时序逻辑电路中使用触发器作为基本逻辑单元,它的特点就是具有记忆功能,能够根据当前输入和过去的输入决定当前的输出
触发器是能储存一位二进制信息的基本单元,具有0和1两个稳态,并且在输入信号消失后能实现状态保持
时序电路可以按照有无时钟分成同步时序电路和异步时序电路。所有的触发器在CLK同一边沿触发的电路是同步的;如果没有同意时钟脉冲,那么电路就是异步的
一个时序电路总能归纳成如下图所示的结构,组合逻辑负责信号处理,存储部分负责记录关键数据
广义的时序电路就是有限状态机计算模型,在之后的章节里会进行讨论
时序逻辑电路通过三类方程描述
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输出方程:输出信号与输入信号和状态信号的关系 $$ Z=F(X,Q) $$
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驱动方程:驱动信号与输入信号和状态信号的关系 $$ W=H(X,Q) $$
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特征方程:下一时刻状态信号与当前驱动信号和上一时刻状态信号的关系 $$ Q^{n+1}=G(W,Q^n) $$
按照电路中输出变量是否和输入变量直接相关,可以把时序电路分成莫尔(Moore)型输出和米里(Mealy)型输出。Moore型时序电路输出仅和当前电路状态有关;Mealy型时序电路的输出不仅和当前状态有关,还和输入变量有关,二者的关系可以用下图描述
用上面的输出方程描述,Moore型$Z=F(Q^n)$,Mealy型$Z=F(X,Q^n)$
除此之外,波形图、状态转移图也可以用来描述时序电路
分析一个时序逻辑电路的流程如下:
- 根据电路图写出输出方程和驱动方程
- 根据两个方程互相带入获得特征方程
- 根据特征方程写出对应的逻辑运算,画出状态图、状态表或时序图
- 根据图表判断电路功能
- 根据设计要求绘制原始状态转移图
- 化简状态转移图
- 选择触发器分配合适的状态
- 根据状态转移图求出输出方程
- 根据输出方程复现状态方程和驱动方程
- 根据三个方程绘制电路图
- 检查电路能否自启动
最简单的RS触发器常称为锁存器(Latch)
两个与门交错相连就能得到它
因为其中有一个Set引脚和一个Reset引脚,所以被称为RS触发器(RS-FF)
Set引脚用于置位,Reset引脚用于复位
电路符号表示如下