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基于EWB的邏輯電路競爭冒險現象仿真研究.doc

'基于EWB的邏輯電路競爭冒險現象仿真研究.doc'
?基于EWB的邏輯電路競爭冒險現象仿真研究前言在當今電子設計領域,EDA設計和仿真是一個十分重要的設計環節。在眾多的EDA設計和仿真軟件中,EWB以其強大的仿真設計應用功能,在各高校電信類專業電子電路的仿真和設計中得到了較廣泛的應用。EWB及其相關庫包的應用對提高學生的仿真設計能力,更新設計理念有較大的好處。EWB最突出的特點是用戶界面友好,各類器件和集成芯片豐富,尤其是其直觀的虛擬儀表是EWB的一大特色。EWB所包含的虛擬儀表有:示波器,萬用表,函數發生器,波特圖圖示儀,失真度分析儀,頻譜分析儀,邏輯分析儀,網絡分析儀等。而通常一個普通實驗室是無法完全提供這些設備的。這些儀器的使用使仿真分析的操作更符合平時實驗的習慣。 本次畢業設計主要是應用EWB(電子工作平臺)軟件結合競爭冒險現象原理的和實際判斷過程來設計和仿真相關電路,并通過仿真結果來進一步說明競爭冒險現象。1 EWB軟件簡介1.1 EWB軟件的操作界面1.EWB的主窗口2.元件庫欄3.信號源庫4.基本器件庫 二極管庫5.指示器件庫 1.2 EWB軟件基本操作方法介紹EWB軟件具體操作方法很細,下面就常用儀器舉例說明:(1) 數字多用表數字多用表的量程可以自動調整。下圖是其圖標和面板。(2)示波器示波器為雙蹤模擬式,其圖標和面板如下圖所示。(3)信號發生器信號發生器可以產生正弦、三角波和方波信號,其圖標和面板如下圖所示??烧{節方波和三角波的占空比。(4)波特圖儀  波特圖儀類似于實驗室的掃頻儀,可以用來測量和顯示電路的幅度頻率特性和相位頻率特性。波特圖儀的圖標和面板如下圖所示?! 〔ㄌ貓D儀有IN和OUT兩對端口,分別接電路的輸入端和輸出端。每對端口從左到右分別為+V端和-V端,其中IN端口的+V端和-V端分別接電路輸入端的正端和負端,OUT端口的+V端和-V端分別接電路輸出端的正端和負端。此外在使用波特圖儀時,必須在電路的輸入端接入AC(交流)信號源,但對其信號頻率的設定并無特殊要求,頻率測量的圍由波特圖儀的參數設置決定。3.基本分析方法1)直流工作點的分析  直流工作點的分析是對電路進行進一步分析的基礎。在分析直流工作點之前,要選定Circuit/Schematic Option中Show nodes(顯示節點)項,以把電路的節點號顯示在電路圖上。2)交流頻率分析  交流頻率分析即分析電路的頻率特性。需先選定被分析的電路節點,在分析時,電路的直流源將自動置零,交流信號源、電容、電感等均處于交流模式,輸入信號也設定為正弦波形式。3)瞬態分析  瞬態分析即觀察所選定的節點在整個顯示周期中每一時刻的電壓波形。在進行瞬態分析時,直流電源保持常數,交流信號源隨著時間而改變,電容和電感都是能量儲存模式元件。在對選定的節點作瞬態分析時,一般可先對該節點作直流工作點的分析,這樣直流工作點的結果就可作為瞬態分析的初始條件。4)傅里葉分析  傅里葉分析用于分析一個時域信號的直流分量、基頻分量和諧波分量。一般將電路流激勵源的頻率設定為基頻,若在電路中有幾個交流源時,可以將基頻設定在這些頻率的最小公因數。2 競爭冒險相關原理2.1 產生競爭冒險現象的原因由于延遲時間的存在,當一個輸入信號經過多條路徑傳送后又重新會合到某個門上,由于不同路徑上門的級數不同,或者門電路延遲時間的差異,導致到達會合點的時間有先有后,從而產生瞬間的錯誤輸出。這一現象稱為競爭冒險。圖(a)所示的電路中,邏輯表達式為 ,理想情況下,輸出應恒等于0。但是由于G1門的延遲時間tpd,下降沿到達G2門的時間比A信號上升沿晚1tpd,因此,使G2輸出端出現了一個正向窄脈沖,如圖(b)所示,通常稱之為“1冒險”。圖1 產生1冒險 (a)邏輯圖 (b)波形圖同理,在圖2(a)所示的電路中,由于G1門的延遲時間tpd,會使G2輸出端出現了一個負向窄脈沖,如圖2(b)所示,通常稱之為“0冒險”。