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文章关键词:电竞平台竞技宝app,稳态冒险

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  数字电路中冒险的检测及消除 摘要:冒险是数字电路设计中不正确设计导致的。本文简要介绍了数字电路中冒 险的检测及消除的常用方法。 关键词:数字电路,冒险、检测、消除 The checkout and elimination of static-hazard in digital circuit Abstract:The hazard is the wrong design of digital design. In this article, we will introduce the way to find static-hazard and the solution to the problem. Key words:digital circuit, hazard, checkout, eliminate 由于电路延迟,逻辑电路的瞬态特性(transient behavior)可能与稳态分析 得到的不同。特别是,在稳态分析下的不变输出可能会产生短脉冲,常常称为尖 峰或闪烁。若电路可能存在尖峰,就说它存在冒险(hazard) ;或者是由于信号 在传输和处理过程中经过不同的逻辑门、 触发器或逻辑单元时产生时差,造成信 号的原变量和反变量状态改变的时刻不一致,产生错误瞬间。根据电路输出的使 用情况,系统的操作可能会受到某些突变的假信号的不利影响,这种假信号竞争 就可能造成冒险。电竞平台竞技宝app冒险现象可能将直接影响电路工作的稳定性、可靠性,甚至会 导致整个数字系统的错误动作和逻辑紊乱。因此,如何解决竞争冒险问题就成为 数字电路设计中非常关键的环节。 冒险分为静态冒险和动态冒险。本文中我们主要讨论静态冒险。静态冒险分 静态 1 型冒险是指在对电路功能的稳态分析后, 为静态 1 型冒险和静态 0 型冒险。 期望输出保持良好的静态 1 时,电路的输出可能会产生 0 尖峰的可能性;静态 0 型冒险是指当预期电路有静态 0 输出时却存在产生 1 尖峰的可能性。 一、冒险的检测 消除冒险,首先需要检测出冒险。其实,我们可以根据静态冒险的定义来检 测冒险是否存在。 静态 1 型冒险是这样的输入对:只有一个输入变量不同;这两种输入组合都 产生 1 输出。例如逻辑函数 F = X Z + YZ ,当 X=1 且 Y=1 时,有 F = Z + Z ,为静 态 1 型冒险。静态 0 型冒险是这样的输入对:只有一个输入变量不同;这一对输 -1- 入组合都产生 0 输出。 例如逻辑函数 F = (W + X + Z )( Z + Y )( X + Y ) , W=X=Y=0 当 时,有 F = Z Z ,为静态 0 型冒险。由此,我们可以得出检测静态冒险的第一种 方法——观察逻辑函数表达式。在逻辑函数表达式中,若某个变量同时以原变量 和反变量两种形式出现,就具备了竞争条件。去掉其余变量(也就是将其余变量 取固定值 0 或 1) ,留下有竞争能力的变量,如果表达式为 F = A + A ,就会产生 1 型冒险(F 输出一直为 1) ;如果表达式为 F = AA ,就会产生 0 型冒险(F 输出 一直为 0) 。 我们还可以利用卡诺图来发现静态冒险。在两级“与-或”或“或-与”电路 中利用卡诺图来检测静态冒险。下面用四变量卡诺图来进行说明: WX YZ 00 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 10 00 01 11 10 1 1 由图可见,在圈出 1 的各圈中,有的圈之间是相切的(这两个圈没有被一个 更大的圈同时覆盖) ,这说明可能产生静态 1 型冒险(假若圈 0,圈之间相切, 则产生静态 0 型冒险) 。 二、冒险的消除 消除冒险的方法:引入额外的乘积项(与门)来覆盖冒险的输入对。如下例 所示: XY Z 00 01 11 1 10 1 0 1 1 1 原电路图为: -2- 当我们添加了新的项 XY 后,消除了静态 1 型冒险的电路: 或者,电竞平台竞技宝app对于一些比较简单地电路,我们可以根据逻辑函数表达式直接进行修 改。如: 逻辑函数表达式为: ,适当修改逻辑电路, 可以消除某些竞争冒险现象。例如,上面分析的电路中,当 A = C = 1 时,由于出现 F = B + B 了冒险现象。为此,可把表达式变换一下,根据常用布尔公式可知: F = AB + BC + AC ,在增加了 AC 项以后,函数关系不变,但当 A = C = 1 时,输出 F 恒为 1 ,不再产生干扰脉冲。所以,把电路按照 F = AB + BC + AC 修改,即可消除冒 险现象。 动态冒险是指一个输入转变一次而引起变化多次的可能性。 如果从变化的输 入到变化的输出存在具有不同延迟的多个通路,则输出可能会发生多次变化。下 图即为一个存在动态冒险的电路: -3- 从输入 X 到输出 F 有三条不同的通路。一条通路经过 1 个慢速或门,另一 个经过一个更慢速的或门。如果电路的输入是 W,X,Y,Z=0,0,0,1,则输出为 1。若 X 输入变为 1, ,发生第一次转换,输出为 0, “慢”的或门再输出变化,产生第 二次转换,输出为 1,最后, “最慢”的或门输出变化,产生第三次转换,输出 最后为 0。 结语: 在数字电路设计中,在少数情况下,例如反馈时序电路设计,要求无冒险组 合电路, 在任意电路中寻找冒险的技术其实是非常困难的。 当要求无冒险设计时, 最好采用容易分析的电路结构,方便检测。 参考书目: 《数字设计原理与实践 第四版》 【美】 John F. Wakerly 机械工业出版社 -4-

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