数字电路中竞争冒险现象的分析与研究
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探索组合逻辑电路的竞争冒险现象在组合逻辑电路中，当两个或多个数字信号在一个逻辑门的输入端同时到达时，它们可能会在输出端引发竞争冒险现象。
竞争冒险是一种反复变化的情况，它会导致逻辑门的输出错误，导致系统出现故障和数据的不稳定性。
竞争冒险通常发生在门的输入信号不同步的情况。
例如，当一个逻辑门的输入信号有较长的传输延迟时，就会发生竞争冒险现象。
竞争冒险现象包括两种类型：正竞争冒险和负竞争冒险。
正竞争冒险现象是指当两个或多个输入信号在一个逻辑门的输入端发生相等的变化时，输出信号经历一段时间后发生突变，随后又恢复到原始状态。
反之，负竞争冒险现象在输入信号发生变化时，输出信号开始反转，但在一段时间后突然又回到了原来的状态。
消除竞争冒险的方法1.增加延迟器：一个适当的延迟器可以将输入信号的时间稍微延迟，使得输入信号的“斜率”上升和下降不那么陡峭。
门可增加输入延迟管分量，来保持一致到达。
另外，在输出延迟管分量中引入等同或近似的延迟。
2.使用锁存器或触发器：锁存器或触发器可以消除竞争冒险。
它们允许信号在一段时间内维持稳定状态，从而消除竞争。
锁存器或触发器的初始状态是通过设定输入信号来实现的。
锁存器或触发器的一个典型应用是用于设置微处理器中的同步逻辑。
3.使用带有输入同步的片：带有输入同步的片可用于消除竞争冒险。
输入同步保持各种输入信号在一个稳定的电平上，直到其同步时钟到达。
同步片的输入同步机制允许输入信号在时钟边沿处被读取，比较突出。
4.使用逻辑修正电路：逻辑修正电路用于处理竞争冒险，使逻辑门产生正确的输出。
修正电路可解决所有类型的竞争问题。
它的作用是将输入信号延迟一个适当的时间，使得它们在逻辑门中被处理。
此外，逻辑修正电路还允许信号在特定间隔内保持稳定状态，以避免出现竞争。
总的来说，消除竞争冒险的方法包括增加延迟器、使用锁存器或触发器、使用带有输入同步的片和使用逻辑修正电路。
关于数字电路竞争-冒险现象的研究
毕业论文关于数字电路竞争-冒险现象的研究学专关于数字电路竞争-冒险现象的研究摘要:随着科学技术的发展,数字电路在实际应用中起到了举足轻重的作用,例如PLD、FPGA等。
本文介绍了竞争冒险的概念及产生的原因。
就数字电路中出现的竞争冒险问题及解决办法,从理论和实践的角度对其进行了总结归纳,并举例分析了判别竞争冒险的方法和消除方法,提出人们在分析设计数字电路时要根据不同的电路情况采用不同的分析、判别和消除方法。
在数字系统设计和调试中，常产生传输延迟、竞争冒险、毛刺干扰等问题，这是传统仪器和消除方法无法解决的，在这种情况下出现了适用于软、硬件分析的新的测试、消除竞争与冒险现象的方法。
准确的实现系统功能是每一个系统设计者追求的最终目标，面对越来越庞大的系统设计，设计者需要更加完善、准确地检测出竞争与冒险现象，这样才能保证设计的准确性。
本论文在对国内外有关竞争与冒险现象的发展现状的研究上，还进一步对冒险现象新的检测、消除技术和基于FPGA的虚拟逻辑分析仪进行了分析和研究。
关键词：竞争冒险，数字电路，检测技术，逻辑分析仪Research and Analysis on Race and Competition in Digital Circuit DesignAbstract：The digital circuits play a pivotal role in the practical application with the development of science and technology, For example, PLD, FPGA, etc. This paper proposes an experiment analysis on an enhanced algorithm of MVFDS. There are three part s in this paper, the first one is the introduction of features of the system, the second one is the process of experiment s which are conducted to verify the performance of the enhanced system. The third one is the conclusions and possible further improvements are discussed.Many problems are caused during designing or debugging the digital system，which include the transmission