数字电路计数器
计数器(Counter) 数电课件
2. N进制计数器的构成方法
Ⅰ. 用同步清零端或置数端归零构成N进制计数器
数器。 M通常又叫做计数器的容量，或计数器的计数长度。
3. 分类
Ⅰ. 计数器按计数进制可分为二进制计数器、十进制计数器和N进制计数器； Ⅱ. 按计数的增减趋势可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；
Ⅲ. 按计数器中各触发器的状态翻转是否与计数脉冲同步分为同步计数器和异步计数器。
二、二进制计数器 1. 二进制同步计数器
CP0 CP
CP1 Q0n CP2 Q1n
CP3 Q0n
Q n 1 0
Q0n
Q n 1 1
Q3n Q1n
Q n 1 2
Q2n
Q n 1 3
Q2nQ1n
D触发器特性方程 ⑥. 驱动方程组
Qn1 D
D0 Q0n；
二进制同步减法计数器的级间连接规律 ①. 驱动方程组
T0 J0 K0 1；
T1 J1 K1 Q0n；
T2 J2 K2 Q1n Q0n；
L
L
Ti
Ji
Ki
Q Q n n i1 i2
L
Q1n Q0n
i 1
Q
n。
j
什么是电子电路中的计数器
什么是电子电路中的计数器电子电路中的计数器是一种重要的数字电路元件，用于记录输入脉冲信号的个数，并将结果以数字形式输出。
计数器常见于各种电子设备中，如时钟、计时器、计步器等。
本文将介绍电子电路中的计数器的基本原理、分类以及应用。
一、计数器的原理计数器的原理基于时钟信号和触发器的工作特性。
计数器的核心是一组触发器，通过连接触发器的输入和输出，以及时钟信号的输入，实现输入脉冲计数的功能。
当计数器接收到一个时钟信号时，触发器状态会根据输入信号的变化而改变，从而实现计数功能。
计数器有两个基本状态：复位状态和计数状态。
在复位状态下，计数器的值被清零；在计数状态下，计数器会根据输入信号的个数自动增加。
二、计数器的分类计数器可以按照不同的标准进行分类。
常见的分类方式有以下几种：1.同步计数器与异步计数器同步计数器是指各个触发器的时钟输入信号完全相同，所有触发器在同一个时钟脉冲上沿同时工作。
异步计数器则是各个触发器的时钟输入信号相互独立，触发器在不同的时钟脉冲上沿工作。
同步计数器的优点是工作稳定，同步性好，适用于频率较高的计数器应用；异步计数器则适用于频率较低的计数器应用。
2.二进制计数器与十进制计数器二进制计数器是指计数器的输出以二进制形式表示，十进制计数器则是指计数器的输出以十进制形式表示。
二进制计数器的输出位数通常是2的幂次，而十进制计数器的输出位数通常是10的幂次。
3.向上计数器与向下计数器向上计数器在计数过程中，计数值依次递增；向下计数器则是计数值依次递减。
向上计数器和向下计数器可以通过加法和减法电路实现。
三、计数器的应用计数器在各种电子设备中有广泛的应用。
以下列举了一些常见的计数器应用：1.时钟和计时器计数器常见于时钟和计时器电路中。
通过使用计数器，可以实现各种时间间隔的测量和记录。
例如，计数器可以用于显示秒、分钟、小时等时间单位，或者用于精确计时和定时功能。
2.频率测量计数器可以用于测量输入信号的频率。
数字电路计数器设计
数字电路计数器设计数字电路计数器是计算机中常见的一个重要模块，用于计数、记步等应用场景。
本文将介绍数字电路计数器的设计方法，包括基本设计原理、电路结构以及应用案例等内容。
一、基本设计原理数字电路计数器是一种组合逻辑电路，可以将输入的脉冲信号进行计数，并输出对应的计数结果。
常见的计数器有二进制计数器和十进制计数器等。
1. 二进制计数器二进制计数器是一种常见的计数器，在数字系统中使用较为广泛。
它的组成由多个触发器构成，触发器按照特定的顺序连接，形成计数器的环形结构。
