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
计数器工作原理
计数器工作原理计数器是一种常见的电子元件，用于对输入脉冲信号进行计数和记录。
计数器广泛应用于数字电子系统中，如时钟电路、频率计数器、计时器等。
本文将介绍计数器的工作原理，包括计数器的基本结构、工作原理和应用场景。
计数器的基本结构包括触发器、计数逻辑和清零逻辑。
触发器用于存储计数器的当前状态，计数逻辑用于对输入脉冲进行计数，而清零逻辑用于将计数器清零。
计数器可以分为同步计数器和异步计数器两种类型，它们的工作原理略有不同。
同步计数器是由多个触发器级联构成的，每个触发器接收上一级触发器的输出作为时钟信号。
当计数器接收到输入脉冲时，所有触发器同时进行状态变化，实现同步计数。
同步计数器的优点是计数稳定、速度快，适用于高速计数场景。
异步计数器是由多个触发器级联构成的，每个触发器接收上一级触发器的输出作为时钟信号。
当计数器接收到输入脉冲时，只有最低位触发器进行状态变化，其他触发器在满足条件时才进行状态变化。
异步计数器的优点是结构简单、适用于低速计数场景。
计数器的工作原理是基于二进制计数的。
计数器可以实现二进制、十进制、十六进制等不同进制的计数，通过触发器的状态变化实现不同进制的计数。
计数器还可以实现正向计数和逆向计数，通过输入脉冲的极性和触发器的逻辑门控制实现不同方向的计数。
计数器在数字电子系统中有着广泛的应用场景。
例如，时钟电路中的分频器就是一种计数器，用于将高频信号分频为低频信号，实现时钟信号的稳定输出。
频率计数器用于测量输入信号的频率，计时器用于测量时间间隔。
此外，计数器还可以用于状态机、计数器芯片、数字逻辑电路等领域。
总之，计数器是一种常见的电子元件，用于对输入脉冲信号进行计数和记录。
计数器的工作原理基于触发器的状态变化，可以实现不同进制、不同方向的计数。
计数器在数字电子系统中有着广泛的应用场景，包括时钟电路、频率计数器、计时器等。
希望本文对计数器的工作原理有所帮助，谢谢阅读！。
计数器的基本功能
计数器的基本功能一、计数器的定义与作用计数器是一种常见的工具，用于记录和统计数量。
它可以在各种场景中使用，例如计算器、电子表、时钟等。
计数器的基本功能是进行计数操作，可以实时更新并显示当前的计数值。
计数器在生活中有着广泛的应用，从日常生活到科学研究，都离不开计数器的帮助。
二、计数器的类型计数器可以分为多种类型，常见的有以下几种：1. 机械计数器机械计数器是最早出现的计数器类型之一，它通过机械结构实现计数功能。
机械计数器通常使用齿轮和数字滚轮等装置来记录和显示计数值。
机械计数器的特点是结构简单、可靠性高，但计数范围有限。
2. 电子计数器电子计数器是使用电子元件实现计数功能的计数器类型。
它通常采用数字显示屏或LED灯来显示计数值。
电子计数器具有计数范围广、精度高、功能强大等特点。
电子计数器可以通过电路设计实现各种计数功能，如加减计数、定时计数等。
3. 软件计数器软件计数器是在计算机系统中通过软件实现的计数器。
它可以利用计算机的处理能力进行复杂的计数操作，具有灵活性和可扩展性。
软件计数器常用于编程和数据处理领域，可以实现各种复杂的计数功能。
三、计数器的基本功能计数器作为一种记录和统计数量的工具，具有以下基本功能：1. 计数功能计数器的最基本功能是进行计数操作。
它可以根据设定的规则，对事件、物体或其他需要计数的对象进行累加或累减操作。
计数器可以实时更新计数值，并将结果显示出来。
2. 显示功能计数器通常具有显示功能，可以将计数结果以数字形式显示出来。
显示方式可以是数字显示屏、LED灯、液晶屏等。
计数器的显示功能可以直观地反映计数结果，方便用户进行观察和判断。
3. 记忆功能一些高级的计数器具有记忆功能，可以记录和保存计数结果。
这样可以在断电或重启后保留之前的计数值，避免数据丢失。
记忆功能可以在需要长时间记录计数结果的场景中发挥作用。
4. 重置功能计数器通常具有重置功能，可以将计数值归零。
