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电路设计从入门到弃坑19【时序逻辑电路】.md

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电路设计从入门到弃坑19【时序逻辑电路】

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

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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

时序电路的描述

时序逻辑电路通过三类方程描述

  • 输出方程:输出信号与输入信号和状态信号的关系 $$ Z=F(X,Q) $$

  • 驱动方程:驱动信号与输入信号和状态信号的关系 $$ W=H(X,Q) $$

  • 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

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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:

  1. 根据电路图写出输出方程和驱动方程
  2. 根据两个方程互相带入获得特征方程
  3. 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
  4. 根据图表判断电路功能

时序逻辑电路的设计

通过状态图设计时序逻辑电路

  1. 根据设计要求绘制原始状态转移图
  2. 化简状态转移图
  3. 选择触发器分配合适的状态
  4. 根据状态转移图求出输出方程
  5. 根据输出方程复现状态方程和驱动方程
  6. 根据三个方程绘制电路图
  7. 检查电路能否自启动

基本触发器RS-FF

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

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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

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