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异步二进制加法计数器课件
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01
异步二制加法数器述
定义与功能
定义
异步二进制加法计数器是一种数 字电路，用于对二进制数进行加 法运算。
功能
实现二进制数的相加，并输出相 加后的结果。
时序优化
通过调整时钟信号的频率和相 位，优化触发器的时序逻辑，
提高计数器的响应速度。
低功耗设计
采用低功耗器件和电路结构， 降低计数器的运行功耗。
容错技术
通过冗余设计和错误检测与纠 正机制，提高计数器的可靠性。
性能测试与评估
测试环境
搭建符合要求的测试平 台，包括输入信号源、 输出负载、测试仪器等。
测试方法
设计实例三
总结词：成本较高
VS
详细描述：基于FPGA的异步二进制 加法计数器虽然具有高度的可编程性 和灵活性，但成本相对较高。FPGA 芯片的价格较高，而且需要相应的开 发工具和编程环境，增加了设计的成 本。此外，由于FPGA的资源有限， 设计时需要合理规划资源的使用，避 免浪费。
THANKS
感
在数字信号处理中的应用
信号的编码与解码
在数字信号处理中，信号需要进行编码与解码，异步二进制加法计数器可以用 于实现信号的编码与解码功能。
数字滤波器
数字滤波器是数字信号处理中的重要元件之一，异步二进制加法计数器可以作 为数字滤波器中的关键元件，实现数字信号的滤波功能。
在通信系统中的应用
调制解调
在通信系统中，调制解调技术是实现信号传输的关键技术之一，异步二进制加法 计数器可以用于实现调制解调功能。
灵活性
异步计数器
11 11 11 11
11 11 01 11
根据状态转换表可以决定74LS90五分频部分 的状态转换顺序是：
[QDQCQB]=000→001→010→011→100→000 （0 → 1 → 2 → 3 → 4 → 0）
如果2分频和5分频级联起来，即QA接到CPB， 整个74LS90的态序为BCD8421码：
计数器的时序0~5，是N=6进制计数器。
例2：由74LS93构成的十二进制计数器。
R0(1) R0(2)
CP =CPA CPB
CTR
& CT = 0
+ DIV2
QA
+
DIV8 CT{0
2
QB QC QD
&
译码逻辑为R0(1)=R0(2)= QDQC 计数器的态序为0~12
该电路的波形图如图所示，波形图中从上 到下依次为CP、QA、QB、QC、QD。在QC波形 中有一个窄的尖峰，是[QDQCQBQA]从 1011→1100时，发生清零，QC的状态0→1→0， 所以出现尖峰。
Q1 0 0
1
1
0
0
1
1
0
Q2 0 0
0
0
1
1
1
1
0
图 10.39 二进制异步加法计数器波形图
如果D触发器是下降沿触发的，那么电路 工作波形与计数脉冲（在这里就是CP脉冲）的 关系如图所示。如果用n表示触发器的级数， 那么二进制计数器的计数长度N=24。
动画5_2
2.二进制异步减法计数器
(1)电路结构
数器的例1接：线RR图00((12图)) 示。为用& 74CLTCS=T900R改变为N=6的异步计
二进制计数器
等效十进制数 0 7 6 5 4 3 2 1 0
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圆圈内表 示Q2Q1Q0
的状态
用箭头表 示状态转 换的方向
图5-17 3位异步二进制减法计数器的状态转换图
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（2）D触发器构成的3位异步二进制减法计数器 （用CP脉冲上升沿触发）。
图5-18 由D触发器构成的3位异步二进制减法计数器
N位二进制计数器可以计2N个数，所以又可称 为2N进制计数器。
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异步二进制计数器的优点：电路较为简单。 缺点：进位（或借位）信号是逐级传送的， 工作频率不能太高； 状态逐级翻转，存在中间过渡状态 。 状态从111→000的过程？
111→110 →100 → 000
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（1）JK触发器组成的3位异步二进制减法计数器 （用CP脉冲下降沿触发）。
仿真
图5-16 3位异步二进制减法计数器
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(a)逻辑图 ( b)时序图
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表5-6 3位二进制减法计数器状态表
CP顺序 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Q2 Q1 Q0 000 111 110 101 100 011 010 001 000
等效十进制数 0 1 2 3 4 5 6 7 0
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④ 时序图
