异步二进制加法计数器1电路组成共16页文档
异步二进制加法计数器课件
• 异步二制加法数器的基 • 异步二制加法数器的用 • 异步二制加法数器的式 • 异步二制加法数器的性能析 • 异步二制加法数器的例
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
数字逻辑——精选推荐
数字逻辑3)按计数增减分:加法计数器,减法计数器,加/减法计数器.7.3.1 异步计数器⼀,异步⼆进制计数器1,异步⼆进制加法计数器分析图7.3.1 由JK触发器组成的4位异步⼆进制加法计数器.分析⽅法:由逻辑图到波形图(所有JK触发器均构成为T/ 触发器的形式,且后⼀级触发器的时钟脉冲是前⼀级触发器的输出Q),再由波形图到状态表,进⽽分析出其逻辑功能.2,异步⼆进制减法计数器减法运算规则:0000-1时,可视为(1)0000-1=1111;1111-1=1110,其余类推.注:74LS163的引脚排列和74LS161相同,不同之处是74LS163采⽤同步清零⽅式.(2)CT74LS161的逻辑功能①=0时异步清零.C0=0②=1,=0时同步并⾏置数.③==1且CPT=CPP=1时,按照4位⾃然⼆进制码进⾏同步⼆进制计数.④==1且CPT·CPP=0时,计数器状态保持不变.4,反馈置数法获得N进制计数器⽅法如下:·写出状态SN-1的⼆进制代码.·求归零逻辑,即求置数控制端的逻辑表达式.·画连线图.(集成计数器中,清零,置数均采⽤同步⽅式的有74LS163;均采⽤异步⽅式的有74LS193,74LS197,74LS192;清零采⽤异步⽅式,置数采⽤同步⽅式的有74LS161,74LS160;有的只具有异步清零功能,如CC4520,74LS190,74LS191;74LS90则具有异步清零和异步置9功能.等等)试⽤CT74LS161构成模⼩于16的N进制计数器5,同步⼆进制加/减计数器⼆,同步⼗进制加法计数器8421BCD码同步⼗进制加法计数器电路分析三,集成同计数器1,集成⼗进制同步加法计数器CT74LS160(1)CT74LS160的引脚排列和逻辑功能⽰意图图7.3.3 CT74LS160的引脚排列图和逻辑功能⽰意图(2)CT74LS160的逻辑功能①=0时异步清零.C0=0②=1,=0时同步并⾏置数.③==1且CPT=CPP=1时,按照BCD码进⾏同步⼗进制计数.④==1且CPT·CPP=0时,计数器状态保持不变.2.集成⼗进制同步加/减计数器CT74LS190其逻辑功能⽰意图如教材图7.3.15所⽰.功能如教材表7.3.10所⽰.集成计数器⼩结:集成⼗进制同步加法计数器74160,74162的引脚排列图,逻辑功能⽰意图与74161,74163相同,不同的是,74160和74162是⼗进制同步加法计数器,⽽74161和74163是4位⼆进制(16进制)同步加法计数器.此外,74160和74162的区别是,74160采⽤的是异步清零⽅式,⽽74162采⽤的是同步清零⽅式.74190是单时钟集成⼗进制同步可逆计数器,其引脚排列图和逻辑功能⽰意图与74191相同.74192是双时钟集成⼗进制同步可逆计数器,其引脚排列图和逻辑功能⽰意图与74193相同.7.3.3 利⽤计数器的级联获得⼤容量N进制计数器计数器的级联是将多个计数器串接起来,以获得计数容量更⼤的N进制计数器.1,异步计数器⼀般没有专门的进位信号输出端,通常可以⽤本级的⾼位输出信号驱动下⼀级计数器计数,即采⽤串⾏进位⽅式来扩展容量.举例:74LS290(1)100进制计数器(2)64进制计数器2,同步计数器有进位或借位输出端,可以选择合适的进位或借位输出信号来驱动下⼀级计数器计数.同步计数器级联的⽅式有两种,⼀种级间采⽤串⾏进位⽅式,即异步⽅式,这种⽅式是将低位计数器的进位输出直接作为⾼位计数器的时钟脉冲,异步⽅式的速度较慢.另⼀种级间采⽤并⾏进位⽅式,即同步⽅式,这种⽅式⼀般是把各计数器的CP端连在⼀起接统⼀的时钟脉冲,⽽低位计数器的进位输出送⾼位计数器的计数控制端.举例:74161(1)60进制(2)12位⼆进制计数器(慢速计数⽅式)12位⼆进制计数器(快速计数⽅式)7.4 寄存器和移位寄存器寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的.