二进制计数器的同步二进制计数器

如题所述

同步计数器中,各触发器的翻转与时钟脉冲同步。
同步计数器的工作速度较快,工作频率也较高。
为了提高计数速度,可采用同步计数器,其特点是,计数脉冲同时接于各位触发器的时钟脉冲输入端,当计数脉冲到来时,各触发器同时被触发,应该翻转的触发器是同时翻转的,没有各级延迟时间的积累问题。同步计数器也可称为并行计数器 。
1.同步二进制加法计数器
(1)设计思想 :
① 所有触发器的时钟控制端均由计数脉冲CP输入,CP的每一个触发沿都会使所有的触发器状态更新。
② 应控制触发器的输入端,可将触发器接成T触发器。
当低位不向高位进位时,令高位触发器的T=0,触发器状态保持不变;
当低位向高位进位时,令高位触发器的T=1,触发器翻转,计数加1。
(2)当低位全1时再加1,则低位向高位进位 。
1+1=1
11+1=100
111+1=1000
1111+1=10000
图8.4.5是用JK触发器(但已令J=K)组成的4位二进制(M=16)同步加计数器。
由图可见,各位触发器的时钟脉冲输入端接同一计数脉冲CP ,各触发器的驱动方程分别为J0=K0=1,J1=K1=Q0、J2=K2=Q0Q1、 J3=K3=Q0Q1Q2 。
根据同步时序电路的分析方法,可得到该电路的状态表,如表8.4.1所示。设从初态0000开始,因为J0=K0=1,所以每输入一个计数脉冲CP,最低位触发器FF0就翻转一次,其他位的触发器FFi仅在 Ji=Ki=Qi-1Qi-2……Q0=1的条件下,在CP 下降沿到来时才翻转。
图8.4.6是图8.4.5电路的时序图,其中虚线是考虑触发器的传输延迟时间tpd 后的波形。由此图可知,在同步计数器中,由于计数脉冲CP 同时作用于各个触发器,所有触发器的翻转是同时进行的,都比计数脉冲CP 的作用时间滞后一个tpd ,因此其工作速度一般要比异步计数器高。
应当指出的是,同步计数器的电路结构较异步计数器复杂,需要增加一些输入控制电路,因而其工作速度也要受这些控制电路的传输延迟时间的限制。
2.同步二进制减法计数器
(1)设计思想 :
① 所有触发器的时钟控制端均由计数脉冲CP输入,CP的每一个触发沿都会使所有的触发器状态更新。
② 应控制触发器的输入端,可将触发器接成T触发器。
当低位不向高位借位时,令高位触发器的T=0,触发器状态保持不变;
当低位向高位借位时,令高位触发器的T=1,触发器翻转,计数减1。
(2)触发器的翻转条件是:当低位触发器的Q端全1时再减1,则低位向高位借位 。
10-1=1
100-1=11
1000-1=111
10000-1=1111
3.同步二进制可逆计数器
将加法和减法计数器综合起来,由控制门进行转换,可得到可逆计数器。
S为加/减控制端
S=1时,加法计数
S=0时,减法计数
实际应用中,有时要求一个计数器即能作加计数又能作减计数。同时兼有加和减两种计数功能的计数器称为可逆计数器。
4位二进制同步可逆计数器如图8.4.7所示,它是在前面介绍的4位二进制同步加和减计数器的基础上,增加一控制电路构成的。由图可知,各触发器的驱动方程分别为
当加/减控制信号X=1时,FF1-FF3中的各J、K 端分别与低位各触发器的Q 端接通,进行加计数;当X=0时,各J、K 端分别与低位各触发器的Q 端接通,进行减计数,实现了可逆计数器的功能 。

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