《數(shù)字電子技術(shù)》教案13

學(xué)習(xí)情境4組合邏輯電路設(shè)計(jì)與分析4.5數(shù)據(jù)分配器和選擇器數(shù)據(jù)分配器

多路數(shù)據(jù)分配器的功能與數(shù)據(jù)選擇器正好相反，它有一個(gè)數(shù)據(jù)源輸入端和多個(gè)數(shù)據(jù)輸出端，在地址信號(hào)的控制下，將一個(gè)源來(lái)的數(shù)據(jù)分配到某一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端去。

要分配2n個(gè)通道，需要由n位地址碼控制，地址碼的不同取值組合控制數(shù)據(jù)通道的對(duì)應(yīng)選通。如4路分配器需要由2位地址碼控制，8路分配器需要由3位地址碼控制。4.5.1數(shù)據(jù)分配器

在多路數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，能夠根據(jù)需要將其中任意一路挑選出來(lái)的電路，叫做數(shù)據(jù)選擇器，也稱為多路選擇器,其作用相當(dāng)于多路開(kāi)關(guān)。常見(jiàn)的數(shù)據(jù)選擇器有四選一、八選一、十六選一電路。4.5.2數(shù)據(jù)選擇器4.5.2數(shù)據(jù)選擇器2選1數(shù)據(jù)選擇器

（a）（b）（c）4.5.2數(shù)據(jù)選擇器4選1數(shù)據(jù)選擇器如4選1數(shù)據(jù)選擇器功能右表所示，A、B為控制數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳送的地址輸入信號(hào)，D_0~D_3為供選擇的電路并行輸入信號(hào)，G為選通端或者使能端，低電平有效。當(dāng)G為1時(shí)，選擇器不工作，禁止數(shù)據(jù)輸入；G為0時(shí)，選擇器正常工作，允許數(shù)據(jù)通過(guò)。輸入輸出1××××××0000×××001×××101××0×01××1×10×0××01×1××110×××011×××4.5.2數(shù)據(jù)選擇器

4.6.1競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)的概念

競(jìng)爭(zhēng)：數(shù)字電路從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，門(mén)電路的兩個(gè)輸入信號(hào)出現(xiàn)同時(shí)向相反邏輯電平跳變的現(xiàn)象。

延遲：由于邏輯門(mén)的傳輸延遲時(shí)間和電路的負(fù)載電容、傳輸線分布電容效應(yīng)等因素的影響，使得傳輸?shù)酵粋€(gè)門(mén)輸入端的一組信號(hào)到達(dá)的時(shí)間有先后之分。

冒險(xiǎn)：是指在某一瞬間數(shù)字電路中出現(xiàn)非預(yù)期信號(hào)的現(xiàn)象，即出現(xiàn)違背真值表規(guī)定的邏輯電平的情況。競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果不一定產(chǎn)生冒險(xiǎn)，只是有可能會(huì)產(chǎn)生冒險(xiǎn)。當(dāng)輸入信號(hào)改變狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)致輸出端的輸出信號(hào)出現(xiàn)不應(yīng)發(fā)生的狀態(tài)抖動(dòng)是，稱之為競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)。4.6.1競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)的概念具體的競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)現(xiàn)象如下圖：4.6.2競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的判別

4.6.2競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的判別

4.6.2競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的判別

卡諾圖是判斷冒險(xiǎn)的另一種方法，它比代數(shù)法更直觀、方便。其具體方法是：首先作出邏輯函數(shù)的卡諾圖，并在卡諾圖上將對(duì)稱相鄰的項(xiàng)圈（卡諾圈）出來(lái)，若發(fā)現(xiàn)某兩個(gè)卡諾圈存在“相切”關(guān)系，即兩個(gè)卡諾圈之間存在不被同一卡諾圈包含的相鄰最小項(xiàng)，則該電路可能存在冒險(xiǎn)現(xiàn)象。將計(jì)算機(jī)輔助分析的手段用于分析數(shù)字電路以后，可從原理上檢查復(fù)雜數(shù)字電路的競(jìng)爭(zhēng)—冒險(xiǎn)現(xiàn)象提供有效的手段。通過(guò)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行數(shù)字電路的模擬程序，能夠迅速查出電路是否會(huì)存在競(jìng)爭(zhēng)—冒險(xiǎn)現(xiàn)象。目前已有這類成熟的程序可供選用。

此外，用實(shí)驗(yàn)來(lái)檢查電路的輸出端是否有因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)—冒險(xiǎn)而產(chǎn)生的尖峰脈沖，也是一種十分有效的判斷方法。這時(shí)加到輸入端的信號(hào)波形，應(yīng)該包含輸入變量的所有可能發(fā)生的狀態(tài)變化。4.6.2競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的判別

值得注意的是，即使是用計(jì)算機(jī)輔助手段檢查過(guò)的電路，往往也還需要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法檢驗(yàn)，才能最后確定電路是否存在競(jìng)爭(zhēng)—冒險(xiǎn)。因?yàn)樵谟糜?jì)算機(jī)軟件模擬數(shù)字電路時(shí)，只能采用標(biāo)準(zhǔn)化的典型參數(shù)，甚至有些參數(shù)取得的還是近似值，所以得到的模擬結(jié)果有時(shí)和實(shí)際電路的工作狀態(tài)會(huì)有出入。因此可以認(rèn)為，只有實(shí)驗(yàn)檢查的結(jié)果才是最終的結(jié)論。4.6.3消除競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)的方法

消除競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)方法1：

如圖所示，接入濾波電容，這樣就可以消除由于競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)而產(chǎn)生的尖峰脈沖，但這種方法也會(huì)影響到正常信號(hào)波形的形狀。接入的電容的數(shù)值通常在幾十至幾百皮法范圍內(nèi)。接入濾波電容消除競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)4.6.3消除競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)的方法消除競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)方法２：引入選通脈沖，這種方法需要準(zhǔn)確設(shè)定脈沖，如圖所示。引入選通脈沖消除競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)4.6.3消除競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)的方法消除競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)方法３：修改邏輯設(shè)計(jì),增加冗余項(xiàng)，但在復(fù)雜邏輯情況下，難以完全消除競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)。

修改邏輯設(shè)計(jì)消除競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)4.6.3消除競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)的方法

例試判斷圖中的電路是否存在競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)，已知任何瞬時(shí)輸入變量只可能有一個(gè)改變狀態(tài)。若存在競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)，應(yīng)如何修改電路。解：輸出端的邏輯式為：當(dāng)B＝C＝1時(shí)：故此電路存在競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)現(xiàn)象。若將上述邏輯式改為：則當(dāng)B＝C＝1時(shí)，無(wú)論A如何變化，Y＝1，A的狀態(tài)不會(huì)再引起競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)現(xiàn)象。以上三種方法各有特點(diǎn)。增加冗余項(xiàng)適用范圍有限；加濾波電容是實(shí)驗(yàn)調(diào)試階段常采取的應(yīng)急措施；加選通脈沖則是行之有