⼀个触发器可以存储1位⼆进制代码,存放n位⼆进制代码的寄存器,需⽤n个触发器来构成.按照功能的不同,可将寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两⼤类.基本寄存器只能并⾏送⼊数据,需要时也只能并⾏输出.移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作⽤下依次逐位右移或左移,数据既可以并⾏输⼊,并⾏输出,也可以串⾏输⼊,串⾏输出,还可以并⾏输⼊,串⾏输出,串⾏输⼊,并⾏输出,⼗分灵活,⽤途也很⼴.7.4.1 基本寄存器概念:在数字电路中,⽤来存放⼆进制数据或代码的电路称为寄存器.1,单拍⼯作⽅式基本寄存器⽆论寄存器中原来的内容是什么,只要送数控制时钟脉冲CP上升沿到来,加在并⾏数据输⼊端的数据D0～D3,就⽴即被送⼊进寄存器中,即有:2.双拍⼯作⽅式基本寄存器(1)清零.CR=0,异步清零.即有:(2)送数.CR=1时,CP上升沿送数.即有:(3)保持.在CR=1,CP上升沿以外时间,寄存器内容将保持不变.7.4.2 移位寄存器1.单向移位寄存器四位右移寄存器:时钟⽅程:驱动⽅程:状态⽅程:右移位寄存器的状态表:输⼊现态次态Di CP1 ↑1 ↑1 ↑1 ↑0 0 0 01 0 0 01 1 0 01 1 1 01 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 1连续输⼊4个1单向移位寄存器具有以下主要特点:单向移位寄存器中的数码,在CP脉冲操作下,可以依次右移或左移.n位单向移位寄存器可以寄存n位⼆进制代码.n个CP脉冲即可完成串⾏输⼊⼯作,此后可从Q0～Qn-1端获得并⾏的n位⼆进制数码,再⽤n个CP脉冲⼜可实现串⾏输出操作.若串⾏输⼊端状态为0,则n个CP脉冲后,寄存器便被清零.2.双向移位寄存器M=0时右移M=1时左移3.集成双向移位寄存器74LS194CT74LS194的引脚排列图和逻辑功能⽰意图:CT74LS194的功能表:⼯作状态0 × × ×1 0 0 ×1 1 0 ↑1 1 1 ×异步清零保持右移左移并⾏输⼊7.4.3 移位寄存器的应⽤⼀,环形计数器1,环形计数器是将单向移位寄存器的串⾏输⼊端和串⾏输出端相连, 构成⼀个闭合的环.结构特点:,即将FFn-1的输出Qn-1接到FF0的输⼊端D0.⼯作原理:根据起始状态设置的不同,在输⼊计数脉冲CP的作⽤下,环形计数器的有效状态可以循环移位⼀个1,也可以循环移位⼀个0.即当连续输⼊CP脉冲时,环形计数器中各个触发器的Q端或端,将轮流地出现矩形脉冲.实现环形计数器时,必须设置适当的初态,且输出Q3Q2Q1Q0端初始状态不能完全⼀致(即不能全为"1"或"0"),这样电路才能实现计数, 环形计数器的进制数N与移位寄存器内的触发器个数n相等,即N=n2,能⾃启动的4位环形计数器状态图:由74LS194构成的能⾃启动的4位环形计数器时序图⼆,扭环形计数器1,扭环形计数器是将单向移位寄存器的串⾏输⼊端和串⾏反相输出端相连,构成⼀个闭合的环.实现扭环形计数器时,不必设置初态.扭环形计数器的进制数N与移位寄存器内的触发器个数n满⾜N=2n的关系结构特点为:,即将FFn-1的输出接到FF0的输⼊端D0.状态图:2,能⾃启动的4位扭环形计数器7.4.4 顺序脉冲发⽣器在数字电路中,能按⼀定时间,⼀定顺序轮流输出脉冲波形的电路称为顺序脉冲发⽣器.顺序脉冲发⽣器也称脉冲分配器或节拍脉冲发⽣器,⼀般由计数器(包括移位寄存器型计数器)和译码器组成.作为时间基准的计数脉冲由计数器的输⼊端送⼊,译码器即将计数器状态译成输出端上的顺序脉冲,使输出端上的状态按⼀定时间,⼀定顺序轮流为1,或者轮流为0.前⾯介绍过的环形计数器的输出就是顺序脉冲,故可不加译码电路即可直接作为顺序脉冲发⽣器.⼀,计数器型顺序脉冲发⽣器计数器型顺序脉冲发⽣器⼀般⽤按⾃然态序计数的⼆进制计数器和译码器构成.举例:⽤集成计数器74LS163和集成3线-8线译码器74LS138构成的8输出顺序脉冲发⽣器.⼆,移位型顺序脉冲发⽣器◎移位型顺序脉冲发⽣器由移位寄存器型计数器加译码电路构成.其中环形计数器的输出就是顺序脉冲,故可不加译码电路就可直接作为顺序脉冲发⽣器.