当触发器接收到来自时钟信号的脉冲时，计数器的数值就会加1，然后继续传递给下一个触发器。
当计数器的数值达到最大值时，再次接收到时钟信号后，计数器将复位为初始值。
2. 十进制计数器十进制计数器是一种特殊的计数器，用于十进制数字的计数。
它的设计原理与二进制计数器相似，但是在输出端需要进行十进制的译码，将计数结果转换为相应的十进制数字。
二、电路结构设计根据数字电路计数器的设计原理，我们可以构建一个简单的四位二进制计数器的电路结构，具体如下：1. 触发器触发器是计数器的基本单元，用于存储和传递计数值。
我们选择JK触发器作为计数器的触发器单元，因为JK触发器具有较好的特性，可以实现较好的计数功能。
2. 时钟信号时钟信号是触发器计数的时序基准，常用的时钟信号有正脉冲和负脉冲信号。
我们可以通过外部引入时钟源，使计数器在每个时钟信号的作用下进行计数。
3. 译码器译码器用于将计数器的计数结果转换为相应的输出信号。
在二进制计数器中，我们可以通过数值比较器进行译码，将每个计数值与预设的门限值进行比较，并输出对应的结果。
三、应用案例数字电路计数器在很多实际应用场景中都有广泛的应用。
以下是其中的一个应用案例：假设有一个灯光控制系统，系统中有8盏灯，可以通过按键进行控制。
要求按下按键时，灯光依次进行倒计时，最后一盏灯亮起后，再按下按键时，灯光依次恢复原来的状态。
该应用可以使用四位二进制计数器进行实现。
数字电路 实验 计数器及其应用 实验报告
实验六计数器及其应用一、实验目的1．学习用集成触发器构成计数器的方法2．掌握同步计数的逻辑功能、测试方法及功能扩展方法3．掌握构成任意进制计数器的方法二、实验设备和器件1．+5V直流电源2．双踪示波器3．连续脉冲源4．单次脉冲源5．逻辑电平开关6．逻辑电平显示器7．译码显示器8．CC4013×2（74LS74）CC40192×3（74LS192）CC4011（74LS00）CC4012（74LS20）三、实验原理计数器是一个用以实现计数功能的时序部件，它不仅可用来计脉冲数，还常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。
计数器种类很多。
计数器计数时所经历的独立状态总数为计数器的模（M）。
计数器按模可分为二进计数器（M=2n）、十进计数器（M=10n）和任意进制计数器（M≠2n、M≠10n）。
按计数脉冲输入方式不同，可分为同步计数和异步计数。
按计数值增减趋势分为：加法计数器、减法计数器和可逆（加/减）计数器。
1．用D触发器构成异步二进制加/减计数器图6-1是用四只D触发器构成的四位二进制异步加法计数器，它的连接特点是将每只D触发器接成T 触发器，再由低位触发器的Q端和高一位的CP端相连接。
若将图6-1稍加改动，即将低位触发器的Q端与高一位的CP端相连接，即构成了一个4位二进制减法计数器。
2．中规模十进制计数器、十六进制计数器（1）CC40192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。
当清除端CR为高电平“1”时，计数器直接清零；CR置低电平则执行其它功能。
当CR为低电平，置数端LD也为低电平时，数据直接从置数端D0、D1、D2、D3置入计数器。
当CR为低电平，LD为高电平时，执行计数功能。
执行加计数时，减计数端CP D接高电平，计数脉冲由CP U输入；在计数脉冲上升沿进行8421码十进制加法计数。
执行减计数时，加计数端CP U接高电平，计数脉冲由减计数端CP D 输入，表6-2为8421码十进制加、减计数器的状态转换表。
计数器的原理
计数器的原理计数器是数字电路中广泛使用的逻辑部件，是时序逻辑电路中最重要的逻辑部件之一。
