组合电路中的竞争冒险实验报告

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。

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
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。

数字逻辑电路实验实验报告学号：班级：姓名：实验1 组合逻辑电路（1）——仪器的使用和竞争险象的观测一实验内容1.1示波器测量探头补偿信号1.2示波器测量信号源输出的正弦波信号1.3示波器测量信号源输出的方波信号1.4测量示波器的带宽1.57400功能测试1.6竞争与险象的观测二实验原理2.1示波器的基本使用示波器是一种可显示电信号波形的测量工具，可按照显示信号的方式分为数字示波器和模拟示波器两类。

常用的数字示波器通过对模拟信号进行AD转换、采样、存储进而显示波形。

实验中使用的示波器为GDS2202E，有两个输入通道，带宽200MHz，其面板各分区的主要功能如下：1.垂直控制区：包含两通道的开关按钮、幅值量程调节旋钮、参考电平调节旋钮等，可调节两通道的垂直尺度和波形零点高度。

2.水平控制区：主要含时基调节旋钮和触发发位置调节旋钮，可以调节波形显示的时间尺度和触发点的水平位置。

3.触发控制区：可以配合菜单键调节触发电平、触发方式、触发边沿等，可选择自动或正常触发模式，或选择上升、下降或双边沿触发，可实现单次触发功能。

4.菜单区：可设置示波器耦合方式（交、直流和地）、带宽、幅值倍率等参数。

另外，示波器还提供了光标测量、信号参数测量等其他功能。

示波器探头有分压功能，可实现对输入信号的10:1幅值变换，借以实现更大的量程。

使用示波器观测稳定信号时，可使用Autoset键使波形稳定，或自行调节幅值、时基、触发等参数使波形稳定。

观察信号暂态时，则可使用单次触发模式，调节合适的触发参数以实现信号捕捉。

2.2信号源的基本使用信号发生器可用于以一定参数生成波形。

实验中使用的信号发生器为SDG2402X，可生成正弦波、方波、噪声波等常见波形和各种调制波形，有两个输出通道。

使用时，按下Waveforms键选择波形，之后可使用触摸屏幕、数字键、旋钮等配合方向键设置各种波形参数，之后按下对应通道的输出键即可使能输出。

2.3实验中粗略测量示波器带宽的原理分析一切实际系统均有上限截止频率，示波器也不例外。

目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract .................................................................. 1 . Key words .. (1)1 引言 (1)2 竞争冒险产生的原因分类及危害.................................................................................... 1. .2.1竞争冒险现象 (1)2.2 竞争冒险现象产生的原因.................................................................................... 2. ..2.3 竞争冒险的危害.................................................................................... 2. ..2.4 竞争冒险的分类.................................................................................... 2. ..2.4.1 静态冒险 (2)2.4.2 动态冒险 (2)3 竞争冒险的判断.................................................................................... 2. ..3.1 代数法 (2)3.2 卡诺图法 (3)3.3 仿真法和实验法....................................................................................4. ..3.4 通过实验判断竞争冒险....................................................................................4. ..3.4.1 实验分析 (5)3.4.2 实验总结 (6)4 竞争冒险的消除方法.................................................................................... 6...4.1增加冗余项法 (6)4.2消除互补项法 (6)4.3接入滤波电容 (6)4.4引入选通脉冲 (6)4.5引入封锁脉冲 (7)4.6采用可靠性编码7...4.7输出加D 触发器.................................................................................... 7. ..5 实际应用中竞争冒险的敏感度问题.................................................................................... 7. .6 总结 (7)致谢 (8)参考文献 (8)组合逻辑电路中的竞争冒险网络工程专业学生郭翔指导教师吴俊华摘要：在组合逻辑电路中，当输入信号改变状态时，输出端可能出现由于竞争冒险而产生的干扰脉冲信号，如果负载是对干扰脉冲信号十分敏感的电路，有可能引起电路的误动作，因此应该采取措施消除竞争冒险。

