N进制异步计数器设计方案
任意进制计数器的设计
任意进制计数器的设计【摘要】计数器集成芯片一般有4位二进制、8位二进制或十进制计数器，而在实际应用中，往往需要设计一个任意n进制计数器，本文给出它的设计方法和案例。
【关键词】计数器；清零一、利用反馈清零法获得计数器1 集成计数器清零方式异步清零方式：与计数脉冲cp无关，只要异步清零端出现清零信号，计数器立即被清零。
此类计数器有同步十进制加法计数器ct74ls160、同步4位二进制加法计数器ct74ls161、同步十进制加/减计数器ct74ls192、同步4位二进制加/减计数器ct74ls193等。
同步清零方式：与计数脉冲cp有关，同步清零端获得清零信号后，计数器并不立刻被清零，只是为清零创造条件，还需要再输入一个计数脉冲cp，计数器才被清零。
属于此类计数器有同步十进制加法计数器ct74ls162、同步4位二进制加法计数器ct74ls163、同步十进制加/减计数器ct74ls190、同步4位二进制加/减计数器ct74ls191等。
2 反馈清零法对于异步清零方式：应在输入第n个计数脉冲cp后，利用计数器状态sn进行译码产生清零信号加到异步清零端上，立刻使计数器清零，即实现了n计数器。
在计数器的有效循环中不包括状态sn，所以状态sn只在极短的瞬间出现称为过渡状态。
对于同步清零方式：应在输入第n-1个计数脉冲cp后，利用计数器状态sn-1进行译码产生清零信号，在输入第n个计数脉冲cp 时，计数器才被清零，回到初始零状态，从而实现n计数器。
可见同步清零没有过渡状态。
利用计数器的清零功能构成n计数器时，并行数据输入端可接任意数据，其方法如下：①写出n计数器状态的二进制代码。
异步清零方式利用状态sn，同步清零方式利用状态sn-1。
②写出反馈清零函数。
③画逻辑图。
例1 试用ct74ls160的异步清零功能构成六进制计数器。
解：①写出sn的二进制代码。
sn=s6=0110②写出反馈清零函数。
③画逻辑图。
如图1所示。
同步和异步十进制加法计数器的设计
同步和异步十进制加法计数器的设计全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：同步和异步是计算机系统中常用的两种通信机制，它们在十进制加法计数器设计中起到了至关重要的作用。
在这篇文章中，我们将深入探讨同步和异步十进制加法计数器的设计原理及应用。
让我们来了解一下十进制加法计数器的基本概念。
十进制加法计数器是一种用于执行十进制数字相加的数字电路。
它通常包含多个十进制加法器单元，每个单元用于对应一个十进制数位的运算。
在进行加法操作时，每个数位上的数字相加后，可能会产生进位，这就需要进位传递的机制来满足计数器的正确操作。
在同步十进制加法计数器中，每个十进制加法器单元都与一个时钟信号同步，所有的操作都按照时钟信号的节拍来进行。
具体来说，当一个数位的加法计算完成后，会将结果通过进位端口传递给下一个数位的加法器单元，这样就能确保每个数位的计算都是按照特定的顺序来进行的。
同步十进制加法计数器的设计较为简单，在时序控制方面有很好的可控性，但由于需要受限于时钟信号的频率，其速度受到了一定的限制。
在实际应用中，根据不同的需求可以选择同步或异步十进制加法计数器。
如果对计数器的速度要求较高，并且能够承受一定的设计复杂度，那么可以选择异步设计。
如果对计数器的稳定性和可控性要求较高，而速度不是首要考虑因素，那么同步设计可能更为适合。
无论是同步还是异步，十进制加法计数器的设计都需要考虑诸多因素，如延迟、数据传输、进位控制等。
通过合理的设计和优化，可以实现一个高性能和稳定的十进制加法计数器，在数字电路、计算机硬件等领域中有着广泛的应用。
同步和异步十进制加法计数器的设计都有其各自的优势和劣势，需要根据具体的需求来选择合适的设计方案。
通过不断的研究和实践，我们可以进一步完善十进制加法计数器的设计，为计算机系统的性能提升和应用拓展做出贡献。
希望这篇文章能够为大家提供一些启发和帮助，让我们共同探索数字电路设计的奥秘，开拓计算机科学的新境界。
第二篇示例：同步和异步计数器都是数字电路中常见的设计，用于实现特定的计数功能。
异步计数器工作原理
异步计数器工作原理
异步计数器是一种计数器，它不依赖于时钟信号来进行计数，而是通过输入信号的变化来进行计数。
它的工作原理如下：
1.异步计数器有两个输入端，一个是时钟输入端CLK，另一个是复位输入端RST。
当CLK输入端接收到一个上升沿或下降沿信号时，计数器就会进行一次计数。
当RST输入端接收到一个低电平信号时，计数器会被清零。
2.异步计数器的计数方式是通过触发器来实现的。
当CLK输入端接收到一个上升沿或下降沿信号时，触发器就会将当前的计数值保存到触发器中，并将计数器的状态转换为下一个状态。
3.异步计数器的输出是通过计数器的当前状态来决定的。
当计数器的当前状态为n时，输出就为n，如果当前状态为0，则输出为高电平或者低电平，具体取决于异步计数器的类型和设计。
