組合邏輯和時序邏輯電路是數字系統設計的奠基石，其中組合電路包括多路復用器、解復用器、編碼器、解碼器等，而時序電路包括鎖存器、觸發器、計數器、寄存器等。 在本文中，小編簡單介紹關于時序電路的類型和特點等相關內容。

時序電路基本介紹

時序邏輯電路的輸出不僅取決于輸入的當前值，還取決于輸入信號的先前值(歷史值)，這與輸出僅取決于輸入的當前值的組合電路相反。在任何時刻，時序電路可以看作是與反饋電路的組合電路。時序電路使用像觸發器這樣的存儲元件作為反饋電路來存儲過去的值，其框圖如下所示：

時序電路用于構建有限狀態機，它是所有數字電路以及存儲電路中的基本構建塊。基本上，實際數字設備中的所有電路都是組合邏輯電路和時序邏輯電路的混合體。

舉個例子：

一般來說，在日常生活中會遇到很多計數器來計算物體的數量。例如，計算觀眾進出禮堂的人數或停車場的車輛數量。在這種情況下，當任何人進入禮堂時，計數器根據其當前值遞增其值。類似地，它會根據其先前值和現在值遞減其值。所以Counter會保留計數器的當前狀態以進行下一步操作。

這類似于根據先前和當前信號改變其狀態的時序電路。

時序電路中的時鐘信號

時鐘信號在時序電路中起著至關重要的作用。時鐘是在邏輯電平0和邏輯電平1之間反復振蕩的信號。頻率恒定的方波是最常見的時鐘信號形式。時鐘信號具有“邊沿”。這些是時鐘從0變為1(上升沿)或從1變為 0(下降沿)的時刻。

時鐘信號控制時序電路的輸出。也就是說，它決定了存儲元件何時以及如何改變其輸出。如果時序電路沒有任何時鐘信號作為輸入，則電路的輸出將隨機變化。這樣它們就不能保持狀態，直到下一個輸入信號到達。但是具有時鐘輸入的時序電路將保持其狀態，直到出現下一個時鐘沿。

時序電路的分類

基于時鐘信號輸入，時序電路分為兩種類型，即：

• 同步時序電路
• 異步時序電路

1、同步時序電路

定義：

在同步時序電路中，輸出取決于時鐘實例中輸入的當前和先前狀態。這些電路使用一個存儲元件來存儲先前的狀態。這些電路中的存儲元件將具有時鐘，所有這些時鐘信號都由相同的時鐘信號驅動。電路圖如下所示：

使用時鐘信號，所有存儲元件都會發生狀態變化。

與異步相比，這些電路要慢一些，因為它們等待下一個時鐘脈沖到達以執行下一個操作。

這些電路可以是時鐘或脈沖的。

在其輸入中使用時鐘脈沖的同步時序電路稱為時鐘時序電路，因此它們非常穩定。

使用脈沖改變其狀態的時序電路稱為脈沖時序電路或非時鐘時序電路。

同步時序電路主要應用于：

用于MOORE-MEALY狀態管理機的設計。

用于同步計數器、觸發器等。

同步時序電路的局限性：

同步時序電路中的所有觸發器都必須連接到時鐘信號。時鐘信號是非常高頻的信號，時鐘分布會消耗和散發大量熱量。

關鍵路徑或最慢路徑決定了最大可能的時鐘頻率，因此它們比異步電路慢。

2、異步時序電路

定義：

不依靠時鐘信號工作的時序電路稱為“異步時序電路”。

當輸入信號發生變化時，這些電路將立即改變它們的狀態。

電路行為由任何時刻的信號和輸入信號變化的順序決定。

不在脈沖模式下運行。

具有更好的性能，但由于時序問題而難以設計。

大多數情況下，當需要低功耗操作時，會使用異步電路。

它們比同步時序電路更快，因為它們不需要等待任何時鐘信號。

異步順序電路的應用：

當操作速度很重要時使用異步順序電路。由于它們獨立于內部時鐘脈沖，因此它們運行迅速。因此，它們可用于快速響應電路。

用于具有自己獨立時鐘的兩個單元之間的通信。

當需要更好的外部輸入處理時使用。

異步時序電路的局限性：

異步時序電路更難設計。

盡管它們的性能更快，但它們的輸出是不確定的。

時序電路中的反饋

組合電路不需要任何反饋，因為輸出完全取決于輸入的當前值。但是在時序電路的情況下，輸出取決于輸入的過去值以及當前值。為了涉及像觸發器這樣的存儲元件，必須在電路中引入反饋。例如，考慮一個簡單的反饋電路，如下圖所示：

如果f 0是某個實例的反相器的輸入，則此0將傳播，輸出為1。此1作為輸入反饋，這個1會傳播，輸出為0。這個過程重復，結果是輸出在0和1之間連續振蕩。這種情況下沒有穩定的狀態。

現在考慮如下所示連接的兩個逆變器的示例。

這里兩個反相器背靠背連接，第二個反相器的輸出反饋到第一個反相器的輸入。如果0是第一個反相器的輸入，它通過第一個反相器傳播，輸出為1。這個1輸入到第二個反相器并通過它傳播。第二個反相器的輸出為0，反饋給第一個反相器。但是第一個反相器的輸入已經是0，因此不會發生變化。據說該電路處于穩定電路中。當第一個反相器的輸入為1時，可以獲得另一個穩定狀態。

組合電路與順序電路的區別

組合電路與順序電路的區別主要包括以下幾個方面：

總結

簡單來說，時序電路就是由最基本的邏輯門電路加上反饋邏輯回路(輸出到輸入)或器件組合而成的數字電路，與組合電路最本質的區別在于時序電路具有記憶存儲功能。

時序電路最大的特點是，輸出不僅取決于當時的輸入值，而且還與電路過去的狀態有關，主要的應用器件包括觸發器、鎖存器、計數器、移位寄存器、存儲器等。