◎时序图:◎由CT74LS194构成的顺序脉冲发⽣器见教材P233的图7.4.6和图7.4.77.5 同步时序电路的设计(略)7.6 数字系统⼀般故障的检查和排除(略)本章⼩结计数器是⼀种应⽤⼗分⼴泛的时序电路,除⽤于计数,分频外,还⼴泛⽤于数字测量,运算和控制,从⼩型数字仪表,到⼤型数字电⼦计算机,⼏乎⽆所不在,是任何现代数字系统中不可缺少的组成部分.计数器可利⽤触发器和门电路构成.但在实际⼯作中,主要是利⽤集成计数器来构成.在⽤集成计数器构成N进制计数器时,需要利⽤清零端或置数控制端,让电路跳过某些状态来获得N进制计数器.寄存器是⽤来存放⼆进制数据或代码的电路,是⼀种基本时序电路.任何现代数字系统都必须把需要处理的数据和代码先寄存起来,以便随时取⽤.寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两⼤类.基本寄存器的数据只能并⾏输⼊,并⾏输出.移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作⽤下依次逐位右移或左移,数据可以并⾏输⼊,并⾏输出,串⾏输⼊,串⾏输出,并⾏输⼊,串⾏输出,串⾏输⼊,并⾏输出.寄存器的应⽤很⼴,特别是移位寄存器,不仅可将串⾏数码转换成并⾏数码,或将并⾏数码转换成串⾏数码,还可以很⽅便地构成移位寄存器型计数器和顺序脉冲发⽣器等电路.在数控装置和数字计算机中,往往需要机器按照⼈们事先规定的顺序进⾏运算或操作,这就要求机器的控制部分不仅能正确地发出各种控制信号,⽽且要求这些控制信号在时间上有⼀定的先后顺序.通常采取的⽅法是,⽤⼀个顺序脉冲发⽣器来产⽣时间上有先后顺序的脉冲,以控制系统各部分协调地⼯作.顺序脉冲发⽣器分计数型和移位型两类.计数型顺序脉冲发⽣器状态利⽤率⾼,但由于每次CP信号到来时,可能有两个或两个以上的触发器翻转,因此会产⽣竞争冒险,需要采取措施消除.移位型顺序脉冲发⽣器没有竞争冒险问题,但状态利⽤率低.由JK触发器组成的4位异步⼆进制减法计数器的⼯作情况分析略.⼆,异步⼗进制加法计数器由JK触发器组成的异步⼗进制加法计数器的由来:在4位异步⼆进制加法计数器的基础上经过适当修改获得.有效状态:0000——1001⼗个状态;⽆效状态:1010～1111六个状态.三,集成异步计数器CT74LS290为了达到多功能的⽬的,中规模异步计数器往往采⽤组合式的结构,即由两个独⽴的计数来构成整个的计数器芯⽚.如:74LS90(290):由模2和模5的计数器组成;74LS92 :由模2和模6的计数器组成;74LS93 :由模2和模8的计数器组成.1.CT74LS290的情况如下.(1)电路结构框图和逻辑功能⽰意图(2)逻辑功能如下表7.3.1所⽰.注:5421码⼗进制计数时,从⾼位到低位的输出为.2,利⽤反馈归零法获得N(任意正整数)进制计数器⽅法如下:(1)写出状态SN的⼆进制代码.(2)求归零逻辑(写出反馈归零函数),即求异步清零端(或置数控制端)信号的逻辑表达式.(3)画连线图.举例:试⽤CT74LS290构成模⼩于⼗的N进制计数器.CT74LS290则具有异步清零和异步置9功能.讲解教材P215的[例7.3.1].注:CT74LS90的功能与CT74LS290基本相同.7.3.2 同步计数器⼀,同步⼆进制计数器1.同步⼆进制加法计数器2,同步⼆进制减法计数器3,集成同步⼆进制计数器CT74LS161(1)CT74LS161的引脚排列和逻辑功能⽰意图注:74LS163的引脚排列和74LS161相同,不同之处是74LS163采⽤同步清零⽅式.(2)CT74LS161的逻辑功能①=0时异步清零.C0=0②=1,=0时同步并⾏置数.③==1且CPT=CPP=1时,按照4位⾃然⼆进制码进⾏同步⼆进制计数.④==1且CPT·CPP=0时,计数器状态保持不变.4,反馈置数法获得N进制计数器⽅法如下:·写出状态SN-1的⼆进制代码.·求归零逻辑,即求置数控制端的逻辑表达式.·画连线图.(集成计数器中,清零,置数均采⽤同步⽅式的有74LS163;均采⽤异步⽅式的有74LS193,74LS197,74LS192;清零采⽤异步⽅式,置数采⽤同步⽅式的有74LS161,74LS160;有的只具有异步清零功能,如CC4520,74LS190,74LS191;74LS90则具有异步清零和异步置9功能.