总之，异步计数器是一种通过输入信号的变化来进行计数的计数器。
它不需要时钟信号来进行计数，因此可以在没有时钟信号的情况下进行计数。
但是，由于异步计数器的设计比较复杂，因此在实际应用中使用较少，通常使用同步计数器来代替。
同步和异步十进制加法计数器的设计
同步和异步十进制加法计数器的设计1. 引言1.1 引言在计算机科学领域，同步和异步十进制加法计数器是常见的设计。
它们可用于对数字进行加法运算，是数字逻辑电路中的重要组成部分。
同步计数器和异步计数器的设计原理和工作方式有所不同，各有优劣势。
同步十进制加法计数器是一种通过时钟信号同步运行的计数器，采用同步电路设计。
它的设计目的是确保每一位数字在同一时刻进行加法运算，以保证正确性和稳定性。
同步计数器具有较高的精确度和可靠性，但需要更多的电路元件和较复杂的控制逻辑。
与之相反，异步十进制加法计数器采用异步电路设计，每一位数字都根据前一位数字的状态自主运行。
这种设计方式减少了电路复杂度和功耗，但可能会造成计算不稳定或出错的情况。
在选择计数器设计时需要根据实际需求和应用场景进行权衡。
通过对同步和异步十进制加法计数器的设计进行比较分析，可以更好地理解它们的优劣势和适用范围。
结合实际的应用案例，可以更好地理解它们在数字逻辑电路中的作用和价值。
2. 正文2.1 设计目的在设计同步和异步十进制加法计数器时，我们的主要目的是实现一个能够对十进制数字进行加法运算的电路。
具体来说，我们希望设计一个可以接受两个十进制数字作为输入，并输出它们的和的计数器。
设计的目的是为了实现数字的加法计算，并且保证计数器的正确性、稳定性和效率。
在设计过程中，我们需要考虑到各种可能的输入情况，例如进位、溢出等，并确保计数器能够正确处理这些情况。
我们也希望设计出一个简洁、高效的电路，以确保在实际应用中能够满足性能要求。
我们也需要考虑到电路的功耗和面积，以确保设计的成本和资源利用是否合理。
设计同步和异步十进制加法计数器的目的是为了实现对十进制数字的加法运算，保证计数器的正确性和性能，并在满足需求的前提下尽可能地降低成本和资源消耗。
2.2 同步十进制加法计数器的设计同步十进制加法计数器是一种利用时钟脉冲同步输入和输出的数字电路，用于实现十进制加法运算。
基于LabVIEW计数器的设计
【正文】1.绪论电子计数器是一种基础测量仪器，到目前为止已有30多年的发展史，早期设计师们追求的目标主要是扩展测量范围再加上提高测量精度和稳定度等[1]，这些也是人们衡量电子计数器的技术水平，也是决定电子计数器价格高低的主要依据，随着科学技术的发展，用户对电子计数器也提出了新的要求，对于低档产品要求使用操作方便，量程足够宽，可靠性高，价格低。
而对于中高档产品，则要求高分辨率，高精度，高稳定度，高测量速率。
电子计数器是指能完成频率测量、时间测量、计数等功能的所有电子测量仪器的通称。
频率和时间是电子测量仪器技术领域中最基本的参量，因此电子计数器是一类重要的电子测量技术仪器，使仪器在小型化、耗电、可靠性等方面都大为改善。
尤其是与微处理器的结合使它体现了智能化，使得这类仪器的原理与设计发生了重大的变化。
数字电子技术几乎参透到了社会生产和生活的各个领域[2]，计数器是数字电路中使用最多的一种时序逻辑电路，计数器具有计数和分频的功能，是数字电路和计算机中广泛应用的一种逻辑部件[3]，计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲序列以及进行数字运算等[4]。
计数器的种类很多，从不同的角度出发，有不同的分类方法：按进位体制的不同，可分为二进制计数器，十进制计数器和任意进制计数器；按时钟脉冲输入方式的不同，可分为同步计数器和异步计数器；按计数过程中数字增减趋势的不同，可分为加计数器、减计数器和可逆计数器。
计数器可利用触发器和门电路构成，但在实际工作中，根据需要，通常利用集成计数器来构成任意进制的计数器。
目前中规模集成电路芯片常见的只有十进制计数器和十六进制计数器，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。
使用集成计数器构成任意进制计数器有着明显的优点，可使电路简化，减少连线，提高电路的可靠性[5,6]。
1.1课题的提出及研究意义1.1.1课题的提出对计数器的设计，大部分都是采用的EDA软件来实现的，也有采用单片机，VHDL 语言，PLC逻辑编程等来实现的，随着数字电路技术和计算机技术的飞速发展，EDA 技术取代了传统的电子设计方法而成为数字电路设计的主流。
fpga计数器原理
fpga计数器原理FPGA计数器是一种在可编程逻辑器件(FPGA)中实现计数器的方案。
FPGA是一种高度灵活的芯片，可以由用户按照具体需求进行编程，因此在实现各种逻辑电路中，FPGA被广泛应用。
计数器是一种常见的数字电路，用于计算输入脉冲信号的数量，也被广泛应用于数字信号处理、时间测量、频率测量等领域。
本文将介绍FPGA计数器的原理、设计和实现。