delay，the competition risk，the interference of burrs and so on. They can not be resolved by traditional instruments. In this situation，a new type of digital domain testing instrument named logic analyzer is made to analyze hardware and software，which can effectively solve these problems caused in the digital system. System evaluation is very important to a digital system designer. In order to complete a precise system, digital engineer should give the system evaluation as early as possible. This thesis has researched the virtual logic analyzer based on FPGA to let more users use it，which bases on researching virtual instrument technology，FPGA technology and USB interface.Key words：Race and Competition，Digital Circuit，Detection Technique，Logic Analyzer目录1 引言 (1)1.1课题背景 (1)1.2国内外的研究现状及发展趋势 (1)1.3本课题的任务及研究意义 (4)2 相关理论知识介绍 (5)2.1竞争与冒险的现象 (5)2.2竞争与冒险的分类 (5)3 组合逻辑电路竞争与冒险 (6)3.1组合电路中产生竞争冒险的原因和分析 (6)3.2组合逻辑电路中竞争冒险的消除方法 (7)4 时序逻辑电路竞争与冒险 (11)4.1时序逻辑电路中产生竞争冒险的原因和分析 (11)4.2时序逻辑电路中竞争冒险的消除方法 (13)5 可编程逻辑电路的竞争与冒险 (15)5.1可编程逻辑器件概述 (15)5.2FPGA的开发过程 (16)5.3FPGA器件中产生竞争冒险的原因和分析 (17)5.4FPGA中竞争与冒险的消除方法 (18)6 数字电路竞争与冒险的最新成果分析 (21)6.1关于数字电路检测、设计技术 (21)6.1.1 冒险检测技术与无冒险电路设计的研究意义 (21)6.1.2 冒险检测技术与无冒险电路设计的研究现状 (21)6.1.2 主要研究成果 (21)6.2关于竞争与冒险的检测仪器 (25)6.2.1 逻辑检测仪的研究意义 (25)6.2.2 逻辑检测仪的研究现状 (26)6.2.3 主要研究成果 (27)7 结论 (30)参考文献 (31)致谢 (33)1 引言1.1 课题背景随着计算机科学与技术突飞猛进地发展，用数字电路进行信号处理的优势也更加突出。
数字电路第4章(6竞争与冒险现象)_2综述
A
A A'
A A' L
L
★ 分析：2—4译
码器中的竞争冒险现象
★ 当AB从10->01
时，动态过程 中出现00和11 状态，在Y3和 Y0输出端可能 产生冒险。
*2、检查竞争与冒险现象的方法（1）
一、代数法： (1) 检查是否存在某个变量A，它同时以原变量和 反变量的形式出现在函数表达式中。
★编码器、译码器、数据选择器、数据分配 器、数值比较器和加法器是常用的MSI组合逻 辑部件，学习时重点掌握其逻辑功能及应用。
★数据选择器的作用是根据地址码的要求，从 多路输入信号中选择其中一路输出。 ★数据分配器的作用是根据地址码的要求，将 一路数据分配到指定输出通道上去。
★编码器的作用是将具有特定含义的信息编成 相应二进制代码输出;常用的有二进制编码
关的电路。它在逻辑功能上的特点是：没有存储
和记忆作用；在电路结构上的特点是：由各种门 电路组成，不含记忆单元，只存在从输入到输出
的通路，没有反馈回路。
组合逻辑电路的基本分析方法是：根据给定电 路逐级写出输出函数式，并进行必要的化简和 变换，然后列出真值表，确定电路的逻辑功能。 组合逻辑电路的基本设计方法是：根据给定设 计任务进行逻辑抽象，列出真值表，然后写出输 出函数式并进行适当化简和变换，求出最简表达 式，从而画出最简(或称最佳)逻辑电路。
再加选通脉冲选取输出结果, 即可消除现象。
该方法简单易行，但对选通信号的作用时间和 脉冲宽度有严格的要求。
3、消除竞争与冒险现象的方法
