数字逻辑4-3-3组合电路中的险象消除
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。
数字电路中冒险的检测及消除
数字电路中冒险的检测及消除摘要：冒险是数字电路设计中不正确设计导致的。
本文简要介绍了数字电路中冒险的检测及消除的常用方法。
关键词：数字电路，冒险、检测、消除The checkout and elimination of static-hazard in digital circuit Abstract：The hazard is the wrong design of digital design. In this article, we will introduce the way to find static-hazard and the solution to the problem.Key words：digital circuit, hazard, checkout, eliminate由于电路延迟，逻辑电路的瞬态特性（transient behavior）可能与稳态分析得到的不同。
特别是，在稳态分析下的不变输出可能会产生短脉冲，常常称为尖峰或闪烁。
若电路可能存在尖峰，就说它存在冒险（hazard）；或者是由于信号在传输和处理过程中经过不同的逻辑门、触发器或逻辑单元时产生时差,造成信号的原变量和反变量状态改变的时刻不一致，产生错误瞬间。
根据电路输出的使用情况，系统的操作可能会受到某些突变的假信号的不利影响，这种假信号竞争就可能造成冒险。
冒险现象可能将直接影响电路工作的稳定性、可靠性,甚至会导致整个数字系统的错误动作和逻辑紊乱。
因此,如何解决竞争冒险问题就成为数字电路设计中非常关键的环节。
冒险分为静态冒险和动态冒险。
本文中我们主要讨论静态冒险。
静态冒险分为静态1型冒险和静态0型冒险。
静态1型冒险是指在对电路功能的稳态分析后，期望输出保持良好的静态1时，电路的输出可能会产生0尖峰的可能性；静态0型冒险是指当预期电路有静态0输出时却存在产生1尖峰的可能性。
一、冒险的检测消除冒险，首先需要检测出冒险。
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。
数字电路与逻辑设计第三版侯建军答案第四章
数字电路与逻辑设计第三版侯建军答案第四章1.什么是组合逻辑电路? 组合逻辑电路的结构有什么特点?答：如果一个逻辑电路在任何时刻产生的稳定输出仅取决于该时刻各输入取值的组合，而与过去的输入取值无关，则称该电路为组合逻辑电路。
从电路结构看，组合逻辑电路具有如下两个特点：①电路由逻辑门电路组成，不包含任何记忆原件。
②电路中信号是单向传输的，不存在任何反馈回路。
2.组合逻辑电路中的竞争现象是什么原因引起的? 竞争可以分为哪几种类型?答：组合逻辑电路中的竞争现象可以广义的定义为多个信号到达某一点有时差所引起的现象。
把不产生错误输出的竞争称为非临界竞争，而导致错误输出的竞争称为临界竞争。
3.组合逻辑电路中的险象一般以什么形式出现? 有哪些常用的处理方法?答：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。
处理方法有：①增加冗余项消除险象②增加惯性延时环节滤除险象③引入选通脉冲避开险象4.二进制并行加法器按其进位方式的不同可分为哪两种类型?答：按其进位方式的不同, 可分为串行进位二进制并行加法器和超前进位二进制并行加法器两种类型。
5.二进制并行加法器采用超前进位的目的是什么?答：简化电路结构，提高加法器的运算速度。
6.二进制译码器的基本功能是什么? 74138 的输出与输入构成何种关系?答：二进制译码器的基本功能是将 n个输入变量变换成2n个输出函数,且输出函数与输入变量构成的最小项具有对应关系。
74138是一种3输入8输出译码器,其输出为输入变量构成的最小项之非。
7.多路选择器的基本功能是什么?答：多路选择器（Multiplexer）又称为数据选择器或多路开关, 常用 MUX 表示。
