二进制异步计数器与二进制同步计数器

时间:2023-03-13作者:佚名
计数器是数字系统中用得较多的基本逻辑器件。它不仅能记录输入时钟脉冲的个数,还可以实现分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。例如,计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。
计数器的种类很多。按时钟脉冲输入方式的不同,可分为同步计数器和异步计数器;按进位体制的不同,可分为二进制计数器和非二进制计数器;按计数过程中数字增减趋势的不同,可分为加计数器、减计数器和可逆计数器。

1、二进制异步计数器
1.二进制异步加计数器
(1)电路结构
以三位二进制异步加法计数器为例,如图1所示。该电路由3个上升沿触发的D触发器组成,具有以下特点:每个D触发器输入端接该触发器Q 端信号,因而Q n+1Q n,即各D触发器均处于计数状态;计数脉冲加到最低位触发器的C端,每个触发器的Q 端信号接到相邻高位的C端。
二进制异步计数器与二进制同步计数器

图1 3位二进制异步加计数器
(2)原理分析
假设各触发器均处于0态,根据电路结构特点以及D触发器工作特性,不难得到其状态图和时序图,它们分别如图2和图3所示。其中虚线是考虑触发器的传输延迟时间tpd后的波形。
二进制异步计数器与二进制同步计数器

图2 图1所示电路的状态图
二进制异步计数器与二进制同步计数器

图3 图1所示电路的时序图
由状态图可以清楚地看到,从初始状态000(由清零脉冲所置)开始,每输入一个计数脉冲,计数器的状态按二进制递增(加1),输入第8个计数脉冲后,计数器又回到000状态。因此它是23进制加计数器,也称模八(M=8)加计数器。
从时序图可以清楚地看到Q0Q1,Q2的周期分别是计数脉冲(CP)周期的2倍,4倍、8倍,也就是说Q0,Q1,Q2,分别对CP波形进行了二分频,四分频,八分频,因而计数器也可作为分频器

需要说明的是,由图3中的虚线波形可知,在考虑各触发器的传输延迟时间tpd时,对于一个n 位的二进制异步计数器来说,从一个计数脉冲(设为上升沿起作用)到来,到n 个触发器都翻转稳定,需要经历的最长时间是ntpd ,为保证计数器的状态能正确反应计数脉冲的个数,下一个计数脉冲(上升沿)必须在ntpd 后到来,因此计数脉冲的最小周期Tminntpd
2.二进制异步减计数器

图4是3位二进制异步减计数器的逻辑图和状态图。从初态000开始,在第一个计数脉冲作用后,触发器FF0由0翻转为1(Q0的借位信号),此上升沿使FF1也由0翻转为1(Q1的借位信号),这个上升沿又使FF2 由0翻转为1,即计数器由000变成了111状态。在这一过程中,Q0Q1进行了借位,Q1Q2进行了借位。此后,每输入1个计数脉冲,计数器的状态按二进制递减(减1)。输入第8个计数脉冲后,计数器又回到000状态,完成一次循环。因此,该计数器是23进制(模8)异步减计数器,它同样具有分频作用。
二进制异步计数器与二进制同步计数器

图4 3位二进制异步减计数器 (a)逻辑图 (b)状态图
综上所述,可对二进制异步计数器归纳出以下两点:
(1)n位二进制异步计数器由n个处于计数工作状态(对于D 触发器,使Di=Qin;对于JK 触发器,使Ji=Ki=1) 的触发器组成。各触发器之间的连接方式由加、减计数方式及触发器的触发方式决定。对于加计数器,若用上升沿触发的触发器组成,则应将低位触发器的Q 端与相邻高一位触发器的时钟脉冲输入端相连(即进位信号应从触发器的Q 端引出);若用下降沿触发的触发器组成,则应将低位触发器的Q 端与相邻高一位触发器的时钟脉冲输入端连接。对于减计数器,各触发器的连接方式则相反。
(2)在二进制异步计数器中,高位触发器的状态翻转必须在低一位触发器产生进位信号(加计数)或借位信号(减计数)之后才能实现。故又称这种类型的计数器为串行计数器。也正因为如此,异步计数器的工作速度较低。

2、 二进制同步计数器
为了提高计数速度,可采用同步计数器,其特点是,计数脉冲同时接于各位触发器的时钟脉冲输入端,当计数脉冲到来时,各触发器同时被触发,应该翻转的触发器是同时翻转的,没有各级延迟时间的积累问题。同步计数器也可称为并行计数器。
1.二进制同步加计数器
图5是用JK触发器(但已令J=K)组成的4位二进制(M=16)同步加计数器。
由图可见,各位触发器的时钟脉冲输入端接同一计数脉冲CP ,各触发器的驱动方程分别为J0=K0=1,J1=K1=Q0J2=K2=Q0Q1J3=K3=Q0Q1Q2
二进制异步计数器与二进制同步计数器

图5 4位二进制同步加计数器
根据同步时序电路的分析方法,可得到该电路的状态表,如表1所示。设从初态0000开始,因为J0=K0=1,所以每输入一个计数脉冲CP,最低位触发器FF0就翻转一次,其他位的触发器FFi仅在 JiKi=Qi-1Qi-2……Q0=1的条件下,在CP 下降沿到来时才翻转。

