一、時(shí)序邏輯電路簡介
時(shí)序邏輯電路是數(shù)字邏輯電路的重要組成部分,時(shí)序邏輯電路又稱時(shí)序電路,主要由存儲電路和組合邏輯電路兩部分組成。它和我們熟悉的其他電路不同,其在任何一個(gè)時(shí)刻的輸出狀態(tài)由當(dāng)時(shí)的輸入信號和電路原來的狀態(tài)共同決定,而它的狀態(tài)主要是由存儲電路來記憶和表示的。
二、時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)
功能特點(diǎn):電路在某采樣周期內(nèi)的穩(wěn)態(tài)輸出Y(n),不僅取決于該采樣周期內(nèi)的“即刻輸入X(n)”,而且還與電路原來的狀態(tài)Q(n)有關(guān)。(通常Q(n)記錄了以前若干周期內(nèi)的輸入情況)
結(jié)構(gòu)特點(diǎn):除含有組合電路外,時(shí)序電路必須含有存儲信息的有記憶能力的電路:觸發(fā)器、寄存器、計(jì)數(shù)器等。
時(shí)序邏輯電路框圖
三、時(shí)序邏輯電路的三種邏輯器件
1.計(jì)數(shù)器
一般來說,計(jì)數(shù)器主要由觸發(fā)器組成,用以統(tǒng)計(jì)輸入計(jì)數(shù)脈沖CP的個(gè)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出通常為現(xiàn)態(tài)的函數(shù)。計(jì)數(shù)器累計(jì)輸入脈沖的最大數(shù)目稱為計(jì)數(shù)器的“模”,用M表示。如M=6計(jì)數(shù)器,又稱六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。所以,計(jì)數(shù)器的“模”實(shí)際上為電路的有效狀態(tài)數(shù)。
同步七進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的邏輯圖計(jì)數(shù)器的種類很多,特點(diǎn)各異。主要分類如下:按計(jì)數(shù)進(jìn)制可分為:二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。按計(jì)數(shù)增減可分為:加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器、加/減計(jì)數(shù)器,又稱可逆計(jì)數(shù)器。按計(jì)數(shù)器中觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)是否同步可分為:異步計(jì)數(shù)器和同步計(jì)數(shù)器。
2.寄存器
寄存器是存放數(shù)碼、運(yùn)算結(jié)果或指令的電路,移位寄存器不但可存放數(shù)碼,而且在移位脈沖作用下,寄存器中的數(shù)碼可根據(jù)需要向左或向右移位。寄存器和移位寄存器是數(shù)字系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)中常用的基本邏輯部件,應(yīng)用很廣。一個(gè)觸發(fā)器可存儲一位二進(jìn)制代碼,n個(gè)觸發(fā)器可存儲n位二進(jìn)制代碼。因此,觸發(fā)器是寄存器和移位寄存器的重要組成部分。對寄存器中的觸發(fā)器只要求它們具有置0或者置1功能即可,無論是用同步結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器,還是用主從結(jié)構(gòu)或者邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器,都可以組成寄存器。
3.順序脈沖發(fā)生器
順序脈沖是指在每個(gè)循環(huán)周期內(nèi),在時(shí)間上按一定先后順序排列的脈沖信號。產(chǎn)生順序脈沖信號的電路稱為順序脈沖發(fā)生器。在數(shù)字系統(tǒng)中,常用以控制某些設(shè)備按照事先規(guī)定的順序進(jìn)行運(yùn)算或操作。
四、時(shí)序邏輯電路由什么組成
時(shí)序邏輯電路由存儲電路(各種觸發(fā)器)和組合邏輯電路兩部分組成組合反饋到存儲,下一狀態(tài)便決定。觸發(fā)、寄存、計(jì)數(shù)器,同步異步兩類型。