计数器除用于对输入脉冲的个数进行计数外，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲等。
计数器按计数脉冲的作用方式分类，有同步计数器和异步计数器；按功能分类，有加法计数器、减法计数器和既具有加法又有减法的可逆计数器；按计数进制的不同，又可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器。
一、计数器的工作原理1、二进制计数器（1）异步二进制加法计数器图1所示为用JK触发器组成的4位异步二进制加法计数器逻辑图。
图中4个触发器F0~F3均处于计数工作状态。
计数脉冲从最低位触发器F0的CP端输入，每输入一个计数脉冲，F0的状态改变一次。
低位触发器的Q端与高位触发器的CP端相连。
每当低位触发器的状态由1变0时，即输出一负跳变脉冲时，高位触发器翻转。
各触发器置0端R D并联，作为清0端，清0后，使触发器初态为0000。
当第一个计数脉冲输入后，脉冲后沿使F0的Q0由0变1，F1、F2、F3均保持0态，计数器的状态为0001；当图1 4位异步二进制加法计数器第二个计数脉冲输入后，Q0由1变为0，但Q0的这个负跳变加至F1的CP端，使Q1由0变为1，而此时F3、F2仍保持0状态，计数器的状态为0010。
依此类推，对于F0来说，每来一个计数脉冲后沿，Q0的状态就改变，而对于F1、F2、F3来说，则要看前一位输出端Q是否从1跳到0，即后沿到来时，其输出端的状态才改变，否则Q1、Q2、Q3端的状态同前一个状态一样。
这样在第15个计数脉冲输入后，计数器的状态为1111，第16个计数脉冲输入，计数器恢复为0000。
由上述分析可知，一个4位二进制加法计数器有24=16种状态，每经过十六个计数脉冲，计数器的状态就循环一次。
通常把计数器的状态数称之为计数器的进制数（或称计数器的模），因此，4位二进制计数器也可称之为1位十六进制（模16）计数器。
表1所示为4位二进制加法计数器的状态表。
电路中的计数器有哪些类型
电路中的计数器有哪些类型计数器是数字电路中常见的一种电子元件，用于在系统中记录和显示特定数量的信号脉冲。
根据其结构和工作原理的不同，电路中的计数器可以分为以下几种类型：1. 同步计数器（Synchronous Counter）同步计数器是一种使用时钟信号（通常为输入信号的一个或多个信号脉冲）进行同步计数的计数器。
它使用触发器（如D触发器或JK触发器）来存储计数值，并通过时钟信号的边沿触发进行更新。
同步计数器能够在给定的时钟频率下精确计算脉冲数量，能够实现较大的计数范围，但对于多位计数器，需要较多的触发器和较复杂的电路设计。
2. 异步计数器（Asynchronous Counter）异步计数器也称为Ripple Counter，它是一种使用触发器级联连接的计数器。
在异步计数器中，每个触发器的时钟输入都是前一级触发器的输出。
当低位触发器计数溢出时，会触发高位触发器进行计数。
异步计数器的电路结构简单，但对于多位计数器，存在计数误差和计数速度较慢的问题。
3. 分频计数器（Divide-by-N Counter）分频计数器是一种以较低的频率生成特定输出频率的计数器。
它通过将输入信号的频率进行除法操作，从而产生较低频率的输出脉冲。
常见的分频计数器是二进制计数器，根据需要进行2、4、8等倍频操作。
分频计数器在数字时钟、频率测量和通信系统等领域得到广泛应用。
4. 二进制加法计数器（Binary Adder Counter）二进制加法计数器是一种能够实现加法和计数功能的计数器。
它通过使用异或门和与门等逻辑门实现了二进制的加法运算，并能进行递增或递减计数。
二进制加法计数器通常用于数字系统的计数和计算功能。