它是一种多路输入、单路输出的组合逻辑电路, 其逻辑功能是从多路输人数据中选中一路送至数据输出端, 输出对输入的选择受选择控制变量控制。
8.判断图4.44所示逻辑电路, 请问当输人变量取何值时 3 个电路输出取值相同?答：由输出函数表达式可知，当输入变量取值相同时，3个电路输出取值相同。
数字电路中冒险的检测及消除
数字电路中冒险的检测及消除摘要：冒险是数字电路设计中不正确设计导致的。
本文简要介绍了数字电路中冒险的检测及消除的常用方法。
关键词：数字电路，冒险、检测、消除The checkout and elimination of static-hazard in digital circuit Abstract：The hazard is the wrong design of digital design. In this article, we will introduce the way to find static-hazard and the solution to the problem.Key words：digital circuit, hazard, checkout, eliminate由于电路延迟，逻辑电路的瞬态特性（transient behavior）可能与稳态分析得到的不同。
特别是，在稳态分析下的不变输出可能会产生短脉冲，常常称为尖峰或闪烁。
若电路可能存在尖峰，就说它存在冒险（hazard）；或者是由于信号在传输和处理过程中经过不同的逻辑门、触发器或逻辑单元时产生时差,造成信号的原变量和反变量状态改变的时刻不一致，产生错误瞬间。
根据电路输出的使用情况，系统的操作可能会受到某些突变的假信号的不利影响，这种假信号竞争就可能造成冒险。
冒险现象可能将直接影响电路工作的稳定性、可靠性,甚至会导致整个数字系统的错误动作和逻辑紊乱。
因此,如何解决竞争冒险问题就成为数字电路设计中非常关键的环节。
冒险分为静态冒险和动态冒险。
本文中我们主要讨论静态冒险。
静态冒险分为静态1型冒险和静态0型冒险。
静态1型冒险是指在对电路功能的稳态分析后，期望输出保持良好的静态1时，电路的输出可能会产生0尖峰的可能性；静态0型冒险是指当预期电路有静态0输出时却存在产生1尖峰的可能性。
一、冒险的检测消除冒险，首先需要检测出冒险。
数字逻辑课后答案第四章
现，故会发生竞争。但由于不论 BCD 取何值，表达式都不会变成 A + A 或者 A ⋅ A 的形式，所以不会产生险象。
○3 因为逻辑表达式 F3 = ( A + B) ⋅ ( A + C) 中有逻辑变量 A 以互补形式
解答
○1 变换如下：
F = AB + AC + BC = AB + AC + BC + BC + AC + AB = A(B + C) + (A + B)C + (A + C)B = A ⋅ BC + AB ⋅ C + AC ⋅ B = A ⋅ ABC + C ⋅ ABC + B ⋅ ABC = A ⋅ ABC ⋅ B ⋅ ABC ⋅ C ⋅ ABC
0
0010
0
0011
0
0100
0
0101
1
0110
1
0111
1
1000
1
1001
1
1010
d
┇
┇
1111
d
○2 由真值表可写出输出函数表达式为
F(A,B,C,D)=∑m(5~9)+∑d(10~15)
经化简变换后，可得到最简与非表达式为
F(A,B,C,D)= A + BC + BD = A ⋅ BC ⋅ BD
M = 1: F = A ⊕ B ⊕ C; G = AB + AC + BC = AB⋅ AC ⋅ BC
○3 根据逻辑表达式，可作出逻辑电路图如图13所示。
数字逻辑4-3-2组合电路中的险象判断
组合逻辑电路险象判断
卡诺图法
当描述电路的输出函数是“与-或”表达式时， 采用卡诺图判断比较方便。具体方法是先将函 数读入卡诺图中，并画出对应各个与项的卡诺 图圈。接着检查是否存在两个相邻的最小项没 有被任一个卡诺图圈圈在一起。若存在，则当 输入变量在这两个最小项对应的值之间变化时， 存在险象。若没有这种情况，则不存在险象。
