時(shí)序邏輯電路的分析方法

時(shí)序邏輯電路分析

時(shí)序邏輯電路分析和設(shè)計(jì)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(jì)，前提就是必須熟練掌握各種常見(jiàn)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(shí)序邏輯電路的分析方法。

首先應(yīng)該注意，時(shí)序邏輯電路之所以叫做時(shí)序，是因?yàn)殡娐返妮敵霾粏螁闻c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(shí)候才能作用呢，是在時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)電路可以作用，可能作用的是脈沖沿，也可能是整個(gè)時(shí)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(shí)鐘CP的作用下，電路狀態(tài)不斷被刷新的過(guò)程。

時(shí)序邏輯電路的基本結(jié)構(gòu)如下圖，存儲(chǔ)電路就是由觸發(fā)器組成的，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能。 設(shè)計(jì)和分析的主體即是這一部分，因?yàn)橐话愕慕M合邏輯電路較為簡(jiǎn)單，甚至可以沒(méi)有。

我們從圖中可以明顯的看出時(shí)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(shí)，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(gè)量——Y(輸出信號(hào))、Z(驅(qū)動(dòng)信號(hào))、Q(狀態(tài)信號(hào))。 并且顯然他們的函數(shù)關(guān)系如下，這三大方程就是時(shí)序邏輯電路分析和設(shè)計(jì)的最核心部分，其中最重要的是驅(qū)動(dòng)方程(敲黑板劃重點(diǎn))。

同步時(shí)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(shí)鐘脈沖都接入的同一個(gè)CP，觸發(fā)器狀態(tài)變化在同一時(shí)鐘信號(hào)作用下

同時(shí)發(fā)生。 例如

圖中畫圈部分就是這個(gè)電路的所有時(shí)鐘信號(hào)，很明顯的是他們都是同一個(gè)信號(hào)CP，因此這是一個(gè)同步電路。 接下來(lái)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(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程;

②把驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程，得出每個(gè)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(dòng)方程的意義在于，驅(qū)動(dòng)方程是每個(gè)觸發(fā)器的輸入，比如上圖就是找每個(gè)J等于什么，每個(gè)K又等于什么，是一個(gè)關(guān)于輸入信號(hào)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(gè)電路分析出輸出方程(這個(gè)比較簡(jiǎn)單，不贅述)。 例如這里的驅(qū)動(dòng)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(lái)就是分析電路功能的時(shí)候。 這里要注意的是，千萬(wàn)不要嘗試去畫波形圖來(lái)解決這個(gè)事情，因?yàn)榧嚷闊┮膊缓每?，不如直接列真值表找主循環(huán)。 如圖

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

到這里還并沒(méi)有結(jié)束，還需要檢查自啟動(dòng)問(wèn)題，也就是上圖最下面的那個(gè)不在主循環(huán)的紅色狀態(tài)(無(wú)效態(tài))，看看它是不是能進(jìn)入主循環(huán)(經(jīng)過(guò)多少步驟都可以)，只要這些無(wú)效態(tài)自己不成循環(huán)，就是可以自啟動(dòng)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(shí)序邏輯電路的分析方法

異步的意思就是觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖不再全都是同一個(gè)CP，它可能是另一個(gè)CP‘，也可能是某一個(gè)觸發(fā)器的輸出，但歸根結(jié)底不是同一個(gè)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(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)CPi，并且需要在真值表中列出各個(gè)CP，在對(duì)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(duì)應(yīng)信號(hào)的變化，例如下圖

很明顯可以得到時(shí)鐘信號(hào)：

cp1 = cp3 = cp，cp2 = Q1

余下步驟同同步電路相同，參照前文。