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時序邏輯電路
閱讀�17747時間�2011-02-15 21:14:14

  時序邏輯電路,簡�時序電路,是一種在任意時刻的輸出不僅取決于該時刻電路的輸入,而且還與電路過去的輸入有關的邏輯電路,因此時序邏輯電路須具備信號的存儲電路(主要由觸�(fā)器構成)。時序邏輯電路是�(shù)字系�(tǒng)中非常重要的一類邏輯電路,常見的時序邏輯電路有計數(shù)��寄存�和序號發(fā)生器��

分類

  1.根據(jù)時鐘分類

 ?�?)同步時序電路中,各個觸�(fā)器的時鐘脈沖相同,即電路中有一個統(tǒng)一的時鐘脈�,每來一個時鐘脈沖,電路的狀�(tài)只改變一��

 ?�?)異步時序電路中,各個觸�(fā)器的時鐘脈沖不同,即電路中沒有統(tǒng)一的時鐘脈沖來控制電路狀�(tài)的變化,電路狀�(tài)改變�,電路中要更新狀�(tài)的觸�(fā)器的翻轉有先有后,是異步進行��

  2.根據(jù)輸出分類

 ?�?)米利型時序電路的輸出不僅與�(xiàn)�(tài)有關,而且還決定于電路當前的輸��

 ?�?)穆爾型時序電路的其輸出僅決定于電路的現(xiàn)�(tài),與電路當前的輸入無關;或者根本就不存在獨立設置的輸出,而以電路的狀�(tài)直接作為輸出�

分析方法

  時序邏輯電路基本分析步驟�

  1.寫方程�

 ?�?)輸出方�。時序邏輯電路的輸出邏輯表達�,它通常為現(xiàn)�(tài)的函�(shù)�

 ?�?)驅動方�。各觸發(fā)器輸入端的邏輯表達式�

  �3)狀�(tài)方程。將驅動方程代入相應觸發(fā)器的特性方程中,便得到該觸�(fā)器的次態(tài)方程。時序邏輯電路的狀�(tài)方程由各觸發(fā)器次�(tài)的邏輯表達式組成�

  2.列狀�(tài)轉換真值表

  將外輸入信號和現(xiàn)�(tài)作為輸入,次�(tài)和輸出作為輸�,列出狀�(tài)轉換真值表�

  3.邏輯功能的說明

  根據(jù)狀�(tài)轉換真值表來說明電路的邏輯功能�

  4.畫狀�(tài)轉換圖和時序�

  狀�(tài)轉換圖:電路由現(xiàn)�(tài)轉換到次�(tài)的示意圖�

  時序圖:在時鐘脈沖CP作用�,各觸發(fā)器狀�(tài)變化的波形圖�

常用�

  1.寄存�

  在數(shù)字電路中,用來存放二進制�(shù)�(jù)或代碼的電路稱為寄存��

  寄存器是由具有存儲功能的觸發(fā)器組合起來構成的。一個觸�(fā)器可以存�1位二進制代碼,存放n位二進制代碼的寄存器,需用n個觸�(fā)器來構成�

  按照功能的不同,可將寄存器分為基本寄存器和移位寄存器兩大�?;炯拇嫫髦荒懿⑿兴腿霐?shù)�(jù),需要時也只能并行輸出。移位寄存器中的�(shù)�(jù)可以在移位脈沖作用下依次逐位右移或左�,數(shù)�(jù)既可以并行輸�、并行輸出,也可以串行輸�、串行輸�,還可以并行輸入、串行輸�,串行輸�、并行輸�,十分靈活,用途也很廣�

  2.計數(shù)�

  在數(shù)字電路中,能夠記憶輸入脈沖個數(shù)的電路稱為計�(shù)器。計�(shù)器是一種累計脈沖個數(shù)的邏輯部�,不僅用于計�(shù),而且還用于定�、分頻和程序控制�,用途極為廣泛,幾乎所有數(shù)字系�(tǒng)中都有計�(shù)��

  計數(shù)器可按多種方式來進行分類。按計數(shù)過程�(shù)字增減趨勢可分為加法計數(shù)�、減法計�(shù)器以及加減均可的可逆計�(shù)器。按照進制方式不同,可分為二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器以及任意進制計數(shù)�。根�(jù)各個計�(shù)單元動作的次�,可將計�(shù)器分為同步計�(shù)器和異步計數(shù)器兩大類�

故障分析

  帶有時序邏輯電路的數(shù)字電路主要故障分析:

  1. 時鐘:時鐘是整個系�(tǒng)的同步信�,當時鐘出現(xiàn)故障時會帶來整體的功能故障。時鐘脈沖丟失會導致系統(tǒng)�(shù)�(jù)總線、地址總線或控制總線沒有動�。時鐘脈沖的速率、振�、寬度、形狀及相位發(fā)生變化均可能引發(fā)故障�

  2. 復位:含有微處理�(MPU)的設�,即使是最小系�(tǒng),一般都具有復位功能。復位脈沖在系統(tǒng)上電時加載到MPU�,或在特定情況下使程序回到最初狀�(tài)(例如,看門狗Watchdog程序)。當復位脈沖不能�(fā)�、信號過�、信號幅度不�、轉換中有干擾或轉換太慢�,程序就可能在錯誤的地址啟動,導致程序混��

  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)�(jù)總線和控制總�。當總線即使只有一位發(fā)生錯誤時,也會嚴重影響系�(tǒng)功能,出�(xiàn)錯誤尋址、錯誤數(shù)�(jù)或錯誤操作等??偩€錯誤可能發(fā)生在總線驅動器中,也可能�(fā)生在接收�(shù)�(jù)位的其它元件��

