常见的时序逻辑电路
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时序逻辑电路的分类时序逻辑电路是一种能够在特定的时间序列下执行特定操作的电路。
它通常由组合逻辑电路和存储器组成,可以实现复杂的计算和控制功能。
时序逻辑电路按照其实现功能的不同,可以分为以下几类。
一、触发器触发器是最基本的时序逻辑电路之一,它可以存储一个比特位,并且在时钟信号到来时根据输入信号的状态改变输出状态。
常见的触发器有SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器等。
二、计数器计数器是一种能够在特定条件下对输入信号进行计数并输出结果的电路。
它通常由若干个触发器组成,每个触发器都表示一个二进制位。
常见的计数器有同步计数器和异步计数器等。
三、移位寄存器移位寄存器是一种能够将输入信号从一个位置移动到另一个位置并输出结果的电路。
它通常由若干个触发器组成,每个触发器都表示一个二进制位。
常见的移位寄存器有串行入并行出移位寄存器、并行入串行出移位寄存器和并行入并行出移位寄存器等。
四、状态机状态机是一种能够根据输入信号的状态和时钟信号的变化改变输出状态的电路。
它通常由若干个触发器和组合逻辑电路组成,可以实现复杂的控制功能。
常见的状态机有Moore状态机和Mealy状态机等。
五、定时器定时器是一种能够在特定时间间隔内产生一个脉冲信号或者计数信号的电路。
它通常由若干个触发器和组合逻辑电路组成,可以实现复杂的定时功能。
常见的定时器有单稳态定时器和多稳态定时器等。
六、脉冲生成器脉冲生成器是一种能够在特定条件下产生一个脉冲信号的电路。
它通常由若干个触发器和组合逻辑电路组成,可以实现复杂的脉冲生成功能。
常见的脉冲生成器有单稳态脉冲生成器、多稳态脉冲生成器和斯奈德-哈特脉冲生成器等。
七、序列检测电路序列检测电路是一种能够在输入序列中检测出指定模式并输出相应结果的电路。
它通常由若干个触发器和组合逻辑电路组成,可以实现复杂的序列检测功能。
常见的序列检测电路有Moore序列检测器和Mealy序列检测器等。
八、时钟同步电路时钟同步电路是一种能够将异步输入信号转换为同步输出信号的电路。
时序逻辑电路摩尔型和米利型时序逻辑电路是数字电路中一种重要的电路类型,用于实现各种复杂的计算和控制功能。
在时序逻辑电路中,电路的输出不仅取决于当前输入信号,还取决于该信号的先前状态。
本文将重点介绍时序逻辑电路中的两种常见类型:摩尔型和米利型。
一、摩尔型时序逻辑电路摩尔型时序逻辑电路是一种常见的时序逻辑电路类型,其设计基于摩尔触发器。
摩尔触发器是一种具有存储功能的电路元件,可以存储一位二进制数字,并在时钟信号的控制下改变其状态。
基于摩尔触发器,我们可以构建各种复杂的时序逻辑电路。
在摩尔型时序逻辑电路中,时钟信号起着非常重要的作用。
时钟信号会定期触发摩尔触发器的状态改变,从而使得整个电路按照一定的时间序列工作。
通过合理地设置时钟频率和时序逻辑电路的设计,我们可以实现各种时序逻辑功能,如计数器、时序比较器等。
摩尔型时序逻辑电路有许多优点。
它具有较高的抗噪声能力。
由于时钟信号的存在,摩尔型时序逻辑电路对输入信号的抖动和噪声具有一定的容忍度。
由于时钟信号的同步约束,摩尔型时序逻辑电路可以更容易地进行时序分析和验证。
摩尔型时序逻辑电路在面积和功耗方面通常比米利型时序逻辑电路更优秀。
然而,摩尔型时序逻辑电路也存在一些限制。
由于时钟信号的存在,摩尔型时序逻辑电路的工作速度较慢。
在大规模集成电路中,时钟分布和时钟抖动可能会导致时序逻辑电路的性能问题。
摩尔型时序逻辑电路在一些特殊应用场景下可能无法满足需求,如高速数据传输等。
二、米利型时序逻辑电路米利型时序逻辑电路是一种相对较新的时序逻辑电路类型,其设计基于米利触发器。
米利触发器是一种时序逻辑电路元件,可以将输入信号的状态变化保存在存储单元中,并在时钟信号的控制下改变输出信号的状态。
与摩尔型时序逻辑电路相比,米利型时序逻辑电路具有更高的速度和更低的功耗。
在米利型时序逻辑电路中,存储单元采用动态存储器或双稳态存储器,能够在非时钟边沿时实现状态的改变,从而提高了时序逻辑电路的工作速度。
第五章时序逻辑电路前面介绍的组合逻辑电路无记忆功能。
而时序逻辑电路的输出状态不仅取决于当时的输入信号,而且与电路原来的状态有关,或者说与电路以前的输入状态有关,具有记忆功能。
触发器是时序逻辑电路的基本单元。
本章讨论的内容为时序逻辑电路的分析方法、寄存器和计数器的原理及应用。
第一节时序逻辑电路的分析一、概述1、时序逻辑电路的组成时序逻辑电路由组合逻辑电路和存储电路两部分组成,结构框图如图5-1所示。
图中外部输入信号用X(x1,x2,…,x n)表示;电路的输出信号用Y(y1,y,…,y m)表示;存储电路的输入信号用Z(z1,z2,…,z k)表示;存储电2路的输出信号和组合逻辑电路的内部输入信号用Q(q1,q2,…,q j)表示。
图5-1 时序逻辑电路的结构框图可见,为了实现时序逻辑电路的逻辑功能,电路中必须包含存储电路,而且存储电路的输出还必须反馈到输入端,与外部输入信号一起决定电路的输出状态。
存储电路通常由触发器组成。
2、时序逻辑电路逻辑功能的描述方法用于描述触发器逻辑功能的各种方法,一般也适用于描述时序逻辑电路的逻辑功能,主要有以下几种。
(1)逻辑表达式图5-1中的几种信号之间的逻辑关系可用下列逻辑表达式来描述:Y =F(X,Q n)Z =G(X,Q n)Q n+1=H(Z,Q n)它们依次为输出方程、状态方程和存储电路的驱动方程。
由逻辑表达式可见电路的输出Y不仅与当时的输入X有关,而且与存储电路的状态Q n有关。
(2)状态转换真值表状态转换真值表反映了时序逻辑电路的输出Y、次态Q n+1与其输入X、现态Q n的对应关系,又称状态转换表。
状态转换表可由逻辑表达式获得。
(3)状态转换图状态转换图又称状态图,是状态转换表的图形表示,它反映了时序逻辑电路状态的转换与输入、输出取值的规律。
(4)波形图波形图又称为时序图,是电路在时钟脉冲序列CP的作用下,电路的状态、输出随时间变化的波形。
应用波形图,便于通过实验的方法检查时序逻辑电路的逻辑功能。