图5-13 3位二进制加法计数器的时序图
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⑤ 状态转换图
圆圈内表 示Q2Q1Q0
的状态
用箭头表 示状态转 换的方向
图5-14 3位二进制加法计数器的状态转换图
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数字电路实验报告 2n进制异步加法计数器
数字电路实验报告
2n进制异步加法计数器
每一级触发器均组成T’触发器，即Qn+l=Qn，故JK触发器J=K=1；D触发器D=Q n 最低位触发器每来一个时钟脉冲翻转一次，低位由l-0时向高位产生进位，高位翻转。
对下降沿触发的触发器，其高位的CP端应与其邻近低位的原码输出Q端相连，即CPm=Qm-1，；对上升沿触发的触发器，其高位的CP端应与其邻近低位的反码输出Q端相连，即CP=Qm-1。
D触发器构成上升沿触发异步3位二进制加法计数器:
电路图：
结果图：
JK下降沿触发异步3位二进制加法计数器：
电路图：
结果图：
2n进制异步减法计数器
每级触发器仍组成T’触发器。
最低位触发器每来一个时钟脉冲翻转一次，低位由1-0时向高位产生借位，高位翻转。
对下降沿触发的触发器，其高位CP端应与其邻近低位的反码端Q相连，即CP=Qm-1，：对上升沿触发的触发器，其高位CP端应与其邻近低位的原码端Q相连，即CPm=Qm-1,。
D上升沿触发异步3位二进制减法计数器：电路图:
结果图：
JK下降沿触发异步3位二进制减法计数器：电路图：
结果图：
实验总结：
通过本次试验已经掌握2n进制异步加法计数器、2n进制异步减法计数器，这次试验学会了很多其次做实验的正确方法是先画好电路图，按图接线，最后检测，后做实验需要小心谨慎，思维敏捷。
不过过程中有些地方没有搞得很懂，还是问了其他同学后，在他的帮助下才做出来的。
二进制计数器
二进制计数器计数器是数字系统中用得较多的基本逻辑器件。
它不仅能记录输入时钟脉冲的个数，还可以实现分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。
例如，计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。
计数器的种类很多。
按时钟脉冲输入方式的不同，可分为同步计数器和异步计数器；按进位体制的不同，可分为二进制计数器和非二进制计数器；按计数过程中数字增减趋势的不同，可分为加计数器、减计数器和可逆计数器。
8.4.1 二进制异步计数器1.二进制异步加计数器(1)电路结构以三位二进制异步加法计数器为例，如图8.4.1所示。
该电路由3个上升沿触发的D触发器组成，具有以下特点:每个D触发器输入端接该触发器Q 端信号，因而Q n＋1＝Q n，即各D触发器均处于计数状态;计数脉冲加到最低位触发器的C端，个触发器的Q 端信号接到相邻高位的C端。
图8.4.1 3位二进制异步加计数器(2)原理分析假设各触发器均处于0态，根据电路结构特点以及D触发器工作特性，不难得到其状态图和时序图，它们分别如图8.4.2和图8.4.3所示。
其中虚线是考虑触发器的传输延迟时间tpd后的波形。
图8.4.2 图8.4.1所示电路的状态图图8.4.3 图8.4.1所示电路的时序图由状态图可以清楚地看到，从初始状态000(由清零脉冲所置)开始，每输入一个计数脉冲，计数器的状态按二进制递增（加1），输入第8个计数脉冲后，计数器又回到000状态。
因此它是23进制加计数器，也称模八（M=8）加计数器。
从时序图可以清楚地看到Q0，Q1,Q2的周期分别是计数脉冲（CP）周期的2倍，4倍、8倍，也就是说Q0,Q1,Q2,分别对CP波形进行了二分频，四分频，八分频，因而计数器也可作为分频器。
需要说明的是，由图8.4.3中的虚线波形可知，在考虑各触发器的传输延迟时间tpd时,对于一个n位的二进制异步计数器来说，从一个计数脉冲（设为上升沿起作用）到来,到n个触发器都翻转稳定,需要经历的最长时间是ntpd ，为保证计数器的状态能正确反应计数脉冲的个数,下一个计数脉冲（上升沿）必须在ntpd后到来，因此计数脉冲的最小周期Tmin＝ntpd。
异步二进制加法计数器
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74LS175真值表
课外查资料：了解集成寄存器74LS373与 74LS374。
4
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6.1.2 移人位删寄除。存器
移位寄存器的5种输入输出方式： （a）串行输入/右移/串行输出
0
0
0
1
0
1
2
1
0
3
1
1
4（再循 0 环）
0
计数脉 Q1 Q0 冲
0
00
1
01
2
10
3（再 0 循环）
0
25
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异步3进制加计数器电路如下
计数到
1 11的瞬
0
间就清
零
1
26
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0
0
0
0
0
0
0
10
