目录

一. 简介

二. 分析方法

三. 常用的时序逻辑电路

四. 冒险现象

五. 总结

---

一. 简介

时序逻辑电路是数字电路的重要组成部分，与组合逻辑电路不同，它在任何时刻的输出不仅取决于当时的输入信号，还与电路原来的状态有关。

时序逻辑电路的特点包括：

1. 包含组合逻辑电路和存储电路两部分。存储电路通常由触发器等构成，用于存储电路的状态信息。
2. 电路中存在反馈通路，即输出状态会反馈到输入，影响后续的输出。

常见的时序逻辑电路有计数器、寄存器、移位寄存器等。

计数器用于对脉冲个数进行计数，按照计数进制的不同，可分为二进制计数器、十进制计数器等。

寄存器用于存储一组二进制数据，可分为并行寄存器和串行寄存器。

移位寄存器能在移位脉冲的作用下，将所寄存的数据逐位向左或向右移动。

时序逻辑电路的分析通常包括以下步骤：

1. 写出驱动方程：即各触发器输入信号的逻辑表达式。
2. 写出状态方程：根据触发器的特性方程和驱动方程，得到各触发器次态的逻辑表达式。
3. 列出状态转换表：反映电路在不同输入和现态下的次态和输出。
4. 画出状态转换图和时序图：直观展示电路的工作状态和时序关系。

时序逻辑电路的设计则是根据给定的逻辑功能要求，设计出满足要求的电路。其过程与分析过程相反，需要先确定电路的状态转换图，然后逐步推导出所需的逻辑表达式和电路结构。

总之，时序逻辑电路在数字系统中起着重要的作用，广泛应用于计算机、通信、控制等领域。

二. 分析方法

分析时序逻辑电路一般遵循以下步骤：

1. 观察电路结构

   • 确定电路由哪些逻辑门和触发器组成。
   • 区分组合逻辑部分和存储电路部分。

2. 写出驱动方程

   • 即触发器输入信号的逻辑表达式。根据电路中各触发器输入信号与电路输入信号、输出信号以及其他触发器输出端的连接关系，写出每个触发器的驱动方程。

3. 写出状态方程

   • 根据所使用的触发器类型（如 JK 触发器、D 触发器等）的特性方程，以及驱动方程，推导出每个触发器的次态方程，即状态方程。

4. 列出状态转换表

   • 以现态为行，输入为列，次态和输出为表中的内容，列出所有可能的状态组合及其对应的次态和输出。

5. 画出状态转换图

   • 用圆圈表示状态，用箭头表示状态转换的方向，并在箭头上标注转换条件（输入）和输出。

6. 画出时序图

   • 以时钟脉冲为横轴，分别画出各触发器的输出端、电路输出端的波形图。

7. 分析电路的逻辑功能

   • 根据状态转换图、时序图和状态转换表，总结和描述电路的逻辑功能。

三. 常用的时序逻辑电路

常用的时序逻辑电路主要包括以下几种：

1. 计数器：用于对输入脉冲的个数进行计数。按计数进制可分为二进制计数器（如 4 位二进制计数器）、十进制计数器（如 8421 码十进制计数器）和任意进制计数器（如六进制计数器）；按计数增减可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。

2. 寄存器：用于暂时存储数据。可分为并行寄存器（数据同时输入或输出）和串行寄存器（数据逐位输入或输出）。

3. 移位寄存器：在移位脉冲的作用下，能够将所寄存的数据逐位向左或向右移动。常见的有单向移位寄存器（如右移寄存器、左移寄存器）和双向移位寄存器。

4. 顺序脉冲发生器：产生一系列顺序脉冲信号，通常由计数器和译码器组成。

5. 序列信号发生器：产生特定的序列信号。

这些时序逻辑电路在数字系统中有着广泛的应用，例如计数器常用于计数和分频，寄存器用于数据的存储和缓冲，移位寄存器用于数据的移位操作等。

四. 冒险现象

在时序逻辑电路中，冒险现象是指由于电路中的竞争导致输出出现不应有的尖峰脉冲的现象。

竞争是指在组合逻辑电路中，当输入信号的变化有先后顺序时，可能导致不同路径的信号传输延迟不同，从而使输出产生错误的瞬间脉冲。

在时序逻辑电路中，由于包含了组合逻辑部分和存储单元，当组合逻辑部分存在竞争时，可能会通过存储单元反映到输出端，形成冒险现象。

冒险现象分为静态冒险和动态冒险。静态冒险表现为输出出现短暂的错误脉冲，而动态冒险则表现为输出出现错误的窄脉冲序列。

为了消除冒险现象，可以采用以下方法：

1. 增加冗余项：通过修改逻辑表达式，增加一些冗余的逻辑项来消除竞争。
2. 接入滤波电容：在输出端接入小电容，吸收尖峰脉冲。
3. 引入选通脉冲：在输出稳定的时间段内使能输出。

检测冒险现象可以通过逻辑表达式分析、卡诺图分析或者使用软件进行仿真等方法。

五. 总结

时序逻辑电路是数字电路的重要组成部分，具有以下关键要点：

概念：
时序逻辑电路在任何时刻的输出不仅取决于当时的输入，还与电路原来的状态有关。它由组合逻辑电路和存储电路两部分构成，且存在反馈通路。

组成部分：
包括组合逻辑电路用于产生输出和激励信号，存储电路（通常由触发器组成）用于存储状态信息。

常见类型：
如计数器、寄存器、移位寄存器、顺序脉冲发生器和序列信号发生器等。

分析方法：
一般步骤为观察电路结构、写出驱动方程、状态方程、列出状态转换表、画出状态转换图和时序图，最后分析电路的逻辑功能。

冒险现象：
可能由于竞争导致输出出现不应有的尖峰脉冲，包括静态冒险和动态冒险。可通过增加冗余项、接入滤波电容、引入选通脉冲等方法消除。

应用领域：
广泛应用于计算机、通信、控制等众多领域，实现计数、存储、数据移位等功能。

总之，时序逻辑电路在数字系统中发挥着关键作用，理解其工作原理和特性对于设计和分析复杂的数字电路至关重要。