FPGA计数器的原理FPGA计数器的实现方案可以分为同步计数器和异步计数器两种。
同步计数器是基于时钟边沿触发的原理，每个时钟周期都可以更新计数器的值。
在FPGA中，时钟边沿可以通过PLL锁相环(Unit Phase Locked Loop)进行生成和控制。
异步计数器则是基于输入脉冲信号触发的原理，每当输入脉冲信号触发时，计数器的值加1。
下面分别介绍同步计数器和异步计数器的原理。
同步计数器同步计数器的实现原理是基于时钟边沿触发的原理，每个时钟周期都可以更新计数器的值。
在FPGA中，时钟边沿可以通过PLL锁相环进行生成和控制。
同步计数器的电路原理图如图1所示。
计数器的输入包括一个时钟信号CLK和一个重置信号RST。
计数器由4位二进制加法器和4位D触发器（D flip-flop）组成。
D0-D3为D 触发器的输入，Q0-Q3为D触发器的输出，Q0-Q3的值即为计数器的当前值。
时钟信号CLK 作为D触发器的时钟输入，每个时钟周期触发时计数器的值更新。
重置信号RST可以将计数器的值归零，以实现初始状态的确定。
在同步计数器的实现中，利用FPGA中的时钟控制功能，可以控制计数器的更新速率，实现各种不同的频率测量和时间计数功能。
异步计数器异步计数器的实现原理是基于输入脉冲信号触发的原理，每当输入脉冲信号触发时，计数器的值加1。
异步计数器的电路原理图如图2所示。
计数器的输入包括一个输入脉冲信号IN和一个重置信号RST。
计数器由4位二进制加法器和4位D触发器组成。
当输入脉冲信号IN触发时，计数器的值加1，直到计数器的值达到最大值时，计数器的值重新归零。
任意进制计数器的构成方法
之前例子中，如果74LS160芯片是 同步清零功能，异步预置功能呢，该如 何实现？状态也采8421码编码。
同步清零：6进制，第6个有效边沿清零0
同步 ，RD/ 应在状态5时有效
M=6，在SM-1=S5=0101时反馈使 RD 0，待第6个
上升沿到来时复位至0000态， RD 1。
异步预置：6进制，逢6预置0
异步 ，LD/ 在状态6时有效
M=6，当为SM=S6=0110时反馈使 LD0， 立刻预置成0000态，LD1 。
跳至 跳至
0态（跳转目标 只有一个：0，
不可设置）
0态或其它状态—由数 据输入端D的值决定，
即可设置。
异步：一有效立刻执行; 同步：有效后待有效边沿到时执行。
用74LS160 实现6进制计数器
方法一：置零法 利用74LS160的异步置零功能来实现
逢6清零 R D ( Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 ) ,L D 1 ,E E P 1 P
有四种功能：异步置零、同步预置、 保持和计数,四种功能优先级别是异步置 零>同步预置>保持>计数。
三、M<N的实现方法
实 现 方 法
置零功能
置数功能
置零法（复位法）：利用置零功能 分异步和同步
置数法（置位法）：利用预置数功能 分异步和同步
可从N个循 环状态的中 任一状态
可从N个循 环状态的中 任一状态
提示：同时使用置零和置数功能
任意进制 计数器的构成方法
基于FPGA的异步FIFO设计与实现
基于FPGA的异步FIFO设计与实现王伟国;张振东【摘要】随着现代数字电路系统密度和规模的不断扩大,一个系统中通常会包含多个时钟,因此不同时钟之间的数据传输成为亟待解决的问题.而一种可靠易行的解决方案就是异步FIFO.异步FIFO需要非常严格的多时钟技术,难以作出正确的设计合成和分析.本文提出了一种利用格雷码作为读写地址计数器的异步FIFO的设计方法,有效的避免了数据在不同时钟时间传输时遇到的亚稳态问题.并给出了综合仿真结果.%With the expanding of the density and scale of modern digital circuitry,a system will contain multiple clock.Therefore,the transfer of data between different clock becomes a serious problem needs to be solved.A reliable and feasible solution is asynchronous FIFO.Asynchronous FIFO require very strict clock technology,it is difficult to make the correct design of synthesis and analysis.This paper presents a design method of asynchronous FIFO which based on read/write counter in terms of gray code.This method effectively avoid the metastable state in the data transmission between different clock and given a comprehensive simulation results.