数字电路11-异步计数器
1、异步计数器
1、异步二进制加法器
1、原理
同步:在CLK到来时判断以往的状态是否需要翻转
异步:判断低位是否有进位来判断是否需要翻转
2、电路-下降沿触发
使用3个下降沿触发的T触发器构成异步计数器
CLK0的下降沿导致FF0翻转,若初始状态为000时,需要翻转两次,Q0才会产生下降沿,从而CLKi的翻转频率逐级除以2
每个Qi都有延迟时间tpd,电路总延迟就是所有tpd的累加
3、电路-上升沿触发
使用上升沿触发的T触发器构成加法计数器
因为初始状态为000,并且每个触发器是二进位,所以需要将Q’端接到CLK,使用Q’端的上升沿进行触发
2、异步二进制减法计数器
1、原理
2、电路-下降沿触发
3、电路-上升沿触发
2.5、加减法电路连接规律总结
为什么下降沿Q端和上升沿Q’端就是加法计数器
而上升沿Q端和下降沿Q’端就是减法计数器
由图可知,对于FF0而言,不管是上升沿还是下降沿,都无影响,都是二进制循环,即上升沿下降沿之间只隔着一个状态,即0或者1
而对于FF1及之后的FFi,有如下几种情况
连接Q还是Q’和上升沿和下降沿是可以两两组合的因素
上升沿:上升沿时,无论是连Q还是Q’,都是降序。
但连接Q时,Q是降序Q’是升序;而连接Q’时,Q’是降序Q是升序
下降沿:下降沿时,都是升序
连接Q时,Q是升序Q’是降序;连接Q’时,Q’是升序Q是降序
但是一般不将Q’作为输出端
3、异步十进制加法计数器
1、状态
使用4位二进制计数器,直接让1001,即9作为末状态,并且输出为1,下一个状态直接跳回初始状态,则构成十进制计数器
2、电路
分成2部分进行分析:
二进制加法电路:该JK触发器相当于T触发器,因为此时J=K=1。
每来一个CLK就进行翻转,相当于一个两位加法器
3、74LS290
4、异步计数器特点
竞争冒险原因:因为异步,多个触发器先后进行状态改变,有延迟,例如001变为010状态,在FF0从1变为0时,FF1还处于0,此刻就会出现000状态。
由于延迟的关系,不会出现011的瞬时状态,该状态表示FF1先从0变成1,而FF0却还未改变。对于异步计数器而言,下一级FFi的改变一定伴随着低一级FFi-1的改变,并且时间上在低一级之后。
2、移位寄存器型计数器
1、一般结构
计数器其实就是拥有循环功能的移位寄存器,故将最终输入重新作为输入,就可完成循环
2、环形计数器
1、电路
2、状态图
初始状态为
- 0000:移位过程中状态始终为0000
- 0001:4进制,有4个电路状态
- 0011:4进制,有4个电路状态
初始状态为:
- 1111:移位过程中状态始终为1111
- 1010:2进制,有2个电路状态
- 1110:4进制,有4个电路状态
通常都要求电路能够自启动,所以需要修改电路
3、非启动->自启动
4、特点
例如上面的4进制计数器,4位移位寄存器有16个状态,最终却只用了4个状态
3、扭环形计数器
1、电路
3、状态图
同样是8个状态都能自循环,为什么右边就是无效循环呢??
因为在设计电路时,需要判断输出是处于何种状态,所以目前将左边的8位状态循环规定成有效循环,便于判断输出是哪种状态
非自启-自启动
自启动状态图
4、对比
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