數位電子學 - 時序電路

數位電路分為兩大類：組合電路和時序電路。在本教程的前幾章中，我們已經討論了組合電路。本章將重點介紹時序電路的詳細資訊。

時序電路是一種數字邏輯電路，其輸出不僅取決於當前輸入，還取決於電路過去的執行情況。讓我們從對時序電路的基本介紹開始本節教程。

什麼是時序電路？

時序電路是一種邏輯電路，它包含一個儲存元件來儲存電路過去執行的歷史記錄。因此，時序電路的輸出取決於當前輸入以及電路過去的輸出。

下圖顯示了典型時序電路的框圖：

在這裡，可以看出時序電路基本上是組合電路和儲存元件的組合。組合電路執行指定的邏輯運算，而儲存元件記錄電路執行的歷史記錄。然後，此歷史記錄用於將來執行各種邏輯運算。

時序電路之所以這樣命名，是因為它們使用一系列最新和之前的輸入來確定新的輸出。

時序電路包含多個不同的數字元件來處理和儲存系統中的資訊。以下是解釋的時序電路的一些關鍵元件：

諸如與門、或門、非門等的邏輯閘用於實現時序電路的資料處理機制。這些邏輯閘基本上以特定方式互連以實現組合電路，從而對輸入資料執行邏輯運算。

在時序電路中，儲存元件是另一個關鍵元件，它儲存電路執行的歷史記錄。通常，觸發器用作時序電路中的儲存元件。

在時序電路中，輸出和輸入之間提供反饋路徑，該路徑將資訊從輸出端傳輸到儲存元件，並從儲存元件傳輸到輸入端。

所有這些元件都相互連線在一起，以設計一個時序電路，該電路可以執行復雜的運算並在儲存元件中儲存狀態資訊。

根據結構、操作和應用，時序電路分為以下兩種型別：

讓我們詳細討論這兩種時序電路。

一種其操作不依賴於時鐘訊號的時序電路稱為非同步時序電路。這種型別的時序電路使用輸入脈衝操作，這意味著它們的狀態隨著輸入脈衝的變化而變化。

非同步時序電路的主要元件包括無時鐘觸發器和組合邏輯電路。下圖顯示了典型非同步時序電路的框圖。

從該圖可以看出，非同步時序電路類似於具有反饋機制的組合邏輯電路。

非同步時序電路主要用於沒有時鐘訊號或使用時鐘訊號不切實際的應用場合。例如，在任務執行速度很重要的場合。

非同步時序電路的設計相對困難，有時會產生不確定的輸出。

脈衝計數器是非同步時序電路的一個常見示例。

同步時序電路是一種時序電路，其中所有儲存元件都由一個公共時鐘訊號同步。因此，同步時序電路除了輸入訊號外，還需要一個時鐘訊號。

在同步時序電路中，輸出脈衝的持續時間等於施加的時鐘脈衝的持續時間。請看典型同步時序電路的框圖：

在此圖中，可以看出時序電路的儲存元件是由時鐘訊號同步的。

同步時序電路的主要缺點是其操作速度相當慢。這是因為每次電路都必須等待時鐘脈衝才能進行操作。然而，同步時序電路最顯著的優點是其操作可靠且可預測。

同步時序電路的一些常見示例包括計數器、暫存器、儲存單元、控制單元等。

下面列出了一些使用時序電路優於組合邏輯電路的主要優點：

時序電路也有一些缺點。使用時序電路的一些關鍵缺點如下：

時序電路廣泛應用於數位電子領域。以下是時序電路的一些常見應用示例：

時序電路是數字電子系統中的重要組成部分。時序電路只不過是組合邏輯電路和儲存元件的組合，其中儲存元件透過反饋機制與組合電路連線。

關於時序電路，最重要的一點需要注意的是，其輸出由當前輸入和之前的輸入和輸出共同決定。

時序電路用於設計複雜的數字系統，這些系統可以執行高階操作，例如即時資料處理、資料儲存和傳輸、事件計數等等。

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