異步計數(shù)器課件

復習如果計數(shù)脈沖CP的頻率為f0，希望得到八分頻的輸出波形，需幾進制計數(shù)器？異步二進制計數(shù)器的構成方法？8/27/20231復習如果計數(shù)脈沖CP的頻率為f0，希望得到八分頻的輸出波重點：

1．實現(xiàn)任意進制異步計數(shù)器的脈沖反饋法。

2．同步計數(shù)器的分析方法。

8/27/20232重點：1．實現(xiàn)任意進制異步計數(shù)器的脈沖反饋法。2

任意進制計數(shù)器是指計數(shù)器的模N不等于2n的計數(shù)器。5.3任意進制計數(shù)器在異步二進制計數(shù)器的基礎上，通過脈沖反饋或阻塞反饋來實現(xiàn)。5.3.1異步計數(shù)器返回1．脈沖反饋式（以10進制計數(shù)器為例）

①設計思想：通過反饋線和門電路來控制二進制計數(shù)器中各觸發(fā)器的RD端，以消去多余狀態(tài)（無效狀態(tài)）構成任意進制計數(shù)器。8/27/20233任意進制計數(shù)器是指計數(shù)器的模N不等于2n的計數(shù)器。5.②實現(xiàn)10進制計數(shù)器的工作原理：4位二進制加法計數(shù)器從0000到1001計數(shù)。當?shù)谑畟€計數(shù)脈沖CP到來后，計數(shù)器變?yōu)?010狀態(tài)瞬間，要求計數(shù)器返回到0000。顯然，1010狀態(tài)存在的時間極短（通常只有10ns左右），可以認為實際出現(xiàn)的計數(shù)狀態(tài)只有0000~1001，所以該電路實現(xiàn)了十進制計數(shù)功能。當計數(shù)器變?yōu)?000狀態(tài)后，RD又迅速由0變?yōu)?狀態(tài)，清零信號消失，可以重新開始計數(shù)?？闪頡D=Q1Q3，當1010狀態(tài)時Q1、Q3同時為1，RD=0，使各觸發(fā)器置0。8/27/20234②實現(xiàn)10進制計數(shù)器的工作原理：4位二進制加法計數(shù)器從00CP順序Q3

Q2

Q1

Q0等效十進制數(shù)0000001000112001023001134010045010156011067011178100089100191000000③狀態(tài)轉換表

表14－9十進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉換表短暫過渡狀態(tài)1010

8/27/20235CP順序Q3Q2Q1Q0等效十進④狀態(tài)轉換圖

圖5-22十進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉換圖10個穩(wěn)定狀態(tài)短暫過渡狀態(tài)10108/27/20236④狀態(tài)轉換圖圖5-22十進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉⑤邏輯電路圖

圖5-23異步十進制加法計數(shù)器取狀態(tài)1010異步置0仿真

8/27/20237⑤邏輯電路圖圖5-23異步十進制加法計數(shù)器取狀態(tài)1⑥時序圖

圖5-24異步十進制加法計數(shù)器時序圖00000000十進制8/27/20238⑥時序圖圖5-24異步十進制加法計數(shù)器時序圖02．阻塞反饋式（以10進制計數(shù)器為例）

①設計思想：通過反饋線和門電路來控制二進制計數(shù)器中某些觸發(fā)器的輸入端，以消去多余狀態(tài)（無效狀態(tài)）來構成任意進制計數(shù)器。②邏輯電路圖

圖5-25阻塞反饋式異步十進制加法計數(shù)器CP3=Q1

進位信號C=Q3Q0

J3=Q2Q1

J1=Q3

8/27/202392．阻塞反饋式（以10進制計數(shù)器為例）①③實現(xiàn)10進制計數(shù)器的計數(shù)原理：由于J1=Q3=1，計數(shù)器從0000狀態(tài)到0111狀態(tài)的計數(shù)，其過程與二進制加法計數(shù)器完全相同；