等等)试⽤CT74LS161构成模⼩于16的N进制计数器5,同步⼆进制加/减计数器⼆,同步⼗进制加法计数器8421BCD码同步⼗进制加法计数器电路分析三,集成同计数器1,集成⼗进制同步加法计数器CT74LS160(1)CT74LS160的引脚排列和逻辑功能⽰意图图7.3.3 CT74LS160的引脚排列图和逻辑功能⽰意图(2)CT74LS160的逻辑功能①=0时异步清零.C0=0②=1,=0时同步并⾏置数.③==1且CPT=CPP=1时,按照BCD码进⾏同步⼗进制计数.④==1且CPT·CPP=0时,计数器状态保持不变.2.集成⼗进制同步加/减计数器CT74LS190其逻辑功能⽰意图如教材图7.3.15所⽰.功能如教材表7.3.10所⽰.集成计数器⼩结:集成⼗进制同步加法计数器74160,74162的引脚排列图,逻辑功能⽰意图与74161,74163相同,不同的是,74160和74162是⼗进制同步加法计数器,⽽74161和74163是4位⼆进制(16进制)同步加法计数器.此外,74160和74162的区别是,74160采⽤的是异步清零⽅式,⽽74162采⽤的是同步清零⽅式.74190是单时钟集成⼗进制同步可逆计数器,其引脚排列图和逻辑功能⽰意图与74191相同.74192是双时钟集成⼗进制同步可逆计数器,其引脚排列图和逻辑功能⽰意图与74193相同.7.3.3 利⽤计数器的级联获得⼤容量N进制计数器计数器的级联是将多个计数器串接起来,以获得计数容量更⼤的N进制计数器.1,异步计数器⼀般没有专门的进位信号输出端,通常可以⽤本级的⾼位输出信号驱动下⼀级计数器计数,即采⽤串⾏进位⽅式来扩展容量.举例:74LS290(1)100进制计数器(2)64进制计数器2,同步计数器有进位或借位输出端,可以选择合适的进位或借位输出信号来驱动下⼀级计数器计数.同步计数器级联的⽅式有两种,⼀种级间采⽤串⾏进位⽅式,即异步⽅式,这种⽅式是将低位计数器的进位输出直接作为⾼位计数器的时钟脉冲,异步⽅式的速度较慢.另⼀种级间采⽤并⾏进位⽅式,即同步⽅式,这种⽅式⼀般是把各计数器的CP端连在⼀起接统⼀的时钟脉冲,⽽低位计数器的进位输出送⾼位计数器的计数控制端.举例:74161(1)60进制(2)12位⼆进制计数器(慢速计数⽅式)12位⼆进制计数器(快速计数⽅式)7.4 寄存器和移位寄存器寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的.⼀个触发器可以存储1位⼆进制代码,存放n位⼆进制代码的寄存器,需⽤n个触发器来构成.按照功能的不同,可将寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两⼤类.基本寄存器只能并⾏送⼊数据,需要时也只能并⾏输出.移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作⽤下依次逐位右移或左移,数据既可以并⾏输⼊,并⾏输出,也可以串⾏输⼊,串⾏输出,还可以并⾏输⼊,串⾏输出,串⾏输⼊,并⾏输出,⼗分灵活,⽤途也很⼴.7.4.1 基本寄存器概念:在数字电路中,⽤来存放⼆进制数据或代码的电路称为寄存器.1,单拍⼯作⽅式基本寄存器⽆论寄存器中原来的内容是什么,只要送数控制时钟脉冲CP上升沿到来,加在并⾏数据输⼊端的数据D0～D3,就⽴即被送⼊进寄存器中,即有:2.双拍⼯作⽅式基本寄存器(1)清零.CR=0,异步清零.即有:(2)送数.CR=1时,CP上升沿送数.即有:(3)保持.在CR=1,CP上升沿以外时间,寄存器内容将保持不变.7.4.2 移位寄存器1.单向移位寄存器四位右移寄存器:时钟⽅程:驱动⽅程:状态⽅程:右移位寄存器的状态表:输⼊现态说明Di CP1 ↑1 ↑1 ↑1 ↑0 0 0 01 0 0 01 1 0 01 1 1 01 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 1连续输⼊4个1单向移位寄存器具有以下主要特点:单向移位寄存器中的数码,在CP脉冲操作下,可以依次右移或左移.n位单向移位寄存器可以寄存n位⼆进制代码.n个CP脉冲即可完成串⾏输⼊⼯作,此后可从Q0～Qn-1端获得并⾏的n位⼆进制数码,再⽤n个CP脉冲⼜可实现串⾏输出操作.