通过重置功能，可以清空之前的计数结果，重新开始计数。
计数器及其应用
计数器及其应用计数器是一种电子电路，用于计数和存储计数值。
其主要应用在数字电路、通信系统中，实现定时、分频、频率合成、时序控制等功能。
计数器的电路可以采用门电路或触发器实现，现代计数器多采用集成电路实现。
本文将介绍计数器的基本原理及其应用。
一、计数器基本原理计数器的基本原理是采用一个稳定的时钟信号，在触发器之间形成一串级联，从而实现计数功能。
当时钟信号触发触发器时，计数器的计数值就会发生变化。
计数器在达到预设的计数值后，会产生一个计数完成的信号。
计数器可分为同步计数器和异步计数器两种。
同步计数器是采用同步触发器构成的，其输入端通过控制信号实现采集和判断，并保证计数器具有同步性。
同步计数器的优点是速度快、精度高、使用简单。
但如果计数器级数过多，会影响同步的准确性。
1.分频器分频器是计数器最普遍的应用之一。
分频器可以将信号的频率降低到所需要的频率范围内，以满足特定的应用要求。
例如，在数字通信中，需要将高速数据信号降低到低速信号，以便接收器能够正确地解码。
此时，计数器可以采用分频的方式将高速数据信号降低到接收器所需要的频率范围内。
2.定时器/计时器计数器可以作为定时器或计时器使用，以便在计数到预设值后触发所需的操作。
例如，在微控制器中，可以使用计数器来产生定期的中断信号，以处理异步事件，如键盘输入、AD 转换等。
3.频率合成器频率合成器是将多个信号合成一个具有所需频率的信号的电路。
计数器可以作为频率合成器的关键元素，以实现多个时钟信号的组合。
例如，在无线电通信中，需要将低频信号转换为高频信号，以便在接收器中进行处理。
此时，计数器可以用来产生所需的频率。
4.中断控制器中断控制器是计算机系统中常用的设备。
计数器可以用作中断控制器的定时器。
例如，在多任务操作系统中，任务的调度器可以使用中断控制器的定时器，以触发时钟中断，以进行上下文切换等操作。
5.逻辑分析仪逻辑分析仪是一种测试和诊断数字电路的设备。
计数器可以用于将测试信号进行分型，并用微处理器或计算机进行分析和诊断。
计数器的设计
计数器的设计
计数器是一种电子数字电路，用于记录某个事件或进程的次数。
设计计数器的步骤如下：
1.确定计数器的位数：计数器的位数决定了它能够计数的最大值。
例如，一个
8位二进制计数器可以计数0到255之间的所有整数。
根据实际需求，选择适当的位数。
2.设计计数器的时钟输入电路：计数器的时钟输入决定了它何时进行计数。
通
常使用晶体振荡器或者其他时钟源来提供计数器的时钟信号。
3.选择计数器的计数模式：计数器可以分为同步计数器和异步计数器。
同步计
数器的各个位同时进行计数，而异步计数器的各个位独立进行计数。
根据具体需求选择合适的计数模式。
4.选择计数器的计数方式：计数器可以被设计为向上计数或向下计数。
向上计
数表示计数器的值递增，而向下计数表示计数器的值递减。
根据具体需求选择合适的计数方式。
5.设计计数器的清零电路：计数器需要在一些特定的时刻进行清零操作，以便
重新开始计数。
为此，需要设计清零电路，使计数器的值归零。
6.设计计数器的输出电路：计数器的输出电路将其计数器的值转换成数字形式
或者其他需要的形式，例如LED显示屏、七段数码管等。
7.选取适当的计数器芯片：根据具体需求选择合适的计数器芯片，例如74LS161、
74LS163等，这些芯片可以快速地实现基于上述设计步骤的计数器电路。
需要注意的是，在设计计数器时，应当根据实际情况进行仿真测试，确保其正常工作并满足设计要求。
计数器
此上升沿使十位的74LS192(2)从0000开始计数 直到第100 此上升沿使十位的74LS192(2)从0000开始计数,直到第100 开始计数, CP脉冲作用后 计数器由1001 1001恢复为 脉冲作用后, 恢复为0000 0000, 个CP脉冲作用后,计数器由1001 1001恢复为0000 0000,完成 一次计数循环. 一次计数循环.
