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1、实验四 组合电路中的竞争与冒险姓名： 班级： 学号： 实验时间：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、数字电路实验箱、数字万用表、示波器。2、74LS00、 74LS20三、实验原理1、竞争冒险现象及其成因 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。 这个时候如果电路的输出产生了错误输出， 则称为逻辑冒险现象。 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
2、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，如果输出门电路的两个输入信号 A 和 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两个尖峰脉冲。 因此，只要输出端的逻辑函 数在一定条件下化简成 或 则可判断存在竞争冒险。3、消除竞争冒险现象的方法1）接入滤波电路在输入端并接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中的阈值电压以下。（2）引入选通脉冲对输出引进选通脉冲，避开险象。（3）修
3、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。 也可采用增加冗余项方 法。选择消除险象的方法应根据具体情况而定。组合逻辑电路的险象是一个重要的实际问题。当设计出一个组合电路，安装 后应首先进行静态测试，也就是用逻辑开关按真 值表依次改变输入量，验证 其逻辑功能。然后再进行动态测试，观察是否存在冒险。如果电路存在险象，但 不影响下一级电路的正常工作， 就不必采取消除险象的措施； 如果影响下一级电 路的正常工作，就要分析险象的原因，然后根据不同的情况采取措施加以消除。四、实验内容实现 函数， 并假定，输入只有原变量
4、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。2、列出真值表。3、静态测试，即按真值表验证其逻辑功能。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 改接函数发生器或实验箱配有的）的连续脉冲源，使工作频率尽可能高。观察是否出现险象，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、分别观察变量 B、 D变化过程中产生的险象。7、用加冗余项法消除 A 变化过程中产生的险象。五、实验内容1、画逻辑图将 F 化成以下形式：根据 F 的表达式可以2 、列出真值表。 （见表表一ABCDFF
5、静态 测试0000000001000010110011110100000101000110000111110000001001001010111011001100111101111110111111113、静态测试，即按真值表验证其逻辑功能。 （见表一）1）的最A、B、C、D接入逻辑开关对表（ 1）静态测试，得到的结果如表（后一列，可以知道表（ 1）的逻辑功能是正确的。4、观察变量 A 变化过程中的险象：即取 B=C=D=，1 得， A 改接函数发生器的连续脉冲源，工作频率f=1MHz。此时输出 F 出现竞争冒险现象，如下图。由图可知幅度为 2.810V 宽度（中值宽度）为 74.00ns5、
6、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？加一反相器后，所得新险象和旧险象如下图：旧险象 ->新险象 ->由图可知 F 再经过一级反相器，由于 A 和 A 经过的门数的个数不同，还是会出现 竞争与冒险现象，其险象仍然影响下一级电路的正常工作，此时信号反相，险象也反 相，其毛刺幅度和中值宽度不变。6、分别观察变量 B、 D变化过程中产生的险象。（1）令 A=C=1，D=0，B 输入 1MHz连续脉冲，所得险象如下：经比较和分析， B和 B经过的门数个数不同，而与 A 相等，所以其险象与 A 样。（2）令 A=B=0，C=1，D 输入 1MHz连续脉冲，得下图：经
7、整理可得下图经分析可知，由于 D和 D 经过的门数基本一样，门电路的传输延迟时差几乎为 0，所以此时可看到互补的竞争与冒险现象（或几乎看不到竞争冒险现象）。7、用加冗余项法消除 A 变化过程中产生的险象。加冗余项 BCD，即有化成以下形式：F=AB+BCD+ACD=AB+BCD+ACD+BCD化成以下形式：根据 F 可列出逻辑图如下： 根据逻辑图在实验箱中连线， A 接入 1MHz信号，得下图：经分析可知，当 B=C=D=1时，有冗余项 BCD=，1 而 BCD=，0 根据上式易知 F=1， 此时不论 A和 A是否经过同样数目 的与非门都无法影响结果的输出，表现为毛刺 现象消失。六、实验心得1、此次实验用到的非门较多， 而实验箱中只有与非门， 连线时需要一定的耐心。2、本次实验，我所用的实验箱存在问题，浪费了较多时间，导致后来做实验心里有点着急。3、此次实验，加深了我对组合电路中竞争与冒险现象的理解，而且，我学会了 如何简单地消除这种现象，如用接入滤波电路、引入选通脉冲、修改逻辑设计等方 法。