针对CPLD 应用中计数器存在竞争2冒险现象的特点,为了能在基于CPLD 的时序
系统的设计中正确地、方便地使用计数器的输出,提出了一种消除CPLD 计数器输出竞争- 冒
险现象的简便方法。仿真结果表明了该方法的有效性。
### CPLD 应用中计数器竞争-冒险现象的一种消除方法
#### 一、问题背景及描述
在数字系统设计领域，特别是采用复杂可编程逻辑器件（CPLD）进行设计时，计数器是一种非常重要的时序电路组件。然而，在实际应用中，特别是在基于CPLD的设计中，经常会出现计数器输出的竞争-冒险现象，这种现象会导致计数器输出信号出现意外的脉冲或毛刺，进而影响整个系统的稳定性和可靠性。
#### 二、竞争-冒险现象的定义与成因
**竞争-冒险现象**是指在数字电路中，由于不同路径信号到达的时间不同，导致输出信号出现短暂的错误状态，这些错误状态可能会表现为输出信号上的毛刺。这种现象通常发生在组合逻辑电路中，但在CPLD设计中，即使是在时序电路中也会遇到此类问题。
**成因分析**：在本案例中，多模减法计数器COUN的输出CO作为另一个模3加法计数器COUNT的时钟信号，但是由于COUN内部各触发器之间的状态转换存在不同的延迟，导致在某些状态转换过程中出现过渡状态。例如，在状态1000向0111转换时，高位触发器FF3“复位”和低位触发器FF0“置位”的速度比其他触发器快，因此在状态转换过程中出现了0001这样的过渡状态。这种过渡状态虽然很短，但足以被输出信号CO检测到，从而产生竞争-冒险现象。
#### 三、消除方法
为了能够在基于CPLD的时序系统设计中正确且方便地使用计数器输出，并消除计数器输出的竞争-冒险现象，本文提出了一种简便有效的消除方法：
1. **引入时钟信号CLK**：在计数器输出信号CO的逻辑表达式中加入时钟信号CLK，通过适当选择CLK的极性来实现对CO的控制。具体来说，当CLK为上升沿时，CO将被选通；当CLK为下降沿时，CO将被禁止。
2. **逻辑设计优化**：通过对计数器内部逻辑进行优化，确保在状态转换过程中不会出现过渡状态。这可以通过合理安排各触发器的动作顺序或者通过增加额外的逻辑门来实现。
3. **使用格雷码**：在某些情况下，使用格雷码可以有效减少竞争-冒险现象的发生。格雷码的特点是相邻两个码字之间仅有一位发生变化，这样可以降低状态转换时不同路径之间的差异。
#### 四、仿真验证
为了验证上述方法的有效性，进行了相关的仿真测试。仿真结果显示，通过上述方法处理后，计数器输出的毛刺现象得到了显著的改善。具体而言，在使用了上述消除方法之后，输出信号CO在状态转换过程中不再出现意外的脉冲，从而证明了这种方法的有效性。
#### 五、结论
针对CPLD应用中计数器存在的竞争-冒险现象，本文提出了一种简便有效的消除方法。该方法通过对计数器输出信号逻辑表达式的修改以及对计数器内部逻辑的优化，成功地消除了竞争-冒险现象，提高了计数器输出信号的质量，从而提升了基于CPLD的时序系统设计的整体性能和稳定性。此外，通过仿真验证也进一步证实了该方法的有效性。