【期刊名称】《聊城大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(025)003【总页数】6页(P79-84)【关键词】多时钟;异步fifo;verilog;HDL;格雷码【作者】王伟国;张振东【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033／中国科学院研究生院,北京100039【正文语种】中文【中图分类】TN4330 引言随着现代数字电路系统的实时数据处理能力的不断提高，逻辑电路的复杂程度和内核处理器的运算速度也快速增长，在使得一些复杂算法得以实现的同时也加剧了快速CPU与慢速外设之间的冲突.异步FIFO大量数据缓存的能力成功的解决了这一问题，但专用的高速异步FIFO芯片价格昂贵，且容量受限，随着现场可编程逻辑器件容量和速度的不断提高，利用现场可编程逻辑器件设计异步FIFO成为可行的方法.本文首先讨论了异步FIFO设计中经常出现的亚稳态问题和二进制计数器多位同时改变的问题，并给出解决办法，然后讨论了两种格雷码计数器的形式并作出比较，最后给出一种以格雷码为读写地址计数器的异步FIFO的设计方法和在设计异步FIFO时必须要注意的细节.1 多时钟电路中的亚稳态问题在一个时序电路中，合理的建立时间和保持时间是触发器正常工作的前提条件.对于下降沿触发的触发器而言，下降沿触发之前输入数据持续的最短时间是建立时间（setup time），下降沿触发之后输入数据持续的最短时间是保持时间（hold time）.当电路时序不能满足setup time／hold time的要求时，系统时序就会出现混乱.在异步时序电路中，不同时钟之间是不存在任何关系的，必然会产生建立时间和保持时间冲突.解决系统时序问题常用双锁存器法如下图1所示，即在不同时钟之间传输数据时连续锁存两次.但是这种方法只是保证了电平的稳定，而在实际的系统中还需要FIFO作为不同时钟之间传输多位数据的接口.图1 避免亚稳态出现的双锁存器法2 异步FIFO指针对于同步FIFO来说，使用一个计数器计算读出和写入到FIFO缓存器中的数据量，计数器在只有写没读是递增，只读没写是递减，既读又写和没读也没写时保持不变.当计数器到达设定值时FIFO满信号置位，为零时空信号置位.在异步FIFO中，由于这种计算数据个数增减的计数器会被两个不同的时钟控制，因此这种计数器不能使用.所以，为了决定FIFO“空”和“满”状态，读指针和写指针必须相互比较.设计FIFO最主要的困难是生成FIFO指针和找到一个决定FIFO“空”和“满”状态的可靠方法.在FIFO设计中，读指针和写指针总是指向下一个要读和写的地址空间.当读或写操作完成后指针自动递增，当FIFO是空时读指针和写指针相等，当FIFO满时读指针和写指针也是相等.一种解决的方法是增加一个多余的MSB位来区分两种状态，当写指针递增超过地址范围时，写指针会递增MSB位，其他位清零，读指针同样也是.当读指针和写指针的MSB位不同时，意味着写指针比读指针多走了一圈，当MSB位相同时意味着走的圈数相等（如图2所示）图2 增加多余MSB后区分FIFO空和FIFO满的方法示意图当FIFO存储缓冲区需要（n－1）位地址时，地址指针用n位，当指针相等（包括MSB位）时空标志置位，当指针低（n－1）位相等且MSB位不等时满标志置位.2.1 二进制FIFO指针的情况二进制地址计数量会有多个位同时变化，因此在把二进制量在不同时钟域之间同步时会出现问题.一个解决的方法是取样并把周期计数量寄存在一个保持寄存器中，并发出一个ready信号，新时钟域收到信号并发出确认信号，这样变化的计数量就安全的传送到新时钟域.用这种方法不会产生上溢和下溢，因为当读指针递增到与写指针相等时，空信号置位，取样的写指针不反映当前写指针的值，而是小于当前值，故永远不能产生下溢，满信号也是如此.最常用的解决方法是用格雷码计数器，格雷码在每个时钟只有一位变换可以极大的减少在同步计数时错误的发生.3 格雷码计数器设计格雷码计数器的方法有很多，这里介绍二种简单直接的方法.下面详细介绍两种方法.3.1 格雷码计数器中的问题为了更好的理解把n-bit计数器转换成（n－1）-bit计数器时出现的问题，先考虑一下一个双重4-bit和3-bit格雷码计数器的例子如图3.图3 4-bit格雷码计数器示例及转换成3-bit格雷码时出现的问题在4-bit计数器中除了MSB位其余位关于中间对称，我们把2nd MSB位反相后，上半部分与下半部分的LSBs便相等.但是经过反相操作后整体便不是格雷码了，例如15（1100）到0（0000）的转变过程有两个bits变化，在下面的第一种格雷码计数器中会有解决方法.3.2 第一种格雷码计数器图4是第一种计数器的框图并是双重格雷码计数器中两个bits同时跳变的解决方法.