组合电路中的竞争冒险实验报告
实验四 组合电路中的竞争与冒险
当A由1变为0时，由于考虑了G1门的延迟时间，在G2门的2个输入端出现
了均为0的短暂时刻，使G2门输出产生了不应有的窄脉冲，这个窄脉冲称
为毛刺。
A B
0
≥1
≥1
F
G2
B0 A A F
t pd
G1
3．竞争与冒险的消除方法
①接入滤波电容
R
Vi
②引入选通脉冲
C
VoLeabharlann Vi VoA B1
脉 冲
& & & &
A B
B：A=1，C=1，D=0 D：A=0，B=0，C=1
7、添加冗余项消除A变化过程中的险象
F=AB+BCD+ACD=AB+BCD+ACD+BCD
F
C d e f F
C
F AB AC AB AC
③修改逻辑设计
在卡诺图中，函数的每一个与项（或项）对应一个合并圈，若两个合并圈相 切，相切之处会出现冒险。
AB C 00
F AB AC
01
11
☆消除冒险的方法：
10
在相切处增加一个合并圈BC。
0
1
1 1 1 1
F AB AC 令B=C=1
AA
产生0冒险
相切处：B=C=1
实验内容
1、F=AB+BCD+ACD 要求只有原变量输入即实现时不能用模拟开关的反变量，要实现反变量，用非门。 没有非门，可用与非门（与1与非）或异或门（与1异或）。要能观察到竞争冒险现象， 实现时应尽可能使同一变量的经过两条路径到达同一点时，两条路径相差的门数尽可能
F AA 或
F AA
组合电路的竞争和冒险
S = ∑m (1,2,4,7) = ∏ (0,3,5,6) M
= M0 ⋅ M3 ⋅ M5 ⋅ M6 = m0 ⋅ m3 ⋅ m5 ⋅ m6
= Y 0 ⋅Y 3 ⋅Y 5 ⋅Y 6
CO = ∑m (1,2,3,7) = ∏ (0,4,5,6) M
= M0 ⋅ M4 ⋅ M5 ⋅ M6 = m0 ⋅ m4 ⋅ m5 ⋅ m6
0 1 1 1 0 0 0 1
AB AB C 00 01 11 10 C 00 01 11 10 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1
S CO
S = A⊕ B ⊕Ci
CO = AB + ( A⊕B) ⋅ Ci = AB⋅ ( A⊕ B) ⋅ Ci
最后画出用与非门和异或门实现 的全减器逻辑电路图。
多个输入发生状态变化时，冒险是难以消除的。 多个输入发生状态变化时，冒险是难以消除的。当组合 电路的冒险影响了整个系统的工作时， 电路的冒险影响了整个系统的工作时，可以采用取样脉冲的 方法加以解决。 方法加以解决。 A & ☆先判断组合电路 B & 有无冒险产生， A , A⋅ A A+ & F 1 & 若有冒险加取样脉冲与组 C 合电路相与。 ☆取样脉冲仅在输出门处 于稳定值期间到来，保证输出 结果正确，在取样脉冲周期之 外，输出信息无效。 ☆取样脉冲法目的是避开 冒险。
3.5 组合逻辑电路中的竞争与冒险
F'
t
…
xn
C
F
电容器容量为4~20pF之间
t
11
输出端电容器致使输出波形上升沿和下降沿变化变 慢，可对于很窄的负跳变脉冲起到平滑的作用，但 也降低了电路工作速度
Ro L
C
L
(a) 4~20pF
(b)
12
8
２．增加冗余项
根据公式 AB AC BC AB AC
增加冗余项BC，有
F AB AC＋BC AB AC
B=C=1时, 函数由F＝A＋A变成了F＝1
9
增加乘积(冗余)项
L AC BC
G2
G2
A
AA
& AC
&
G4
AC
B
C
1
C
B
G1
1
& BC
G3G1
(a)
≥1 LG=A3C+BC &
F
(a)
(b)
产生正跳变脉冲的竞争冒险
竞争：在组合电路中，信号经由不同的路径达到某一会合点 的时间有先有后的现象;
冒险：由于竞争而引起电路输出发生瞬间错误。表现为输出 端出现了原设计中没有的窄脉冲（毛刺）。
2
例如：F AB AC,当B C 1时，F A A 1
A B
G2
&
A
d
G4
tpd
4
G1
A
A
1
G2
A
&
F AA
L
(a)
(b)
产生正跳变脉冲的竞争冒险
G1
A
F AA
A
1
G2
≥1
A
中山大学数电实验五组合电路中的竞争与冒险