（3） 修改逻辑设计 采用增加冗余项的方法。 在表达式中“加”上多余的“与项”或者“乘” 上多余的“或项”，使原函数不可能在某种条件 下再出现A+A‘和AA’的形式。
竞争冒险——精选推荐
竞争与冒险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。
本节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。
3.5.1 竞争与冒险的基本概念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，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P 4 的波形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t pd3 是逻辑门 G 3 的平均传输延迟时间；t pd4 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。
论逻辑电路中的竞争与冒险现象
论逻辑电路中的竞争与冒险现象摘要本文对逻辑电路中的竞争与冒险现象产生的原因、险象的分类和判断及消除方法进行了较全面的认识和论述。
对竞争与冒险现象在逻辑电路中的广泛性进行了讨论，对逻辑电路在时序匹配和电路结构上，与电路功能之间的矛盾和不合理性，用时空观进行了初探的同时，对险象提出了一分为二的处理方法。
关键词逻辑电路；竞争；险象一、引言在讨论逻辑电路，特别是组合电路时，常常为了分析问题的方便，没有考虑信号传输中的时延问题；或者只考虑了静态过程和稳态输出。
实际上，信号经过任何逻辑门和导线都会产生时间延迟，这就使得当电路所有输入达到稳定状态时，输出并不是立即达到稳定状态，而有一个过渡过程（或暂态），严重时还可能有尖峰脉冲，俗称“毛刺”产生。
一般来说，延迟时间对数字系统是一个有害的因素。
例如，使得系统操作速度下降，引起电路中信号的波形参数变坏，以及产生竞争冒险现象引起错误输出等问题。
下面对后一个问题进行讨论。
二、竞争现象与险象的产生（一）竞争的概念与类型逻辑电路中各条路径上延迟时间的长短，不仅与信号经过的门的级数和具体逻辑门的时延大小有关，还与导线的长短有关，因此，输入信号经过不同路径到达输出端的时间有先有后，这种现象称为竞争现象。
1.竞争：由于延迟时间的影响，使得输入信号经过不同路径到达输出端的时间有先有后，这一现象称为竞争。
通常，可以更广义地把竞争理解为多个信号到达某一点有时差的现象。
2.竞争的类型：根据竞争结果引起错误输出信号与否，竞争可以分为两种类型：（1）非临界竞争——不产生错误输出的竞争称为非临界竞争；（2）临界竞争——导致错误输出的竞争称为临界竞争。
（二）险象定义、分类1.险象定义：由竞争导致的错误输出信号的现象，叫冒险现象，即险象。
在组合电路中的险象是一种瞬态现象，它表现为在输出端产生不应有的尖脉冲，暂时地破坏正常逻辑关系。
一旦瞬态过程结束，即可恢复正常逻辑关系。
2.险象的分类：（1）在组合电路中的险象可分为静态险象和动态险象。
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。
数字电路中竞争冒险现象的分析与研究
数字电路中竞争冒险现象的分析与研究作者：吴炎波邓冠群来源：《科技创新导报》 2011年第22期吴炎波邓冠群(华中师范大学信息技术系湖北武汉 430079)摘要:竞争冒险是数字电路中特有的现象,该现象主要于器件的延时造成的。
在对组合逻辑电路进行设计时,人们通常会忽视这个问题,导致逻辑上准确无误,实际调试时却得到了错误结果的现象。
本文在对竞争冒险产生的原因、判断方法分析的基础上,辩证的提出了不同情况下消除竞争冒险的可行方法,并总结了实际应用中的竞争冒险的敏感度问题。
关键词:竞争冒险尖峰脉冲卡诺图中图分类号:TN791 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)08(a)-0009-01信号经过逻辑门电路都需要一定的时间,由于各个门电路延迟时间的差异,或者不同路径上门电路的级数不同,因此,信号从不同的路径、经过不同的门电路到达输出端时,电路在输入信号变化的瞬间,可能与稳态下的逻辑功能不一致,输出端出现一些不正确的尖峰脉冲(毛刺)。
当一个逻辑门的两个输入端信号同时向相反方向变化,而变化的时间有差异的现象,称为竞争,由竞争产生出干扰脉冲的现象称为冒险。
如果说电路中存在竞争冒险,并不等于一定有干扰脉冲产生,在设计时,既不可能知道传输路径和门电路传输时间的准确数值,也无法知道各个波形上升时间和下降时间的微小差异,只能说有产生干扰脉冲的可能性,这就是冒险一词的具体含义。
1 竞争冒险的判断1.1 代数法代数法紧扣竞争冒险最基本的定义,在n个变量的逻辑表达式中,在一定条件下,表达式可以化简为或的形式,就可以判断该电路存在竞争冒险。
