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数字计数器

计数器是一种顺序电路。用于计数脉冲的数字电路称为计数器。计数器是触发器最广泛的应用。它是一组施加时钟信号的触发器。计数器有两种类型。

  • 异步或脉动计数器。
  • 同步计数器。

异步或脉动计数器

图中显示了 2 位脉动计数器的逻辑图。正在使用切换 (T) 触发器。但是我们也可以使用 JK 触发器，将 J 和 K 永久连接到逻辑 1。外部时钟应用于触发器 A 的时钟输入，QA 输出应用于下一个触发器（即 FF-B）的时钟输入。

逻辑图

异步或纹波计数器的逻辑图

操作

S.N. 条件 操作
1 最初让两个 FF 都处于复位状态 QBQA 最初 = 00
2 第一个负时钟沿之后

一旦应用第一个负时钟沿，FF-A 将切换，QA 将等于 1。

QA 连接到 FF-B 的时钟输入。由于 QA 已从 0 变为 1，因此 FF-B 将其视为正时钟沿。 QB 没有变化，因为 FF-B 是负沿触发的 FF。

第一个时钟脉冲后，QBQA = 01。
3 第二个负时钟沿之后

第二个负时钟沿到来时，FF-A 再次切换，QA = 0。

QA 的变化充当 FF-B 的负时钟沿。因此它也会切换，QB 将为 1。

第二个时钟脉冲后，QBQA = 10。
4 第 3 个负时钟沿之后

在第 3 个负时钟沿到来时，FF-A 再次切换，QA 从 0 变为 1。

由于这是一个正向变化，FF-B 不会对其做出响应并保持不活动状态。因此 QB 不变，继续等于 1。

第三个时钟脉冲后，QBQA = 11。
5 第 4 个负时钟沿后

第 4 个负时钟沿到来时，FF-A 再次切换，QA 从 0 变为 1。

QA 中的负变化充当 FF-B 的时钟脉冲。因此，它切换以将 QB 从 1 更改为 0。

第四个时钟脉冲后，QBQA = 00。

真值表

异步或波纹计数器的真值表

同步计数器

如果"时钟"脉冲同时应用于计数器中的所有触发器，则这种计数器称为同步计数器。

2 位同步上升计数器

FF-A 的 JA 和 KA 输入与逻辑 1 绑定。因此，FF-A 将用作触发器。 JB 和 KB 输入连接到 QA。

逻辑图

同步计数器的逻辑图

操作

S.N. 条件 操作
1 最初让两个 FF 都处于复位状态 QBQA = 00最初。
2 第一个负时钟沿之后

一旦应用第一个负时钟沿，FF-A 将切换，QA 将从 0 变为 1。

但在应用负时钟沿的瞬间，QA ，JB = KB = 0。因此 FF-B 不会改变其状态。所以 QB 将保持为 0。

第一个时钟脉冲后，QBQA = 01。
3 第二个负时钟沿之后

第二个负时钟沿到来时，FF-A 再次切换，QA 从 1 变为 0。

但此时 QA 为 1。因此 JB = KB= 1，FF-B 将切换。因此 QB 从 0 变为 1。

在第二个时钟脉冲之后，QBQA = 10。
4 在第 3 个负时钟沿之后

在第三个下降时钟沿应用时，FF-A 将从 0 切换到 1，但 FF-B 的状态没有变化。

在第三个时钟脉冲之后，QBQA = 11。
5 在第 4 个负时钟沿之后

在下一个时钟脉冲应用时，QA 将从 1 变为 0，如下所示QB 也将从 1 变为 0。

第四个时钟脉冲后，QBQA = 00。

计数器的分类

根据计数方式，同步或异步计数器分类如下 −

  • 加计数器
  • 减计数器
  • 加/减计数器

UP/DOWN 计数器

UP 计数器和 DOWN 计数器组合在一起，得到 UP/DOWN 计数器。还提供模式控制 (M) 输入以选择上升或下降模式。需要设计一个组合电路，并将其用于每对触发器之间，以实现上升/下降操作。

  • UP/DOWN 计数器的类型
  • UP/DOWN 波纹计数器
  • UP/DOWN 同步计数器

UP/DOWN 波纹计数器

在 UP/DOWN 波纹计数器中，所有 FF 都以切换模式运行。因此，可以使用 T 触发器或 JK 触发器。LSB 触发器直接接收时钟。但是，每个其他 FF 的时钟均来自前一个 FF 的 (Q = Q bar) 输出。

  • 向上计数模式 (M=0) − 如果要实现向上计数，则前一个 FF 的 Q 输出将连接到下一阶段的时钟。对于此模式，模式选择输入 M 为逻辑 0 (M=0)。

  • 向下计数模式 (M=1) − 如果 M = 1，则前一个 FF 的 Q bar 输出将连接到下一个 FF。这将使计数器在计数模式下运行。

示例

3 位二进制向上/向下波纹计数器。

  • 3 位 − 因此需要三个 FF。

  • UP/DOWN − 因此模式控制输入必不可少。

  • 对于脉动上升计数器，前一个 FF 的 Q 输出连接到下一个 FF 的时钟输入。

  • 对于脉动上升计数器，前一个 FF 的 Q 输出连接到下一个 FF 的时钟输入。

  • 对于脉动下降计数器，前一个 FF 的 Q bar 输出连接到下一个 FF 的时钟输入。

  • 让前一个 FF 的 Q 和 Q bar 输出的选择由模式控制输入 M 控制，这样，如果 M = 0，则向上计数。因此将 Q 连接到 CLK。如果 M = 1，则向下计数。因此将 Q 栏连接到 CLK。

框图

上/下计数器框图

真值表

上/下计数器真值表

操作

S.N. 条件 操作
1 案例 1 −当 M = 0（向上计数模式）时

如果 M = 0 且 M bar = 1，则图中的 AND 门 1 和 3 将启用，而 AND 门 2 和 4 将禁用。

因此 QA 连接到 FF-B 的时钟输入，QB 连接到 FF-C 的时钟输入。

这些连接与普通向上计数器的连接相同。因此，当 M = 0 时，电路将作为向上计数器工作。
2 情况 2：M = 1（向下计数模式）

如果 M = 1，则图中的 AND 门 2 和 4 启用，而 AND 门 1 和 3 禁用。

因此 QA 杆连接到 FF-B 的时钟输入，QB 杆连接到 FF-C 的时钟输入。

这些连接将产生一个向下计数器。因此，当 M = 1 时，电路用作向下计数器。

模数计数器（MOD-N 计数器）

2 位波纹计数器称为 MOD-4 计数器，3 位波纹计数器称为 MOD-8 计数器。因此，一般来说，n 位波纹计数器称为模数 N 计数器。其中，MOD 数 = 2n。

模数类型

  • 2 位上或下 (MOD-4)
  • 3 位上或下 (MOD-8)
  • 4 位上或下 (MOD-16)

计数器的应用

  • 频率计数器
  • 数字时钟
  • 时间测量
  • A 到 D 转换器
  • 分频器电路
  • 数字三角波发生器。
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