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数字逻辑设计（4）

news 来源：原创 2024/5/20 23:25:24

文章目录

数组逻辑设计（4）
- 1. 组合逻辑电路中的险象
- - 一、门延迟
  - 二、逻辑冒险
  - 三、险象的分类
  - - 1）静态冒险
    - 2）动态冒险
    - 3）功能冒险
- 2. 险象的判断及消除
- - 险象的判断
  - - 1）代数法
    - 2）卡诺图法
- 险象的消除
- - 1）在切点处添加卡诺圈
  - 2）添加冗余项
  - 3）添加吸收电容
  - 4）加封锁/选通脉冲
- 3. 组合逻辑电路的测试

数组逻辑设计（4）

1. 组合逻辑电路中的险象

一、门延迟

控制端输入发生变化时，逻辑门的输出变化会有一定的延时，可能会引发非预期的尖峰干扰

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二、逻辑冒险

当一个逻辑门的两个输入端的信号同时向相反方向变化，则该电路存在竞争
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三、险象的分类

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1）静态冒险

例1：

理论上 $F=A+\overline{A}$ 输出结果恒为1，但是由于静态冒险的存在，会有错误信号输出，过程如下：
刚开始，A=0，d=1, e=0, g=1, F = 1
d端有个非门，对信号传输造成一定的延时，出现
（1）A=1， e=1, d=0, 延时导致g=1，输出F=1
（2）A=1， e=1, d=0, g=0, F=1
（3）A=0， e=0, d=0, 延时导致g=0, 输出F=0
（4）A=0， e=0, d=0, g=1, 输出F=0

第三个环节中静态冒险导致了非预期的尖峰干扰，出现了输出低电平的瞬间

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例2

2）动态冒险

1.通常发生在多级电路中
2.不同的路径有不同的传输延迟
3. 当输入发生一次变化，输出将发生多次变化
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3）功能冒险

多个输入信号同时改变，因速度不同产生错误信号脉冲
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2. 险象的判断及消除

险象的判断

1）代数法

例1
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上图中表达式 $\overline{A}\space\overline{C} + \overline{A}B + AC$ 中没有 $\overline{B}$ 所以不可能关于B出现险象，只需检查A和C即可
首先检查C，将 $A B$ 分别取所有可能，检查输出F没有险象出现

再检查A，取 $BC$ 的所有可能，查看输出，发现当 $BC = 11$ 时出现静态1冒险

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例2

上式中没有 $\overline{C}$ 只需要检查AB即可
首先检查A，当 $BC = 00$ 时， $F=A\overline{A}$
存在静态0冒险

2）卡诺图法

化简之后画出卡诺圈，判断是否存在相切的卡诺圈，如果存在相切情况，则存在险象
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险象的消除

1）在切点处添加卡诺圈

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2）添加冗余项

利用逻辑代数的知识，在表达式中添加冗余项，该冗余项的作用就是在电路中添加一个与门，让高电平信号能够i及时到达或门
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3）添加吸收电容

在接收端添加一个电容，吸收尖峰电平，达到了消除险象的作用
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4）加封锁/选通脉冲

不需要额外添加逻辑门，只需要在输出端添加一个选通脉冲（或门）或者封锁脉冲（与门）即可通过高低电平选择达到消除险象的目的。常用在FPGA设计中。
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3. 组合逻辑电路的测试

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例1

首先带入 $A BC D = 1111$ ，发现表达式的输出和逻辑电路的输出不同，说明电路设计有问题

下面进行问题分析

问题分析的过程要从输出端开始，逐步向输入端排查
1）首先输出应该是0，输出端错误，可能是七号门的输入有问题，或者七号门本身有问题
2）检查发现七号门和五号门相连的信号输入错误，应该是0，那么问题很可能出在5号门及其输入上
3）检查五号门的运算过程并无错误，所以可能是5五号门输入及其之前门电路的问题
4）检查发现三号门的计算过程有问题，可能是三号门本身或者其输入的问题
5）检查发现一号、二号门的运算过程并无问题，问题定位到三号门及其输入端
结论： 三号门本身有问题，或者其输入的数据线有问题（接口没插牢，数据线损坏等）
观察ppt中的错误排查方法，对所有器件进行了排查，更为严谨