若串⾏输⼊端状态为0,则n个CP脉冲后,寄存器便被清零.2.双向移位寄存器M=0时右移M=1时左移3.集成双向移位寄存器74LS194CT74LS194的引脚排列图和逻辑功能⽰意图:CT74LS194的功能表:⼯作状态0 × × ×1 0 1 ↑1 1 0 ↑1 1 1 ×异步清零保持右移左移并⾏输⼊7.4.3 移位寄存器的应⽤⼀,环形计数器1,环形计数器是将单向移位寄存器的串⾏输⼊端和串⾏输出端相连, 构成⼀个闭合的环.结构特点:,即将FFn-1的输出Qn-1接到FF0的输⼊端D0.⼯作原理:根据起始状态设置的不同,在输⼊计数脉冲CP的作⽤下,环形计数器的有效状态可以循环移位⼀个1,也可以循环移位⼀个0.即当连续输⼊CP脉冲时,环形计数器中各个触发器的Q端或端,将轮流地出现矩形脉冲.实现环形计数器时,必须设置适当的初态,且输出Q3Q2Q1Q0端初始状态不能完全⼀致(即不能全为"1"或"0"),这样电路才能实现计数, 环形计数器的进制数N与移位寄存器内的触发器个数n相等,即N=n2,能⾃启动的4位环形计数器状态图:由74LS194构成的能⾃启动的4位环形计数器时序图⼆,扭环形计数器1,扭环形计数器是将单向移位寄存器的串⾏输⼊端和串⾏反相输出端相连,构成⼀个闭合的环.实现扭环形计数器时,不必设置初态.扭环形计数器的进制数N与移位寄存器内的触发器个数n满⾜N=2n的关系结构特点为:,即将FFn-1的输出接到FF0的输⼊端D0.状态图:2,能⾃启动的4位扭环形计数器7.4.4 顺序脉冲发⽣器在数字电路中,能按⼀定时间,⼀定顺序轮流输出脉冲波形的电路称为顺序脉冲发⽣器.顺序脉冲发⽣器也称脉冲分配器或节拍脉冲发⽣器,⼀般由计数器(包括移位寄存器型计数器)和译码器组成.作为时间基准的计数脉冲由计数器的输⼊端送⼊,译码器即将计数器状态译成输出端上的顺序脉冲,使输出端上的状态按⼀定时间,⼀定顺序轮流为1,或者轮流为0.前⾯介绍过的环形计数器的输出就是顺序脉冲,故可不加译码电路即可直接作为顺序脉冲发⽣器.⼀,计数器型顺序脉冲发⽣器计数器型顺序脉冲发⽣器⼀般⽤按⾃然态序计数的⼆进制计数器和译码器构成.举例:⽤集成计数器74LS163和集成3线-8线译码器74LS138构成的8输出顺序脉冲发⽣器.⼆,移位型顺序脉冲发⽣器◎移位型顺序脉冲发⽣器由移位寄存器型计数器加译码电路构成.其中环形计数器的输出就是顺序脉冲,故可不加译码电路就可直接作为顺序脉冲发⽣器.◎时序图:◎由CT74LS194构成的顺序脉冲发⽣器见教材P233的图7.4.6和图7.4.77.5 同步时序电路的设计(略)7.6 数字系统⼀般故障的检查和排除(略)本章⼩结计数器是⼀种应⽤⼗分⼴泛的时序电路,除⽤于计数,分频外,还⼴泛⽤于数字测量,运算和控制,从⼩型数字仪表,到⼤型数字电⼦计算机,⼏乎⽆所不在,是任何现代数字系统中不可缺少的组成部分.计数器可利⽤触发器和门电路构成.但在实际⼯作中,主要是利⽤集成计数器来构成.在⽤集成计数器构成N进制计数器时,需要利⽤清零端或置数控制端,让电路跳过某些状态来获得N进制计数器.寄存器是⽤来存放⼆进制数据或代码的电路,是⼀种基本时序电路.任何现代数字系统都必须把需要处理的数据和代码先寄存起来,以便随时取⽤.寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两⼤类.基本寄存器的数据只能并⾏输⼊,并⾏输出.移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作⽤下依次逐位右移或左移,数据可以并⾏输⼊,并⾏输出,串⾏输⼊,串⾏输出,并⾏输⼊,串⾏输出,串⾏输⼊,并⾏输出.寄存器的应⽤很⼴,特别是移位寄存器,不仅可将串⾏数码转换成并⾏数码,或将并⾏数码转换成串⾏数码,还可以很⽅便地构成移位寄存器型计数器和顺序脉冲发⽣器等电路.在数控装置和数字计算机中,往往需要机器按照⼈们事先规定的顺序进⾏运算或操作,这就要求机器的控制部分不仅能正确地发出各种控制信号,⽽且要求这些控制信号在时间上有⼀定的先后顺序.通常采取的⽅法是,⽤⼀个顺序脉冲发⽣器来产⽣时间上有先后顺序的脉冲,以控制系统各部分协调地⼯作.顺序脉冲发⽣器分计数型和移位型两类.计数型顺序脉冲发⽣器状态利⽤率⾼,但由于每次CP信号到来时,可能有两个或两个以上的触发器翻转,因此会产⽣竞争冒险,需要采取措施消除.移位型顺序脉冲发⽣器没有竞争冒险问题,但状态利⽤率低.。
