数字电路技术题目解答第三部分共10题

  【题目6】：如何用加法器实现减法运算？  

【相关知识】：加法器的功能、利用补码将减法转化成加法等。

【解题方法】：在二进制减法运算中，一般采用将减数求补，再与被减数相加的方法求差。

【解答过程】：设A=和B=是四位二进制正整数，且A>B。试用四位二进制加法器74LS283及最少的门实现减法计算D=A-B 在二进制减法运算中，一般采用将减数求补，再与被减数相加的方法求差。四位二进制数的补码为，由此将减法转化为加法。得到四位减法电路如图1所示。

  【题目7】：如何识别竞争冒险现象，怎样消除冒险现象？  

【相关知识】：门的传输延迟时间、竞争、冒险、卡诺图、冗余项等。

【解题方法】：先用代数法或卡诺图法识别竞争冒险现象，再讨论消除冒险现象的方法。

【解答过程】：由于门电路普遍存在传输延迟时间，输入信号经过不同途径传输后，到达同一个门的输入端的时间有早有迟，这种时间差别的现象称为竞争。有的竞争不会产生错误输出，称非临界竞争，有的竞争要产生错误输出，称临界竞争，或称冒险。

        在图1(a)电路中,在不考虑传输时间时,与门输出，或门输出。若考虑延迟时间，则在输入信号A的作用下，将得到如图1（b）所示波形。由波形图可见，ZA波形中出现正尖脉冲，使ZA不能恒为0，ZO输出波形中出现负尖脉冲，使ZO不能恒为1，引起竞争冒险现象。

        一、 可以用代数法和卡诺图法来判断一个电路是否存在冒险现象。

        如图2电路，当B=C=1时，存在以上型冒险。

        也可用卡诺图法来判断。画出卡诺图如图3所示，和的包围圈是与项，和的包围圈是与项。在B=C=1时，包围圈（1，3）代表，包围圈（6，7）代表A，因此存在冒险。当两个圈之间彼此包含有相邻项（这里是和），且此两个包围圈之间没有公共部分，则这两个包围圈的和式存在冒险。

        二、要消除冒险现象，可采取几种方法：

        1、在与—或表达式中增加冗余项

        的冗余项是BC，加上冗余项后，使逻辑表达式变成，此时当B=C=1，使Z=1，于是，消除了在B=C=1时的冒险现象。

        2、设禁止脉冲

        在输入信号可能发生竞争冒险的时间内，用一个禁止脉冲将有关门封锁。以译码器中的输出为例。

        输入信号AB接到译码器地址，当输入信号AB由10变为01时，由于传输时间不一样，使、的波形如图4所示，输出产生一个正干扰脉冲。利用译码器的使能端可消除竞争冒险现象，只要在引起竞争冒险的传输时间内，在使能端上加1，使译码器禁止工作即可，见图4所示。

        此外，在输出端接一个几百PF的滤波电容，将输出的干扰脉冲滤去，但此电容也会使电路的输出波形的边沿变坏，因此，一般只用于工作速度不高的电路中。

        组合逻辑电路和异步时序逻辑电路中都存在冒险现象，但是在时序电路中包含有大量组合电路，故对组合逻辑电路的冒险现象要更加注意。

  【题目8】：如何从触发器的图形符号认识其功能和触发方式？  

【相关知识】：高电平触发、低电平触发、上升沿触发、下降沿触发、直接置0端、直接置1端等。

【解题方法】：由触发器逻辑符号了解触发器的时钟触发方式及其它功能。

【解答过程】：采用触发器逻辑符号，可以在没有看到触发器复杂的内部电路的情况下，仍能了解触发器外部的输入和输出之间的逻辑关系。

        图1符号中都有C1，是控制关联作用端，即C1是产生操作的输入端（即触发器的时钟脉冲CP输入端）。C1中的C是控制关联标记，受C1关联作用的输入是以数字1标记的，例如，1S、1R、1D、1J、1K等，都受C1控制。JK触发器中的1J和1K表示受同一个C1关联作用的J输入和K输入，若有第二个时钟C2，受其控制的输入用2J和2K表示。

         图1(a)和(b)表示高电平触发的钟控RS触发器和D触发器，在C1为高电平时，受其关联作用的输入1S、1R和1D分别按触发器的功能对输出产生作用，输出和会跟着产生相应的变化，而在C1为低电平时，受其关联作用的输入1S、1R和1D不会对输出产生作用，输出和保持原状态不变。图1(c)是低电平触发的D触发器，CP输入端引线和方框交接处画一个小圆圈，用来表示CP和C1的极性相反，表示时钟低电平有效，在时钟CP为低电平时，输出和会跟着输入产生相应的变化，而在时钟CP为高电平时，输出和保持原状态不变。

        图1(d)和(e)表示边沿触发的D触发器和JK触发器，这类逻辑符号中有动态符号“>”，(d)表示上升沿触发的D触发器，C1处在上升沿时，输出随D的作用而变化；(e)表示下降沿触发的JK触发器，CP输入端引线和方框交接处画一个小圆圈，触发器在CP下降沿时受输入作用改变输出的状态。直接置0端和直接置1端表示低电平有效，它们的输入端引线和方框交接处都画一个小圆圈，当和分别为0时，将触发器分别直接置0和直接置1。