異步時序邏輯電路的分析與設計

雷軒　盧超

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

關鍵詞： 異步時序邏輯電路； 分析和設計； 系統框圖； 方法

中圖分類號：TN79+1 文獻標志碼：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

異步時序電路狀態的改變必須考慮外部輸入信號及對應存儲器的時鐘端或控制端有無信號作用，這是分析與設計的一個難點。異步時序電路主要應用于眾多的數字化終端，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器（或其他存儲單元）構成，也可以在組合邏輯電路中采用適當的回饋來構成。在同步時序電路中，存儲單元的狀態改變是在統一的時鐘脈沖控制下同步發生的。而在異步上時序電路中，沒有統一的時鐘脈沖，存儲單元的狀態改變直接取決于輸入信號的變化[1]。

⑵ 求狀態方程

把驅動方程代入相應觸發器的特性方程，即可求出時序電路的狀態方程，也就是各個觸發器次態輸出的邏輯表達式，因為任何時序電路的狀態，都是由組成該時序電路的各個觸發器來記憶和表示的。

⑶ 進行計算

把電路輸入和現態的各種可能取值，代入狀態方程和輸出方程進行計算，求出相應的次態和輸出。

⑷ 畫狀態圖或列狀態表、畫時序圖

⑸ 電路功能說明

一般情況下，用狀態圖或狀態表就可以反映電路的工作特性。但是，在實際應用中，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，或者結合時序電路說明始終脈沖與輸入、輸出及內部變量之間的時間關系。

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

2 在異步時序邏輯電路分析過程中的要點

2.1 在計算的過程中應注意

⑴ 狀態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，即觸發器將保持原來狀態不變；

⑵ 電路的現態，就是組成該電路各個觸發器的現態組合；

⑶ 不能漏掉任何可能出現的現態和輸入的取值[4]；

⑷ 現態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定的起始值開始依次計算。

2.2 畫狀態圖或列狀態表和畫時序圖時應注意

⑴ 狀態轉換是由現態轉換到次態，不是由現態轉換到現態，更不是由次態轉換到次態；

⑵ 輸出是現態和輸入的函數，不是次態和輸入的函數；

⑶ 畫時序圖時要明確，只有當CP觸發沿到來時相應觸發器才會更新狀態，否則只會保持原狀態不變。

3 分析舉例

4 異步時序邏輯電路的一般設計步驟

異步時序電路的設計一般過程與同步時序電路的設計大體相同。但是異步時序電路無統一時鐘，這在設計中要加以注意。考慮到異步時序電路中各個觸發器的時鐘并不是來源于同一個，所以除了要確定各觸發器的激勵函數表達式外，還要確定各個觸發器的時鐘信號表達式。異步時序電路廣泛地應用于異步計數器的設計[10]。由于這種電路僅有一個脈沖輸入端，因而可以使設計簡化。構成異步時序計數器的各觸發器的時鐘不必按函數計算，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 結束語

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

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