电工论文

广西大学材料科学与工程学院

电工学论文

题目：时序逻辑电路在实际中的应用

学院材料科学与工程学院

专业名称金属材料工程

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时序逻辑电路在实际中的应用

摘要：随着世界的发展，在当今的科技领域中时序逻辑电路的运用越来越广泛，本文介绍了时序逻辑电路的一些很基本的原理以及一些很简单的应用，原理涉及到运放的组成、性能、特性，之后阐述了一些时序逻辑电路的简单应用。

关键词：时序逻辑电路原理实际应用

Abstract: With the development of the world, in the field of science and technology in the sequential logic circuit is applied more and more widely, this paper introduces the basic principle of sequential logic circuit and some very simple application, principle, performance characteristics related to the composition, operational amplifier, then expounds some simple applications of sequential logic circuit. Keywords: Temporal logic circuit in the actual application

时序逻辑电路的原理

时序逻辑电路是一种重要的数字逻辑电路，其特点是电路任何一个时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信号，而且与电路的原状态有关，具有记忆功能。时序逻辑电路中都含有存储电路，存储电路常由触发器组成。时序逻辑电路的分析实际上是一个读图、识图的过程，就是根据给定的时序逻辑电路，通过分析其状态和输出信号在输入变量和时钟作用下的转换规律，理解其逻辑功能和工作特性。时序逻辑电路的设计是时序逻辑电路分析的逆过程，就是根据给定的逻辑问题，设计出满足要求的时序逻辑电路。

时序逻辑电路的分析

时序逻辑电路分析的一般步骤可归纳为：写方程式、求状态方程、进行计算、画状态转换图（或状态转换表）、确定电路的逻辑功能等。

（1）写方程式

仔细观察、分析时序电路，然后再逐一写出以下3个方程。

①时钟方程：各个触发器时钟信号的逻辑表达式。

②输出方程：时序电路各个输出信号的逻辑表达式。

③驱动方程：各个触发器输入端信号的逻辑表达式。

（2）求状态方程

把驱动方程代入相应触发器的特性方程，即可求出时序电路的状态方程。

（3）进行计算

把电路输入和现态的各种可能取值，代入状态方程和输出方程进行计算，求出相应的次态和输出。

（4）画状态转换图

（5）确定电路的逻辑功能

根据状态转换图确定电路的逻辑功能，必要的话，可用文字详细描述。

时序逻辑电路的设计

设计时序逻辑电路的任务就是根据给定的逻辑问题，设计出满足要求的时序逻辑电路。在实际应用中，常用集成触发器和门电路配合来设计时序逻辑电路。通常，电路设计最简的标准是：所用的触发器和门电路的数量以及门的输入端数目尽可能少。

时序逻辑电路设计的一般步骤是：根据逻辑要求，确定电路状态转换规律，并由此求出各触发器的驱动方程和输出方程，最后画出相应的逻辑电路图。具体过程如下:

（1）根据设计要求和给定条件，确定电路内部状态。

（2）画出状态转换图或状态转换表，即建立原始状态转换图。

（3）状态化简。即合并等价状态，画出最简状态转换图。等价状态是指输入相同、输出相同、转至次态也相同的重复状态。

（4）状态分配，即对状态进行编码，给每个状态确定一个二进制编码。因为电路的状态是用触发器状态的不同组合表示的，所以状态分配前要确定触发器的数目n，为获得M个状态组合，应取2n-1

（5）确定触发器的类型，根据状态转换图（或状态转换表）及触发器的特性，求出触发器的驱动方程和输出方程。

（6）画出逻辑电路图。

（7）检查所设计的电路是否具有自启动能力。如无自启动能力，则需要修改设计。

时序逻辑电路在实际中的运用

时序逻辑电路在实际中的应用很广泛，数字钟、交通灯、计算机、电梯的控制盘、门铃和防盗报警系统中都能见到。

数字钟：在许多场合大量使用的数字电子钟，具有显示时、分、秒，以及自动计时和校正对时的功能。给出了数字钟的原理框图。石英晶体的振荡频率极其稳定，如果石英晶体振荡器输出610Hz的方波，经整形（最简单的串接一个“非”门）后，得到波形标准的脉冲序列。610Hz的脉冲序列用6个十进制计数器进行6次十分频，得到1Hz的标准秒脉冲信号，送入秒计数器后，得到分脉冲，分脉冲送入分计数器后，得到时脉冲，时脉冲送入时计数器。分计数器和秒计数器是60进制的，时计数器是24进制的。各计数器的输出经译码电路后用显示器（如数码管）显示出来，最大显示值为23小时59分59秒。校对开关S1~S3可分别对时、分、秒用单脉冲发生器进行校正对时。图中的计数器、分频器可用74LS290构成。

八路彩灯控制器：八路彩灯控制器由编码器、驱动器和显示器（彩灯）组成，编码器根

据彩灯显示的花型按节拍送出八位状态编码信号，通过驱动器使彩灯点亮、熄灭。给出的八路彩灯控制器电路图中，编码器用两片双向移位寄存器74LS194实现，接成自启动脉冲分配器（扭环形计数器），其中D1为左移方式，D2为右移方式。驱动器电路，当寄存器输出Q为高电平时，三极管T导通，继电器K通电，其动合触点闭合，彩灯亮；当Q为低电平时，三极管截止，继电器复位，彩灯灭。

同步时序电路中所有存储元件都在时钟脉冲CP的统一控制下，用触发器作为存储元件。几乎现在所有的时序逻辑都是“同步逻辑”：有一个“时钟”信号，所有的内部内存（'内部状态'）只会在时钟的边沿时候改变。在时序逻辑中最基本的储存元件是触发器。

同步逻辑最主要的优点是它很简单。每一个电路里的运算必须要在时钟的两个脉冲之间固定的间隔内完成，称为一个 '时钟周期'。只有在这个条件满足下（不考虑其他的某些细节），电路才能保证是可靠的。

同步逻辑也有两个主要的缺点：

1、时钟信号必须要分布到电路上的每一个触发器。而时钟通常都是高频率的信号，这会导致功率的消耗，也就是产生热量。即使每个触发器没有做任何的事情，也会消耗少量的能量，因此会导致废热产生。

2、最大的可能时钟频率是由电路中最慢的逻辑路径决定，也就是关键路径。意思就是说每个逻辑的运算，从最简单的到最复杂的，都要在每一个时脉的周期中完成。一种用来消除这种限制的方法，是将复杂的运算分开成为数个简单的运算，这种技术称为“pipelining”。这种技术在微处理器中非常的显著，用来帮处提升现今处理器的时钟频率。

时序逻辑电路设计的Petri网方法：Petri网是一种系统模拟和分析的工具,它可以揭示出被模拟系统在结构和动态行为方面信息,利用这些信息可以对被模拟系统进行性能评估并提出改进系统的建议,从而设计出一个高质量的实际应用系统。文〔1,zj利用Petri网的特性分别给出了组合逻辑电路和时序电路的Petri网分析方法,其基本思想是将已设计好的逻辑电路转化成Petri网,利用Petri网的各种分析方法(可达树、状态矩阵)进行分析。时序电路的设计是分析方法的逆过程,是根据给定的状态图或通过对设计要求的分析得到的状态图,设计出时序电路的过程;时序逻辑电路可分为同步和异步,然而采用传统的时序电路的设计方法时,即使是同步时序电路的设计也需要七步阁,要进行复杂的计算来求状态方程、驱动