其中假设输出寄存器的值是格雷码（ptr），此格雷码被输出到格雷码到二进制的转换器中，然后通过一个有条件递增的加法器并输出下一个格雷码值（gnext），连接到输出寄存器的输入端，如框图上半部分所示.（n－1）-bit格雷码简单地通过n-bit格雷码的2个MSBs的异或操作产生，（n－2）个LSBs不变.图4 第一种格雷码计数器示意图及其如何避免了两位同时跳变问题3.3 第二种格雷码计数器此种风格的格雷计数器（如图5所示）用了两组寄存器避免了把格雷码转换成二进制数的步骤.而且第二组寄存器也可以直接用来寻址FIFO存储器.n-bit格雷码指针仍然需要同步到不同的时钟域中.二进制指针可以更容易的通过计算产生“几乎满”和“几乎空”信号.因此在本论文的设计中用此种风格的格雷码计数器.图5 第二种格雷码计数器工作示意图4 总体设计及“空”和“满”信号的产生总体设计如图6所示，本设计方案共有四个模块，双口RAM模块，读控制模块，写控制模块，格雷码同步模块.写控制模块主要是当写使能信号有效且写满信号无效时产生写地址并实行地址递增功能，读控制模块实现相似功能，双口RAM模块用来使缓冲数据其读写动作可同时进行.4.1 “空”和“满”信号的产生“空”信号的产生比较简单，只需同步到读时钟域的写地址格雷码与n-bit的读指针的格雷码完全相等即可代码如下图6 异步FIFO总体设计框图及其信号说明但是，“满”信号的产生就没那么容易，简单地用n-bit格雷码作比较判断“满”信号是不可靠的.因为格雷码除了MSB位外是对称的如图3所示.在图3中假如写指针和读指针都指向地址7，此时写指针递增一次后，写指针指向地址8，读指针和写指针相比较，除了MSB位不同外其余各位均相等，满信号此时有效，但这是不符合实际情况的，错误的.这也是为什么在图4中应用双重n-bit格雷码计数器的一个原因.正确判断满信号的条件是：读写指针的n-bit格雷码的前两个MSBs都不相等，其余的写指针和同步读针相等.代码如下4.2 不同时钟速度因为异步FIFO被两个不同的时钟控制，很明显两个时钟运行在不同的速度下.当把较快的时钟同步到较慢的时钟时，会有一些计数值被跳过.当被同步的格雷码递增两次只被取样一次时也不会出现亚稳态问题，因为亚稳态出现在同步时钟上升沿附近有多位同时跳变时，而在两个同步时钟沿之间有格雷码跳变两次，第一次跳变距离同步时钟条边沿较远，只有第二次跳变在同步时钟沿附近，故不会产生亚稳态.当较快的格雷码计数器在较慢时钟沿之间递增多于一次，不会出现已经溢出却没有检测到的现象，因为同步到写时钟域的读指针滞后于当前的读指针，而写指针只会小于或等于同步读指针，故不会出现溢出.5 设计仿真及总结本设计采用Xilinx公司Spartan3A系列的XC3S1400A，封装时PG484，速度是－4，仿真器是ISE Simulator（VHDL／Verilog），硬件描述语言是Verilog，开发工具是ISE.最后对电路进行时序分析，结果为该FIFO运行速度可达到90.63MHz.wclk、rclk时钟周期分别为：75MHz、80MHz.先向FIFO中写入18个数据，当第16个数据被读入后wfull立即被置位如下图7.图7 写满仿真结果同时向FIFO中写入和读出数据，由于wptr要经过两个读周期才能同步到读时钟域，故在waddr递增后的第二个rclk的上升沿rempty才清零如下图8所示.本文对异步FIFO的结构和重要时序问题给予了详细的阐述，并得到了可靠的仿真结果.在高速数据采集系统中，采用高性能FPGA作为数据预处理和高速异步FIFO 作为数据采集缓存的应用都十分广泛.把FIFO集成在FPGA中简化了电路设计的复杂程度，增加了电路的集成化程度和可靠性，是未来高速数据采集系统的重要发展方向.图8 同时写入读出时的仿真结果参考文献【相关文献】［1］ Clifford E.Cummings，Synthesis and Scrip ting Techniques for De signing Multi-Asynchronous Clock Designs［A］.SNUG-2001，2001（3）：2-8.［2］吴自信，张嗣忠.异步FIFO结构及FPGA设计［J］.单片机及嵌入式系统应用，2000，22（3）：1.［3］赵雅兴.FPGA原理、设计与应用［M］.天津：天津大学出版社，1999.［4］夏宇闻.数字系统设计-Verilog实现［M］.北京：高等教育出版社，2006.［5］王金明.Verilog HDL程序设计教程［M］.北京：人民邮电出版社，2004.。
异步十二进制加减计数器 课程设计报告
集成电路课设报告VHDL语言描述能力强，覆盖面广，抽象能力强，所以用VHDL语言作为硬件模型建模很合适。
设计者的原始描述是非常简练的硬件描述，经过EDA工具综合处理，最终生成付诸生产的电路描述或版图参数描述的工艺文件。
整个过程通过EDA工具自动完成，大大减轻了设计人员的工作强度，提高了设计质量，减少了出错的机会。
VHDL语言可读性好。