▲ 二—五—十进制计数器74LS90 十进制计数器74LS90
二进制计数器:FF0构成一个二进制计数器; 构成一个二进制计数器; 二进制计数器: 五进制计数器: 异步计数器(五进制计数器) 五进制计数器:FF1,FF2,FF3构成模 5异步计数器(五进制计数器); 8421码异步十进制计数器:时钟脉冲接CP 8421码异步十进制计数器:时钟脉冲接CP0 ,CP1端与Q0端相连. 端与Q 端相连. 码异步十进制计数器 5421码异步十进制计数器:时钟脉冲接CP 5421码异步十进制计数器:时钟脉冲接CP1 ,CP0端与Q3端相连. 端与Q 端相连. 码异步十进制计数器 74LS90又称为 74LS90又称为二—五—十进制计数器. 又称为二 进制计数器.
Q3 Q2 Q1 Q0
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 计 数 计 数 计 数 计 数
▲ 引脚功能说明 S1, S2:S1 S2 = 1时,计数器置"9",即被置成1001状态,与CP无关.且优 先 时 计数器置" ,即被置成 状态, 无关. 状态 无关 , 级别最高. 级别最高. RD1 RD2:当S1 S2 = 0时,RD1 RD2 = 1计数器清零. 计数器清零. 时 计数器清零 Q3Q2Q1Q0:输出端 CP0, CP1:双时钟输入端
0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0
计数器及其应用
计数器及其应用1. 什么是计数器？计数器是一种用于计数的工具或设备，用于记录事件发生的次数。
在计算机科学中，计数器是一种特殊的寄存器，用于存储和跟踪特定事件的次数或周期的数量。
计数器一般具有以下特点：•由一组二进制位组成，可以用来表示不同的数字。
•可以递增或递减，根据特定条件进行操作。
•可以设置初始值和最大值。
•可以实现快速计数和重置操作。
在计算机领域，计数器是广泛应用于各种场景的重要元素，特别是在数字逻辑和计算机体系结构中。
此外，计数器也被广泛用于实现诸如时序控制、数据传输、定时器和性能分析等功能。
2. 计数器的应用计数器可以应用于许多领域和场景中。
下面介绍几个常见的计数器应用：2.1 计时器计时器是最常见的计数器应用之一，用于测量事件的时间间隔。
计时器可以用来实现定时器、秒表、计算程序运行时间等功能。
当计时器开始计数时，计数器会递增，当计时器停止时，计时器会停止递增。
计时器通常使用时钟信号来驱动计数操作。
2.2 程序计数器在计算机体系结构中，程序计数器是一种具有特殊功能的计数器。
它用于跟踪程序中的指令位置，即当前执行的指令的地址。
程序计数器一般存储在CPU中，并且在每个时钟周期内自动递增。
程序计数器在处理器中起着非常重要的作用，特别是在实现分支指令和循环指令时。
2.3 性能计数器性能计数器是用于衡量计算机系统或程序性能的计数器。
它们可以统计各种硬件事件的数量，如指令执行周期、缓存命中率、TLP（事务级并行度）等。
性能计数器可以帮助开发人员分析程序的性能瓶颈，并针对性地进行优化。
2.4 电子计数器电子计数器是一种电子设备，用于进行数字计数。
它们通常由数字显示屏、按键和计数逻辑电路组成。
电子计数器可用于各种应用，如物料计数、步行计数、车辆流量监测等。
电子计数器具有高精度、快速计数和可靠性等优势。
3. Markdown文本格式Markdown是一种轻量级的标记语言，用于简单而高效地编写文档。
它使用简单的标记符号来表示文本的样式和结构，可以转换为HTML、PDF等多种格式。
什么是计数器
什么是计数器计数器在计算机科学中扮演着至关重要的角色。