當計數(shù)器為0111狀態(tài)時，由于J1=1、J3=Q2Q1=1，若第八個CP計數(shù)脈沖到來，使Q0、Q1、Q2均由1變?yōu)?，Q3由0變?yōu)?，計數(shù)器的狀態(tài)變?yōu)?000；第九個CP計數(shù)脈沖到來后，計數(shù)器的狀態(tài)變?yōu)?001，同時進位端C=Q0Q3=1；8/27/202310③實現(xiàn)10進制計數(shù)器的計數(shù)原理：由于J1=Q3=1第十個CP計數(shù)脈沖到來后，因為此時J1=Q3=0，從Q0送出的負脈沖（Q0由1變?yōu)?時）不能使觸發(fā)器F1翻轉；但是，由于J3=Q2Q1=0、K3=1，Q0能直接觸發(fā)F3，使Q3由1變?yōu)?，計數(shù)器的狀態(tài)變?yōu)?000，從而使計數(shù)器跳過1010~1111六個狀態(tài)直接復位到0000狀態(tài)。此時，進位端C由1變?yōu)?，向高位計數(shù)器發(fā)出進位信號。可見，該電路實現(xiàn)了十進制加法計數(shù)器的功能。仿真

8/27/202311第十個CP計數(shù)脈沖到來后，因為此時J1=Q3=0，從QCP順序Q3

Q2

Q1

Q0C等效十進制數(shù)000000010001012001002300110340100045010105601100670111078100008910011910000000④狀態(tài)轉換表

表5-10十進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉換表進位信號C=Q3Q0

J3=Q2Q1

CP3=Q1

J1=Q3

8/27/202312CP順序Q3Q2Q1Q0C等⑤狀態(tài)轉換圖

圖5-26異步十進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉換圖10個有效狀態(tài)構成計數(shù)環(huán)能自啟動⑥說明：六種無效狀態(tài)六種無效狀態(tài)自啟動是指若計數(shù)器由于某種原因進入無效狀態(tài)后，在連續(xù)時鐘脈沖作用下，能自動從無效狀態(tài)進入到有效計數(shù)狀態(tài)。

8/27/202313⑤狀態(tài)轉換圖圖5-26異步十進制加法計數(shù)5.3.2同步計數(shù)器

返回分析步驟：（1）寫驅動方程和輸出方程。（2）將驅動方程代入觸發(fā)器的特性方程，求出電路的狀態(tài)方程（Qn+1表達式）。（3）畫出相應的Qn+1卡諾圖，然后畫計數(shù)器的狀態(tài)卡諾圖。（4）列計數(shù)器的狀態(tài)轉換表，并畫狀態(tài)轉換圖和時序圖。（5）說明計數(shù)器的邏輯功能。下面介紹同步計數(shù)器的分析方法。計數(shù)器的分析：根據(jù)給定的邏輯電路圖，分析計數(shù)器狀態(tài)和它的輸出在輸入信號和時鐘信號作用下的變化規(guī)律。

8/27/2023145.3.2同步計數(shù)器返回分析步驟：下面介紹同步圖5-27同步計數(shù)器電路

例5-1試分析圖5-27所示計數(shù)器的邏輯功能。解：（1）根據(jù)給定的邏輯圖寫出驅動方程和輸出方程J=?K=?（驅動方程）Y=?（輸出方程）8/27/202315圖5-27同步計數(shù)器電路例5-1試分析圖5-27所解：（1）根據(jù)給定的邏輯圖寫出驅動方程和輸出方程（2）將驅動方程代入JK觸發(fā)器的特性方程，可以得到各觸發(fā)器的狀態(tài)方程

8/27/202316解：（2）將驅動方程代入JK觸發(fā)器的特性方程，（3）填Qn+1卡諾圖及計數(shù)器的狀態(tài)卡諾圖

圖5-28計數(shù)器的狀態(tài)卡諾圖（a）Q2n+1卡諾圖（b）Q1n+1卡諾圖（c）Q0n+1卡諾圖（d）計數(shù)器的狀態(tài)卡諾圖

8/27/202317（3）填Qn+1卡諾圖及計數(shù)器的狀態(tài)卡諾圖圖5-（4）列出狀態(tài)轉換表

表5-11例5-1電路的狀態(tài)轉換表Qn3

Qn2

Qn1Q2n+1

Q1n+1

Q0n+1Y0000010001010001001100111000100101010111001100001111000100000108/27/202318（4）列出狀態(tài)轉換表表5-11例5-1電路的狀態(tài)轉畫狀態(tài)轉換圖

圖5-29例5-1電路的狀態(tài)轉換圖

能自啟動7個有效狀態(tài)構成計數(shù)環(huán)8/27/202319畫狀態(tài)轉換圖圖5-29例5-1電路的狀態(tài)轉換圖能自畫時序圖（即工作波形圖）

圖5-30例5-1電路的時序圖

8/27/202320畫時序圖（即工作波形圖）圖5-30