异步时序逻辑电路分析说课讲解
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异步时序逻辑电路的分析与设计异步时序逻辑电路是一种基于信号的到达时间和时序性的电路设计方法。
与同步时序逻辑电路不同,异步时序逻辑电路中的数据传输和处理不依赖于时钟信号,而是根据输入信号的到达顺序和时序关系来进行操作。
本文将详细介绍异步时序逻辑电路的分析与设计。
异步时序逻辑电路的分析主要包括信号流图的建立和状态表的推导。
首先,通过对输入信号的时序关系进行分析和理解,可以根据具体应用需求建立信号流图。
信号流图是一种图形化表示方式,其中包含了电路中信号的流动方式以及各个元件的逻辑功能。
在建立信号流图时,需要注意信号的输入和输出时间以及逻辑功能的实现方式,这是实现异步时序逻辑电路的关键。
在信号流图的基础上,可以根据信号的到达先后顺序推导状态表。
状态表是对电路中每个元件当前状态和下一状态的描述。
通过观察信号流图,可以确定每个元件在不同状态下的输出值,并利用这些信息进行状态表的推导。
在状态表中,可以列出元件的当前状态和下一状态的取值,并根据逻辑功能的要求来确定元件的控制信号。
异步时序逻辑电路的设计主要涉及到逻辑电路元件的选择和电路的优化。
在异步时序逻辑电路中,常用的逻辑电路元件包括触发器、门电路和编码器等。
根据实际需求,可以选择不同类型的逻辑电路元件来实现电路的逻辑功能。
在设计时,需要注意减少电路的延迟和功耗,提高电路的性能和可靠性。
可以通过选择低延迟的元件、合理布局电路和优化信号传输路径等方式来减小电路的延迟。
另外,可以采用时序检测和冗余检测等方法来增加电路的可靠性。
除了分析和设计,测试和验证是异步时序逻辑电路设计中的重要环节。
可以利用仿真软件对电路进行测试和验证,以确保电路的正确性和性能。
通过仿真可以观察电路的输入输出关系,检测是否存在冲突或错误,并进行合理的调整和优化。
总结起来,异步时序逻辑电路的分析与设计涉及到信号流图的建立、状态表的推导、元件的选择和电路的优化等方面。
通过合理的分析和设计,可以实现复杂的时序逻辑功能,并提高电路的性能和可靠性。
异步时序逻辑电路分析方法案例说明下图8.41为一multisim 的仿真的异步时序逻辑电路,试调试电路,分析该电路的功能。
图8.41 异步时序逻辑电路由图8.41可知,FF1的时钟信号输入端是由FF0的输出相连,所以该电路为异步时序逻辑电路。
具体分析方法如下:1.写方程式时钟方程:FF 0和FF 2由CP 的下降沿触发,CP CP CP ==20。
FF 1由Q 0的输出的下降沿触发,01Q CP = 输出方程:nQ Y 2= 驱动方程:1,020==K Q J n ;1,111==K J ;1,2012==K Q Q J n n状态方程: n n n n n Q Q Q K Q J Q 02000010=+=+,CP 下降沿有效;n n n n Q Q K Q J Q 1111111=+=+,Q0下降沿有效;n n n n n n Q Q Q Q K Q J Q 201222212=+=+,CP 下降沿有效2.列状态转换真值表上述状态方程只有在满足时钟条件后,将现态的各种取值代入计算才是有效的。
设现态为000012=nnnQ Q Q ,代入状态方程,可得表8.8所示的状态转换真值表。
下面对表8.9做简单说明:表中第一行取值,在现态000012=nnnQ Q Q 时,先计算Q 2和Q 0的次态为011012=++n n Q Q ,由于CP1=Q0,其由0跃变1为正跃变(上升沿),故FF1保持0态不变,这时00111112=+++n n n Q Q Q 。
表中第二行取值,在现态为001012=n n n Q Q Q 时,得001012=++n n Q Q ,故此时CP 1=Q 0,信号由1变成0,为负跃变(下降沿),使FF 1由0态翻转为1态,这时01011112=+++n n n Q Q Q 。
其余以此类推。
3.逻辑功能说明有表8.9可知,在输入第5个计数脉冲时,返回初始000状态,同时Y 输出一个负跃变信号,因此该电路为异步五进制计数器。