它是电子设备中用于计算和存储计数值的物理或逻辑组件。
计数器能够进行递增或递减操作，并将结果储存在其内部的寄存器中。
无论是在电子设备、软件应用还是数学领域中，计数器都起着举足轻重的作用。
一、计数器的定义及工作原理计数器是一种特殊的电子元件，具备存储和计算能力。
其工作原理基于离散数学中的数字逻辑。
计数器可接受一个时钟信号作为输入，并通过计数操作改变其状态和输出。
1.1 二进制计数器二进制计数器是最常见的一种计数器类型。
它由若干个触发器组成，每个触发器接受上一个触发器的输出作为输入。
当最低有效位触发器计数到最大值时（例如3），它的输出信号将会触发下一个更高有效位触发器加1。
二进制计数器可以实现多种计数序列。
1.2 同步计数器与异步计数器根据时钟信号的控制方式，计数器可分为同步和异步两种类型。
同步计数器的所有触发器都由同一个时钟信号来驱动，这意味着它们在同一时刻进行状态更新。
而异步计数器则允许触发器在不同的时钟信号到来时进行状态更新。
二、计数器的应用领域计数器在各个领域中都扮演着重要的角色。
以下是一些计数器的常见应用：2.1 时钟和定时器计数器被广泛用于计时和时序控制。
在电子设备中，计数器可以生成稳定的时钟信号，确保设备的同步运行。
同时，计数器还可以用于计时器的实现，比如在烤箱中设置一个定时器用来控制烹饪时间。
2.2 频率合成和频率测量计数器可以通过测量时钟周期来计算频率。
在无线电通信中，计数器常被用于频率合成和频率测量。
通过将时钟信号分频，计数器能够生成所需频率的方波信号。
2.3 计数与累加计数器还可用于计数和累加操作。
例如，在机器人领域，计数器可用来追踪机器人移动的步数。
此外，计数器还可用于测量事件的发生次数，比如计数点击次数、触发次数等。
2.4 密码学和安全计数器在密码学和安全领域中也起到重要作用。
序列号生成器中的计数器能够生成唯一的序列号。
在加密算法中，计数器可以用作初始化向量，提高加密强度。
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11100 0 1 1 1 1 0 0 1
这六个循环也是主循
③画出状态转换图 /0
/0
/0
100 000 001 011
环，是M6同步计数器。 三级触发器共有8种状态组合，除 6种有效状态外，还有111，110两种 无效状态，称偏离状态
/1
111
/1
/0
若计数器受到某种干扰进入偏离状
101 /0 110 /0 010
&JQ
3
KQ
Z
&
J1 Q2 Q3 K1 Q3Q2
J2 Q3Q1 K2 Q3
J3 Q2 Q1 K3 Q2
Z Q3Q1
②根据激励函数写出电路状态转换真值表（由激励函数求次态）
同步时序电路不用讨论CP信号。因为每步都在CP作用下进行的， 本电路由3级JK触发器组成就有3个输入状态变量
状态转换真值表：
第一级D触发器CP端接输入计数脉冲。
②给其它D触发器找合适CP D触发器是上升沿翻转 CPn Qn1
QD
QD
3
2
Q
Q
第二级D触发器的CP端接第一级Q1
第三级D触发器的CP端接第二级Q2
Q3
（2）异步二进制减法计数器
1
分析方法和加法计数器相同 不再分析，而是找规律
1
初态为1，每来一个CP减去一个1
1 1
/0
/0
000 001 011
/1
/0
101 /0 110 /0 010
异步计数器的分析与同步计数器分析步骤完全相同，但异步计数器
里各级触发器的时钟不是都来源于计数脉冲，各级触发器的状态转换不 是同时进行的，而是根据各级触发器是否有触发信号来决定。
☆ 分析异步计数器时，必须特别注意各级触发器的时钟信号。 1、M＝2n的异步计数器的分析（与设计）
