李 彩

（信陽(yáng)師范學(xué)院 物理電子工程學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000）

0 引言

隨著社會(huì)的科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，人們所使用的電子產(chǎn)品也越來(lái)越高科技，像我們生活中所用的手機(jī)、計(jì)算機(jī)，相機(jī)等都逐漸趨于智能化。而在這些電子產(chǎn)品中時(shí)序邏輯電路應(yīng)用的十分廣泛。下面將是對(duì)時(shí)序邏輯電路進(jìn)行的簡(jiǎn)單介紹。

1 時(shí)序邏輯電路的介紹

在數(shù)字電路中，我們常用的兩種電路分別是組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路，而這兩種電路卻有著本質(zhì)的區(qū)別。組合邏輯電路任意時(shí)刻的輸出信號(hào)只取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，它沒(méi)有記憶的功能，換一句話來(lái)說(shuō)，如果電路的輸入信號(hào)突然消失了，那么它的輸出信號(hào)就會(huì)相應(yīng)的發(fā)生改變。而時(shí)序邏輯電路是一種具有記憶功能的邏輯電路，其任意時(shí)刻的輸出信號(hào)不僅與當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)有關(guān)，而且還與該時(shí)序邏輯電路原來(lái)的狀態(tài)有關(guān)。因此這也就決定了時(shí)序邏輯電路的基本單元就是觸發(fā)器，因?yàn)橹挥杏|發(fā)器才具有記憶功能。時(shí)序邏輯電路在電路結(jié)構(gòu)中有兩個(gè)特點(diǎn)：（1）組合電路和存儲(chǔ)電路是時(shí)序邏輯電路的兩個(gè)部分，且存儲(chǔ)電路在該電路中是必不可少的；（2）這兩個(gè)部分之間要具有反饋的關(guān)系即存儲(chǔ)電路的輸出狀態(tài)必須反饋到組合電路的輸入端，組合邏輯電路的輸出是由存儲(chǔ)電路的輸出和輸入信號(hào)共同決定的。因?yàn)榇鎯?chǔ)電路中的觸發(fā)器具有不同的動(dòng)作特點(diǎn)，所以時(shí)序邏輯電路可以區(qū)分為異步時(shí)序電路和同步時(shí)序電路，而所有觸發(fā)器狀態(tài)的變化都是在同一時(shí)鐘脈沖信號(hào)下同時(shí)發(fā)生的則成為同步時(shí)序邏輯電路，若觸發(fā)器的狀態(tài)不是同時(shí)變化的則稱為異步時(shí)序邏輯電路。在一般情況下，若給定我們一個(gè)電路，我們都希望用另外一種形式來(lái)描述其所要表達(dá)的含義，而時(shí)序邏輯電路也不例外。對(duì)時(shí)序邏輯電路的邏輯功能的描述有很多種形式，其中包括邏輯表達(dá)式、狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖和時(shí)序圖，這幾種描述方式為我們研究較為復(fù)雜的時(shí)序邏輯電路提供了很大的方便。

2 時(shí)序邏輯電路的分析方法

時(shí)序邏輯電路的分析過(guò)程就是根據(jù)給定的電路，分析出該電路所實(shí)現(xiàn)的邏輯功能的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中要找出電路的狀態(tài)和輸出的狀態(tài)在輸入變量和時(shí)鐘信號(hào)的作用下的變化規(guī)律。

分析一個(gè)時(shí)序電路一般可按照以下幾個(gè)步驟：

（1）分析邏輯電路的組成：確定輸入和輸出信號(hào)，區(qū)分出組合電路部分和存儲(chǔ)電路部分，確定該電路是同步的還是異步的。

（2）從給定的邏輯電路圖中寫(xiě)出每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。

（3）把得到的驅(qū)動(dòng)方程帶入相應(yīng)的觸發(fā)器的特性方程中去，從而得到每個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)方程，然后就可以得到由這些觸發(fā)器的狀態(tài)方程組成的整個(gè)時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)方程組。

（4）根據(jù)邏輯電路圖再寫(xiě)出整個(gè)電路的輸出方程。

（5）把電路的輸入信號(hào)和存儲(chǔ)電路現(xiàn)態(tài)的所有可能的取值組合代入狀態(tài)方程和輸出方程進(jìn)行計(jì)算，求出相應(yīng)的次態(tài)和輸出。列表時(shí)應(yīng)注意，時(shí)鐘信號(hào)CP只是一個(gè)操作信號(hào)，不能作為輸入變量。在由狀態(tài)方程確定次態(tài)時(shí)，須首先判斷觸發(fā)器的時(shí)鐘條件是否滿足，如果不滿足，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。

（6）畫(huà)狀態(tài)圖或時(shí)序圖。

3 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法

時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)過(guò)程其實(shí)就是其分析的逆過(guò)程。而設(shè)計(jì)的主要任務(wù)則是給定一個(gè)具體的邏輯問(wèn)題，如何能設(shè)計(jì)出一個(gè)時(shí)序邏輯電路，且該電路能實(shí)現(xiàn)該題中所描述的邏輯功能。