数字逻辑
章晓卿
上海交通大学继续教育学院
第3章 集成门电路
4.1 组合电路的分析方法 4.2 组合电路的设计方法 4.3 组合电路中的险象问题
险象产生 险象判断 险象消除
数字逻辑 第4章 组合逻辑电路
组合逻辑电路险象判断
当某一个输入变量X同时以原变量X和反变 量X形式出现在函数表达式中，且在一定条件 下函数表达式可以转换为X+X或者XX的形式 时，则当输入X 变化时，由于竞争可能产生险 象。
数字逻辑
第4章 组合逻辑电路
组合逻辑电路险象判断
有两种方法判断组合电路是否存在险象： 代数法 根据描述电路的函数表达式来判断相应电 路是否具有产生险象的条件。具体步骤： 首先检查找出具备竞争条件的输入变量，该 变量X同时以原变量和反变量的形式出现在 表达式中。
数字逻辑 第4章 组合逻辑电路
组合逻辑电路险象判断
可见，输入C变化时不可能产生险象。
数字逻辑 第4章 组合逻辑电路
组合逻辑电路险象判断
例2 例如设描述电路的逻辑函数为：
F ( A B)( A C )( B C )
找出具有竞争条件的输入变量：A和B。分别对A、 B进行检查。
数字逻辑
第4章 组合逻辑电路
组合逻辑电路险象判断
（1）表达式中只保留A，BC分别以00、01、 10、11的逻辑值代入表达式，得到如下结果：
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
组合逻辑电路险象消除
2、增加惯性延时环节的方法消除险象 通常在输出端加RC电路的惯性延时环节（低 通滤波器），可也不能太大，否则，将影响电路的工作速度。
X1 X2 组合电路 R F C
数字逻辑 第4章 组合逻辑电路
Xn
组合逻辑电路险象消除
险象消除
本章结束
谢 谢！
数字逻辑
第4章 组合逻辑电路
3、选通法消除险象 输出级门电路G4的多增 加一个选通输入引脚，加入的信号为脉冲型的 选通脉冲。险象出现在输入信号变化的瞬间。 输入信号变化后延迟一短暂的时间，再加入选 通脉冲信号，避开了险象出现的瞬间，从而消 除了险象。
数字逻辑
第4章 组合逻辑电路
组合逻辑电路险象消除
选通法输出的波形是脉冲型：在选通脉冲到来时，输出 端输出正脉冲，表示输出1，无脉冲，表示输出0。
本章小结
③组合电路的分析步骤：逻辑图→写出逻辑表达 式→逻辑表达式化简→列出真值表→逻辑功能描 述。 ④组合电路的设计步骤：列出真值表→写出逻辑 表达式或画出卡诺图→逻辑表达式化简和变换→ 画出逻辑图。 ⑤组合电路的险象产生的原因及消除方法.
数字逻辑 第4章 组合逻辑电路
本讲小结
4.3 组合电路中的险象问题
数字逻辑 第4章 组合逻辑电路
本章小结
①组合电路的特点：在任何时刻的输出只取 决于当时的输入信号，而与电路原来所处的状 态无关。实现组合电路的基础是逻辑代数和门 电路。 ②组合电路的逻辑功能可用逻辑图、真值表、 逻辑表达式、卡诺图和波形图等5种方法来描述， 它们在本质上是相通的，可以互相转换。
数字逻辑 第4章 组合逻辑电路
数字逻辑 第4章 组合逻辑电路
组合逻辑电路险象消除
例1图所示电路，其输出函数表达式为：
数字逻辑
第4章 组合逻辑电路
组合逻辑电路险象消除
例图所示电路，其输出函数表达式为：
数字逻辑
第4章 组合逻辑电路
组合逻辑电路险象消除
例2 消除逻辑表达式为 的电路中可能产生的险象。
修改后的函数表达式为：
数字逻辑 第4章 组合逻辑电路
数字逻辑
章晓卿
上海交通大学继续教育学院
第4章 组合逻辑电路
4.1 组合电路的分析方法 4.2 组合电路的设计方法 4.3 组合电路中的险象问题
险象产生 险象判断 险象消除
数字逻辑 第4章 组合逻辑电路
组合逻辑电路险象消除
1、用增加冗余项的方法消除险象 用卡诺图方法最为方便，检查出两个 最小项之间没有被一个卡诺图圈圈在一 起，则增加一个卡诺图圈将它们圈在一 起。该卡诺图圈应代表质蕴涵项，在逻 辑表达式中增加该与项。