译码器竞争冒险及其处理的仿真分析

译码器竞争冒险及其处理的仿真分析
司佑全;张学文
【摘要】In general, ones perform analysis on the competition adventure with SSI small-scale combinational circuit in the literature.However, in fact, the middling-scale combinational circuit also often occur in the competition adventure.In this paper, as example, taking the composition 74LS138 function generator, by use of the Karnaugh maps and Multisim simulation software, the authors perform analysis and give some method which can eliminate the competition risky of decoder.%文献中一般是针对SSI小规模组合电路竞争冒险进行分析，然而，实际上中规模组合电路也常出现竞争冒险现象。

以74LS138组成函数发生器为例，利用卡诺图和Multisim仿真软件来进行分析，并且给出消除译码器竞争冒险的方法。

【期刊名称】《湖北师范学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2015(000)004
【总页数】5页(P40-44)
【关键词】译码器;竞争冒险;虚拟仿真
【作者】司佑全;张学文
【作者单位】湖北师范学院物理与电子科学学院，湖北黄石 435002;湖北师范学院物理与电子科学学院，湖北黄石 435002
【正文语种】中文
【中图分类】TP302.2
在组合逻辑电路中，由于输入信号传输到输出端路径和时间的不同(称为竞争)，在输出端可能会出现不应有的干扰信号(称为冒险)[1].
文献一般都是针对SSI小规模组合电路竞争冒险进行分析，中规模组合电路是由基本门电路组成的，由于门电路的传输延迟时间不等，输出就有可能出现不符合稳态下逻辑关系的尖峰脉冲[2].
译码器除实现译码和显示功能外，还能附加逻辑门实现其它功能的电路、设计.借助MSI(中规模集成组件)来实现的电路，可以缩小电路的体积，减少连线.提高电
路的可靠性，降低电路的成本.译码器附加门电路实现多输出函数非常方便[3].利用译码器74LS138和74LS20实现B+CA=∑m(2,3,5,7).将译码器的输出端
Y2,Y3,Y5,Y7 分别接到74LS20的4个输入端，就可以得到所要实现的函数.之后
要对所设计电路进行冒险分析.
图1中 B与 CA两个卡诺圈相切，且相切的卡诺圈没有被其它卡诺圈包围，相切处B=1,A=1，所以当B=1，A=1,C发生变化,CBA从011→111会发生逻辑冒险.
当CBA从101→011时，C和B两个变量同时发生了跳变，然而实际上CB两信号的变化不可能在同时完成，出现了变量的竞争.若C先变化，则CBA的取值出现了过渡态001，由卡诺图知道CBA在过渡态的函数输出为0，然而CBA在变化前后的稳定态输出值均为1，此时出现了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，为功能冒险.
同样当CBA由010→111时，CBA的取值出现了过渡态110，也出现了0型冒险.
1.2.1 逻辑冒险现象
用74LS138实现函数电路如图2所示.
由图3可见，当字信号发生器CBA的取值组合从011向111变化时出现了0型
逻辑冒险.
1.2.2 功能冒险现象
图2中，字信号发生器CBA从000→001→101→011→100→010→111→110时，在图4(从上至下，依次为A，B，C，F波形)中可以很清楚地观察到CBA从101→011、010→111出现了0型功能冒险.利用Multisim8仿真结果与用卡诺图进行的分析结果是一致的.
当电路发生单个变量状态改变引起的竞争冒险现象时，用卡诺图检查有无几何相邻的乘积项即可查出有无竞争冒险存在，但当电路发生多个变量状态同时改变引起的竞争冒险时，用卡诺图法难以查出；若用真实实验的方法来检查虽然可以查出，但又太麻烦．上述仿真实验告诉我们，用Multisim进行电路仿真可以准确快速地查出多个变量状态同时发生改变引起的竞争冒险．
SSI小规模组合电路竞争冒险可以通过修改逻辑设计的方法，发现并消掉互补变量，增加冗余乘积项的方法，而对于利用中规模集成电路74LS138组成函数发生器，就不能使用这一方法[4].我们可以采用其它方法消除竞争冒险现象.
用MSI组合电路实现某一个函数时若出现冒险现象，可以在使能端加入脉冲信号，从而避免冒险现象[5].加选通信号避开毛刺是一种常用的方法.毛刺仅发生在输入信号变化的瞬间，因此在这段时间将输出门封住，待电路进入稳态后，再加选通脉冲选取输出结果，该方法简单易行，但选通信号的作用时间和极性等一定要合适.对
于MSI电路，常利用使能端起到选通的作用[6].
在译码器的使能端引入选通脉冲可以消除由于竞争冒险引起的尖峰脉冲.选通脉冲
作用在输出状态已经从一个状态过渡到另一个新的稳定状态之后，输出信号变为脉冲形式，在选通脉冲作用期间，输出才有效[7].
由于竞争冒险所引起的是尖峰脉冲，脉宽很窄，因此，可以在门电路的输出端加一个惯性延时环节，通常是RC滤波器，来消除尖峰脉冲，如图7所示.使用此方法
时要适当选择时间常数( t=RC)，要求t足够大，以便“削平”尖脉冲；但又不能
太大，以便使正常的输出发生畸变[7].
D触发器的加入可以使电路的输出信号延迟一个时钟周期，从而消除竞争冒险现
象[8～9].
通过引入脉冲消除竞争冒险的方法简单易行，而且不需要增加电路元件，但选通信号的作用时间和极性等一定要合适，若时间过长，会影响到电路的非竞争冒险时间段正常输出而产生错误的结果[10].加选通脉冲后，输出由电位信号变成了脉冲信号，有脉冲输出时表示电路在这一拍输出为1.从上述仿真实验还可以看出，利用Multisim8软件不但能准确快速地检查电路中存在的竞争冒险，而且可以比真实
实验更加方便地验证所采取的消除竞争冒险的措施是否行之有效[11]．
【相关文献】
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