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。
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。
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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
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4（再循 0 环）
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计数脉 Q1 Q0 冲
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3（再 0 循环）
0
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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
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（c）第2个CP脉冲之后
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（d）第3个CP脉冲之后
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（e）第4个CP脉冲之后
1010
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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。
利用D触发器构成计数器
数字电路实验设计：D触发器组成的4位异步二进制加法计数器一、选用芯片74LS74，管脚图如下：说明：74LS74是上升沿触发的双D触发器, D触发器的特性方程为二、设计方案：用触发器组成计数器。
触发器具有0 和1两种状态，因此用一个触发器就可以表示一位二进制数。
如果把n个触发器串起来，就可以表示n位二进制数。
对于十进制计数器，它的10 个数码要求有10 个状态，要用4位二进制数来构成。
下图是由D触发器组成的4位异步二进制加法计数器。
三、实验台：四、布线：1、将芯片（1）的引脚4、10连到一起，2、将芯片（2）的引脚4、10连到一起，3、将芯片（1）的引脚10和芯片（2）的引脚10连到一起，4、将芯片（1）的引脚10连到+5V；5、将芯片（1）的引脚1、13连到一起，6、将芯片（2）的引脚1、13连到一起，7、将芯片（1）的引脚13和芯片（2）的引脚13连到一起，8、将芯片（1）的引脚13连到+5V；9、将芯片（1）的引脚3接到时钟信号CP10、将芯片（1）的引脚2、6接到一起，再将引脚2接到引脚1111、将芯片（1）的引脚8、12接到一起，再将芯片（1）的引脚8接到芯片（2）的引脚312、将芯片（2）的引脚2、6接到一起，再将引脚6接到引脚1113、将芯片（1）的引脚5、9分别接到Q0、Q1，再将芯片（2）的引脚5、9分别接到Q2、Q314、分别将两芯片的14脚接电源+5V，分别将两芯片的7脚接地0V。
五、验证：接通电源on，默认输出原始状态0000每输入一个CP信号（单击CP），的状态就会相应的变化，变化规律为0000（原始状态）、1000、0100、1100、0010、1010、0110、1110、0001、1001、0101、1101、0011、1011、0111、1111。
异步二进制加法计数器1电路组成18页PPT
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6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