1.2 卡诺图法从逻辑表达式的卡诺图上观察,如果有两个卡诺圈相切,则必然存在竞争冒险。
需要注意的是,判断是否相切时,必须考虑卡诺图的循环相邻特性,即最左边的列与最右边的列是相邻的,最上面的行与最下面的行也是相邻的。
1.3 仿真法和实验法代数法和卡诺图法都比较简单,但不适用于多个变量输入的情况,因此可以采用计算机软件仿真法来判断,例如Multisim、MAX+plusll等软件都能有效地检测出电路中存在的竞争冒险现象。
数电 第二节 组合电路中的竞争与冒险
如图所示卡诺图，只要在两圈相切处增加一个圈（冗余）， 就能消除冒险。
BC A
00
01
11
10
00 0 0 1
10 1 1 1
BC A
00
01
11
10
00 0 0 1
10 1 1 1
两圈相切有险象
增加冗余圈克服险象
三、冒险现象的消除
1.增加冗余项
２. 增加选通信号
增加选通信号的方法比较简单，一 般无需增加电路元件，但选通信号必须 与输入信号维持严格的时间关系，因此 选通信号的产生并不容易。
在可能产生冒险的门电路的输入端增加一个选通脉冲。 当输入信号变换完成，进入稳态后，才启动选通脉冲，将 门打开。这样，输出就不会出现冒险脉冲。
C
& f1
A &B &
≥1
F
F
C
f2
CON
三、冒险现象的消除
1.增加冗余项
３.输出接滤波电容
２.增加选通信号
输出端接滤波电容方便易行， 但会使输出电压波形变坏，仅适 合对信号波形要求不高的场合。
由于竞争冒险产生的干扰脉冲的宽度一般都很窄，在可
能产生冒险的门电路输出端并接一个滤波电容（一般为4～ 20pF），使输出波形上升沿和下降沿都变得比较缓慢，从而 起到消除冒险现象的作用。
增加选通信号由于竞争冒险产生的干扰脉冲的宽度一般都很窄在可能产生冒险的门电路输出端并接一个滤波电容一般为420pf使输出波形上升沿和下降沿都变得比较缓慢从而起到消除冒险现象的作用
第二节 组合电路中的竞争与冒险
一、冒险与竞争
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。
消除组合逻辑电路竞争冒险的方法
一、概述组合逻辑电路竞争冒险是数字电路设计中常见的问题之一。
它指的是在时序条件下，由于输入信号的变化导致电路输出出现不确定的转换过程，可能造成电路性能下降甚至失效的情况。
消除组合逻辑电路竞争冒险，对于保证电路的可靠性和稳定性具有重要意义。
本文将探讨消除组合逻辑电路竞争冒险的方法。
二、理解组合逻辑电路竞争冒险1.1 组合逻辑电路组合逻辑电路是由逻辑门组成的电路，其输出仅由输入确定的逻辑方程确定，没有状态存储。
典型的组合逻辑电路包括加法器、比较器、译码器等。
1.2 竞争冒险竞争冒险是指在时序条件下，由于输入信号的变化导致电路输出出现不确定的转换过程。
在组合逻辑电路中，竞争冒险可能导致输出信号的瞬时不稳定，从而影响整个电路的功能和性能。
三、消除组合逻辑电路竞争冒险的方法2.1 时序优化设计通过时序优化设计，可以使电路在特定的时间限制内完成逻辑运算，减少竞争冒险的可能性。
时序优化设计包括信号调整、信号同步和时钟分配等技术手段。
2.2 信号同步技术信号同步技术通过控制信号的传输路径和延迟时间，使得输入信号在逻辑运算之前到达，从而避免竞争冒险。
常见的信号同步技术包括流水线技术、同步触发器技术和反馈路径控制技术。
2.3 逻辑优化设计逻辑优化设计可以通过优化逻辑方程、简化逻辑结构等方式，减少竞争冒险的可能性。
逻辑优化设计常常需要依靠专业的逻辑综合工具进行辅助。
2.4 时钟分配技术时钟分配技术可以根据电路的工作频率和时序要求，合理设计时钟信号的分配和布局，避免时钟冲突和竞争冒险。
时钟分配技术需要考虑时钟的传输延迟、时钟的峰值功耗和时钟的抖动等因素。
2.5 引入冗余逻辑通过引入冗余逻辑，可以在一定程度上提高电路的容错能力，从而减少竞争冒险的可能性。
冗余逻辑可以是备用逻辑单元、冗余逻辑判断器或冗余逻辑运算器等。
2.6 仿真验证通过仿真验证，可以对组合逻辑电路进行全面、深入的测试，发现潜在的竞争冒险问题，并及时进行修正。
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
组合逻辑电路是指一些由多个逻辑门组成的逻辑电路。
它们一般不具有记忆性，不涉及时钟信号，是根据输入信号直接输出结果的电路。
虽然组合逻辑电路看起来非常简单，但是在实际应用中存在着一些竞争冒险，这可能导致电路输出错误的结果。
本文将探讨组合逻辑电路的竞争冒险现象及消除方法。
竞争冒险是指当多个逻辑门的输入信号在不同的时间到达时，电路不能准确地确定输出信号。
这是由于电路中存在着多条不同的信号路径，当这些路径的信号到达的时间不同，就会发生竞争冒险。
这个现象如果不及时解决，就会导致电路输出错误的结果，甚至会使整个系统崩溃。