時(shí)序邏輯電路是另一種重要的數(shù)字邏輯電路,AT24C08A-10PU-2.7它與組合邏輯電路的功能特點(diǎn)不同。時(shí)序邏輯電路的任一時(shí)刻的穩(wěn)定輸出不僅與該時(shí)刻的輸入狀態(tài)有關(guān),而且與電路的原有狀態(tài)有關(guān)。
時(shí)序電路由組合邏輯電路和存儲電路兩部分組成,如圖4-28所示。圖中,X.,X2,…,X。表示外輸入邏輯變量;Z,,Z:,…,Zm表示時(shí)序電路的輸出邏輯變量;W,,W2,…,Wk代表存儲電路的輸入變量;Y1,Y2,…,L表示存儲電路的輸出變量,是組合電路的部分輸入變量。
觸發(fā)器是一種功能最簡單的時(shí)序邏輯電路,存儲電路通常由觸發(fā)器組成,其狀態(tài)必須反饋到組合電路的輸入端,與輸入信號一起共同決定組合電路的輸出,而組合電路的輸出也必須至少有一條反饋到存儲電路的輸入端,以便決定下一時(shí)刻存儲電路的狀態(tài)。
時(shí)序電路的分類有多種,但主要的分類是按照其存儲電路中各觸發(fā)器是否有統(tǒng)一時(shí)鐘控制,分為同步時(shí)序電路和異步時(shí)序電路兩大類型。若時(shí)序電路中存儲電路各觸發(fā)器狀態(tài)的更新是在同一時(shí)鐘脈沖的特定時(shí)刻(如上升沿或下降沿)同步進(jìn)行的,這樣的時(shí)序電路稱為同步時(shí)序電路;若時(shí)序電路中存儲電路各觸發(fā)器的狀態(tài)更新不受時(shí)鐘脈沖的統(tǒng)一控制,而是在不同時(shí)刻分別進(jìn)行的,或者沒有時(shí)鐘脈沖,這樣的時(shí)序電路稱為異步時(shí)序電路。數(shù)字電路中的數(shù)碼寄存器、計(jì)數(shù)器、存儲器等都是時(shí)序電路的基本單元電路。
五、時(shí)序邏輯電路檢修方法
在檢修時(shí)序邏輯電路之前應(yīng)盡可能熟悉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和電路,然后是分析故障的表征特性,盡可能地縮小故障產(chǎn)生的范圍。較高檔的醫(yī)療設(shè)備一般帶有自診斷程序,可充分利用它查找故障,將故障定位到較小范圍。
檢查電源
時(shí)序邏輯電路較常采用±5V、±15V、±12V電源。當(dāng)電源對地短路或電源穩(wěn)定性差都可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障,表現(xiàn)為系統(tǒng)無反應(yīng)、系統(tǒng)程序紊亂等。一般來說,電源對地短路是因?yàn)?a href="http://www.asorrir.com/tags/電容/" target="_blank">電容(去耦電容)短路產(chǎn)生的,找到故障電容最好的辦法是采用電流跟蹤儀跟蹤短路電流,沒有電流跟蹤儀的就只好將電路分單元查找替換。
檢查時(shí)鐘
時(shí)鐘電路一般由石英晶體電路組成(也有采用RC振蕩電路的)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),石英晶體較易損壞。可用示波器測試時(shí)鐘信號的頻率、振幅、相位,或簡單地用邏輯探針檢測時(shí)鐘脈沖的有無。對各個(gè)單元電路的時(shí)鐘均應(yīng)檢測,以防斷線、松脫、干擾等引起時(shí)鐘脈沖的不正確。
檢查總線
用邏輯探針檢查總線上是否有脈沖活動(dòng)。若總線上沒有脈沖活動(dòng),可繼續(xù)檢查總線驅(qū)動(dòng)器輸入端有無脈沖信號、驅(qū)動(dòng)器是否在允許狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)器是否響應(yīng)激勵(lì)等,來確定故障是否是由于總線驅(qū)動(dòng)器引起的,然后輪流檢查每一個(gè)總線接收者。另外,可以關(guān)掉電源,用多用表檢查總線各線的對地電阻,如果所有線的阻值一樣,那么總線估計(jì)正常;如果一條或多條線的阻值與其余的不同,那么該線值得懷疑;如果有兩根線的阻值相同,而又高于或低于其它的線,那么這兩條線可能相互短路了。
檢查關(guān)鍵的脈沖信號