☆ 按进位模值（M）来分： 一、同步计数器的分析与设计
M 2n（有规律） n为触发器的级数 M 2n（无规律）
加法计数
1、M＝2n 的同步计数器的分析与设计
减法计数
（1）、同步二进制加法计数器
可逆计数
分析图示电路的逻辑功能
&Z
JQ
JQ
&J Q
① 根据电路图写出触发器
激励函数及电路输出Z。
J1=K1=1
4、功能描述：
1 0 1 010 1 1 0 010
1 1 1 10 0
有自启动能力M5加法计数器 5、画完全状态转换图（略）。
①写出各级触发器激励函数及CP
不同状态表示已经输入到触发器中计数 1 1 1 0 脉冲（CP)个数。
0 0 0 1 ⑤画波形 先画低位，再画高位。
12345678
CP
Q0 Q1 Q2
Z
Q3 Q2 Q1 Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Z Q1在CP作用下每次都翻
0 0 0 0 0 1 0 Q2共翻四次：在什么情况下翻转？
00 1 0 1 0 0
RD
Q n1 1
n
J1Q1
K 1Q1n
Q1
CP
Q n1 2
Q2
Q1
Q n1 3
Q3 Q2
（由特征方程及CP确定次态值。由特征方程求次态。）
Q Q Q 3
2
Q Q Qn1 n1 n1
13
2
1
Qn1 1
Q1
CP
⑤画出工作波形
画工作波形规律：
0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 11
表示现态，及在CP信号作用下， 由现态转换为次态和输出。
同步计数时可以不考虑CP，因为 计数时每来一个CP，触发器状态 都要改变一次。
画状态转换图的方法：由现态找 次态。
状态转换表：在激励信号作用下触发器已经由现态转换为次态。
Q3 Q2 Q1
000 001 010 011 100 101 110 111
态，在CP 脉冲的作用下会自动转入 主循环。称为具有自启动能力。
④功能描述
本电路是具有自启动能力的M＝6同步计数器。也可
以说是6进制计数器，逢六进一。
⑤画出电路工作波形
123456 CP
☆ 画波形图只画主循环 Q1 ☆ 先画低位，后画高位。Q2
Q3
☆ Q3Q2Q1起始状态000 Z
☆ Z只有当Q3Q1同时为1时Z为1 ⑥最后画出电路转换图
③画状态转换图，列状态转换表
000 /0 001 /0 010 /0 011
/1
/0
111 /0 110 /0 101 /0 100
Q2n+1
0
Q1n+1 Z
10
1 00 1 10
0 00
0 10 1 00
1 10
0 01
J1=K1=1 J2=K2=Q1 J3=K3=Q2Q1 Z=Q3Q2Q1
/ Z Q3Q2Q1
当低位全为0时，高位才能发生翻转
根据同步二进制减法计数器规律，可 以设计M=2n的计数器。
例：设计M=2n同步二进制减法计数器。
知道规律就可以快速设计同步二进制减法计数器
以n=3为例。选用三级JK触发器，23=8,计数M=8
第一级 J1 K1 1
第二级 J2 K2 Q1
第三级 输出
J3 K3 Q2Q1 Z Q3Q2Q1
输出： Z＝Q4Q3Q2Q1＝Q4·J4
利用M=2n同步计数器设计规律就可以快速设计 设计出计数模值 M = 16 的二进制加法计数器。
（2）同步二进制减法计数器
Z Q3 Q2 Q1 Q3n+1 Q3n+1 Q3n+1
直接由同步二进制减法计数 器状态转换表，找出设计规律
1 1 1 1 1 0 0 Q1每次都翻 J1＝K1＝1
1 1 0 1 0 1 0 Q2共翻四次：
101 1 0 0 0
当低位Q1＝0时，下一个CP到
100 0 1 1 0