竞争冒险可以通过添加延迟元件来解决。
这些延迟元件包括反相器和缓冲器。
反相器可以改变输入信号的极性，并将输出信号延迟一定时间后输出。
缓冲器可以加强信号的强度，并将信号的延迟控制在很小的范围内。
通过添加这些延迟元件，可以精确地控制信号的延迟时间，从而避免竞争冒险。
另外，竞争冒险问题也可以通过优化电路结构来解决。
由于冒险问题是由信号路径的不同导致的，我们可以尽可能地减少信号路径的长度和数量。
在优化电路时，需要考虑到电路的性能和延迟时间之间的平衡。
如果性能过于复杂，就会增加信号延迟时间，从而导致冒险问题。
如果性能过于简单，就会降低电路的效率和稳定性。
总之，竞争冒险是组合逻辑电路中常见的问题之一。
通过添加
延迟元件和优化电路结构，可以有效地解决这个问题。
在实际应用中，我们必须注意电路的稳定性和效率，以便顺利地解决竞争冒险问题，保证电路的正确性。
数字电子技术基础34组合逻辑电路中的竞争-冒险现象
§3.4 组合逻辑电路中的竞争－冒险现象
一、竞争－冒险现象及成因
图3.4.1
竞争－冒险现象
《数字电子技术基础》
3.4 组合逻辑电路中的竞争－冒险现象
成因：当两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变 时（一个从1变为0，一个从0变为1） ，由于存在时刻上 的差异，使两个信号在 t 的极短时间内同时为高电平 或低电平，从而产生尖峰脉冲，不符合门电路稳态下的 逻辑功能，产生内部噪声。
《数字电子技术基础》
3.4 组合逻辑电路中的竞争－冒险现象
三、消除竞争－冒险现象的方法 （一）接入滤波电容 尖峰脉冲一般都很窄（几十ns以内），只要在输出 端并接一个很小的滤波电容 C f （TTL电路中通常为几 十～几百皮法），就足以将尖峰脉冲的幅度削弱至门电 路的阈值电压以下。 例：
图3.4.2 接入滤波电 容消除竞争－冒险现 象的示意图
优点： 简单易行。
缺点： 增加了输出电压波形的上升和下降时间，使波形变坏。
《数字电子技术基础》
3.4 组合逻辑电路中的竞争－冒险现象
（二）引入选通脉冲 例：
图3.4.3 引入选通脉 冲消除竞争－冒险现 象的示意图
优点： 简单，不需增加电路元件。 缺点： 正常的输出信号也将变成脉冲信号，宽度与选通 脉冲相同，且此选通脉冲必须与输入信号同步。
《数字电子技术基础》
3.4 组合逻辑电路中的竞争－冒险现象
（三）修改逻辑设计 有时可用增加冗余项的方法消除竞争－冒险现象。 例：将 Y AB AC 化成 Y AB AC BC ，可 使电路功能不变，而消去B=C=1时的竞争－冒险现象。
图3.4.4 修改逻辑设计消除竞争－冒险现象的示意图
数字电路组合逻辑电路中的竞争与冒险PPT课件
根据公式 AB AC BC AB AC 增加冗余项BC，有
F AB AC＋BC
B=C=1时, 函数由F＝A＋A变成了F＝1
10
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消除逻辑冒险后的电路
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用卡诺图消除逻辑冒险
3
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产生正跳变脉冲的竞争冒险
G1
A
F AA
A
1
G2
≥1
A
F
(a)
(b)
产生负跳变脉冲的竞争冒险
& G2
G1 A
G4
A
F AA
&
&
B
B
& F
G3
(a)
(b)
有竞争无冒险
4
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4.5.2 逻辑冒险的检查与消除方法
逻辑冒险是指只有一个输入逻辑变量发生变化所产 生的冒险
• 代数法检查
451竞争冒险的现象及其原因452逻辑冒险的检查与消除方法逻辑冒险是指只有一个输入逻辑变量发生变化所产生的冒险观察两个合并圈之间是否有相邻最小项相切xxxx是否可能产生试判断电路ac逻辑冒险解
4.5.1 竞争冒险现象及其原因
如门的延迟时间为0， 则输出 F恒为逻辑0。
如门的延迟时间不为0： A 则由于G1的延迟，A的 下降沿要滞后于A的上 升沿，最后在输出端产 生尖脉冲。
G5
&1
CG4
C
≥1
L
AC BC AB
1
AC
BC
B
图 3.5.2
A
L 图3.5.3
数字电路中的竞争冒险以及解决
数字电路中的竞争冒险以及解决
前⾔
竞争冒险在《数字电⼦技术基础》中有详细的阐述，由于学过很久了，现在再翻开复习复习，总结总结。
在组合电路中，当输⼊信号改变状态时，输出端可能出现虚假信号（过渡⼲扰脉冲），这对电路来说是不利的。
在数字电路中，任何⼀个门电路只要有两个输⼊信号同时向相反⽅向变化（由01变成10，或者相反），其输出端就可能产⽣⼲扰脉冲。