同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路1. 引言说到电路,大家可能会觉得有点儿高深莫测,其实它们就像生活中的各种小插曲,错综复杂但又充满趣味。
今天我们来聊聊两种电路:同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路。
听起来很正式吧?其实就像两位老朋友,各有各的个性,给我们的生活带来不同的滋味。
2. 同步时序逻辑电路2.1 什么是同步电路先说说同步时序逻辑电路。
想象一下,大家一起跳舞,必须跟着节拍来对吧?这就是同步电路的工作原理。
它们依靠一个时钟信号来统一行动,一切都得在这个时钟的节奏下进行。
你想想,如果没有这个节拍,大家就会乱成一团,完全没法协调。
2.2 优点与缺点同步电路的优点可多了。
首先,它们容易设计,因为所有的动作都得听从同一个“老大”——时钟。
这样一来,故障也比较容易定位,就像在大合唱里找出跑调的那个人,轻而易举!但是,当然了,凡事都有两面。
它们在速度上可能会受到限制,因为要等时钟信号到位才能开始下一步,仿佛总得等着老大下命令。
3. 异步时序逻辑电路3.1 什么是异步电路接下来,我们来聊聊异步时序逻辑电路。
这家伙就有点儿“放飞自我”的意思。
想象一下,大家随意地跳舞,没有固定的节拍,各自随心所欲,热火朝天。
这种电路不需要时钟信号,各个部分可以独立工作,就像一场即兴表演,想跳就跳,想停就停。
3.2 优点与缺点异步电路的优点就是速度快,反应灵敏。
因为没有时钟的限制,它们可以在需要的时候马上响应,特别适合处理突发事件,像是过马路时的红绿灯,红灯一亮就得停下,绿灯一闪立马走。
可是,快可不代表好,有时候这就像在一场没有指挥的音乐会上,大家都想表现,结果弄得一团糟,容易出现竞争和冲突。
4. 比较与应用4.1 各自的应用领域那么,这两种电路究竟哪种更好呢?这就要看情况了。
同步电路一般用于那些需要稳定和可靠性的地方,比如计算机和大型系统。
而异步电路则适合需要快速反应的地方,比如一些高频交易系统或者一些需要低延迟的通信设备。
5.3异步时序逻辑电路的分析异步时序逻辑电路的分析一.分析的目的:得出时序电路的逻辑功能。
二.分析的方法(步骤):1、写方程式:(1)时钟方程;(2)输出方程;(3)驱动方程;(4)状态方程。
2、列状态表;3、画状态转换图;4、画时序图;5、逻辑功能说明;6、检查电路能否自启动。
注意:异步时序电路的状态改变时,电路中要更新状态的触发器,有的先翻转,有的后翻转,是异步进行的。
因为在这种时序电路中,有的触发器的信号就是输入时钟脉冲,有的触发器则不是,而是其他触发器的输出。
异步时序电路的分析举例例1 试分析图示的时序电路的逻辑功能。
C解:(1)写方程式脉冲方程: CP CP CP ==20,01Q CP=驱动方程: nnQ Q D 020=,nQ D11=,nnQ Q D 012=状态方程:D触发器的特性方程:DQn =+1把驱动方程代入特性方程,可得状态方程:nn n Q Q Q 021=+ CP 上升沿有效nn Q Q 111=+ 0Q 上升沿有效nnn Q Q Q 0112=+ CP 上升沿有效(2)列状态表在依次设定的电路现态nn n Q Q Q12,代入状态方程式进行计算,求出次态。
特别注意的是每一个方程式的时钟条件,只有当其中条件具备时,触发器才会按照方程式的规定更新状态,否则只有保持原来的状态不变。
计算结果状态表状态表(3)画状态图0 0 1 1 1 01 1 1 1 0 1Q 001000000001111111Q 010001(5)电路功能说明该电路为一个异步五进制加法计数器。
(6)检查电路能否自启动:能自启动。
例2 试分析如图电路的逻辑功能。
C解:(1)写方程式脉冲方程: CP CP =0,nQ CP1=,nQ CP2=驱动方程: nQ D=nQ D 11= nQ D22=输出方程: nn n Q Q Q C 210=状态方程D触发器的特性方程:DQn =+1把驱动方程代入特性方程得各个触发器的状态方程:nn Q Q 010=+ ()nn Q Q 1=+ () nn Q Q 212=+ ()(2)列状态表(3)画出状态图。