表1 图5电路的状态表

计算脉冲
CP的顺序

电路状态

等效
十进制数

Q3
Q2
Q1
Q0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
2
0
0
1
0
2
3
0
0
1
1
3
4
0
1
0
0
4
5
0
1
0
1
5
6
0
1
1
0
6
7
0
1
1
1
7
8
1
0
0
0
8
9
1
0
0
1
9
10
1
0
1
0
10
11
1
0
1
1
11
12
1
1
0
0
12
13
1
1
0
1
13
14
1
1
1
0
14
15
1
1
1
1
15
16
0
0
0
0
0

图6是图5电路的时序图,其中虚线是考虑触发器的传输延迟时间tpd 后的波形。由此图可知,在同步计数器中,由于计数脉冲CP 同时作用于各个触发器,所有触发器的翻转是同时进行的,都比计数脉冲CP 的作用时间滞后一个tpd ,因此其工作速度一般要比异步计数器高。
二进制异步计数器与二进制同步计数器

图6 图5电路的时序图
应当指出的是,同步计数器的电路结构较异步计数器复杂,需要增加一些输入控制电路,因而其工作速度也要受这些控制电路的传输延迟时间的限制。如果将图5电路中触发器FF1、FF2和FF3的驱动信号分别改为

  二进制异步计数器与二进制同步计数器
二进制异步计数器与二进制同步计数器
二进制异步计数器与二进制同步计数器

即可构成4位二进制同步减计数器,其工作过程请读者自行分析。
2.二进制同步可逆计数器
实际应用中,有时要求一个计数器即能作加计数又能作减计数。同时兼有加和减两种计数功能的计数器称为可逆计数器

4位二进制同步可逆计数器如图7所示,它是在前面介绍的4位二进制同步加和减计数器的基础上,增加一控制电路构成的。由图可知,各触发器的驱动方程分别为

 
J0=K0=1
二进制异步计数器与二进制同步计数器
二进制异步计数器与二进制同步计数器
二进制异步计数器与二进制同步计数器

二进制异步计数器与二进制同步计数器

图7 4位二进制同步可逆计数器
当加/减控制信号X=1时,FF1-FF3中的各JK 端分别与低位各触发器的Q 端接通,进行加计数;当X=0时,各J、K 端分别与低位各触发器的Q 端接通,进行减计数,实现了可逆计数器的功能。

相关阅读

基准电源器件的类型及其工作原理 TL431基准电源器件电路图

开关电源基准的获得方式 基准电源器件在开关电源中是一个重要的器件,它主要用于作为反馈的比较基准。 开关电源的比较基准一般有如下三种获得方式: 1) 使用芯片内部基准电源...
2023-09-06
基准电源器件的类型及其工作原理 TL431基准电源器件电路图

建筑电气施工图识图视频教程

作者介绍: 作者为微信公众号:建筑水电知识平台小编之一。 电气识图视频是小编自己录制,资料为小编自己整理,图集规范是小编从事安装工程以来经过多年的收集整理而成。 小编...
2023-06-11

电动机保护器原理及保护器安装步骤

本文介绍了电动机保护器的工作原理,电动机保护器是经典的电机星三角启动方式,主要是保护热继电器,以下是电动机保护器的安装步骤,供大家参考。 电动机保护器原理及安装步骤...
2023-06-26
电动机保护器原理及保护器安装步骤

电气控制柜导线配线规格的选用

根据电磁学分析,载流导线中的电流密度分布规律为: 式中:Jo导体表面( x = 0) 处的电流密度;σ:电导率;μ:磁导率;x :导体内部距表面的深度。 从上式可知,载流导体的电流密度...
2023-03-21
电气控制柜导线配线规格的选用

变频器的接线

信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管道或者金属软管内部:连接plc 和变频器 的信号线如果不放置在金属管道内,极易受到变频器和外部设备的干扰;同时由于变频器无内置的...
2023-03-21

热销商品

手术衣一次性防护服打农药防尘实验服参观服加厚透气无纺布隔离衣

手术衣一次性防护服,作为一种重要的医疗防护用品,广泛应用于医院、实验室等场所。它采用加厚透气无纺布制成,具有优良的防尘、防污、防病毒能力,能有效保护医护人员免...
14

欧普照明led灯泡e27/e14大小螺口超亮家用节能灯螺旋暖白光球泡

欧普照明LED灯泡,适用于E27和E14两种常见螺口,是您家用照明的理想选择。这款灯泡采用先进LED技术,亮度超群,瞬间点亮,无需等待,为您提供明亮舒适的光环境。同时,它节能环...
3.59

LED柜内照明灯 AC220V 4W 7W配电箱导轨式 LL10-W 高压柜内照明灯

LED柜内照明灯AC220V 4W/7W配电箱导轨式LL10-W是一款专为高压柜、配电箱等封闭电气设备设计的紧凑型照明产品。采用高效LED光源,功耗低(4W/7W可选),亮度高,寿命长,节能...
7

密封胶条包邮耐磨耐高温耐腐蚀圆柱棒丁晴/氟胶实心硅胶胶条红色

本品采用优质丁腈橡胶(NBR)或氟橡胶(FKM)及实心硅胶材质制成,呈红色圆柱棒状,具备卓越的耐磨、耐高温(-40℃至+200℃以上,氟胶可达250℃)、耐腐蚀性能,适用于酸、碱、油类等...
1

小木锤木锤子实木木榔头圆头木锤实木棰木头锤子木柄锤黄檀手工锤

小木锤采用优质黄檀木精心打造,通体实木结构,质地坚硬、纹理细腻,手感温润舒适。圆头设计兼顾敲击与整形功能,适用于木工、雕刻、家具组装及日常维修等场景。木柄经精...
3.4

网站栏目