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作者:徒密北 来源:原创 发布日期:11-18

数字电路学不好?那是因为你不懂时序,重点已划

概述

学习数字逻辑这门课程的目的有两个,第一是为了后续的电路设计,是硬件工程师的入门课程;第二则是为了更好地理解计算机的工作原理,为后续嵌入式开发、软件开发等打下坚实的基础。绝大部分人应该属于后者,毕竟纯粹的硬件开发工程师职位不多。

时序电路是数字逻辑这门课的关键,因为引入了时间这一维度,理解掌握其功能特性的难度比组合逻辑要高,因此,很多童鞋可能学到这有点晕,这是正常现象。应对办法也很简单:熟记典型的几个触发器功能特征,多做几个习题,对付考试和后续课程的理解绰绰有余。

时序电路这门课程的要求是最终能够进行滨州资讯网简单的电路设计(包括组合逻辑和时序逻辑),完成特定的功能。学会跑之前,要先学会走,也就是先看看别人的电路是怎么设计的,分析其规律,然后再尝试设计简单的电路。

分析原理

要对时序电路进行分析,需要先理解其结构特征,时序电路的基本结构如下图所示:

图1:时序电路结构特征

由图1知,时序电路由组合变换电路、存储电路和对外输出的组合电路三部分组成。一般情况下,称存储电路中保存的数据为时序电路的状态;外部输出Z有两种形式,一种是Z只与电路的现态相关,称为Moore型电路,一种是与电路的状态和外部输入相关,称为Mealy型电路。

要分析时序电路,很多教材上要写第一步做什么、第二步做什么之类的,这种方法很容易让童鞋们死记硬背,误入歧途,较为合理的方法应该是抓住时序电路的本质,即是什么导致电路状态发生改变?电路的状态如何改变?电路的对外输出是什么规律?这三个问题搞清楚了,画出电路的状态迁移图,根据状态迁移图对其功能进行说明,简单的分析就算完成了。

什么导致电路状态发生改变?

电路状态如何改变?

电路对外的输出是什么规律?

综上,只要抓住这三个方程,电路分析不是什么难事,大家只要掌握这个规律,没有分析不了的电路。

例子

根据上面的原理,下面由简单到难,分别举两个例子进行分析。

例1:试分析下图所示时序电路,画出X=101101的时序图。

图2:例1电路图

显然,这时一个同步的Mealy型电路(Z与输入和X和D触发器的状态相关),分别写出输出方程、激励方程绵阳资讯网和次态方程:

图3: 例1的三个方程

由此,可以写出电路的次态(状态转移)和输出:

图4: 例1的次态和输出表

根据输出表,画出电路的状态转移图和波形图,分别入图5和图6所示:

图5:例1的状态转移图

图6:例1的波形图

注:在画波形图时,一定要搞清楚哪是现态,哪是次态,输出是和输入和现态同步变化的(这里指的是理想情况),因此这里的D触发器是上升沿时引起状态变化,所以,要以CP从0跳变到1为界区分现态和次态

根据状态转移图,很容易看出,例1中的功能为:当输入为1时,电路状态变化,且当处于0状态时,输入1,输出为1,当处于1状态时,输入1,输出为0;其它输入(即0),电路状态保持不变,且输出为1.

例2: 分析下图的逻辑功能

其中的D0的输入为D00*D01

图7: 例2的电路图

这个电路的特点是:只有一个CP输入,没有其它输入,也没有输出,只有电路状态的转移。(另外,这四个D触发器的状态组成了电路的状态)因此,这里只需要分析其激励方程和状态转移张家口资讯网方程(D触发器的状态转移这里不再赘述)

这个电路中每个触发器的激励方程为:

图8: 例2的激励方程

对于这样的电路,可以口述,假设Q3Q2Q1Q0初态为0000,当一个时钟脉冲来临时,Q3Q2Q1Q0转换为:0001;再来一个时钟脉冲则为:0011,类似进行分析,可以得到其转换状态为:

图9: 例2的状态转移表

类似这样的电路在后续学习中非常常见,请大家熟悉,并且最好能直接口述或绘制其状态转移图

对于时序电路分析,抓住核心的三个方程(根据情况),很容易绘制状态清徐资讯网转移图和波形图。

如有错,请各位批评指正!

文/CodingTech

著作权归作者所有,转载请联系作者获得授权。

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发布时间:2017-11-24 10:38:11

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