VHDL既能被人容易读懂又能被计算机识别，作为技术人员编写的原文件，既是计算机程序、技术文档和技术人员硬件信息交流文件，又是签约双方的合同文件。
VHDL语言中设计实体、程序包、设计库，为设计人员重复利用别人的设计提供了设计手段。
重复利用他人的IP模块和软核是VHDL 的特色，许多设计不必个个都从头再来，只要在更高层次上IP模块利用起来，就能达到事半功倍的效果。
本实验就是用VHDL语言设计一个异步十二进制加减计数器。
一、题目：异步十二进制加减计数器二、电路工作原理所谓计数器就是指能够记忆时钟信号脉冲个数的时序逻辑电路，它是数字电路中应用及其广泛的一种基本逻辑单元，不仅能用于脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。
其原理就是将几个触发器按照一定的顺序连接起来，然后根据触发器的状态按照一定的规律随时钟信号的变化来记忆时钟的个数。
1、同步计数器和异步计数器根据计数器脉冲引入方式的不同，计数器分为同步计数器和异步计数器两大类。
（功能比较如下表所示）其中同步计数器是将计数脉冲同时引入到各级触发器，当输入计数时钟脉冲触发时，各级触发器的状态同时发生转移，而异步计数器是将计数器的低位计数触发器的输出作为相邻计数触发器的时钟脉冲，这样逐级串行连接起来的一类计数器。
也就是说，每一个触发器的翻转时刻并不是由时钟信号来同步的，而是由它下一位触发器的输出决定的。
2、置“0”方式——异步置“0”和同步置“0”异步置“0”方式：其置零信号Rd是经缓冲门直接加在触发器的R端的。
n进制计数器的设计与制作实验报告
n进制计数器的设计与制作实验报告一、实验目的本实验的目的是设计并制作一个n进制计数器，通过实践掌握数字电路设计和实现的方法和技巧，加深对数字电路原理的理解。
二、实验原理1. n进制计数器n进制计数器是一种能够进行n进制计数的电路，其中n为正整数。
在二进制计数器中，n=2。
在n进制计数器中，每当计数到n-1时，输出信号会发生一次溢出，并从0开始重新计数。
2. 计数器的类型根据计数方式不同，常见的计数器类型有同步计数器和异步计数器。
同步计数器需要所有触发器同时改变状态才能进行下一次计数；异步计数器则只需要一个触发器改变状态即可进行下一次计数。
3. 触发器触发器是数字电路中常用的存储元件，可以存储一个比特位（0或1）。
常见的触发器有SR触发器、D触发器、JK触发器等。
三、实验设备与材料1. 74LS74 D型正沿触发双稳态触发器2. 74LS90 4位十进制/BCD分频/技术性升降沿触发式二分频循环式计数器3. 7404 六反相器芯片4. 面包板5. 连接线四、实验步骤1. 按照电路原理图连接电路，将74LS90计数器的Q0-Q3输出接到7404反相器的输入端。
2. 将7404反相器的输出端连接到74LS74触发器的D端，同时将74LS74触发器的时钟端连接到74LS90计数器的CLK端。
3. 将最高位（Q3）的输出接到LED灯，用于观察计数情况。
4. 将面包板上电源线和地线连接好，开启电源。
五、实验结果经过实验，可以看到LED灯随着计数值不断变化。
当计数值达到7时，LED灯会熄灭并重新从0开始计数。
六、实验分析与结论本实验成功设计并制作出了一个n进制计数器。
通过实践掌握了数字电路设计和实现的方法和技巧，并加深了对数字电路原理的理解。
七、存在问题与改进方案1. 实验中使用的是四位十进制/BCD分频/技术性升降沿触发式二分频循环式计数器，如果需要进行其他进制的计数，则需要更换不同类型的计数器芯片。
2. 实验中使用的是74LS系列芯片，如果需要进行高速计数，则需要更换更快的芯片。
数字电路逻辑设计 第六章2
（一）反馈清零法
74160是模10计数器，要实现模853计数，须用三片74160级联。 ⑴先设计模1000计数器： M = M1×M2 ×M3=10 × 10 × 10=1000 ☆ 利用各片间进位信号快速传递方法，组成计数模值为1000计数器。 ⑵ 用异步清0法，使计数器计数脉冲输入到第853个脉冲时产整体置0 信号 使计数器返回到初始状态0000。 计数范围：
画出逻辑图如图
D2 D1 D0 CTT D3 CTP CTRDIV16 CO CT161 CR
LD
1
Q 3 Q2 Q 1 Q 0
0
0
&
O
0
(二）同步预置法
例：用四位同步二进制计数器74161设计余3BCD码计数器。
解：余3BCD码计数器的状态转移图如图所示
0011 1100
LD Q3Q2
画出逻辑图
&
1 CTP CR CTT 1
74161(1)
D0D1D2D3
Q0Q1Q2Q3 CO
CTP CTT
CR
74161(2)
D0D1D2D3
Q0Q1Q2Q3 CO
LD
LD
CP
(二）同步预置法
方法三、整体同步反馈置数： （利用进位输出作为置数译码信号） 计数范围196-255，当计数器计到255时，CO=1，使 两片74161置数控制端 /LD=0，下一个CP到来时置数。 预置输入＝256－60＝196 （196）10＝（11000100）2 低位片预置数：0100 高位片预置数：1100
