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计数器

同步计数器

2015年8月4日
通过管理员

在之前的教程中，我们已经了解了异步计数器．尽管它们很容易建造，但它们的操作存在时间延迟。

利用时钟信号改变其转换的计数器称为“同步计数器”。这意味着同步计数器依赖于它们的时钟输入来更改状态值。在同步计数器中，所有触发器连接到同一时钟信号，所有触发器将在同一时间触发。

同步计数器也被称为“同步计数器”。在同步计数器中没有传播延迟和纹波效应。

大纲

不同类型的同步计数器

在数字电子学中有许多类型的同步计数器可用。它们列在下面。

二进制计数器
4位同步UP计数器
4位同步DOWN计数器
4位同步UP / DOWN计数器
可加载的计数器
BCD计数器
环计数器
约翰逊计数器等等。

4位同步UP计数器

下图所示的4位向上计数器是利用JK触发器设计的。外部时钟脉冲并联连接到所有触发器。

在设计计数器时，首选JK触发器。使用JK触发器的意义在于，当两路输入均为高电平时，它可以根据时钟脉冲进行切换。

第一个触发器的输入端连接到HIGH(逻辑1)，对于每一个进入触发器的时钟脉冲，HIGH使触发器处于切换状态。因此，同步计数器将工作于单个时钟信号，并随着每个脉冲改变其状态。

第一JK触发器(Q)的输出连接到第二触发器的输入端。与门(外部连接)驱动另外两个触发器的输入。这些和门的输入由前级lip触发器输出提供。

如果FF2的输入直接连接到FF1的Q1输出，计数器将不能正常工作。这是因为，在计数210时Q1值很高，这意味着FF2触发器将切换到第三个时钟脉冲。这将导致错误的计数操作，使计数为710而不是410。

为了防止这个问题，在FF2和FF3的输入端使用和门。和门的输出只有在Q0, Q1输出高时才会高。所以对于下一个时钟脉冲，计数将是00012。

类似地，当Q0, Q1和Q2高时，FF3触发器将切换到第四个时钟脉冲。Q3输出将不会切换到第8个时钟脉冲，并将再次保持高，直到第16个时钟脉冲。在第16个时钟脉冲后，所有触发器的q输出将返回0。

操作

在向上计数器中，4位二进制序列从0000开始，递增到1111。在了解以上工作原理之前，对计数器的工作电路有一定的了解JK触发器。

在上述电路中，作为触发器的两个输入端连接在一起。因此，只有两种可能的情况会发生，也就是说，两个输入要么高，要么低。

如果两个输入都是高的，那么JK触发器会切换，如果两个输入都是低的，那么JK触发器会记住，即保持在之前的状态。

让我们看看手术过程。这里的时钟脉冲是指边缘触发的时钟脉冲。

1.）在第一个时钟脉冲中，所有触发器的输出为0000。

2)。在第二个时钟脉冲,J和k的作为输入连接到逻辑高,JK触发器的输出(FF0)改变它的状态,那么第一个触发器的输出(FF0)改变其状态可以观察到每一个时钟脉冲。在上面的显示顺序,LSB或者改变其状态。因此生产-0001

3.）在第三个时钟脉冲下一个触发器(FF1)将接收它的J K输入即(逻辑高)，并改变它的状态。在这个状态下FF0的状态将变为0。因此FF1上的输入是0。因此输出是-0010

4.）类似地，在第四个时钟脉冲中，FF1不会改变其状态，因为它的输入处于低状态，它保持在它的前一个状态。虽然它产生输出到FF2，但它不会因为和门的存在而改变状态。FF0将再次将其输出切换到逻辑高电平。因此Output为0011。

5)。在第五个时钟脉冲中，FF2接收到输入并改变其状态。同时，FF0的输出逻辑较低，FF1也会产生0100的低状态。

这个过程一直持续到1111。工作可以在下表中解释。同步计数器的上述工作方式可在下表中清楚地给出。

下表显示了4个触发器Q1、Q2、Q3、Q4的输出。第一个触发器在每一个边缘触发脉冲上切换。而第二个触发器只有在其输入在一个给定的时钟脉冲高时才触发。如果Q1和Q2两个输出高，则第三个触发器切换。类似地，如果Q1 Q2 Q3都是高的，Q4也会切换。

再次达到0后，三个触发器切换到逻辑低即0000，再次开始计数。
向上计数器的时序图如下所示。

4位同步向下计数器

倒数计数器按降序计数。这类似于向上计数器，但应该减少其计数。因此，JK触发器的输入端连接到倒Q (Q’)上，下图所示的4位下位计数器是利用JK触发器设计的。相同的外部时钟脉冲连接到所有触发器。

由于计数器必须为序列倒数，最初所有的输入将处于高状态，因为他们必须为序列倒数。它将以1111开始，以0000结束，类似于向上计数器。

在向下计数器中，应该记住，前一个触发器只有在前一个触发器的输出产生低逻辑时才会切换。

4位同步上/下计数器

以上两个计数器可以在一个计数器中实现，称为up - down计数器。这可以从其输入中选择。JK人字拖上下计数器的设计如下图所示。

up/ down计数器有“up”和“down”计数模式，有2个输入和门，用于检测计数操作的适当位条件。或门用于组合每个JK触发器的与门的输出。

我们提供了一个上行/下行的控制线，使上、下系列和门能够将JK触发器Q、Q’的输出传递到级联结构的下一级触发器。

如果上/下控制线设置为HIGH，则顶和门使能，电路作为up计数器。如果上下控制线设置为低，则底部和门处于使能状态，电路作为down计数器。