5. 向上计数器和向下计数器向上计数器递增计数值，并在达到最大计数值时重新开始计数。
向下计数器递减计数值，并在达到最小计数值时重新开始计数。
这两种计数器可以基于同步或异步计数器来实现，用于特定的应用场景中。
总结：电路中的计数器根据结构和工作原理的不同，可以分为同步计数器、异步计数器、分频计数器、二进制加法计数器以及向上和向下计数器等不同类型。
数字电路中的计数器和移位器
数字电路中的计数器和移位器在数字电路的设计中，计数器和移位器被广泛应用。
计数器通常用于计算器中，而移位器常用于串行通信和数字信号处理中。
此篇文章将介绍它们的工作原理及示例。
计数器计数器通常包含一个时钟输入，一个或多个输出和一个异步或同步复位输入。
当复位输入为高电平时，计数器的输出将归零。
计数器可以是“递增”或“递减”的，递增计数器会在每个时钟周期中将输出加一，而递减计数器则会将输出减一。
递增计数器通常用于计数操作，而递减计数器通常用于周期性任务。
计数器有许多种类型，包括二进制计数器、十进制计数器和分频器。
二进制计数器是最常见的类型之一，它通常包含一个二进制值，可以从 0 (0000) 到 1111 等值。
十进制计数器通常用于显示器，每个输出代表一个十进制位。
分频器是一种自动减频器，可以将时钟频率分频为较低的频率，以便设计更简单的电路。
以下是一个四位二进制计数器的示例，它显示了最常见的计数器电路图：移位器移位器是一种数字电路，可以将输入的比特串移位一定数量的位置，通常用于数据序列的处理。
移位器可以是“移位寄存器”或“移位暂存器”，具体取决于是否有一个存储器元件来存储输入序列。
在移位寄存器中，每个比特在存储器元件中都会存储一段时间，而在移位暂存器中则不会。
移位器通常包含一个串行输入、一个串行输出和一个移位控制输入。
移位控制输入通常是一个双稳态触发器，它与时钟信号相结合，控制序列的移位方向和距离。
在递进移位中，位在左侧的比特会被移到右侧，而在回退移位中，位在右侧的比特会被移到左侧。
以下是一个移位器的电路图示例，它能够将输入序列每次移位一个比特，以实现数据传输：结论计数器和移位器都在数字电路中发挥着重要的作用。
计数器可以用于许多计数操作，如分频器，而移位器则经常用于数据序列的处理。
此篇文章简要介绍了它们的工作原理及示例。
虽然它们可能在数字电路的应用中是用于特定任务，但它们具有广泛的实际应用，如电子学、通信和计算机科学。
数字电路中的计数器和移位寄存器
数字电路中的计数器和移位寄存器在数字电路中，计数器和移位寄存器是两个常用的元件，用于实现不同的功能。
计数器可以用于计算输入信号的频率、计数场合和控制电路等。
移位寄存器则用于数据的移位和存储。
本文将详细介绍计数器和移位寄存器的原理、应用以及设计注意事项。
一、计数器计数器是一种重要的数字电路元件，广泛应用于各种电子设备中。
计数器按照工作原理的不同，可以分为同步计数器和异步计数器。
1. 同步计数器同步计数器是一种在时钟信号的控制下进行计数的计数器。
它使用时钟信号来同步所有的触发器，保证在时钟边沿进行计数操作。
同步计数器的输入信号可以是来自外部的信号，也可以是内部产生的。
同步计数器通常由触发器级联构成，每一个触发器代表计数器中的一个位。
当所有的触发器都到达最大计数值时，计数器就会归零重新开始计数。
2. 异步计数器异步计数器是一种不需要时钟信号进行计数的计数器。
它的计数操作是以输入信号的变化边沿触发的。
异步计数器通常由触发器和门电路组成，输入信号的变化会通过门电路产生控制信号，触发器根据控制信号进行计数操作。
异步计数器在工作时需要特别注意输入信号的稳定性和时序关系，以确保计数的准确性。
二、移位寄存器移位寄存器是一种可以实现数据的移位和存储的元件。
移位寄存器可以分为串行移位寄存器和并行移位寄存器两种。