工作波形图： 5 6 7 8
9
10
6.5采用中规模集成器件设计任意进制计数器
1. M<N,N为单片计数器的最大计数值
触发器设计4位异步计数器原理
触发器设计4位异步计数器原理一个4位异步计数器通常是指一个能够计数到16（2的4次方）的计数器。
异步计数器中，每个触发器的时钟信号是独立的，不依赖于其他触发器的状态。
以下是一个简单的4位异步计数器的原理：1. 设计：-使用4个触发器（比如D 触发器）来实现4位计数器。
每个触发器对应一个二进制位。
-连接触发器的时钟信号独立，使得它们可以独立工作。
-每个触发器的输出作为下一个触发器的时钟输入。
2. 电路图示例：-假设使用D 触发器，每个触发器有两个输入：D（数据输入）和CLK（时钟输入）以及一个输出Q。
-假设Q0 是最低位，Q3 是最高位。
-连接D 触发器的时钟输入：CLK0 -> CLK1 -> CLK2 -> CLK3。
-连接D 触发器的数据输入：D0 -> Q0，D1 -> Q1，D2 -> Q2，D3 -> Q3。
3. 计数逻辑：-当一个触发器的时钟信号上升沿到来时，它会将其数据输入传递到输出。
-计数器的逻辑是通过触发器之间的连接实现的。
例如，每次触发器Q0 到达1（从0到1的过渡），都会触发Q1 从0到1，以此类推。
-当Q3 达到1 时，整个计数器将复位，重新从0开始。
4. 异步复位（可选）：-为了使计数器可以复位，可以添加一个异步复位输入。
当异步复位输入为1时，计数器被复位为0。
5. 示例代码（VHDL）：```vhdllibrary IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity FourBitAsyncCounter isPort ( CLK : in STD_LOGIC;RST : in STD_LOGIC;Q : out STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0));end FourBitAsyncCounter;architecture Behavioral of FourBitAsyncCounter issignal count_reg : STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0) := "0000";beginprocess (CLK, RST)beginif RST = '1' thencount_reg <= "0000";elsif rising_edge(CLK) thencount_reg <= count_reg + 1;end if;end process;Q <= count_reg;end Behavioral;```这是一个简单的VHDL 代码示例，实现了一个4位异步计数器。
n进制加法计数器的设计 -回复
n进制加法计数器的设计-回复关于设计n进制加法计数器的问题，我将从以下几个方面逐步回答：计数器的基本概念，n进制加法的运算规则，计数器的设计与实现。
1. 计数器的基本概念计数器是一种用于记录和显示数字的设备或电路。
它按照一定的规则将输入的信号转换为对应的数字，并将结果显示出来。
在这里，我们所涉及的是n进制计数器，即可以计数到n-1的计数器。
例如，对于二进制计数器，我们可以计数到1，然后再从0开始重新计数。
2. n进制加法的运算规则在理解n进制加法计数器的设计之前，我们需要了解n进制加法的运算规则。
在十进制中，当两个数字相加超过9时，我们需要进位。
而在n进制中，当两个数字相加超过n-1时，我们同样需要进位。
例如，在二进制计数器中，当1+1时，得到的结果是10，其中1被保留作为当前位置的结果，而另外的1则需要进位到下一位的计算中。
3. 计数器的设计与实现首先，我们需要确定计数器所使用的进制数n。
这决定了计数器的最大值，以及可能出现的进位情况。
例如，在八进制计数器中，n=8，最大值为7。
在设计计数器时，我们需要考虑以下几个关键因素：- 逻辑门选择：计数器可以使用不同的逻辑门电路来实现。
例如，基于JK 触发器的计数器、基于D触发器的计数器等。
根据实际需求，我们可以选择合适的逻辑门电路。
- 状态转换图：计数器的状态转换图描述了计数器的状态和状态之间的转换关系。
对于n进制计数器，我们需要设计出n个状态，每个状态对应一个数字。
- 进位控制：根据n进制加法的运算规则，当计数器达到最大值时，需要进行进位。
因此，我们需要设计一个进位控制电路来监测当前值是否达到最大值，并触发进位操作。
- 显示器设计：计数器的设计需要考虑到结果的显示。
根据实际需求，我们可以选择合适的显示器来显示结果。
例如，数码管、LED等。
4. 实际案例：4位二进制计数器设计为了更好地理解n进制加法计数器的设计思路，我们以4位二进制计数器为例进行详细介绍。
基亏集成计数器的N进制计数器设计与仿真
