譯碼器競爭冒險及其處理的仿真分析

司佑全，張學文

(湖北師范學院 物理與電子科學學院，湖北 黃石　435002)

譯碼器競爭冒險及其處理的仿真分析

司佑全，張學文

(湖北師范學院 物理與電子科學學院，湖北 黃石435002)

摘要：文獻中一般是針對SSI小規(guī)模組合電路競爭冒險進行分析，然而，實際上中規(guī)模組合電路也常出現(xiàn)競爭冒險現(xiàn)象. 以74LS138組成函數(shù)發(fā)生器為例， 利用卡諾圖和Multisim仿真軟件來進行分析，并且給出消除譯碼器競爭冒險的方法.

關鍵詞：譯碼器；競爭冒險；虛擬仿真

中圖分類號：TP302.2

文獻標識碼：A

文章編號：1009-2714(2015)04- 0040- 05

doi:10.3969/j.issn.1009-2714.2015.04.009

收稿日期：2015—04—02

基金項目：湖北師范學院校級教研項目(JH201129,ZD201121)

作者簡介：司佑全(1964—)，男，湖北浠水人，副教授.

1譯碼器競爭冒險現(xiàn)象的觀察分析

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

文獻一般都是針對SSI小規(guī)模組合電路競爭冒險進行分析，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間不等，輸出就有可能出現(xiàn)不符合穩(wěn)態(tài)下邏輯關系的尖峰脈沖[2].

1.1　用卡諾圖分析譯碼器的競爭冒險現(xiàn)象

圖卡諾圖

當CBA從101→011時，C和B兩個變量同時發(fā)生了跳變，然而實際上CB兩信號的變化不可能在同時完成，出現(xiàn)了變量的競爭.若C先變化，則CBA的取值出現(xiàn)了過渡態(tài)001，由卡諾圖知道CBA在過渡態(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，此時出現(xiàn)了0型冒險，這種由過渡態(tài)引起的冒險是由于電路的功能所致，為功能冒險.

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

1.2　用仿真軟件觀察譯碼器競爭冒險現(xiàn)象

1.2.1邏輯冒險現(xiàn)象

圖2　譯碼器實現(xiàn)電路圖

圖3　譯碼器邏輯冒險現(xiàn)象波形

由圖3可見，當字信號發(fā)生器CBA的取值組合從011向111變化時出現(xiàn)了0型邏輯冒險.

1.2.2功能冒險現(xiàn)象

圖2中，字信號發(fā)生器CBA從000→001→101→011→100→010→111→110時，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.利用Multisim8仿真結果與用卡諾圖進行的分析結果是一致的.

圖4　譯碼器功能冒險現(xiàn)象波形

當電路發(fā)生單個變量狀態(tài)改變引起的競爭冒險現(xiàn)象時，用卡諾圖檢查有無幾何相鄰的乘積項即可查出有無競爭冒險存在，但當電路發(fā)生多個變量狀態(tài)同時改變引起的競爭冒險時，用卡諾圖法難以查出；若用真實實驗的方法來檢查雖然可以查出，但又太麻煩．上述仿真實驗告訴我們，用Multisim進行電路仿真可以準確快速地查出多個變量狀態(tài)同時發(fā)生改變引起的競爭冒險．

2譯碼器競爭冒險現(xiàn)象的消除

SSI小規(guī)模組合電路競爭冒險可以通過修改邏輯設計的方法，發(fā)現(xiàn)并消掉互補變量，增加冗余乘積項的方法，而對于利用中規(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爭冒險現(xiàn)象.

2.1　在使能端加入選通脈沖信號

用MSI組合電路實現(xiàn)某一個函數(shù)時若出現(xiàn)冒險現(xiàn)象，可以在使能端加入脈沖信號，從而避免冒險現(xiàn)象[5].加選通信號避開毛刺是一種常用的方法.毛刺僅發(fā)生在輸入信號變化的瞬間，因此在這段時間將輸出門封住，待電路進入穩(wěn)態(tài)后，再加選通脈沖選取輸出結果，該方法簡單易行，但選通信號的作用時間和極性等一定要合適.對于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消除競爭冒險

圖6　在使能端加入選通脈沖信號消除競爭冒險波形

在譯碼器的使能端引入選通脈沖可以消除由于競爭冒險引起的尖峰脈沖.選通脈沖作用在輸出狀態(tài)已經(jīng)從一個狀態(tài)過渡到另一個新的穩(wěn)定狀態(tài)之后，輸出信號變?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慣性延時環(huán)節(jié)消除競爭冒險

由于競爭冒險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慣性延時環(huán)節(jié)，通常是RC濾波器，來消除尖峰脈沖，如圖7所示.使用此方法時要適當選擇時間常數(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消除競爭冒險

圖8　在輸出端加入RC消除競爭冒險波形

2.3　加D觸發(fā)器消除競爭冒險

D觸發(fā)器的加入可以使電路的輸出信號延遲一個時鐘周期，從而消除競爭冒險現(xiàn)象[8～9].

圖9　加D觸發(fā)器消除競爭冒險

圖10　加D觸發(fā)器消除競爭冒險波形

3總結

通過引入脈沖消除競爭冒險的方法簡單易行，而且不需要增加電路元件，但選通信號的作用時間和極性等一定要合適，若時間過長，會影響到電路的非競爭冒險時間段正常輸出而產(chǎn)生錯誤的結果[10].加選通脈沖后，輸出由電位信號變成了脈沖信號，有脈沖輸出時表示電路在這一拍輸出為1.從上述仿真實驗還可以看出，利用Multisim8軟件不但能準確快速地檢查電路中存在的競爭冒險，而且可以比真實實驗更加方便地驗證所采取的消除競爭冒險的措施是否行之有效[11]．

參考文獻：

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[11]邵平，周善東.競爭冒險檢查和消除的仿真實例分析[J].海南大學學報(自然科學版)，2005,23(2)：172～174.

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