信号由于经由不同路径传输达到某⼀汇合点的时间有先有后的现象，就称之为竞争，英⽂名Race;由于竞争现象所引起的电路输出发⽣瞬间错误的现象，就称之为冒险，英⽂名Hazard或者Risk。
有竞争不⼀定有冒险，但出现了冒险就⼀定存在竞争。
如下图的简单电路，由于门电路的延时，A⾮相对于A信号会滞后⼀丢丢（时间由⼯艺决定），这就会导致输出产⽣⼀个⼲扰脉冲。
更现实⼀点，对于⼀个与门：
解决⽅式：
1.引⼊封锁脉冲：引⼊负脉冲，在输⼊信号发⽣竞争的时间内，把可能产⽣的⼲扰脉冲的门锁住。
封锁脉冲的宽度不应⼩于过渡时间且与输出信号转换同步。
缺点：脉冲宽度和产⽣时间有严格要求。
2.引⼊选通脉冲：在电路状态稳定后，再选通输出。
缺点：脉冲宽度和产⽣时间有严格要求。
3.引⼊滤波电容：输出端并接⼀个不⼤的滤波电容
缺点：输出波形边沿变坏。
4.修改逻辑设计，增加冗余项：
对于给定的逻辑 Y=AB+ÃC，当BC都为1的时候，若A值改变，则会发⽣竞争。
所以可以添加冗余项：
Y=AB+ÃC+BC
分析有⽆竞争冒险：画出函数的卡诺图，检查有⽆⼏何相邻的逻辑项，有则可能产⽣竞争冒险。
以上。
数字电路里的竞争冒险如何判断？
数字电路⾥的竞争冒险如何判断？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—：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）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。
数字逻辑课件——组合电路中的竞争冒险
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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。
13
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
22
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
18
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
数电实验5 冒险与竞争(含仿真图)
实验五组合电路中的竞争与冒险一、实验目的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、实验箱、万用表、示波器。
2、74LS00X3、74LS20X1、330PF 电容X1。
三、实验预习1、复习与组合逻辑电路竞争与冒险有关内容。
2、画出用74LS00 实现实验内容中F 函数的逻辑图。
3、写出F 的真值表。
4、找出变量B、D 变化过程中产生险象时，其他变量的组合。
四、实验原理1、竞争冒险现象及其成因对于组合逻辑电路，输出仅取决于输入信号的取值组合，但这仅是指电路的稳定解而言，没有涉及电路的暂态过程。
实际上，在组合逻辑电路中信号的传输可能通过不同的路径而汇合到某一门的输入端上。
由于门电路的传输延迟，各路信号对于汇合点会有一定的时差。
这种现象称为竞争。
如果竞争现象的存在不会使电路产生错误的输出，则成为非临界竞争；若果使电路的输出产生了错误输出，则称为临界竞争，通常称为逻辑冒险现象。
一般说来，在组合逻辑电路中，如果有两个或两个以上的信号参差地加到同一门的输入端，在门的输出端得到稳定的输出之前，可能出现短暂的，不是原设计要求的错误输出，其形状是一个宽度仅为时差的窄脉冲，通常称为尖峰脉冲或毛刺。
2、检查竞争冒险现象的方法在输入变量每次只有一个改变状态的简单情况下，可以通过逻辑函数式判断组合逻辑电路中是否有竞争冒险存在。
如果输出端门电路的两个输入信号 A 和 A 是输入变量A 经过两个不同的传输途径而来的，那么当输入变量的状态发生突变时输出端便有可能产生尖峰脉冲。
因此，只要输出端的逻辑函数在一定条件下化简成Y=A+A 或Y=AA则可判断存在竞争冒险3、消除竞争冒险现象的方法（1）接入滤波电路在输出端并接入一个很小的滤波电容Cf，足可把尖峰脉冲的幅度削弱至门电路的阈值电压以下。
（2）引入选通脉冲。
对输出引进选通脉冲，避开现象。
（3）修改逻辑设计。
在逻辑函数化简选择乘积项时，按照判断组合电路是否存在竞争冒险的方法，选择使逻辑函数不会使逻辑函数产生竞争冒险的乘积项。
数字电子技术电路组合逻辑电路竞争与冒险
消除竞争冒险的方法
四、修改逻辑设计增加冗余项
例如：Y AB AC
Y AB AC BC
G1
AC
BC
B
Hale Waihona Puke &BCA C
& A G3
G2
&
G4
&
Y
A 00 01 11 10
00 110
10 011
&
G5
AB
消除相切的卡诺图圈
由于修改设计方案得当，收到了较好的效果。
