7、异步逻辑电路设计:从基础到实践

异步逻辑电路设计:从基础到实践

1. 异步电路基础拓扑

异步电路的运行不需要时钟输入,它主要由组合逻辑块和延迟块构成。延迟块本质上也是一个组合逻辑电路,其输入代表电路的当前状态,而输出则反馈到组合逻辑的输入,从而形成电路的下一状态,具体结构如图 1 所示。

图 1:基本模式异步电路拓扑

设计异步电路需遵循特定步骤:
- 构建原始状态流表,该表要列出异步电路所有可能的状态和状态转换情况,且每行只能有一个稳定状态,以维持基本模式的运行。
- 形成仅包含电路输出的表格,记录电路从一个状态转换到另一个状态时的所有输出变化。

为了在生成最终电路前简化原始状态和输出表,需要使用蕴含表。在异步电路设计中,由于电路延迟可能导致多个状态同时转换,进而产生不期望的输出,即竞争条件。消除竞争条件的有效方法是在简化后的状态表上操作,去除那些使电路偏离基本模式运行的状态转换。

2. 基本模式异步逻辑电路设计实例

2.1 电路功能与状态分析

以一个具有两个输入(in1 和 in2)和一个输出的电路为例。该电路的功能如下:
- 当 in1 = 0 时,输出为逻辑 0。
- 当 in1 = 1 时,in2 的第一次变化使输出变为逻辑 1。
- 当 in1 切换回逻辑 0 时,输出回到逻辑 0。

根据其时序图(图 2),可以确定电路的所有可能状态:
| 状态编号 | in1 | in2 | 输出 | 状态描述 |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ----

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