  4. 中斷:帶微處理器(MPU)的系�(tǒng)一般都能夠響應中斷信號或設備請�,產(chǎn)生控制邏輯,以暫時中斷程序執(zhí)�,轉到特殊程序,為中斷設備服�,然后自動回到主程序。中斷錯誤主要是中斷線路粘附(此時系統(tǒng)操作非常緩慢)或受到干�(系統(tǒng)錯誤響應中斷請求)�

  5. 信號衰減和畸變:長的并行總線和控制線可能會發(fā)生交互串擾和傳輸線故障,表現(xiàn)為相鄰的信號線出�(xiàn)尖峰脈沖(交互串擾),或驅動線上形成減幅振蕩(相當于邏輯電平的多次轉換),從而可能加入錯誤數(shù)�(jù)或控制信�。發(fā)生信號衰減的可能原因比較多,常見的有高濕度環(huán)�、長的傳輸線、高速率轉換�。而大的電子干擾源會產(chǎn)生電磁干�(EMI),導致信號畸�,引起電路的功能紊亂�

設計

  1.時序電路的設計是根據(jù)要求實現(xiàn)其邏輯功�,先作出原始狀�(tài)圖或原始狀�(tài)表,然后進行狀�(tài)化簡(狀�(tài)合并)和狀�(tài)編碼(狀�(tài)分配�,再求出所選觸�(fā)器的驅動方程、時序電路的狀�(tài)方程和輸出方�,畫出設計好的邏輯電路圖�

  2.在設計同步時序邏輯電路時,把CP 信號作邏�1處理,對異步時序邏輯電路則把CP 信號作為一個變量來處理�

  3.用已有的M 進制集成計數(shù)器可構成N(任意)進制的計�(shù)�。當M >N 時,�1片M進制計數(shù)器采取反饋清零法或反饋置�(shù)法跳過M-N 個狀�(tài),而得到N 進制計數(shù)�。當M <N �,用多片M 進制計數(shù)器組合起來,構成N 進制計數(shù)�,各級之間的連接方式可分為并行進位、串行進位、整體反饋清零和整體反饋置數(shù)等幾種方��

檢修

  在檢修時序邏輯電路之前應盡可能熟悉系�(tǒng)的結構原理和電路,然后是分析故障的表征特性,盡可能地縮小故障�(chǎn)生的范圍。較的醫(yī)療設備一般帶有自診斷程序,可充分利用它查找故�,將故障定位到較小范圍�

  1.檢查電源

  時序邏輯電路較常采用±5V、�15V、�12V電源。當電源對地短路或電源穩(wěn)定性差都可能導致系�(tǒng)故障,表�(xiàn)為系�(tǒng)無反�、系�(tǒng)程序紊亂�。一般來�,電源對地短路是因為電容(去耦電容)短路�(chǎn)生的,找到故障電容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�

  2.檢查時鐘

  時鐘電路一般由石英晶體電路組成(也有采用RC振蕩電路�)。根�(jù)�(jīng)�,石英晶體較易損�。可用示波器測試時鐘信號的頻�、振幅、相�,或簡單地用邏輯探針檢測時鐘脈沖的有無。對各個單元電路的時鐘均應檢測,以防斷�、松脫、干擾等引起時鐘脈沖的不正確�

  3.檢查總線

  用邏輯探針檢查總線上是否有脈沖活動。若總線上沒有脈沖活�,可繼續(xù)檢查總線驅動器輸入端有無脈沖信號、驅動器是否在允許狀�(tài)、驅動器是否響應激勵等,來確定故障是否是由于總線驅動器引起�,然后輪流檢查每一個總線接收�。另�,可以關掉電源,用多用表檢查總線各線的對地電�,如果所有線的阻值一樣,那么總線估計正常;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�,而又高于或低于其它的�,那么這兩條線可能相互短路��

  4.檢查關鍵的脈沖信�

  用邏輯探針、示波器或邏輯分析儀觀察復�、使�、選通、讀�、中�、讀內存等控制信號,可以較好地判斷集成電�(IC)是否正常工作。當復位信號有效時,IC輸出應被清零或置�,程序應回到初始狀�(tài)運行;當使能信號有效而時鐘脈沖正常時,IC�(shù)�(jù)線上應有脈沖活動;當邏輯探針連到讀內存線上,而指示燈沒有閃爍顯示(即讀內存線上沒有脈沖活動),說明微處理器可能在程序的某處卡住了,因為每一條指令讀地址處存儲器時,讀內存線上通常是應有脈沖信號的;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�,也可通過外加直流電壓或低電平來控�(允許或禁�)被測試的中斷�

  5.檢查接口

  接口�、印刷板與插座插接時可能松脫或偏離中心導致接觸不良而引�(fā)故障,實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�。另外數(shù)字系�(tǒng)還常常通過外部通信線路(RS232、MODEM、IEEE-488�)與其它系�(tǒng)連接,而連接線通常很長,還可能暴露于電子干擾源�,例如繼電器、電�、變壓器、大型X線機、陰雨天閃電�,連接口接觸不良和電子干擾源的電磁干擾(EMI)均可能會�(chǎn)生錯誤的�(shù)�(jù)傳�,甚至損壞相關的元件。對電磁干擾找出干擾源后排除�,其次可改善工作�(huán)�(如濕度和溫度�),加強屏蔽,或改用屏蔽性能好的連接��

  時序邏輯電路的檢修必須通過長期實際工作,摸索總結方法技巧,才能更好地診�、發(fā)�(xiàn)并排除故�,提高維修技術水平�

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