0型冒险 偏1型冒险
判断冒险的方法
卡诺图法 只要2个卡诺图相切，必定产生冒 险
F AC AB AC
消除竞争冒险的方法
三二一、、接引入入滤选封波通锁电脉容冲
A
&
Y3
Cf
B
A
1
A
&
Y2
A
B
1
B
PP12 存在的问题：
&
Y1
B
P1
&
Y0
Cf
P2
导对致封输锁出脉波冲形和的选边通沿脉变冲坏的。宽度和产生时间有 严格的要求。
竞争 同一变量在不同路径上传播有快慢
AB
毛刺，属噪声
无毛刺
冒险 出现竞争时，输出端出现不应有的尖脉冲
偏1型冒险 A A 型冒险 (0型冒险)
冒险
偏0型冒险 A • A 型冒险 (1型冒险)
结论：
当变量同时以原变量和反变量的形式出现在函数 式中时，可能产生冒险。
判断冒险的方法
代数法
F AC AB AC
1
0
Y
2. 电路举例 — 2 位二进制译码器
竞争冒险实验
实验十七竞争冒险一、实验目的通过实验观察组合电路中存在的竟争冒险现象，学会用实验手段消除责争冒险对电路的影响．二、实验内容1．八位串行奇仍校验电路竞争冒险现象的观察及消除。
图17．1所示电路为八位串行奇偶校验电路。
图17．1八位串行奇、偶校验电路按图接线。
测试电路的逻辑功能。
a．b…g，h分别接逻辑开关K1；～K9，z接发光二级管显示。
改变K1～K8的状态．观察并记录Z的变化。
（注：时间关系，仅列举几个有代表性的结果。
其中以开关闭合表示“1”，开关断开表示“0”.）K1K2K3K4K5K6K7K8Z 000000001 000000010 000000111 000001110 000011111 000111110 001111111 011111110 111111111表17.1由表17.1可以看出每一次开关的断开和闭合都影响发光二极管的状态。
a接脉冲．b．c··h接高电平．用示波器观察并记录a和y湍的波形测出信号经七级异或门的延迟时间。
由上图可以看出，延迟时间为20msa和h端接同一脉冲．b．c··g为高电平．观察并记录a和y端的波形。
说明y端的波形有何异常现象？如上图所示输出端y出现了原设计中没有的窄脉冲，若采用加电容的办法来消除此异常现象．则电容C应接在何处？如图所示，滤波电容C应该与输出端并联.，若设门的输出电阻R0≈100Ω，估算电容C值的大小？测出门电路的阈值电压VT用实验法测出消除上述异常现象所需的电容值．说明产生误差的原因有哪些？2．组合电路竞争冒险现象的观察及消除组合电路如图17．2所示。
测试电路功能．结果列成真值表形式。
泪实验法测定．在信号变化过程中．竟争冒险在何处，什么时刻可能出现？用校正项的办法来消除竟争冒险．则电路应怎洋修改？画出修改后的电路．并用实验验证之。
若改用加滤波电容的办法来消除竞争冒险．则电容C应加在何处？其值约为多大？试通过实验验证之。
数字电路中竞争与冒险的讨论
数字电路中竞争与冒险的讨论
数字电路中竞争与冒险出现在两种电路中，第一是组合逻辑电路，第二是时序逻辑电路。
组合逻辑电路中，同一信号经不同的路径传输后，到达电路中某一会合点的时间有先有后，这种现象称为逻辑竞争，而因此产生输出干扰脉冲的现象称为冒险。
时序逻辑电路通常都涵盖女团逻辑电路和存储电路两个组成部分，所以它的竞争冒险也涵盖两个方面。
存储电路工作过程中出现的竞争冒险现象就是时序电路所特有的一个问题。
当输出信号和时钟信号同时发生改变，而且途经相同途径抵达同一触发器时，便产生了竞争。
竞争的结果有可能引致触发器误动作，这种现象称作存储电路的竞争冒险现象。
目前，不论是组合逻辑电路中的竞争与冒险问题还是时序逻辑电路中的竞争与冒险问题都有一个比较深入全面的研究。
但是还没有一个比较完整的整体总结，另外时序逻辑电路竞争与冒险问题还有待进一步的完善。
大多数女团逻辑电路都存有着竞争。
有的竞争不能增添不良影响，有的
竞争却会导致逻辑错误，会输出一个宽度很窄的脉冲，俗称毛刺，若下级电路对毛刺敏感，则毛刺将使下级电路发生误动作，比如时序系统中的触发器。
所以要消除这种竞争冒险，这在实际的电路中是很重要的。
利用仿真软件分析时序逻辑电路中的竞争与冒险很有意义。
什么是竞争与冒险现象,如何消除
什么是竞争与冒险现象,如何消除
由于竞争在电路输出端可能产生尖峰脉冲的现象通常叫做竞争冒险。
数字系统中的竞争冒险会影响系统的正常工作，特别是对尖峰脉冲敏感的
电路（如时序逻辑电路），往往会因为尖峰脉冲而使电路发生误动作。
为此，在设计时应采取措施加以避免。
检查和消除竞争冒险的方法如下：1)
代数判断法在单个输入变量改变状态的简单情况下，如杲输出端的逻辑函
数在一定条件下能简化为y-A+A或Y-A．五则可判断电路存在竞争冒险。
2)用实验方法判断在电路输入端加上所有可能发生状态变化的波形，观察
输出端是否有尖峰脉冲，从而判断电路是否存在竞争冒险。
3)用卡诺图法
判断在函数的卡诺图中，如果存在相切而不相交的包围圈，则存在竞争冒险。