用邏輯探針、示波器或邏輯分析儀觀察復(fù)位、使能、選通、讀寫、中斷、讀內(nèi)存等控制信號,可以較好地判斷集成電路(IC)是否正常工作。當(dāng)復(fù)位信號有效時(shí),IC輸出應(yīng)被清零或置位,程序應(yīng)回到初始狀態(tài)運(yùn)行;當(dāng)使能信號有效而時(shí)鐘脈沖正常時(shí),IC數(shù)據(jù)線上應(yīng)有脈沖活動(dòng);當(dāng)邏輯探針連到讀內(nèi)存線上,而指示燈沒有閃爍顯示(即讀內(nèi)存線上沒有脈沖活動(dòng)),說明微處理器可能在程序的某處卡住了,因?yàn)槊恳粭l指令讀地址處存儲器時(shí),讀內(nèi)存線上通常是應(yīng)有脈沖信號的;對于中斷信號,可用邏輯探針來觀察是否發(fā)生中斷線路粘附,也可通過外加直流電壓或低電平來控制(允許或禁止)被測試的中斷。
檢查接口
接口卡、印刷板與插座插接時(shí)可能松脫或偏離中心導(dǎo)致接觸不良而引發(fā)故障,實(shí)際上很多故障的確是由此產(chǎn)生的,對此可用無水酒精擦拭清潔接口后再重新插接固定。另外數(shù)字系統(tǒng)還常常通過外部通信線路(RS232、MODEM、IEEE-488等)與其它系統(tǒng)連接,而連接線通常很長,還可能暴露于電子干擾源下,例如繼電器、電機(jī)、變壓器、大型X線機(jī)、陰雨天閃電等,連接口接觸不良和電子干擾源的電磁干擾(EMI)均可能會產(chǎn)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)傳送,甚至損壞相關(guān)的元件。對電磁干擾最好找出干擾源后排除它,其次可改善工作環(huán)境(如濕度和溫度等),加強(qiáng)屏蔽,或改用屏蔽性能好的連接線。
時(shí)序邏輯電路的檢修有許多方法技巧,必須通過長期實(shí)際工作摸索總結(jié)經(jīng)驗(yàn),才能更好地診斷、發(fā)現(xiàn)、排除故障,提高時(shí)序邏輯電路的維修技術(shù)水平。
六、時(shí)序邏輯電路應(yīng)用舉例
舉例一:在智力競賽中,參賽者通過搶先按動(dòng)按鈕,取得答題權(quán)。圖1是由4個(gè)D觸發(fā)器和2個(gè)“與非”門、1個(gè)“非”門等組成的4人搶答電路。搶答前,主持人按下復(fù)位按鈕SB,4個(gè)D觸發(fā)器全部清0,4個(gè)發(fā)光二極管均不亮,“與非”門G1輸出為0,三極管截止,揚(yáng)聲器不發(fā)聲。同時(shí),G2輸出為1,時(shí)鐘信號CP經(jīng)G3送入觸發(fā)器的時(shí)鐘控制端。此時(shí),搶答按鈕SB1~SB4未被按下,均為低電平,4個(gè)D觸發(fā)器輸入的全是0,保持0狀態(tài)不變。時(shí)鐘信號CP可用555定時(shí)器組成多諧振蕩器的輸出。
當(dāng)搶答按鈕SB1~SB4中有一個(gè)被按下時(shí),相應(yīng)的D觸發(fā)器輸出為1,相應(yīng)的發(fā)光二極管亮,同時(shí),G1輸出為1,使揚(yáng)聲器響,表示搶答成功,另外G1輸出經(jīng)G2反相后,關(guān)閉G3,封鎖時(shí)鐘信號CP,此時(shí),各觸發(fā)器的時(shí)鐘控制端均為1,如果再有按鈕被按下,就不起作用了,觸發(fā)器的狀態(tài)也不會改變。搶答完畢,復(fù)位清零,準(zhǔn)備下次搶答。
舉例二:路彩燈控制器由編碼器、驅(qū)動(dòng)器和顯示器(彩燈)組成,編碼器根據(jù)彩燈顯示的花型按節(jié)拍送出八位狀態(tài)編碼信號,通過驅(qū)動(dòng)器使彩燈點(diǎn)亮、熄滅。圖2給出的八路彩燈控制器電路圖中,編碼器用兩片雙向移位寄存器74LS194實(shí)現(xiàn),接成自啟動(dòng)脈沖分配器(扭環(huán)形計(jì)數(shù)器),其中D1為左移方式,D2為右移方式。驅(qū)動(dòng)器電路如圖3,當(dāng)寄存器輸出Q為高電平時(shí),三極管T導(dǎo)通,繼電器K通電,其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合,彩燈亮;當(dāng)Q為低電平時(shí),三極管截止,繼電器復(fù)位,彩燈滅。
工作時(shí),先用負(fù)脈沖清零,使寄存器輸出全部為0,然后在節(jié)拍脈沖(可由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器輸出)的控制下,寄存器的各個(gè)輸出Q按下表所示的狀態(tài)變化,每8個(gè)節(jié)拍重復(fù)一次。這里假定8路彩燈的花型是:由中間向兩邊對稱地逐次點(diǎn)亮,全亮后,再由中間向兩邊逐次熄滅。
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