收稿日期：2010-08-20基金项目：湖南第一师范学院院级课题（XYS09N06）作者简介：胡伟（1978-），男，湖南浏阳人，湖南第一师范学院讲师，硕士。

组合逻辑电路中竞争冒险的虚拟仿真实验设计胡伟（湖南第一师范学院，湖南长沙410205）摘要：竞争冒险现象是组合逻辑电路工作状态转换过程中经常出现的现象，而实验检测法是最为可靠的竞争冒险检测方法，通过以Multisim 软件为平台进行虚拟的仿真实验，可以形象生动地展示竞争冒险现象及其消除方法。

关键词：组合逻辑电路；竞争冒险；Multisim ；虚拟仿真中图分类号：TN791文献标识码A文章编号：1674-831X （2010）05-0152-051.组合逻辑电路中的竞争冒险1.1组合逻辑电路中竞争冒险我们在进行逻辑电路的设计和制作时，常常出现设计上没有原理性错误，但实际构成的电路输出端却出现违背稳态下逻辑关系的尖峰脉冲，这是由于在进行逻辑设计时都是将构成逻辑的元件作为理想的元件进行设计的。

但在实际中所有的逻辑门都存在传输延迟，且不同通路上门的级数也不同，所有的信号从输入到稳定也需要一定的上升时间和下降时间。

因此，在组合逻辑电路的输出波形中就出现了违反原设计的尖脉冲波形的现象，即竞争冒险。

在组合逻辑电路中，如果由于竞争冒险而产生干扰脉冲，势必会对敏感负载产生不良影响，甚至导致误操作，如干扰脉冲可以使寄存器产生误操作，丢失储存的数据，还可以使计数器产生错误计数等等。

竞争冒险有可能引起控制对象的误动作，导致系统瘫痪，造成事故，所以必须采取措施予以消除。

1.2组合逻辑电路中竞争冒险的检测方法1.2.1逻辑函数法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路径而来的，那么当输入变量A 的状态突变时，输出端便存在竞争冒险现象。

所以，只要输出端的逻辑状态函数在一定的条件下能够简化为F=A+A 或F=A ·A ，则可断定电路存在竞争冒险现象。

数字电路-09组合逻辑电路冒险现象遇见的研究实验一． 实验目的1. 了解组合逻辑电路竞争冒险现象。

2. 掌握用实验手段消除竞争冒险对电路的影响。

二． 实验原理通常组合逻辑电路的设计是在理想状态下进行的，忽略了电路中的导线及集成门的延迟时间。

由于逻辑门传输延迟时间存在，实际电路中的各信号因传输路径不同，到达某一逻辑器件输入端的时间可能有先后之分，称为信号的“竞争”。

在输入信号变化瞬间，由于“竞争”造成输出信号出现不符合逻辑功能的尖峰脉冲，称为组合逻辑电路的“冒险”现象。

图9-1为冒险现象的例子。

图9-1 由于信号延迟产生的尖峰脉冲本实验仅讨论组合逻辑电路的静态冒险现象，判断一个组合逻辑电路是否会发生静态逻辑冒险的方法有两种。

1. 代数法若输入变量A 和A 通过不同的途径传输到同一逻辑门的输入端，那么当信号A 发生变化时，该逻辑门的输出端有可能产生静态逻辑冒险。

所以，如果某逻辑函数的输出Z 在其他输入信号一定的条件下呈A A Z +=或A A Z =的形式。

就可确定Z 在信号A 发生突变时会产生静态逻辑冒险。

该判断法有着一定的局限性，因为大多数情况下输入变量都存在两个以上同时改变状态的可能性，这样就难以从逻辑函数式上判断出所有产生竞争—冒险的情况。

2. 卡诺图法由于函数表达式中的一个与（或）项对应了卡诺图中函数值为“1”（“0”）的一个合并圈，各合并圈的关系是与（或）项相或（与）。

当两个圈相切时，至少有一个输入变量取值不同。

所以，若卡诺图中有圈相切，且相切的卡诺图格又没有同时被另一个圈包含，则当变量组合在相切方格之间变化时，可能出现输出A A Z +=或A A Z =的形式，从而产生冒险现象。

冒险是组合逻辑电路工作状态转换过程中经常出现的一种现象。

如果负载是一些对尖峰脉冲敏感的电路（如时序电路），就会对其造成误动作，从而直接影响数字设备的稳定性和可靠性，因此，必须采取措施消除之。

如果负载电路对尖峰脉冲不敏感（如负载为光电显示器件），就不必考虑这个问题。

实验四 组合电路的竞争冒险1．实验目的通过实验观察组合电路中存在的竞争冒险现象，学会用实验手段消除竞争冒险对电路的影响。

2．实验原理在组合逻辑电路里，信号从输入到输出的过程中，由于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，使信号从输入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。