圖2 產生0冒險 (a)邏輯圖(b)波形圖 “0冒險”和“1冒險”統稱冒險,是一種干擾脈沖,有可能引起后級電路的錯誤動作。產生冒險的原因是由于一個門(如G2)的兩個互補的輸入信號分別經過兩條路徑傳輸,由于延遲時間不同,而到達的時間不同。這種現象稱為競爭。 1.競爭現象任何一個門電路都具有一定的傳輸延遲時間t,即當輸入信號發生突變時,輸出信號不可能跟著突變,而要滯后一段時間變化。由于各個門的傳輸時間差異,或者輸入信號通過的路徑(即門的級數)不同造成的傳輸時間差異,會使一個或幾個輸入信號經不同的路徑到達同一點的時間有差異。猶如賽跑,各個運動員到達終點的時間會有先后一樣,這種現象稱為競爭。如下圖所示,變量A有兩條路徑:一條通過門1、門2到達門4;另一條通過門3到達門4。故變量A具有競爭能力,而B、C僅有一條路徑到達門4,稱為無競爭能力的變量。競爭示意圖由于集成電門電路離散性較大,因此延遲時間也不同。哪條路徑上的總延時大,由實際測量而定,因此競爭的結果是隨機的。大多數組合邏輯電路均存在著競爭,有的競爭不會帶來不良影響,有的競爭卻會導致邏輯錯誤。2.冒險現象函數式和真值表所描述的是靜態邏輯關系,而競爭則發生在從一種穩態到另一種穩態的過程中。因此,競爭是動態問題,它發生在輸入變量變化時。當某個變量發生變化時,如果真值表所描述的關系 受到短暫的破壞并在輸出端出現不應有的尖脈沖,則稱這種情況為冒險現象。當暫態結束后,真值表的邏輯關系又得到滿足。而尖脈沖對有的系統(如時序系統的觸發器)是危險的,將產生誤動作。根據出現的尖脈沖的極性,冒險又可分為偏“1”冒險和偏“0“冒險。1)偏“1“冒險(輸出負脈沖)在競爭示意圖中,F=AC+AB,若輸入變量B=C=1,則有F=A+A。在靜態時,不論A取何值,F恒為1;但是當A變化時,由于各條路徑的時延不同,將會出現如下圖所示的情況。圖中tpd 是各個門的平均傳輸延遲時間,由圖可見,當變量A由高電平突變到低電平時,輸出將產生一個偏“1“的負脈沖,寬度只有tpd 有時又稱為毛刺。A變化不一定都產生冒險,如由低變到高時,就無冒險產生。偏“1”冒險的形成的過程2)偏“0”冒險 (輸出正脈沖)如下圖所示,F=(A+C)(A+B),當B=C=0時,輸出函數F=AA恒為0,但當變量A由低電平變為高電平時,將產生一寬度為tpd 的正脈沖。 偏“0”冒險的形成過程 2.2 冒險現象的識別 1.可采用代數法來判斷一個組合電路是否存在冒險,方法為: 寫出組合邏輯電路的邏輯表達式,當某些邏輯變量取特定值(0或1)時,如果表達式能轉換為: 則存在1冒險; 則存在0冒險。 例如: 判斷圖3(a)所示電路是否存在冒險,如有,指出冒險類型,畫出輸出波形。這個問題可以這樣來解決:寫出邏輯表達式:,若輸入變量A=B=l,則有。因此,該電路存在。省略部分。相關的資料,雖然論文沒有使用,但我也學了不少;感電信系老師的幫助和關心。5 后記(1)由于畢業設計時間倉促以及個方面條件的限制,具體硬件電路的實現和調試沒有能夠正常的進行,覺得十分可惜。希望再有機會能過完成調試。(2)通過這次實踐,我接觸到了許多軟件,學會了一些軟件的使用和設計。在學習和實踐的過程中我也結識了不少朋友, 有老師也有和我一樣的學生,還有一些電子工程師。這對于我以后的工作和學習是很有幫助的,也為以后的工作積累了經驗。六.參考文獻1. 《數字電子技術》江曉安 編著 電子科技大學.20022. 頌華等.數字電子技術基礎. 電子科技大學.20003. 羅朝杰.數字邏輯設計基礎.人民郵電.1982朱力恒 .電子技術仿真實驗教程.主編人民郵電.1987袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈4.
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電路 競爭 冒險 現象 邏輯 ewb 仿真 研究 基于
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