異步時序邏輯電路的分析與設(shè)計

雷軒　盧超

摘 要： 異步時序邏輯電路狀態(tài)的改變必須考慮外部輸入信號以及對應(yīng)存儲器的時鐘端或控制端有無信號作用，這是分析與設(shè)計的一個難點。針對這一難點進行了詳細(xì)的討論，通過系統(tǒng)框圖給出了分析和設(shè)計的一般步驟；總結(jié)了分析和設(shè)計中對一般問題的解決方法以及應(yīng)該注意的問題。通過舉例驗證了該方法的正確性、通用性和快速性。

關(guān)鍵詞： 異步時序邏輯電路； 分析和設(shè)計； 系統(tǒng)框圖； 方法

中圖分類號：TN79+1 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2014）05-19-04

Abstract： One difficult point of analyzing and designing is that the external input signal， the corresponding memory clock terminal and whether there are signal functions in control terminal has to be considered in changing the asynchronous logic circuit state. How solve this problem is discussed in detail. The general steps of analysis and design are given through system frame graphs. The solution of general problems in analysis and design， and points that should be paid attention are summarized. The validity， the versatility and speed of the method are verified by examples.

Key words： asynchronous sequential logic circuit； analysis and design； system chart； method

0 引言

異步時序電路狀態(tài)的改變必須考慮外部輸入信號及對應(yīng)存儲器的時鐘端或控制端有無信號作用，這是分析與設(shè)計的一個難點。異步時序電路主要應(yīng)用于眾多的數(shù)字化終端，如地鐵站的無人售票終端，銀行的ATM終端，許多地方的投幣式無人售貨終端等。對于異步時序邏輯電路的研究與改進可以使我們的生活更加方便、快捷。

1 異步時序邏輯電路的一般分析步驟

異步時序邏輯電路可由組合電路和觸發(fā)器（或其他存儲單元）構(gòu)成，也可以在組合邏輯電路中采用適當(dāng)?shù)幕仞亖順?gòu)成。在同步時序電路中，存儲單元的狀態(tài)改變是在統(tǒng)一的時鐘脈沖控制下同步發(fā)生的。而在異步上時序電路中，沒有統(tǒng)一的時鐘脈沖，存儲單元的狀態(tài)改變直接取決于輸入信號的變化[1]。

⑵ 求狀態(tài)方程

把驅(qū)動方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程，即可求出時序電路的狀態(tài)方程，也就是各個觸發(fā)器次態(tài)輸出的邏輯表達(dá)式，因為任何時序電路的狀態(tài)，都是由組成該時序電路的各個觸發(fā)器來記憶和表示的。

⑶ 進行計算

把電路輸入和現(xiàn)態(tài)的各種可能取值，代入狀態(tài)方程和輸出方程進行計算，求出相應(yīng)的次態(tài)和輸出。

⑷ 畫狀態(tài)圖或列狀態(tài)表、畫時序圖

⑸ 電路功能說明

一般情況下，用狀態(tài)圖或狀態(tài)表就可以反映電路的工作特性。但是，在實際應(yīng)用中，各個輸入/輸出信號都有確定的物理含義，因此，常常需要結(jié)合這些信號的物理含義，進一步說明電路的具體功能，或者結(jié)合時序電路說明始終脈沖與輸入、輸出及內(nèi)部變量之間的時間關(guān)系。

脈沖型異步時序電路的分析方法和同步時序電路相似。但當(dāng)用觸發(fā)器作為存儲元件時必須注意，僅在每個觸發(fā)器的時鐘輸入端有脈沖信號時，觸發(fā)器才有可能翻轉(zhuǎn)。

2 在異步時序邏輯電路分析過程中的要點

2.1 在計算的過程中應(yīng)注意

⑴ 狀態(tài)方程有效的時鐘條件是，凡不具備時鐘方程條件者，方程式無效，即觸發(fā)器將保持原來狀態(tài)不變；

⑵ 電路的現(xiàn)態(tài)，就是組成該電路各個觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)組合；

⑶ 不能漏掉任何可能出現(xiàn)的現(xiàn)態(tài)和輸入的取值[4]；

⑷ 現(xiàn)態(tài)的起始值如果給定了，則可以從給定值開始依次進行計算，倘若未給定，那么就可以從自己設(shè)定的起始值開始依次計算。

2.2 畫狀態(tài)圖或列狀態(tài)表和畫時序圖時應(yīng)注意

⑴ 狀態(tài)轉(zhuǎn)換是由現(xiàn)態(tài)轉(zhuǎn)換到次態(tài)，不是由現(xiàn)態(tài)轉(zhuǎn)換到現(xiàn)態(tài)，更不是由次態(tài)轉(zhuǎn)換到次態(tài)；

⑵ 輸出是現(xiàn)態(tài)和輸入的函數(shù)，不是次態(tài)和輸入的函數(shù)；

⑶ 畫時序圖時要明確，只有當(dāng)CP觸發(fā)沿到來時相應(yīng)觸發(fā)器才會更新狀態(tài)，否則只會保持原狀態(tài)不變。

3 分析舉例

4 異步時序邏輯電路的一般設(shè)計步驟

異步時序電路的設(shè)計一般過程與同步時序電路的設(shè)計大體相同。但是異步時序電路無統(tǒng)一時鐘，這在設(shè)計中要加以注意?？紤]到異步時序電路中各個觸發(fā)器的時鐘并不是來源于同一個，所以除了要確定各觸發(fā)器的激勵函數(shù)表達(dá)式外，還要確定各個觸發(fā)器的時鐘信號表達(dá)式。異步時序電路廣泛地應(yīng)用于異步計數(shù)器的設(shè)計[10]。由于這種電路僅有一個脈沖輸入端，因而可以使設(shè)計簡化。構(gòu)成異步時序計數(shù)器的各觸發(fā)器的時鐘不必按函數(shù)計算，而是通過分析波形的方法來確定的，這樣就省去了一些復(fù)雜的計算步驟。圖7給出了異步時序邏輯電路一般的分析步驟，歸納起來，在一般情況下可按下列步驟進行：

6 結(jié)束語

通過對異步時序邏輯電路分析與設(shè)計方法的舉例，歸納并總結(jié)了異步時序邏輯電路的分析與設(shè)計的一般方法和步驟，使得在分析和設(shè)計異步時序邏輯電路時更加快捷、準(zhǔn)確。

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