4.1. Критические состязания

Если после изменения входного состояния одновременно изме­няют свое значение более одной внутренней переменной, то гово­рят, что в схеме существуют состязания. Если получаемое при этом конечное внутреннее состояние является не единственным, а зави­сит от порядка изменения внутренних переменных, то состязания называют критическими.

Критическое состязание — это состязание между сигнала­ми обратной связи, которое в зависимости от порядка пере­ключения данных сигналов приводит схему в различное устойчи­вое состояние.

Критические состязания должны быть исключены, т. к. они в зависимости от распределения задержек в комбинационной схеме могут привести к ошибочным переключениям.

4.2. Существенные состязания

Высокое быстродействие элементов делает асинхронные последовательностные схемы чувствительными к другого рода состяза­ниям, которые называют существенными.

Существенное состязание — это состязание между вход­ным сигналом и сигналом обратной связи.

Оно возникает из-за разницы во времени прохождения входного сигнала к различным частям комбинационной части последовательностной схемы. В результате к одной части комбинационной схемы входной сигнал поступает уже после того, как другая часть полностью отработает этот сигнал. Это приводит к тому, что одна часть комбинационной схемы реагирует на изменение внутреннего сигнала раньше, чем на изменение входного.

Необходимо схему проектировать так, чтобы входной сигнал всегда "выигрывал" состязание. Для этого рекомендуется ставить задержку в ОС.

Таким образом, для надежного функционирования асинхронной последовательностной схемы необходимо, чтобы:

1. комбинационная схема синтезировалась свободной от со­стязаний;

2. смена входного состояния ограничивалась изменением только одной переменной;

3. время задержки элементов ОС было достаточно большим, для того чтобы переходные процессы в комбинационной схеме за­кончились прежде, чем изменится текущее внутреннее состояние;

4. частота изменения входных сигналов была достаточно ма­лой, чтобы схема достигла своего устойчивого состояния прежде, чем снова изменятся входные сигналы;

е) во время изменения внутреннего состояния не возникали критические состязания.

5. Порядок выполнения работы

Экспериментальное исследование состязаний сигналов в цифро­вых схемах проводится как с помощью моделирования, в данном случае с использованием программного пакета ELECTRONICS WORKBENCH MULTISIM 8.

1. Используя методы синтеза комбинационных схем, с помощью карт Карно синтезировать комбинационную схему, описываемую функцией:

.

2. Используя ELECTRONICS WORKBENCH MULTISIM 8 составить схему электрическую принципиальную в соответствии с синтезированной схемой и подключить к входам схемы генераторы импульсов со следующими характеристиками:

к Х1 – период следования равен 1 мс, длительность - 0,5 мс,

задержка равна 0;

к Х2 – период следования равен 1 мс, длительность - 0,5 мс,

задержка равна 0,1 мс;

к Х3 – период следования равен 1 мс, длительность - 0,5 мс,

задержка равна 0,2 мс;

к Х4 – период следования равен 2 мс, длительность - 1 мс,

задержка равна 0;

Используя четырех канальный осциллограф исследовать схему на предмет состязаний. Определить тип возникающих состязаний.

3. Используя изложенную ранее методику доработать схему так, чтобы состязания отсутствовали и убедиться в этом с помощью осциллографа.