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（c）第2个CP脉冲之后
0
00
（d）第3个CP脉冲之后
0
11
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（e）第4个CP脉冲之后
1010
12
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例6-1 对于图6-4所示移位寄存器，画出下图所示输入 数据和时钟脉冲波形情况下各触发器输出端的波形。 设寄存器的初始状态全为0。
异步计数器
单元3 异步计数器
《数字电子技术》
3.4 集成异步计数器
常见的集成异步计数器芯片型号有74LS196/290/293/390/393等几种。 下面以二—五—十进制异步加法计数器74LS196为例作介绍。
74LS196功能表
单元3 异步计数器
《数字电子技术》
3.4 集成异步计数器
单元3 异步计数器
课堂练习
《数字电子技术》
1、分析时序逻辑电路，写出电路的驱动方程、状态方程和输
单元3 异步计数器
《数字电子技术》
单元3 异步计数器
3.3 异步十进制计数器
《数字电子技术》
异步十进制加法计数器是在4位异步二进制加法计数器的 基础上加以修改而得到的。因为4位二进制加法计数器从 0000到1111可以计数16，即为十六进制计数器，把十六进制 计数器变为十进制计数器，关键是解决是如何使4位二进制 加法计数器在计数过程中跳过从1010到1111这6个状态。即 计数器只能从0000计到1001，当第十个计数脉冲输入后， 电路应从1001返回到0000，跳过1010到1111这6个状态，成 为十进制计数器。
n位二进制计数器最多能累计的脉冲个数为 ，这个数称为计 数长度或计数容量。3位二进制计数器的计数长度为7。它共有8个状 态，即N =8，称计数器的状态总数N为计数器的模，也称为计数器 的循环长度。
单元3 异步计数器
3.2 异步二进制减法计数器
《数字电子技术》
分析用下降沿触发的 触 发器组成的3位二进制减 法计数器的工作原理
3.1 异步二进制加法计数器
《数字电子技术》
如果由上升沿触发的 触发器组成异步二进制加法计数器，则 计数器的级间连接就应从低位的 端输出接至高位的CP端。由于高 位时钟来自低位的 端，当低位的Q端由1→0时（即有进位）， 端 由0→1（为上升沿），才使高位触发器时钟条件（上升沿触发）得 到满足，因而翻转。
异步二进制加法计数器
工作速度与功耗分析
工作速度
异步二进制加法计数器的工作速度取决于其内部逻辑门的传输延迟。通常，提高工作时钟频率可以加快计数速度， 但同时也会增加功耗。
功耗
异步二进制加法计数器的功耗与其工作速度和位宽密切相关。在高速工作时，计数器的功耗会显著增加。优化设 计可以降低功耗，例如采用低功耗逻辑门和时钟分频技术。
06
异步二进制加法计数器的发 展趋势与展望
发展趋势
高精度化
随着数字信号处理技术的发展，异步二进制加法计数器的 精度越来越高，能够满足更复杂和精确的数字计算需求。
小型化与集成化
随着微电子技术的进步，异步二进制加法计数器的体积逐 渐减小，同时其功能越来越强大，集成度越来越高。
低功耗化
随着物联网、移动设备等应用的普及，低功耗设计成为异 步二进制加法计数器的重要发展方向，以满足长时间、便 携式使用的需求。
03
异步二进制加法计数器的应 用
在数字系统中的应用
实现数字逻辑运算
异步二进制加法计数器可以用于实现数字逻辑运算，如二进制数 的加法、减法等。
控制电路时序
在数字系统中，异步二进制加法计数器可以作为时序控制电路的一 部分，用于产生定时信号和控制电路的时序逻辑。
实现数据比较器
利用异步二进制加法计数器，可以构建数据比较器，用于比较两个 二进制数的大小。
可靠性
由于异步计数器采用简单的电路结 构，因此具有较高的可靠性。
异步计数器与同步计数器的比较
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工作方式
异步计数器在时钟信号触发时立即进行运算，而 同步计数器则是在时钟信号的每个周期内进行运 算。
时序逻辑
异步计数器不需要时序逻辑电路的支持，而同步 计数器则需要时序逻辑电路来保证正确的运算时 序。
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29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
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30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
异步二进制加法计数器
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26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
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28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