组合电路中的竞争冒险实验报告

实验题目：组合电路中的竞争和冒险

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一．实验目的：

1、观察组合电路中的竞争与冒险现象，了解竞争冒险的实验原理

2、了解消除竞争与冒险的方法

二．实验仪器及器件：

1、实验箱、万用表、示波器

2、74LS00，74LS20

三．实验原理：

1、竞争冒险的原理

（1）竞争: 在组合逻辑电路中，某个输入变量通过两条或两条以上的途径传到输出端，由于每条途径延迟时间不同，到达输出门的时间就有先有后，这种现象称为竞争。

（2）冒险：信号在器件内部通过连线和逻辑单元时，都有一定的延时。延时的大小与连线的长短和逻辑单元的数目有关，同时还受器件的制造工艺、工作电压、温度等条件的影响。信号的高低电平转换也需要一定的过渡时间。由于存在这两方面因素，多路信号的电平值发生变化时，在信号变化的瞬间，组合逻辑的输出有先后顺序，并不是同时变化，往往会出现一些不正确的尖峰信号，这些尖峰信号称为"毛刺"。如果一个组合逻辑电路中有"毛刺"出现，就说明该电路存在冒险。

（3）竞争冒险产生原因：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。

（4）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。

2、冒险现象的判别

Y=A•A’可能出现1型冒险

Y=A+A’可能出现0型冒险

3、消除竞争冒险的方法

（1）利用冗余项法：

利用冗余项消除毛刺有2 种方法：代数法和卡诺图法法:

a、代数法，在产生冒险现象的逻辑表达式上，加上冗余项或乘上冗余因子；

b、卡诺图法，将卡诺图中相切的圈用一个多余的圈连接起来。

（2）选通法:

在电路中加入选通信号，在输出信号稳定后，选通允许输出，从而产生正确输出。

滤出法: 由于冒险脉冲是一个非常窄的脉冲，可以在输出端接一个几百微法的电容将其滤出掉。

（3）常用消除方法：

1、接入滤波电容Cf；

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。

四．实验内容及实验步骤：

实现函数F=AB+BCD+ACD,并假定，输入只有原变量即无反变量输入。

1、画出逻辑图，使易于观察电路的竞争冒险现象。

由于实验箱没有或门，此处将函数F表达式转化成非门&与非门组成的组合逻辑电路

2、列出真值表。（用Excel编辑）

3、静态测试，即按真值表验证其逻辑功能。

利用proteus仿真：LED灯测试，亮为“1”，不亮为“0”

4、观察变量A变化过程中的险象：即取B=C=D=1，得F=A+A，A改接函数发生器的连续脉冲源，使工作频率尽可能高。观察是否出现现象，如有，请测出毛刺的幅度和宽度（中值宽度）。

5、使F再经过一级反相器，检查险象是否影响下一级电路的正常工作？

6、在F端并接一只330PF电容，还会影响下一级电路的正常工作吗？

7、分别观察变量B、D变化过程中产生的险象。

8、用加冗余项法消除A变化过程中产生的险象。

此时允许使用74LS20（二4输入与非门））

方案一：添加冗余项BCD

五.实验分析及总结

1、画出逻辑图,记录静态验证结果。

2、写出实验观察冒险现象的方法、步骤、记录现象的波形，叙述所采用的消除现象的方法，记录实验结果，并加以总结。

（在实验结束后完成，对实验记录的结果进行分析，例如实验结果和理论分析的差异以及相关分析，在实验中积累的经验总结，等等）

六．附录

（实验中记录的波形图，以及其他需要附上的材料。其中波形图需有标号和标题，并且需与正文中引用的标号和标题相同