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9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
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
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。
数字电路实验3计数器教材
实验八计数器一、实验目的1．熟悉由集成触发器构成的计数器电路及其工作原理。
2．熟悉掌握常用中规模集成电路计数器及其应用方法。
二、实验原理和电路所谓计数，就是统计脉冲的个数，计数器就是实现“计数”操作的时序逻辑电路。
计数器的应用十分广泛，不仅用来计数，也可用作分频、定时等。
计数器种类繁多。
根据计数体制的不同，计数器可分成二进制（即2”进制）计数器和非二进制计数器两大类。
在非二进制计数器中，最常用的是十进制计数器，其它的一般称为任意进制计数器。
根据计数器的增减趋势不同，计数器可分为加法计数器—随着计数脉冲的输入而递增计数的；减法计数器—随着计数脉冲的输入而递减的；可逆计数器—既可递增，也可递减的。
根据计数脉冲引入方式不同，计数器又可分为同步计数器—计数脉冲直接加到所有触发器的时钟脉冲（CP）输入端；异步计数器—计数脉冲不是直接加到所有触发器的时钟脉冲（CP）输入端。
1.异步二进制加法计数器异步二进制加法计数器是比较简单的。
图 1.8.1(a)是由4个JK（选用双JK74LS112）触发器构成的4位二进制（十六进制）异步加法计数器，图1.8.1(b)和（c）分别为其状态图和波形图。
对于所得状态图和波形图可以这样理解：触发器FF O（最低位）在每个计数沿（CP）的下降沿（1 → 0）翻转，触发器FF1的CP端接FF0的Q0端，因而当FF O（Q O）由1→ 0时，FF1翻转。
类似地，当FF1（Q1）由1→0时，FF2翻转，FF2（Q2）由1→0时，FF3翻转。
4位二进制异步加法计数器从起始态0000到1111共十六个状态，因此，它是十六进制加法计数器，也称模16加法计数器（模M=16）。
从波形图可看到，Q0 的周期是CP周期的二倍；Q1 是Q0的二倍，CP的四倍；Q2是Q1 的二倍，Q0的四倍，CP的八倍；Q3是Q2的二倍，Q1的四倍，Q0的八倍，CP的十六倍。
所以Q0 、Q1、Q2、Q3分别实现了二、四、八、十六分频，这就是计数器的分频作用。
计数器的原理
计数器的原理为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。
计数脉冲和各触发器输出端的波形如图2所示。
图2直观地反映出最低位触发器Q0在CP 脉冲后沿触发，而各高位触发器又是在相邻低位触发器输出波形的后沿触发。
从图中还可以看出每经过一级触发器，脉冲波形的周期就增加1倍，即频率降低一半，则从Q0引出的脉冲对计数脉冲为两（21）分频，从Q1引出的脉冲对计数脉冲为四（22）分频，依此类推，从n位触发器输出端Q n引出的脉冲对计数脉冲为2n分频，因此，计数器可以用于分频电路。
对异步二进制加法计数器的特点归纳如下：1）计数器由若干个计数型触发器所组成，各触发器之间的连接方式取决于触发器的类型。
如由脉冲下降沿触发的触发器组成，则进位信号从Q端引出，如用脉冲上升沿触发的触发器构成计数器，则进位信号从Q端引出。
2）n个触发器具有2n个状态，其计数容量（即能记住的最大二进制数）为2n-1。
表1 4位异步二进制加法计数器状态表3）图1所示的二进制计数器的CP脉冲只加到最低位触发器，其他各位触发器则由相邻低位触发器的进位脉冲来触发，因此其状态的变换有先有后，是异步的，其计数的速度难以提高。
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。
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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。