.15
23
解：画出函数Y的卡诺图，见下图。
分析单个变量改变状态时有无竞争冒险。由图可知，有竞争冒险。
因为乘积项 A B C 和BD相邻。当 A C D 1
时，Y B B ，B改变状态时，输出端可能出现过渡干扰脉冲。
图3-4-6 例3-11的卡诺图
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乘积项 AC D和BD相邻。
当A = B = C = 1时，Y D D D改变状态时，输出端也可能出现过渡干扰脉冲。
8
在有竞争冒险存在的情况下，而负载又是对脉冲敏感的电路，那么就应设法消除。下面是常用的消除竞争冒险的方法。 1. 引入封锁脉冲为了消除因竞争冒险所产生的干扰脉冲，可以引入一个负脉冲，在输入信号发生竞争的时间内，把可能产
生干扰脉冲的门封住，下图中的负脉冲P1就是这样的

竞争和冒险

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组合逻辑路径产生的，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（glitch）），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（glitch），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。

如何解决1.通过改变设计，破坏毛刺产生的条件，减少毛刺发生。

2.毛刺并不是对所有的输入都有危害，例如：D触发器的D输入端，只要毛刺不出现在时钟的上升沿且满足数据的建立和保持时间，就不会对系统造成危害，因此可以说D触发器的D输入端对毛刺不敏感。