数字电子技术中的非二进制计数器

在数字电子技术中，计数器是一种时序电路，由触发器组成，用于计算随时间发生的时钟脉冲数或事件数。计数器主要有两种类型，即二进制计数器和非二进制计数器。

本章旨在解释非二进制计数器的概念、类型、设计过程、应用等。因此，让我们从非二进制计数器的基本定义开始。

什么是非二进制计数器?

使用除二进制数系统(基数 2)以外的数系统(如基数 3、基数 7、基数 10 等)的数字计数器类型称为非二进制计数器。

因此，非二进制计数器是不使用二进制数系统来表示计数的计数器。在非二进制计数器中，计数值以计数器使用的特定数字系统的数字表示。

例如，在十进制(基数为 10)计数器中，每个阶段都有十种可能的状态，分别用数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8 和 9 表示。

我们可以使用多种类型的数字电子元件(如触发器、组合电路、具有预设和清除输入的计数器等)来设计非二进制计数器。设计组件的选择取决于计数器的期望性能。

非二进制计数器的类型

数字系统中使用的非二进制计数器有很多种。下面解释了最常用的非二进制计数器类型。

• 三进制计数器 − 使用 3 进制数字系统的非二进制计数器类型称为 三进制计数器。因此，三进制计数器可以具有由数字 0、1 和 2 指定的三种可能状态。三进制计数器的计数序列可以是 0、1、2、10、11、12、20、21、22…
• 四进制计数器 − 使用 4 进制数字系统表示计数状态的非二进制计数器类型称为 四进制计数器。因此，四进制计数器可以具有四种可能的状态，分别由数字 0、1、2 和 3 指定。因此，四进制计数的计数序列将是 0、1、2、3、10、11、12、13、20、21、22、23、30…
• 格雷码计数器 − 使用格雷码表示计数状态的非二进制计数器类型称为格雷码计数器。在格雷码计数器中，计数序列为 0、1、3、2、6、7、5、4、12、13…
• 十进制计数器 − 使用十进制数字系统表示计数状态的非二进制计数器类型称为十进制计数器。因此，十进制计数器可以有十种可能的状态，分别用数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11… 表示。

非二进制计数器的设计

典型的非二进制计数器的设计按照以下步骤进行 −

步骤 1 − 首先，确定需要使用的非二进制数字系统的数字系统类型或基数。

步骤 2 − 确定计数器应具有的计数阶段数，其中计数器的每个计数阶段将由非二进制数字系统的一个数字表示。

步骤 3 − 根据非二进制数字系统确定每个计数阶段的可能状态。例如，在十进制数系统中，每个阶段可以有十种可能的状态，用数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8 和 9 表示。

步骤 4 − 选择一种触发器来表示计数器的每个阶段。所选触发器必须具有足够的状态来表示该阶段的所有可能状态。

步骤 5 − 将所有触发器连接在一起以形成计数器电路并测试计数器以确保其正常工作。

非二进制计数器的优点

以下是非二进制计数器的主要优点 −

• 非二进制计数器可以计数到比二进制计数器更多的阶段数。例如，十进制计数器最多可计数 10 个阶段。
• 非二进制计数器不受噪声和电气干扰的影响。
• 非二进制计数器在更宽的频率范围内具有更好的精度和分辨率。
• 在某些应用中，非二进制计数器比二进制计数器降低了电路复杂性和尺寸。

非二进制计数器的局限性

尽管非二进制计数器有几个优点，但它们也有一些局限性，在数字电路设计中使用时应考虑到这些局限性 −

• 与二进制计数器相比，非二进制计数器的电路更复杂。
• 非二进制计数器使用非标准接口。因此，它们无法轻松地与其他数字电路连接。
• 由于电路复杂，非二进制计数器消耗更多功率。
• 非二进制计数器的适用范围不广。
• 非二进制计数器比二进制计数器相对昂贵。

非二进制计数器的应用

非二进制计数器在数字电子领域有广泛的应用。非二进制计数器的一些常见用途如下 −

• 非二进制计数器用于计算机执行乘法和除法等算术运算。
• 非二进制计数器用于数字信号处理以实现算法。
• 非二进制计数器还用于脉冲位置调制 (PPM)，以对通信信道上的信号进行编码和传输。
• 非二进制计数器还用于时分复用 (TDM) 应用。
• 非二进制计数器用于模数转换器 (ADC)。
• 非二进制计数器还用于控制系统以实现控制算法。

结论

总之，非二进制计数器是一种不使用二进制数字系统的数字计数器，相反，它使用不同的数字系统来计数。非二进制计数器用于需要更高分辨率和准确度的数字应用。