实验六 组合逻辑电路中的竞争冒险现象

实验四组合逻辑电路中的竞争冒险现象解析
一实验目的
1学会分析组合逻辑电路中有无竞争冒险现象。

2掌握采用修改逻辑电路设计的方法消除冒险现象。

二实验仪器
（1）双踪示波器
（2）双路直流稳压电源
（3）探测器
三实验原理
四实验步骤
1打开Multisim10电子线路仿真界面，在TTL集成电路器件库中，按电路原理图取出元器件；在仪器库中取出示波器以及方波信号源、探针等。

按实验电路图4—1连接好。

2打开工作开关。

展开示波器操作界面，观察到有关波形后，调整扫描时间、灵敏度等，使示波器A、B通道展示波形适当，并画出有关波形。

打开工作开关后可见探针闪亮。

打开示波器调整扫描时间和灵敏度等观察到波形如图A：
调整示波器的时间尺度，得出图B：
3根据波形，分析出现的问题及其原因。

电路原理图函数表达式F= C A AB +。

图A 、B 的实验电路为B 、C 接高电平5V ，即B=C=1，此时F= A A +，输出为0,，然而由图A 可知电路存在“1”态冒险，即电路存在竞争冒险。

图B 为将图A 放大后的图像，可知输出端滞后于输入端。

4采用增加冗余项的方法消除上述电路中竞争冒险现象。

画出修改后电路，并进行验证。

增加冗余项修改后的电路图（a ）：
修改后输入输出波形图（b ）：
原来表达式F= C A AB +增加冗余项后得F= BC C A AB ++=F= C A AB +*BC ，则电路图如上图（a ），其输入输出图像如图（b ），由图（b ）可知，增加冗余项后，输出图像为一直线，即增加冗余项的方法已消除竞争冒险现象。

5用示波器观察电路修改后工作时的输出波形，将电路修改前后波形比较分析。

消除互补相乘项修改后的电路图（c ）：
修改后输入输出波形图（d ）：
6、用示波器观察电路修改后工作时的输出波形，将电路修改前后波形比较分析。

分析：由于原来的函数表达式F= C A AB +=C B B A C A A A +++消除互补相乘项A A 后得到F=C B B A C A ++，此时无论A 这怎么修改，输出结果总为1,。

画出电路图（c ），得到输入输出图像（d ），输出图像为一直线可知竞争冒险已消除。

五、分析思考
1组合逻辑电路中产生竞争与冒险现象的原因是什么?
产生竞争冒险的原因：①各个信号延迟时间的差异；②信号变化的互补性，如本实验中F= C A AB +=C B B A C A A A +++中的A A 即为互补项；③信号的传输途径不同以及元器件的选择。

2如何判别组合逻辑电路中存在竞争冒险现象?又如何消除?
判断方法：逻辑代数法，卡诺图法，直接观察输出波形是否出现毛刺。

消除方法：增加冗余项，消去互补相乘项，输出端并联电容器滤波。

3 分析以下电路是否存在竞争冒险，如果存在，采用2种方法消除，画出具体的修改后电路图，并采用Multisim 仿真波形。

将A 接Vcc+5V ，B 接方波信号源，仿真得出其输出波形如图C ，由图像可知存在毛刺，且为“0”态冒险，即存在竞争冒险。

图C
原图表达式F= B B AB AB A AB ****+=AB B A ++
消除竞争冒险：
方法一：消除互补相乘项 F = B B AB AB A AB ****+ = B B A B A AB **+ = B B A B A AB ++* = B A +
画出修改后的电路图D ：
图D
输入输出波形如图E：输出波形为一直线，说明竞争冒险已消除。

图E
方法二：
接入D触发器：D触发器是受时钟脉冲控制的，如果竞争冒险信号恰好避开了时钟脉冲的作用时刻，则不会对组合逻辑电路造成危害，所以接入D触发器可以消除竞争冒险。

接
入D触发器后的电路图如图（d），D触发器选用74LS74N。

图（d）
得到的输入输出波形如图（e）：输出波形为一直线，说明竞争冒险已消除。