下面是一个最简单的例子。

在图4.1（a ）的与门电路中，无论A=1、B=0还是A=0、B=1，输出皆为Y=0。

但是，如果输入信号A 从1跳变为0时，B 从0跳变为1，而信号B 首先上升到以(max)IL V 以上，这样在极短的时间T 内将出现A 、B 同时高于(max)IL V 的状态，于是便在门电路的输出端产生了极窄的Y=1的尖峰脉冲，或称为电压毛刺，如图所示（在画波形时考虑了门电路的传输延迟时间）。

显然，这个尖峰脉冲不符合门电路在稳态下的逻辑关系，因而它是系统内部的噪声。

同样，在图4.1（b ）的或门电路中，无论A=0、B=1还是A=1、B=0，输出都应该是Y=1。

但如果A 从1变成0的时刻和B 从0变成1的时刻略有差异，而且在A 下降到(min)IH V 时B 还没有上升到(min)IH V ，则在暂短的t ∆时间内将出现A 、B 同时低于(min)IH V 的状态，使输出端产生极窄的Y=0的尖峰脉冲。

这个脉冲同样也是违背稳态下关系的躁声。

我们把门电路两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变（一个从1变为0，另一个从0图4.1 组合电路中的竞争冒险B&≥11AA B Y Y Y tA B IH(min)IH(min)tY变为1）的现象叫做竞争。

应当指出，有竞争现象时不一定都会产生尖峰脉冲。

例如，在图4.1（a ）中，如果在B 上升到(max)IL V 之前A 已经降到了(max)IL V 以下（如图中虚线所示），这时输出端不会产生尖峰脉冲。

4第四章组合逻辑电路中的竞争冒险数字逻辑课件4.3组合逻辑电路中的竞争组合逻辑电路中的竞争冒险与险象数字逻辑课件竞争冒险的概念及其原因竞争：输入信号经过不同的路径到达输出端的时竞争：间有先有后，这种现象称为竞争。

间有先有后，这种现象称为竞争。

产生的原因：信号经过门的级数、具体逻辑门产生的原因：信号经过门的级数、的时延大小、导线的长短。

的时延大小、导线的长短。

竞争会给电路带来什么样的影响？竞争会给电路带来什么样的影响？数字逻辑课件一个简单门电路的冒险分析AFBF=A+A数字逻辑课件一、冒险与竞争竞争：在组合电路中，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冒险：由于竞争而引起电路输出发生瞬间错误现象。

冒险：由于竞争而引起电路输出发生瞬间错误现象。

表现为输出端出现了原设计中没有的窄脉冲，常称其为毛刺。

输出端出现了原设计中没有的窄脉冲，常称其为毛刺。

数字逻辑课件冒险的概念及其产生的原因如果电路中存在竞争现象，如果电路中存在竞争现象，则当输入信号变化时就有可能引起输出信号出现非预期的错误输出，时就有可能引起输出信号出现非预期的错误输出，险象或冒险。

这种现象称为险象或冒险。

在组合电路中，在组合电路中，当逻辑门有两个互补输入信号同时向相反状态变化时，同时向相反状态变化时，输出端可能产生过渡干扰脉冲的现象，竞争冒险。

扰脉冲的现象，称为竞争冒险。

数字逻辑课件险象的判断判断组合逻辑电路中是否有可能产生险象的方法有两种，代数法和卡诺图法。

的方法有两种，即代数法和卡诺图法。

数字逻辑课件代数法判断险象首先检查函数表达式中是否存在具备竞争条件的变量，条件的变量，即是否有某个变量同时以原变量和反变量的形式在函数表达式中出现。

变量和反变量的形式在函数表达式中出现。

若有，则消去函数表达式的其他变量，再若有，则消去函数表达式的其他变量，看函数表达式是否能化成或的形式，若能，看函数表达式是否能化成或的形式，若能，则对应的逻辑电路存在产生险象的可能性。

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。