4位同步計(jì)數(shù)器

同步計(jì)數(shù)器之所以被稱為是因?yàn)橛?jì)數(shù)器內(nèi)所有單個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入都由同一時(shí)鐘信號(hào)同時(shí)同時(shí)計(jì)時(shí)。

在之前的異步二進(jìn)制中在計(jì)數(shù)器教程中，我們看到一個(gè)計(jì)數(shù)器級(jí)的輸出直接連接到下一個(gè)計(jì)數(shù)器級(jí)的時(shí)鐘輸入，依此類推。

這樣的結(jié)果是異步計(jì)數(shù)器遭受了什么被稱為“傳播延遲”，其中定時(shí)信號(hào)通過(guò)每個(gè)觸發(fā)器延遲一小部分。

然而，使用同步計(jì)數(shù)器，外部時(shí)鐘信號(hào)連接到計(jì)數(shù)器內(nèi)每個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入使得所有觸發(fā)器同時(shí)（并行）同時(shí)計(jì)時(shí)，從而給出固定的時(shí)間關(guān)系。換句話說(shuō)，輸出的變化發(fā)生在與時(shí)鐘信號(hào)的“同步”中。

這種同步的結(jié)果是所有單獨(dú)的輸出位在響應(yīng)公共時(shí)鐘的同時(shí)改變狀態(tài)信號(hào)沒(méi)有紋波效應(yīng)，因此沒(méi)有傳播延遲。

二進(jìn)制4位同步遞增計(jì)數(shù)器

從上面可以看出，外部時(shí)鐘脈沖（要計(jì)數(shù)的脈沖）直接饋送到計(jì)數(shù)器鏈中的每個(gè)JK觸發(fā)器，并且 J 和 K 輸入全部在切換模式下連接在一起，但僅在第一個(gè)觸發(fā)器，觸發(fā)器 FFA （LSB）中它們連接為HIGH，邏輯“1”允許觸發(fā)器在每個(gè)時(shí)鐘脈沖上切換。然后，同步計(jì)數(shù)器響應(yīng)公共時(shí)鐘信號(hào)遵循預(yù)定的狀態(tài)序列，為每個(gè)脈沖提前一個(gè)狀態(tài)。

J 和 K 觸發(fā)器 FFB 的輸入直接連接到觸發(fā)器 FFA 的輸出 Q A ，但是觸發(fā)器的 J 和 K 輸入 FFC 和 FFD 由單獨(dú)的 AND 門也提供來(lái)自前一級(jí)輸入和輸出的信號(hào)。這些額外的 AND 門為下一級(jí)的JK輸入生成所需的邏輯。

如果我們使每個(gè)JK觸發(fā)器根據(jù)是否所有前面的翻轉(zhuǎn)都進(jìn)行切換觸發(fā)輸出（ Q ）為“HIGH”，我們可以獲得與異步電路相同的計(jì)數(shù)序列，但沒(méi)有紋波效應(yīng)，因?yàn)榇穗娐分械拿總€(gè)觸發(fā)器將在同一時(shí)間進(jìn)行時(shí)鐘控制。

然后由于同步計(jì)數(shù)器中沒(méi)有固有的傳播延遲，因?yàn)樗杏?jì)數(shù)器級(jí)同時(shí)并行觸發(fā)，這種頻率計(jì)數(shù)器的最大工作頻率遠(yuǎn)高于類似的異步計(jì)數(shù)器電路。

4位同步計(jì)數(shù)器波形時(shí)序圖

由于此4位同步計(jì)數(shù)器在每個(gè)時(shí)鐘脈沖上按順序計(jì)數(shù)，因此產(chǎn)生的輸出從0（ 0000 ）向上計(jì)數(shù)到15（ 1111 ）。因此，這種類型的計(jì)數(shù)器也稱為4位同步遞增計(jì)數(shù)器。

然而，我們可以輕松構(gòu)建一個(gè)4位同步遞減計(jì)數(shù)器b>通過(guò)將 AND 門連接到觸發(fā)器的 Q 輸出，如圖所示，產(chǎn)生與上述相反的波形時(shí)序圖。這里計(jì)數(shù)器以其所有輸出HIGH（ 1111 ）開(kāi)始，并且在重復(fù)之前，它會(huì)將每個(gè)時(shí)鐘脈沖的應(yīng)用計(jì)數(shù)到零，（ 0000 ）。