(1)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。
(2)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，由于没有加
选通脉冲，因此，输出不会出现尖峰干扰脉冲。
(3)接入滤波电容。
由于
尖峰干扰脉冲的宽度一般都很窄，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尖峰干扰脉冲。
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数字电路中竞争冒险现象的分析与研究
摘要:竞争冒险是数字电路中特有的现象,该现象主要于器件的延时造成的。
在对组合逻辑电路进行设计时,人们通常会忽视这个问题,导致逻辑上准确无误,实际调试时却得到了错误结果的现象。
本文在对竞争冒险产生的原因、判断方法分析的基础上,辩证的提出了不同情况下消除竞争冒险的可行方法,并总结了实际应用中的竞争冒险的敏感度问题。
关键词:竞争冒险尖峰脉冲卡诺图
信号经过逻辑门电路都需要一定的时间,由于各个门电路延迟时间的差异,或者不同路径上门电路的级数不同,因此,信号从不同的路径、经过不同的门电路到达输出端时,电路在输入信号变化的瞬间,可能与稳态下的逻辑功能不一致,输出端出现一些不正确的尖峰脉冲(毛刺)。
当一个逻辑门的两个输入端信号同时向相反方向变化,而变化的时间有差异的现象,称为竞争,由竞争产生出干扰脉冲的现象称为冒险。
如果说电路中存在竞争冒险,并不等于一定有干扰脉冲产生,在设计时,既不可能知道传输路径和门电路传输时间的准确数值,也无法知道各个波形上升时间和下降时间的微小差异,只能说有产生干扰脉冲的可能性,这就是冒险一词的具体含义。
1 竞争冒险的判断
1.1 代数法
代数法紧扣竞争冒险最基本的定义,在n个变量的逻辑表达式中,在一定条件下,表达式可以化简为或的形式,就可以判断该电路存在竞争冒险。
1.2 卡诺图法
从逻辑表达式的卡诺图上观察,如果有两个卡诺圈相切,则必然存在竞争冒险。
需要注意的是,判断是否相切时,必须考虑卡诺图的循环相邻特性,即最左边的列与最右边的列是相邻的,最上面的行与最下面的行也是相邻的。
1.3 仿真法和实验法
代数法和卡诺图法都比较简单,但不适用于多个变量输入的情况,因此可以采用计算机软件仿真法来判断,例如Multisim、MAX+plusll 等软件都能有效地检测出电路中存在的竞争冒险现象。
而由于电路本身存在的误差等问题,还需要进一步通过实验的手段来判断是否存在竞争冒险,该方法虽然繁琐,但可靠性高,是电路设计的必经阶段。
2 消除竞争冒险的方法
2.1 增加冗余项法
2.2 脉冲选通法
脉冲选通法包括两个方面:一是引入封锁脉冲,即引入一个负脉冲,如图1,在输入信号转换前到达,转换后消失。
二是引入选通脉冲,即只有当电路达到了新的稳态后,选通脉冲才为正脉冲,使电路输出有效。
由于有效脉冲出现在电路达到稳态以后,所以不会出现尖峰脉冲。
选通脉冲刚好与封锁脉冲相反,表现为丄凸波形,只需将图1中P1下凹脉冲改为上凸脉冲即可实现。
但是值得注意的是,无论是引入封锁脉冲还是选通脉冲,脉冲选通法最后的输出信号将变为脉冲信号,该方法不需要增加电路元件就可以从根本上消除尖峰脉冲,但要求脉冲与输入信号同步,且对取样脉冲的宽度和作用时间有较高的要求。
2.3 加滤波电容法
组合逻辑电路由竞争冒险产生的尖峰脉冲通常高频分量很丰富,因此,可以在输出端添加一个滤波电容,构成低通滤波器,从而起到通低频阻高频的作用。
该方法简单易行,电容对窄脉冲起到了平波作用,使输出端不会发生逻辑错误,但同时也时输出波形上升沿或下降沿变得缓慢,仅适用于对输出波形上下沿要求不高的情形。
2.4 采用可靠性编码
在数字电路设计中,设计者常常采用格雷码计数器来代替普通的二进制计数器,因为格雷码加1时,只有一个输出位发生跳变,这样就消除了竞争冒险发生的条件。
3 实际应用中竞争冒险的敏感度问题
在实际应用中必须认识到一点:不同的电路对于尖峰脉冲的敏感度是不一样的。
例如:时钟端口、清零和置位端口对毛刺十分敏感,任何一点尖峰都会使系统出错,影响电路的稳定性。
但是对于D触发器来说,由于它的状态变化出现在时钟上升沿,因此,只要毛刺不出现在时钟上升沿并且满足数据的建立和保持时间,就不会对系统造成危害,也就是说D触发器的输入端对尖峰不敏感。
根据这个特性,在系统设计时要求设计者尽量使用同步电路,同步电路的信号变化通常出现在
时钟上升沿而且需要满足数据的建立和保持时间,事实上,由于尖峰脉冲出现的时间很短,基本上很难满足数据的建立和保持时间。
所以,这种方法可行性较高。
参考文献
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