设 现 有 进 制集 成 计 数 器 ，设 计 Ⅳ进 制 计 数 器 。若 Ｊ， 全 零 初 始 状 态 Ｓ 开 始 计 数 ， １ 时 钟 到来 时 ， 数 状 ７从 、 ｒ ０ 第 个 计
Ｓ＝￥＝ １ ｌ 由 此 求 出 归 零 逻 辑 面 Ｎ ７０ ｌ ；
：
＝ ｃ — Ａ， 真 —ＱＱ 仿 Ｑ Ｂ
（ｃ ｏｌｆＳ ｉｎｅａｄＩ ｏｍ ｔ ｎＥ ｇｎｅｉｇ Ｙ ｎ ａ ｇｉｕ ｕｅＵ ｉ ｒ ｔ， ｕ ｍｉ ５ ２ １ Ｃ ｉ ） Ｓｈ ｏ ｏ ｃ ｃ ｎ ｎ ｒａｉ ｎｉｅｒ ， ｕｎ ｎＡ ｒ ｌ ｒ ｎｖ ｓｙ Ｋ ｎ ｎ ０ ０ ， ｈｎ ｅ ｆ ｏ ｎ ｃｔ ｅｉ ｇ６ ａ
Ｅ Ｔ是 计 数 器 工 作 状 态 控 制 端 ，高 电平 计 数 ；Ｌ 是 计 数 脉 Ｎ ＣＫ
冲输 入端 ； Ｃ、 Ａ是 并 行 数 据 输 入 端 ； ＤＱ Ｑ 是 计 数 Ｄ、 Ｂ、 Ｑ 、 Ｑ
器状 态输 出端 ； ” “ 表示 任意状态 ，ｔ” 时钟脉 冲上升沿 。 × “ 表示
Ｋｅ ｒ ｓ ｉ ｕ ｔ ｅ ｉ ｎ ｉ ｌ ｔ ｎ； ｏ ｎ ｅ ；ｒ ｓ ｔｚ ｒ ｔｏ ；Ｍｕ ｉｉ Ｏ ｙ ｗｏ ｄ ：ｃｒ ｉ ｄ ｓｇ ；ｓｍｕ ａｉ ｃ ｏ ｃ ｕ ｔ ｒ ｅ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｄ ｈ ｈ ｓｍｌ
计 数 器 是 记 忆 时 钟 脉 冲 个 数 的数 字 电 路 。 为 一 种 最 典 作 型 的 时 序 逻 辑 电路 。 各 类 数 字 系 统 中有 着 广 泛 的应 用 。计 在
n进制计数器课程设计
n进制计数器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解n进制计数系统的基本原理，掌握二进制、八进制、十六进制等常见进制的基本概念和转换方法。
2. 学生能够运用所学的进制知识，进行不同进制之间的数值转换，包括但不限于十进制与二进制、八进制、十六进制之间的转换。
3. 学生能够理解计数器的工作原理，并学会设计简单的n进制计数器。
技能目标：1. 学生通过实际操作，提高逻辑思维和问题解决能力，培养计算与转换技巧。
2. 学生能够在小组合作中发挥个人优势，有效沟通，协同完成计数器的设计与搭建。
3. 学生能够运用信息技术工具，例如计算器和编程软件，辅助进制转换和计数器设计的学习。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对数学和计算机科学的兴趣，增强对进制计数器实用性的认识，激发探索科学和技术奥秘的欲望。
2. 学生通过学习小组的活动，发展团队协作精神，尊重他人意见，学会在集体中共同成长。
3. 学生在探索进制计数器的过程中，培养耐心和细致的学术态度，认识到科学学习的严谨性和连续性。
二、教学内容本课程以《信息技术》教材中“进制与计数器”章节为基础，结合以下内容进行教学：1. 进制概念：讲解二进制、八进制、十六进制的基本定义，以及它们与十进制的联系。
- 教材章节：第一章第二节“进制的概念及其转换”2. 进制转换方法：详细解析不同进制之间的转换方法，通过例题和练习巩固知识。
- 教材章节：第一章第三节“进制之间的转换方法”3. 计数器原理：介绍计数器的工作原理，结合实物图解，帮助学生形象理解。
- 教材章节：第二章第一节“计数器的工作原理”4. n进制计数器设计：指导学生运用所学进制知识，设计简单的n进制计数器。
- 教材章节：第二章第二节“n进制计数器的设计与实现”5. 实践活动：安排小组合作，进行进制转换和计数器设计的实际操作。
- 教材章节：实践活动“进制转换与计数器设计”教学进度安排：1. 进制概念及转换方法（2课时）2. 计数器原理及n进制计数器设计（2课时）3. 实践活动及总结评价（2课时）三、教学方法本课程采用以下多元化的教学方法，以促进学生主动学习和兴趣激发：1. 讲授法：通过系统的讲解，使学生掌握进制计数的基本原理和转换方法。
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N 进制异步计数器设计方案
异步计数器电路是指其构成的基本功能单元触发器的时钟输入信号不是与触发器在一起的，有的是外输入的脉冲信号，有的是其他触发器的输出。
本文给出了N 进制异步计数器设计方案。
1.如何选取每个触发器的时钟信号
触发器状态的改变一定要有触发脉冲的触发，因此为每个触发器选取时钟信号的时候，必须满足该触发器所有状态发生变化的时刻，有触发信号的到达。
同时对应不变的状态，到达的触发信号尽量少。
根据第二条原则，参照二进制异步计数器的设计，对每个触发器时钟信号的选取依次从其前面的开始，如Q3 触发器CP3 信号的选择，先看Q2 的输出是否符合上述第一条原则，不符合的话再看Ql 的输出，依次往前直到选取到符合要求的时钟信号。
2.如何设计出最简的激励函数形式
由于选取的CP 信号对应不变的状态有的没有脉冲的到来，这样的。