4.1时序逻辑电路概述

时序逻辑：输出结果不仅取决于当前时刻的输入值，还取决于电路过去时刻的行为（当前状态、现态、旧状态）

• 电路中有存储元件，存储逻辑信号（0、1）的值
• 电路输入值发生变化时，新的输入值可能使得电路保持当前状态，也可能使得电路状态发生改变，进入新的状态。

1.时序逻辑与有限状态机

• 有限状态机是一种刻画状态以及状态转换的理论工具

• 通常用状态图描述有限状态机

  • 状态：用包含状态符号的圆圈表示

  • 状态转换方向：用有向边表示，并在边上标注引起状态变换的输入信号值和相应输出（若输出只与当前状态有关，则可以把输出标注在状态圆圈中）

    

用数字逻辑实现一个有限状态机，需要：

• 把状态机的输入、输出以及内部状态都转换成二进制表示，这里的关键是状态的二进制编码
• 设计一种状态记忆电路（存储元件）。使用双稳态器件记忆状态，如SR锁存器，D触发器，JK触发器等
• 设计状态记忆电路的激励函数（根据当前输入把旧状态改为新状态的函数）和输出函数（根据旧状态和当前输入来改变电路输出结果的函数），并完成定时分析

2.时序逻辑电路的基本结构

时序逻辑电路的一般结构：

• 状态记忆模块：有多个状态记忆单元构成（存储元件）

• 状态激励逻辑模块F：激励函数（现态和外部输入的逻辑函数）

• 输出逻辑模块G：输出函数（现态和外部输入的逻辑函数）

  • Mealy型：输出依赖于当前状态和当前输入信号
  • Moore型：输出仅依赖于当前状态，和当前输入无关

  

• 根据状态转换方式的不同有同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路

  • 同步时序逻辑电路：在统一的时钟信号控制下进行状态转换
  • 异步时序逻辑电路：没有统一的时钟信号来控制状态的改变

• Clk：固定周期的标准脉冲信号

3.时序逻辑电路的定时

时钟脉冲

• 按一定电压幅度，按固定时间间隔，连续发出的脉冲信号
• 时钟脉冲之间的时间间隔称为时钟周期，单位是秒
• 1秒产生的脉冲个数称为时钟频率，单位是Hz

• 状态变换：电平触发或边沿出发
• 边沿触发方式分为上升沿触发和下降沿触发两种类型