時(shí)序電路

數(shù)字電路根據(jù)邏輯功能的不同特點(diǎn)，可以分成兩大類，一類叫組合邏輯電路(簡稱組合電路)，另一類叫做時(shí)序邏輯電路(簡稱時(shí)序電路)。組合邏輯電路在邏輯功能上的特點(diǎn)是任意時(shí)刻的輸出僅僅取決于該時(shí)刻的輸入，與電路原來的狀態(tài)無關(guān)。而時(shí)序邏輯電路在邏輯功能上的特點(diǎn)是任意時(shí)刻的輸出不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，而且還取決于電路原來的狀態(tài)，或者說，還與以前的輸入有關(guān)。

時(shí)序邏輯電路應(yīng)用很廣泛,根據(jù)所要求的邏輯功能不同進(jìn)行劃分,它的種類也比較繁多。在具體的授課環(huán)節(jié)中,主要選取了應(yīng)用較廣、具有典型時(shí)序邏輯電路特征的三種邏輯器件進(jìn)行比較詳細(xì)地介紹 。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“?！?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(chǔ)一位二進(jìn)制代碼, n個(gè)觸發(fā)器可存儲(chǔ)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(duì)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(hào)。產(chǎn)生順序脈沖信號(hào)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。

時(shí)序邏輯電路其任一時(shí)刻的輸出不僅取決于該時(shí)刻的輸入，而且還與過去各時(shí)刻的輸入有關(guān)。常見的時(shí)序邏輯電路有觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、寄存器等。由于時(shí)序邏輯電路具有存儲(chǔ)或記憶的功能，檢修起來就比較復(fù)雜。帶有時(shí)序邏輯電路的數(shù)字電路主要故障分析：

1. 時(shí)鐘：時(shí)鐘是整個(gè)系統(tǒng)的同步信號(hào)，當(dāng)時(shí)鐘出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)帶來整體的功能故障。時(shí)鐘脈沖丟失會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線、地址總線或控制總線沒有動(dòng)作。時(shí)鐘脈沖的速率、振幅、寬度、形狀及相位發(fā)生變化均可能引發(fā)故障。

2. 復(fù)位：含有微處理器(MPU)的設(shè)備，即使是最小系統(tǒng)，一般都具有復(fù)位功能。復(fù)位脈沖在系統(tǒng)上電時(shí)加載到MPU上，或在特定情況下使程序回到最初狀態(tài)(例如，看門狗Watchdog程序)。當(dāng)復(fù)位脈沖不能發(fā)生、信號(hào)過窄、信號(hào)幅度不對(duì)、轉(zhuǎn)換中有干擾或轉(zhuǎn)換太慢時(shí)，程序就可能在錯(cuò)誤的地址啟動(dòng)，導(dǎo)致程序混亂。

3. 總線：總線傳遞指令系列和控制事件，一般有地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。當(dāng)總線即使只有一位發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，也會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)功能，出現(xiàn)錯(cuò)誤尋址、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)或錯(cuò)誤操作等?？偩€錯(cuò)誤可能發(fā)生在總線驅(qū)動(dòng)器中，也可能發(fā)生在接收數(shù)據(jù)位的其它元件中。4. 中斷：帶微處理器(MPU)的系統(tǒng)一般都能夠響應(yīng)中斷信號(hào)或設(shè)備請(qǐng)求，產(chǎn)生控制邏輯，以暫時(shí)中斷程序執(zhí)行，轉(zhuǎn)到特殊程序，為中斷設(shè)備服務(wù)，然后自動(dòng)回到主程序。中斷錯(cuò)誤主要是中斷線路粘附(此時(shí)系統(tǒng)操作非常緩慢)或受到干擾(系統(tǒng)錯(cuò)誤響應(yīng)中斷請(qǐng)求)。5. 信號(hào)衰減和畸變：長的并行總線和控制線可能會(huì)發(fā)生交互串?dāng)_和傳輸線故障，表現(xiàn)為相鄰的信號(hào)線出現(xiàn)尖峰脈沖(交互串?dāng)_)，或驅(qū)動(dòng)線上形成減幅振蕩(相當(dāng)于邏輯電平的多次轉(zhuǎn)換)，從而可能加入錯(cuò)誤數(shù)據(jù)或控制信號(hào)。發(fā)生信號(hào)衰減的可能原因比較多，常見的有高濕度環(huán)境、長的傳輸線、高速率轉(zhuǎn)換等。而大的電子干擾源會(huì)產(chǎn)生電磁干擾(EMI)，導(dǎo)致信號(hào)畸變，引起電路的功能紊亂。