来时翻转。
011 0 1 0 0 010 0 0 1 0 001 0 0 0 0
Q3共翻二次： 当Q2＝Q1＝0时，下一个CP 到来时翻转。
0 0 0 1 1 1 1 计数规律：
（仍以3级触发器为例） 观察此表： 减法计数器初始状态均为1， 来一个CP，减去一个1。
用3级触发器
1、先将JK、D触发器接成计数状态。Qn1 Q
2、给各级触发器合适CP。JK 触发器是下降沿触发 CPn Qn1
D 触发器是上升沿触发 CPn Qn－1
QJ
QJ
QJ
JK触发器：
3
2
1 CP 用Q端作CP是加法计数器
QK
QK
QK
用/Q端作CP是减法计数器
D触发器：
QD
3
QD
2
QD
1
Z Q3Q1
从状态转换图看出：
01100 1 0 0 1 0 1 0 0
有6个状态反复循环，
1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 这6个状态为该时序电路的
1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 有效状态。是计数器的正
1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 常工作状态，
画出用JK触发器实现同步二进制减法计数器电路
JQ
1
KQ
CP
JQ 2
KQ
&JQ 3
& KQ
&Z
在控制信号的作用下，触发器既可以作加法计数器，又 可以作减法计数器，所以叫做可逆计数器。
可逆计数器，实际上就是在控制信号X的作用下，将前 面所学的同步二进制加法、减法计数器组合在一起。
令：
X＝1,计数器作加法计数 X＝0,计数器作减法计数 以n＝3为例
Q3 Q2 Q1 J3 K3 J2 K2 J1 K1 Q3n+1
0 0 0 0000 11 0 0 0 1 00 11 11 0 0 1 0 00 00 11 0 0 1 1 11 11 11 1 1 0 0 00 00 11 1 1 0 1 00 11 11 1 1 1 0 00 00 11 1 1 1 1 1111 11 0
计数规律：
当低位全为1时，下一个 CP来高位才能发生翻转
例：设计一个M＝16同步二进制加法计数器
1、确定触发器级数， 24＝16 用4级JK触发器。
2、将4个JK触发器CP端接在一起，接至输入计数脉冲。
第一级 J1＝K1=1
计数状态
第二级 J2＝K2＝Q1
只有Q1=1，第二级才开始计数。
第三级 J3＝K3＝Q2Q1＝Q2·J2 只要Q2Q1=1，第三级才开始计数。 第四级 J4＝K4＝Q3Q2Q1＝Q3·J3
（由分析得出M＝2n异步计数器设计规律）
（1）异步二进制加法计数器
解：①根据电路图写出各级触发器 的激励函数及时钟脉冲。
QJ
3
QJ
2
QJ
1 CP
J1＝K1＝1 CP1＝CP↓ Q K
QK
QK
J2＝K2＝1 CP2＝Q1↓
J3＝K3＝1 CP3＝Q2↓
②写出名级触发器的状态方程： (有下跳沿到来状态方程才起作用， 否则保持原状态不变)
Q3 Q2 Q1 J3 K3 J2 K2 J1 K1 Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Z
00001 0 0 1 0 0 0 1 0 00101 1 0 1 0 0 1 1 0 01010 0 0 0 1 1 1 0 0
J1 Q2 Q3 K1 Q3Q2
J2 Q3Q1 J3 Q2 Q1
K2 Q3 K3 Q2
初态为0
④功能描述：
Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Z