时序逻辑电路设计

时序逻辑电路简称时序电路，是计算机及其他电子系统中常用的一种电路。它和组合电路是完全不同类型的两种电路。组合电路的输出仅取决于电路当时的输人，而与电路过去的输人无关。时序电路的输出不仅取决于电路当时的输人，还与电路过去的输人有关。由于时序电路的这一特点，在电路的内部必然要有记忆元件，以记忆与过去输入信号有关的信息。

 时序电路有两大类：同步时序电路和异步时序电路。在同步时序电路中，有一个公共的时钟信号，电路中各记忆元件受它统一控制，只有在该时钟信号到来时，记忆元件的状态才能发生变化，从而使时序电路的输出发生变化，而且每来一个时钟信号，记忆元件的状态和电路输出状态才可能改变一次。如果时钟信号没有来到，输人信号的改变不能引起电路输出状态的变化。在异步时序电路中，电路没有统一的时钟信号，各记忆元件也不受同一时钟控制，电路状态的改变是由输入信号引起的。

时序逻辑电路还可以从另一角度进行分类：有些时序电路，它们的输出Z仅与记忆元件的状态 Q有关，而与外加输入 X无关，这类电路称为莫尔（Moore）型时序逻辑电路。对莫尔型电路来说，输出方程可表示为

                     Z＝ F（ Qn）

另一些电路，它们的输出 Z不仅与记忆元件状态Q有关，还与外部输人 X有关，这类电路称为米勒（Melay)型时序逻辑电路，输出方程可表示为:

                      Z＝ F（ X， Qn）

下面我们来介绍同步时序逻辑电路的分析和设计方法。

 1．时序逻辑电路分析的任务

 时序逻辑电路分析的基本任务是：根据已知的电路逻辑图，通过分析，求出电路状态Q转换的规律，以及外部输出Z变化的规律。

 2．时序逻辑电路分析的一般步骤

根据上述基本任务，时序逻辑电路分析的一般步骤如下：

(1) 从给定的逻辑图中，写出各触发器CP的逻辑表达式。

(2) 从给定的逻辑图中，写出各触发器控制输人信号的逻辑表达式（即驱动方程）。

(3) 把控制输入信号逻辑表达式代入每个触发器的特性方程，得出各触发器的次态Qn+1表达式（即状态方程）。

(4) 根据逻辑图，写出外部输出Z的逻辑表达式（即输出方程）。

(5) 通过列状态表，分析电路状态Q的转换规律和外部输出Z的变化规律，至此，时序逻辑电路分析的基本任务已初步完成。

(6) 为了较直观地显示分析结果，可根据状态表画出状态图。

(7) 为了较直观地显示分析结果，可根据状态表画出波形图（或称时序图）。

(8) 根据用上述三种形式（状态表、状态图或波形图）显示的分析结果，概括叙述电路的逻辑功能。

    3．同步时序逻辑电路分析举例

    同步时序逻辑电路中，所有触发器的CP端都与输人时钟脉冲相连接，因此上述一般步骤中的第（l）步实际上可以省略。

如图所示是一个同步电路，其中所有触发器的CP端都连在一起，接受输入时钟脉冲CP，因此这是莫尔型电路，因为它的外部输出C与外部输人X无关。

分析过程如下：

（l）CP表达式

              CP2＝CP1＝CP0＝CP且下降沿触发

（2）驱动方程

（3）状态方程

 根据T触发器特性方程：

以及各触发器的驱动方程，写出各触发器的次态 Qn+1表达式（即状态方程）：

（4）输出方程

 外部输出C＝ ，而不是C＝ ，因为外部输出C是指当前的，而不是“以后的”输出。

（5）状态表

列状态表是分析过程中的关键步骤，本例的状态表如下表所示。具体做法如下：先填人现态 的八种组合，然后逐行填人当前外部输出C的相应值以及次态 的相应值。例如，表的第一行，当 分别为0，0，0时，求得C＝ ＝0，并根据状态方程求得 分别为0，0，1，填人表中。

    状态表

转自：维库电子市场网