异步时序电路的分析步骤与同步时序电路大体一致,也分为读图、带入、计算、转换和总结等几步,分析流程与图8.2.3所示结构基本相同。
两者的主要差异在于,由于异步时序电路中,各个触发器的工作点(动作时刻)是不一样的,因此,在求出电路的状态方程时,必须同时标明各触发器的工作点,随后在列写状态表(依旧是整体分析法)时,往往需要分层次进行。
写出状态表后,转换为状态图和总结功能的过程就基本一致了。
以下,通过具体例题,详细讲解异步时序电路的分析过程。
【例8.2.6】分析图8.2.28所示的时序逻辑电路,说明该电路的逻辑功能。
图8.2.28 例8.2.6的电路图解:(1)判断:根据电路图可知,这是一个异步时序逻辑电路。
(2)读图:电路使用了3个下降沿工作,高有效的 触发器,共有8种状态迁移关系; 三个触发器的激励方程(驱动方程)为(3)带入:将上述激励方程带入激励端高有效的 触发器的特征方程,得到电路中3个触发器的状态方程,并对应标明各触发器的时钟工作点。
(4)根据状态图,得到表8.2.9所示的状态表(重点内容):1:FF ; 11:FF ; 1:FF 201221110200⎩⎨⎧==⎩⎨⎧==⎩⎨⎧==K Q Q J K J K Q J nn n :FF :FF :FF 0122222122011111111020000100⎪⎩⎪⎨⎧↓=+=↓=+=↓=+=+++CLK Q Q Q Q K Q J Q Q Q Q K Q J Q CLK Q Q Q K Q J Q nn n n n n nn n n n n n nn n JK JK nQ CLK CLK CLK CLK 0120 ===、表8.2.9 例8.2.6的状态表★ 列写状态表,仍应遵循整体分析法进行,尽量避免带入运算;★ 分层次进行;首先列写受外部时钟工作点控制的 和; 由此得到的全部8个迁移关系,作为 的时钟信号,状态表的8行中,出现的情况时,表示此时出现了下降沿(共4个工作点,如表中所示),则此时;其余4行中, (没有出现工作点,则的状态保持不变)。
异步时序逻辑电路分
析
7.2.2异步时序逻辑电路的分析方法
异步时序逻辑电路的分析方法和同步时序逻辑电路的基本相同,但在异步时序逻辑电路中,只有部分触发器由计数脉冲信号源CP触发,而其它触发器则由电路内部信号触发。
在分析异步时序逻辑电路时,应考虑各个触发器的时钟条件,即应写出时钟方程。
这样,各个触发器只有在满足时钟条件后,其状态方程才能使用。
这也是异步时序逻辑电路在分析方法上与同步时序逻辑电路的根本不同点,应引起足够的重视。
分析举例
例、试分析下图所示电路的逻辑功能,并画出状态转换图和时序图。
解:由上图可看出,FF1的时钟信号输入端未和输入时钟信号源CP相连,它是由FF0的Q0端输出的负跃变信号来触发的,所以是异步时序逻辑电路。
①写方程式:
时钟方程:CP0=CP2=CP FF0和FF2由CP的下降沿触发。
CP1=Q0 FF1由Q0输出的下降沿触发。
输出方程:
驱动方程:
状态方程:
②列状态转换真值表:
状态方程只有在满足时钟条件后,将现态的各种取值代入计算才是有效的。
设现态为=000,代入输出方程和状态方程中进行计算,可以得出该逻辑电路的状态转换真值表:
现态次态输
出
时钟脉冲Y CP2CP1CP0
0000010
0010100
0100110
0111000
1000001
表中的第一行取值,在现态=000时,先计算次态为=01,由于CP1=Q0,其由0跃到1为正跃变,故FF1保持0态不变,这时
=001。
表中的第二行取值,在现态为=001时,得=00,这时CP1=Q0由1跃到0为负跃变,FF1由0态翻到1态,这时=010。
其余依此类推。
③逻辑功能说明:
由上表可看出,该电路在输入第5个计数脉冲时,返回初始的000状态,同时输出端Y输出一个负跃变的进位信号,因此,该电路为异步五进制计数器。
④状态转换图和时序图。
根据状态转换真值表可画出该电路的状态转换图和时序图,如下图所示。