司佑全，張學(xué)文

(湖北師范學(xué)院 物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石　435002)

譯碼器競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)及其處理的仿真分析

司佑全，張學(xué)文

(湖北師范學(xué)院 物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石435002)

摘要：文獻(xiàn)中一般是針對(duì)SSI小規(guī)模組合電路競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)進(jìn)行分析，然而，實(shí)際上中規(guī)模組合電路也常出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象. 以74LS138組成函數(shù)發(fā)生器為例， 利用卡諾圖和Multisim仿真軟件來(lái)進(jìn)行分析，并且給出消除譯碼器競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的方法.

關(guān)鍵詞：譯碼器；競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)；虛擬仿真

中圖分類號(hào)：TP302.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-2714(2015)04- 0040- 05

doi:10.3969/j.issn.1009-2714.2015.04.009

收稿日期：2015—04—02

基金項(xiàng)目：湖北師范學(xué)院校級(jí)教研項(xiàng)目(JH201129,ZD201121)

作者簡(jiǎn)介：司佑全(1964—)，男，湖北浠水人，副教授.

1譯碼器競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象的觀察分析

在組合邏輯電路中，由于輸入信號(hào)傳輸?shù)捷敵龆寺窂胶蜁r(shí)間的不同(稱為競(jìng)爭(zhēng))，在輸出端可能會(huì)出現(xiàn)不應(yīng)有的干擾信號(hào)(稱為冒險(xiǎn))[1].

文獻(xiàn)一般都是針對(duì)SSI小規(guī)模組合電路競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)進(jìn)行分析，中規(guī)模組合電路是由基本門電路組成的，由于門電路的傳輸延遲時(shí)間不等，輸出就有可能出現(xiàn)不符合穩(wěn)態(tài)下邏輯關(guān)系的尖峰脈沖[2].

1.1　用卡諾圖分析譯碼器的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象

圖卡諾圖

當(dāng)CBA從101→011時(shí)，C和B兩個(gè)變量同時(shí)發(fā)生了跳變，然而實(shí)際上CB兩信號(hào)的變化不可能在同時(shí)完成，出現(xiàn)了變量的競(jìng)爭(zhēng).若C先變化，則CBA的取值出現(xiàn)了過(guò)渡態(tài)001，由卡諾圖知道CBA在過(guò)渡態(tài)的函數(shù)輸出為0，然而CBA在變化前后的穩(wěn)定態(tài)輸出值均為1，此時(shí)出現(xiàn)了0型冒險(xiǎn)，這種由過(guò)渡態(tài)引起的冒險(xiǎn)是由于電路的功能所致，為功能冒險(xiǎn).

同樣當(dāng)CBA由010→111時(shí)，CBA的取值出現(xiàn)了過(guò)渡態(tài)110，也出現(xiàn)了0型冒險(xiǎn).

1.2　用仿真軟件觀察譯碼器競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象

1.2.1邏輯冒險(xiǎn)現(xiàn)象

圖2　譯碼器實(shí)現(xiàn)電路圖

圖3　譯碼器邏輯冒險(xiǎn)現(xiàn)象波形

由圖3可見(jiàn)，當(dāng)字信號(hào)發(fā)生器CBA的取值組合從011向111變化時(shí)出現(xiàn)了0型邏輯冒險(xiǎn).

1.2.2功能冒險(xiǎn)現(xiàn)象

圖2中，字信號(hào)發(fā)生器CBA從000→001→101→011→100→010→111→110時(shí)，在圖4(從上至下，依次為A，B，C，F(xiàn)波形)中可以很清楚地觀察到CBA從101→011、010→111出現(xiàn)了0型功能冒險(xiǎn).利用Multisim8仿真結(jié)果與用卡諾圖進(jìn)行的分析結(jié)果是一致的.