二進(jìn)制4位同步遞減計(jì)數(shù)器

>

同步計(jì)數(shù)器是通過(guò)將觸發(fā)器連接在一起形成的并且可以將任意數(shù)量的觸發(fā)器連接或“級(jí)聯(lián)”在一起以形成“除以n”二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，模數(shù)或“MOD”數(shù)仍然適用于異步計(jì)數(shù)器，因此十進(jìn)制計(jì)數(shù)器或BCD計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)從0到 2 n -1 可以與截?cái)嘈蛄幸黄饦?gòu)建。我們需要增加向上或向下同步計(jì)數(shù)器的MOD計(jì)數(shù)，它是一個(gè)額外的觸發(fā)器和 AND 門。

十進(jìn)制4位同步計(jì)數(shù)器

也可以使用同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)建一個(gè)4位十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，以產(chǎn)生從0到9的計(jì)數(shù)序列。標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器可以借助一些額外的計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制（十進(jìn)制10）計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)所需狀態(tài)序列的邏輯。達(dá)到“1001”計(jì)數(shù)后，計(jì)數(shù)器回流到“0000”。我們現(xiàn)在有十年或Modulo-10計(jì)數(shù)器。

十進(jìn)制4位同步計(jì)數(shù)器

額外的 AND 門檢測(cè)計(jì)數(shù)序列何時(shí)達(dá)到“1001”（二進(jìn)制10）并導(dǎo)致觸發(fā)器 FF3 切換在下一個(gè)時(shí)鐘脈沖。觸發(fā)器 FF0 在每個(gè)時(shí)鐘脈沖上切換。因此，計(jì)數(shù)被重置并在“0000”處重新開(kāi)始，產(chǎn)生同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

我們可以很容易地在上述計(jì)數(shù)器電路中重新安排額外的 AND 門產(chǎn)生其他計(jì)數(shù)數(shù)字，如Mod-12計(jì)數(shù)器，從“0000”到“1011”（0到11）計(jì)數(shù)12個(gè)狀態(tài)，然后重復(fù)使它們適合于時(shí)鐘等。

觸發(fā)同步計(jì)數(shù)器

同步計(jì)數(shù)器使用邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器改變“正邊沿”（上升沿）或“負(fù)邊沿”（下降沿）的狀態(tài)當(dāng)時(shí)鐘輸入改變狀態(tài)時(shí)，控制輸入上的時(shí)鐘脈沖導(dǎo)致一次計(jì)數(shù)。

通常，同步計(jì)數(shù)器在上升沿計(jì)數(shù)，即時(shí)鐘信號(hào)的低到高轉(zhuǎn)換和異步紋波計(jì)數(shù)器在下降沿計(jì)數(shù)，這是時(shí)鐘信號(hào)從高到低的轉(zhuǎn)換。

它波紋c似乎不尋常ounters使用時(shí)鐘周期的下降沿來(lái)改變狀態(tài)，但這樣可以更容易地將計(jì)數(shù)器鏈接在一起，因?yàn)橐粋€(gè)計(jì)數(shù)器的最高有效位（MSB）可以驅(qū)動(dòng)下一個(gè)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入。

這是有效的，因?yàn)楫?dāng)前一位從高位變?yōu)榈臀粫r(shí)，下一位必須改變狀態(tài) - 進(jìn)位必須發(fā)生在下一位的位置。同步計(jì)數(shù)器通常有一個(gè)進(jìn)位和一個(gè)進(jìn)位引腳，用于將計(jì)數(shù)器連接在一起而不會(huì)引入任何傳播延遲。

同步計(jì)數(shù)器摘要

然后總結(jié)一些關(guān)于同步計(jì)數(shù)器：

同步計(jì)數(shù)器可以由Toggle或D型觸發(fā)器構(gòu)成。

同步計(jì)數(shù)器比異步計(jì)數(shù)器更容易設(shè)計(jì)。

它們被稱為同步計(jì)數(shù)器，因?yàn)橛|發(fā)器的時(shí)鐘輸入都是一起計(jì)時(shí)的同時(shí)具有相同的時(shí)鐘信號(hào)。

由于這個(gè)公共時(shí)鐘脈沖，所有輸出狀態(tài)都會(huì)同時(shí)切換或改變。

全部時(shí)鐘輸入連接在一起沒(méi)有固有的傳播延遲。

同步計(jì)數(shù)器有時(shí)被稱為并行計(jì)數(shù)器，因?yàn)闀r(shí)鐘并行饋送到所有觸發(fā)器。

固有記憶c ircuit跟蹤計(jì)數(shù)器當(dāng)前狀態(tài)。

使用邏輯門控制計(jì)數(shù)序列。