時序邏輯電路分析

時序邏輯電路分析和設(shè)計的基礎(chǔ)是組合邏輯電路與觸發(fā)器，所以想要分析和設(shè)計，前提就是必須熟練掌握各種常見的組合邏輯電路與觸發(fā)器功能，尤其是各種觸發(fā)器的特征方程與觸發(fā)模式，因此前幾文的基礎(chǔ)顯得尤為重要。 本文主要介紹時序邏輯電路的分析方法。

首先應(yīng)該注意，時序邏輯電路之所以叫做時序，是因為電路的輸出不單單與輸入有關(guān)，還與電路本身的狀態(tài)有關(guān)，即次態(tài)受到現(xiàn)態(tài)和輸入的共同作用。 但是什么時候才能作用呢，是在時鐘脈沖到來時電路可以作用，可能作用的是脈沖沿，也可能是整個時鐘的高電平，這取決于你的觸發(fā)器的選擇，因而其本質(zhì)上就是在時鐘CP的作用下，電路狀態(tài)不斷被刷新的過程。

時序邏輯電路的基本結(jié)構(gòu)如下圖，存儲電路就是由觸發(fā)器組成的，實(shí)現(xiàn)存儲功能。 設(shè)計和分析的主體即是這一部分，因為一般的組合邏輯電路較為簡單，甚至可以沒有。

我們從圖中可以明顯的看出時序邏輯電路的輸出輸入關(guān)系，即次態(tài)受到現(xiàn)態(tài)和輸入的共同作用這一特點(diǎn)。 分析時，顯然要表示出圖中的未知量，也就是除了輸入X之外的剩余三個量——Y(輸出信號)、Z(驅(qū)動信號)、Q(狀態(tài)信號)。 并且顯然他們的函數(shù)關(guān)系如下，這三大方程就是時序邏輯電路分析和設(shè)計的最核心部分，其中最重要的是驅(qū)動方程(敲黑板劃重點(diǎn))。

同步時序邏輯電路的分析方法

所謂的同步，意思就是觸發(fā)器的時鐘脈沖都接入的同一個CP，觸發(fā)器狀態(tài)變化在同一時鐘信號作用下

同時發(fā)生。 例如

圖中畫圈部分就是這個電路的所有時鐘信號，很明顯的是他們都是同一個信號CP，因此這是一個同步電路。 接下來找三大方程，但是這里的順序很重要，一般的步驟是：

①寫出每個觸發(fā)器的驅(qū)動方程;

②把驅(qū)動方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程，得出每個觸發(fā)器的狀態(tài)方程;

③根據(jù)給定的邏輯圖，寫出電路的輸出方程。

首先寫驅(qū)動方程的意義在于，驅(qū)動方程是每個觸發(fā)器的輸入，比如上圖就是找每個J等于什么，每個K又等于什么，是一個關(guān)于輸入信號X和所有觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)的函數(shù)，在得到了J和
K之后代入觸發(fā)器的特征方程【比如JK觸發(fā)器就是Qn+1=JQn(非)+K(非)Qn】，我們就得到了觸發(fā)器的狀態(tài)方程，即次態(tài)，也就是真值表或者波形圖中要求的最主體的部分。 最后根據(jù)整個電路分析出輸出方程(這個比較簡單，不贅述)。 例如這里的驅(qū)動方程如下：

從而得到狀態(tài)方程

做完上述工作，分析就結(jié)束了一大半了，接下來就是分析電路功能的時候。 這里要注意的是，千萬不要嘗試去畫波形圖來解決這個事情，因為既麻煩也不好看，不如直接列真值表找主循環(huán)。 如圖

很明顯這是一個同步七進(jìn)制加法計數(shù)器，比畫波形圖要直觀的多。

到這里還并沒有結(jié)束，還需要檢查自啟動問題，也就是上圖最下面的那個不在主循環(huán)的紅色狀態(tài)(無效態(tài))，看看它是不是能進(jìn)入主循環(huán)(經(jīng)過多少步驟都可以)，只要這些無效態(tài)自己不成循環(huán)，就是可以自啟動了。 最后可以看要求畫一畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，注意標(biāo)定圖例就好，這里不再贅述。

異步時序邏輯電路的分析方法

異步的意思就是觸發(fā)器的時鐘脈沖不再全都是同一個CP，它可能是另一個CP‘，也可能是某一個觸發(fā)器的輸出，但歸根結(jié)底不是同一個CP。

異步電路的分析方法與同步電路基本相同，唯一的不同點(diǎn)就是要在分析方程之前先要分析每個觸發(fā)器的時鐘信號CPi，并且需要在真值表中列出各個CP，在對應(yīng)CP有效的情況下(如上升沿、下降沿、高電平等等)，觸發(fā)器的狀態(tài)再去發(fā)生對應(yīng)信號的變化，例如下圖

很明顯可以得到時鐘信號：

cp1 = cp3 = cp，cp2 = Q1

余下步驟同同步電路相同，參照前文。