下面來(lái)介紹時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟：

（1）分析給定的邏輯問(wèn)題，將其進(jìn)行邏輯抽象，然后設(shè)定其輸入、輸出變量并確定其含義，從而得出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或者狀態(tài)裝換表。

（2）狀態(tài)化簡(jiǎn)：由于設(shè)計(jì)的宗旨一般都是力求電路簡(jiǎn)單，因?yàn)檫@樣不但可以節(jié)省元器件而且還可以使我們?cè)O(shè)計(jì)的電路一目了然。而狀態(tài)化簡(jiǎn)則能夠使等價(jià)的狀態(tài)進(jìn)行合并，從而能夠得到最簡(jiǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。

（3）狀態(tài)的分配又稱狀態(tài)編碼：這一步驟是整個(gè)設(shè)計(jì)中的重中之重，因?yàn)檫@將關(guān)系到整個(gè)設(shè)計(jì)電路的簡(jiǎn)單與否，所以在此步驟中我們要特別注意。

（4）選定在設(shè)計(jì)中所要應(yīng)用的觸發(fā)器然后根據(jù)所得出的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖求出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程、和輸出方程。注意由于不同的觸發(fā)器所具有的邏輯功能也不相同，所以在觸發(fā)器的選擇上一般要考慮器件的的供應(yīng)及盡量減少電路中觸發(fā)器的種類(lèi)兩個(gè)方面。

（5）根據(jù)所得到的方程式畫(huà)出所設(shè)計(jì)的電路圖。

（6）檢查所設(shè)計(jì)的電路是否能夠自啟動(dòng)，若不能則需要對(duì)電路在不能改變其邏輯功能的前提下進(jìn)行改動(dòng)，從而使其能夠進(jìn)行自啟動(dòng)。

4 幾種典型的時(shí)序邏輯電路

4.1 寄存器

寄存器是數(shù)字系統(tǒng)中用來(lái)存儲(chǔ)代碼或數(shù)據(jù)的邏輯部件，主要是由觸發(fā)器或鎖存器構(gòu)成，也可以理解為寄存器是若干觸發(fā)器的集合。

4.2 移位寄存器

移位寄存器除了具有一般寄存器的功能之外，還具有移位的功能。即寄存器里存儲(chǔ)的代碼能在移位脈沖的作用下可以向低位和高位移動(dòng)。所以說(shuō)移位寄存器不但可以用來(lái)寄存代碼，而數(shù)據(jù)的串行-并行轉(zhuǎn)換，數(shù)值的運(yùn)算以及數(shù)據(jù)處理等也是通過(guò)移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

4.3 計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)器是在數(shù)字電路中使用最多的時(shí)序邏輯電路了，這是因?yàn)橛?jì)數(shù)器不僅具有對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)的功能，而在分頻、定時(shí)、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列以及進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算時(shí)也可以使用計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器的種類(lèi)有很多，根據(jù)不同的分類(lèi)方法可以將計(jì)數(shù)器分成不同的類(lèi)型，例如按計(jì)數(shù)器中的觸發(fā)器的動(dòng)作是否同時(shí)改變可將計(jì)數(shù)器分為同步式和異步式兩類(lèi)，而我們經(jīng)常遇到的加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器則是按照計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)過(guò)程中的數(shù)字增減進(jìn)行分類(lèi)的，有時(shí)也可以根據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)容量將計(jì)數(shù)器區(qū)分成不同的計(jì)數(shù)器。

5 時(shí)序邏輯電路的應(yīng)用

時(shí)序邏輯電路的應(yīng)用是十分廣泛的。就拿我們現(xiàn)在所熟悉的計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，它里面所含的存儲(chǔ)器都是有很多寄存器構(gòu)成的，而由上文所述我們知道了寄存器是時(shí)序電路的一種，還有我們所用來(lái)存儲(chǔ)文件所用的U盤(pán)，雖然它的體積很小，但是它里面也含有集成的時(shí)序邏輯電路。通過(guò)時(shí)序邏輯電路所制作出的電子產(chǎn)品還有很多。而在我們生活中，我們也可以通過(guò)利用時(shí)序邏輯電路制造出簡(jiǎn)單的數(shù)字鐘、智能搶答器等。本文就不詳細(xì)介紹了。

6 總結(jié)

通過(guò)對(duì)時(shí)序邏輯電路各方面的描述，使我們對(duì)其有了簡(jiǎn)單的了解。并且對(duì)其的分析和設(shè)計(jì)也有了頭緒。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)上的電子產(chǎn)品也逐漸趨于智能化，而時(shí)序邏輯電路在此起著至關(guān)重要的作用，并且在這個(gè)微電子技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代，集成電路的工業(yè)水平也在不斷的提高，相信在未來(lái)的世界中，我們所見(jiàn)到的的時(shí)序邏輯電路都將趨于集成化。因此作為數(shù)字電路的一部分的時(shí)序邏輯電路在未來(lái)的經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)中有著不可估量的前途。

［1］閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版)[M].北京:高等教育出版社，2011.

［2］陶永明.時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法的研究及探討[J].東北財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院,大連，2010.