圖4　譯碼器功能冒險(xiǎn)現(xiàn)象波形

當(dāng)電路發(fā)生單個(gè)變量狀態(tài)改變引起的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象時(shí)，用卡諾圖檢查有無(wú)幾何相鄰的乘積項(xiàng)即可查出有無(wú)競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)存在，但當(dāng)電路發(fā)生多個(gè)變量狀態(tài)同時(shí)改變引起的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)時(shí)，用卡諾圖法難以查出；若用真實(shí)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)檢查雖然可以查出，但又太麻煩．上述仿真實(shí)驗(yàn)告訴我們，用Multisim進(jìn)行電路仿真可以準(zhǔn)確快速地查出多個(gè)變量狀態(tài)同時(shí)發(fā)生改變引起的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)．

2譯碼器競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象的消除

SSI小規(guī)模組合電路競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)可以通過(guò)修改邏輯設(shè)計(jì)的方法，發(fā)現(xiàn)并消掉互補(bǔ)變量，增加冗余乘積項(xiàng)的方法，而對(duì)于利用中規(guī)模集成電路74LS138組成函數(shù)發(fā)生器，就不能使用這一方法[4].我們可以采用其它方法消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象.

2.1　在使能端加入選通脈沖信號(hào)

用MSI組合電路實(shí)現(xiàn)某一個(gè)函數(shù)時(shí)若出現(xiàn)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，可以在使能端加入脈沖信號(hào)，從而避免冒險(xiǎn)現(xiàn)象[5].加選通信號(hào)避開(kāi)毛刺是一種常用的方法.毛刺僅發(fā)生在輸入信號(hào)變化的瞬間，因此在這段時(shí)間將輸出門封住，待電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，再加選通脈沖選取輸出結(jié)果，該方法簡(jiǎn)單易行，但選通信號(hào)的作用時(shí)間和極性等一定要合適.對(duì)于MSI電路，常利用使能端起到選通的作用[6].

圖5　在使能端加入選通脈沖信號(hào)消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)

圖6　在使能端加入選通脈沖信號(hào)消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)波形

在譯碼器的使能端引入選通脈沖可以消除由于競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)引起的尖峰脈沖.選通脈沖作用在輸出狀態(tài)已經(jīng)從一個(gè)狀態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài)之后，輸出信號(hào)變?yōu)槊}沖形式，在選通脈沖作用期間，輸出才有效[7].

2.2　在輸出端加RC慣性延時(shí)環(huán)節(jié)消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)

由于競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)所引起的是尖峰脈沖，脈寬很窄，因此，可以在門電路的輸出端加一個(gè)慣性延時(shí)環(huán)節(jié)，通常是RC濾波器，來(lái)消除尖峰脈沖，如圖7所示.使用此方法時(shí)要適當(dāng)選擇時(shí)間常數(shù)(t=RC)，要求t足夠大，以便“削平”尖脈沖；但又不能太大，以便使正常的輸出發(fā)生畸變[7].

圖7　在輸出端加入RC消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)

圖8　在輸出端加入RC消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)波形

2.3　加D觸發(fā)器消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)

D觸發(fā)器的加入可以使電路的輸出信號(hào)延遲一個(gè)時(shí)鐘周期，從而消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象[8～9].

圖9　加D觸發(fā)器消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)

圖10　加D觸發(fā)器消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)波形

3總結(jié)

通過(guò)引入脈沖消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的方法簡(jiǎn)單易行，而且不需要增加電路元件，但選通信號(hào)的作用時(shí)間和極性等一定要合適，若時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)影響到電路的非競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)時(shí)間段正常輸出而產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果[10].加選通脈沖后，輸出由電位信號(hào)變成了脈沖信號(hào)，有脈沖輸出時(shí)表示電路在這一拍輸出為1.從上述仿真實(shí)驗(yàn)還可以看出，利用Multisim8軟件不但能準(zhǔn)確快速地檢查電路中存在的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)，而且可以比真實(shí)實(shí)驗(yàn)更加方便地驗(yàn)證所采取的消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的措施是否行之有效[11]．

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The simulation analysis of

encoder competition risk and its processing

SI You-quan,ZHANG Xue-wen

(College of Physics and Electronic Science, Hubei Normal University, Huangshi435002,China)

Abstract：In general, ones perform analysis on the competition adventure with SSI small-scale combinational circuit in the literature. However, in fact, the middling-scale combinational circuit also often occur in the competition adventure. In this paper, as example, taking the composition 74LS138 function generator, by use of the Karnaugh maps and Multisim simulation software, the authors perform analysis and give some method which can eliminate the competition risky of decoder.

Key words：decoder； race and hazard；virtual simulation