中⼭⼤学数电实验五组合电路中的竞争与冒险数电实验五组合电路中的竞争与冒险预习报告1、复习与组合逻辑电路竞争与冒险有关内容（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，则称为⾮临界竞争；如果使电路的输出产⽣了错误，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 = A A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。
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。
5组合逻辑电路中的竞争冒险
(b)
L A A 1 稳态逻辑关系
竞争产生负尖脉冲：偏1冒险
产生竞争冒险的原因：门电路的传输延迟使同一变量经过 不同路径到达输出端的时间不同。
竞争冒险的危害性：使对脉冲敏感的系统出现误动作。
2 冒险现象的判别方法（分析法） 1） 代数法
分析输入变量的取值情况，看是否存在某些输入变量的特定 取值使表达式出现L=AA 或者L=A+A 例 判断 L AC AB AC 是否存在冒险现象
B=1, A=0时出现L=C+C
AC AB
C 00 01 11 10
0
1
AB
BC
L= BC+ AC +AB
B=1, A=0时出现L=C+C+1
2） 加滤波电容
A
A
&
C
A
1
&
≥1
L
C
1
&
C
C
B
B
(a)
L AC AB AC
L 冒险
(b)
3） 加选通控制 保证输出在输入信号稳定时有效
组合逻辑电路分析与设计小结
3.5 组合逻辑电路中的竞争冒险
1 竞争冒险的意义
竞争: 在组合逻辑电路中，若某个变量通过2条以上的途 径到达输出端，由于每条路径上的延迟时间不同，到达输 出端的时间有先后区别，这一现象叫做竞争。
A
B
1
G1 C
G3
&
G4
&
G2
L
&
冒险: 当某个变量发生变化时，如果真值表所描述的逻辑 关系受到短暂的破坏，并在输出端出现不应有的尖脉冲， 此种情况称为冒险。
实验四组合电路中竞争与冒险完成
实验四组合电路中竞争与冒险完成TPMK standardization office【 TPMK5AB- TPMK08- TPMK2C- TPMK18】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。
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,。
组合逻辑电路中的竞争冒险
组合逻辑电路中的竞争冒险
前面分析组合逻辑电路时，都没有考虑门电路的延迟时间对电路产生的影响。
实际上，从信号输入到稳定输出需要一定的时间。
由于从输入到输出的过程中，不同通路上门的级数不同，或者门电路平均延迟时间的差异，使信号从输人经不同通路传输到输出级的时间不同。
由于这个原因，可能会使逻辑电路产生错误输出。
通常把这种现象称为竞争冒险。
一、产生竞争冒险的原因
首先来分析下图所示电路的工作情况，可以建立竞争冒险的概念。
在图中，与门G2的输入是Ａ和两个互补信号。
由于G1的延迟，的下降沿要滞后于Ａ的上升沿，因此在很短的时间间隔内，G2的两个输入端都会出现高电平，致使它的输出出现一个高电平窄脉冲（它是按逻辑设计要求不应出现的干扰脉冲），见图中的波形部分所示。
与门G2的２个输入信号分别由G1和Ａ端两个路径在不同的时刻到达的现象，通常称为竞争，由此而产生输出干扰脉冲的现象称为冒险。
下面进一步分析组合逻辑电路产生竞争冒险的原因。
设有一个逻辑电路如上图所示，其工作波形如下图所示。
它的输出逻辑表达式为。
由此式可知,当Ａ和Ｂ都为1时，L＝1，与C的状态无关。
但是，由波形图可以看出，在Ｃ由１变０时，Ｃ由０变１有一延迟时间，在这个时间间隔内,G2和G3的输出ＡＣ和同时为０，而使输出出现一负跳变的窄脉冲，即冒险现象。
这是产生竞争冒险的原因之一，其他原因这里不作详述。
由以上分析可知，当电路中存在由反相器产生的互补信号，且在互补信。
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实验题目：组合电路中的竞争和冒险
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，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。