作者： 小魚，Xilinx學(xué)術(shù)合作

一. 概述
時序邏輯示意圖，如下圖所示。數(shù)據(jù)從一個寄存器出來，經(jīng)過組合邏輯到達下一個寄存器。

在學(xué)習(xí)數(shù)字電路的過程中，我們都知道時序邏輯，但是大家對時序邏輯真的了解嗎？

（1）純組合邏輯電路的缺點在哪？

（3）純組合邏輯電路完成不了什么功能？

（2）為什么需要時鐘和寄存器呢？

帶著這三個疑問我們來認識一下時序邏輯電路。

二. 同步時序邏輯電路的作用
1. 時序邏輯電路對于組合邏輯的毛刺具有容忍度，從而改善電路的時序特性。同時電路的更新由時鐘控制。

比如，在組合邏輯中當(dāng)各路信號的路徑長度不一樣時那么組合邏輯的輸出就會出現(xiàn)毛刺。如下圖所示。F0和F1到達最后一個或門的路徑長度不一樣，那么在F端就會出現(xiàn)毛刺。

圖片來自書籍《Verilog HDL高級數(shù)字設(shè)計》

毛刺信號如下圖影印部分所示，由于C經(jīng)過一個非門才到達下面的與門，故F1相對于F0有延遲，那么在F端就會造成毛刺，這個毛刺就是有短暫的時間輸出為0。

圖片來自書籍《Verilog HDL高級數(shù)字設(shè)計》

但是利用時序電路，數(shù)據(jù)A,B,C的觸發(fā)是在時鐘沿，輸出信號F也是在時鐘沿去采，而這個時鐘沿到來的時間是在F輸出穩(wěn)定之后，故對電路的毛刺具有容忍度。如下圖，可以看到最后寄存器的輸出O就不存在毛刺。

這個特性使得在時序邏輯電路里面，電路的輸出被采集到寄存器里面，并送往下一級電路的時候都是確定的而且是準(zhǔn)確的，從而整體電路都是隨著時鐘沿在更新。

2. 純組合邏輯只能由當(dāng)前輸入決定當(dāng)前輸出，而不能實現(xiàn)帶反饋的邏輯，如下圖所示，這樣的話，你的電路就會陷入死循環(huán)而無法使用。

比如做一個計數(shù)器，如果我們用如下的組合邏輯的方式描述就會出問題。

而這種帶反饋的邏輯，必須要通過寄存器把輸出暫存起來，再由時鐘沿去控制數(shù)據(jù)的反饋更新，這樣電路才有意義。

故計數(shù)器的正確描述方式如下。

編輯：hfy