1. 串行移位寄存器串行移位寄存器是一种将数据逐位进行移位操作的寄存器。
它可以将输入数据从一个端口输入，并从另一个端口输出。
串行移位寄存器通常由触发器和移位电路组成，触发器用于存储数据，移位电路用于实现数据的移位操作。
串行移位寄存器的移位操作可以是向左移位或向右移位。
2. 并行移位寄存器并行移位寄存器是一种同时对多个数据位进行移位操作的寄存器。
它可以将输入数据从一个端口输入，并从另一个端口输出。
并行移位寄存器通常由多个触发器构成，每个触发器用于存储一个数据位。
通过控制信号，可以将输入数据同时存储到各个触发器中，并且可以同时从各个触发器中读取数据。
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Q2Q1Q0
000 001 010 011
111 110 101 100
CP
Q0
二分频器 fcp/2
Q1
四分频器 fcp/4
Q2
八分频器 fcp/8
特点：用T’触发器构成，时钟下降沿触发最低位， 低位下降沿触发高位。
维阻D触发器构成的异步二进制加法计数器
Q0
Q1
Q2
DQ
__
Q2n1 D2 Q2n
(CP0 CP) (CP1 Q0 ) (CP2 Q1 )
状态转换真值表
CP Q2 Q1 Q0 00 0
1 0 0 1
2 0 1 0
3 0 1 1
4 1 0 0
5 1 0 1
6 1 1 0
7 1 1 1
8 0 0 0
状态转换图 时序图
1 1 1 1 2 1 1 0 3 1 0 1 4 1 0 0 5 0 1 1 6 0 1 0 7 0 0 1 8 0 0 0
状态转换图 时序图
Q2Q1Q0
000 111 110 101
001 010 011 100
CP
Q0
二分频器 f/2
Q1
二、二进制计数器
1.异步二进制加法计数器 边沿D触发器构成的异步二进制加法计数器
Q0
Q1
DQ CP
DQ
F0
F1
驱动方程
__
D0 Q0n
__
D1 Q1n
__
D2 Q2n
T /触发器
Q2 DQ F2
状态方程 （时钟方程）
__
Q0n D0 Q0n
__
Q1n1 D1 Q1n
3.异步可逆计数器 维阻D触发器构成的异步二进制可逆计数器
当X=1时，是加法计数器 当X=0时，是减法计数器
Q0
DQ CP
F0
Q1 DQ F1
Q2 DQ F2
X
作业：
P313 11(复习、不交) P316 21
用边沿JK触发器设计一个异步三位二进 制计数器，X=0时加法计数，X=1时减法 计数。
K0 1 K1 1 K2 1
状态方程 （时钟方程）
__ __
(Q n1 J Q n K Q n )
__
Q0n1 Q0n
__
Q1n1 Q1n
__
Q2n1 Q2n
(CP0 CP) (CP1 Q0 ) (CP2 Q1 )
状态转换真值表
CP Q2 Q1 Q0 000
DQ
DQ
CP
F0
F1
F2
CP
Q0
二分频器 f/2
Q1
四分频器 f/4
Q2
八分频器 f/8
特点：用T’触发器构成，时钟上升沿触发最低位， 低位下降沿触发高位。
2.异步二进制减法计数器 维阻JK触发器构成的异步二进制减法计数器
Q0
Q1
Q2
JQ
CP
F0
K
JQ F1
K
JQ F2
K
驱动方程
J0 1 J1 1 J2 1
四分频器 f/4
Q2
八分频器 f/8
特点：用T’触发器构成，时钟上升沿触发最低位， 低位上升沿触发高位。
边沿JK触发器构成的异步二进制减法计数器
Q0
Q1
Q2
JQ F0
K
JQ F1
K
JQ F2
K
CP
Q0
二分频器 f/2
Q1
四分频器 f/4
Q2
八分频器 f/8
特点：用T’触发器构成，时钟下降沿触发最低位， 低位上升沿触发高位。
自考 P191 9(2)(3),10