计数器

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不同状态表示已经输入到触发器中计数 1 1 1 0 脉冲(CP)个数。
0 0 0 1 ⑤画波形 先画低位,再画高位。
12345678
CP
Q0 Q1 Q2
Z
Q3 Q2 Q1 Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Z Q1在CP作用下每次都翻
0 0 0 0 0 1 0 Q2共翻四次:在什么情况下翻转?
00 1 0 1 0 0
表示现态,及在CP信号作用下, 由现态转换为次态和输出。
同步计数时可以不考虑CP,因为 计数时每来一个CP,触发器状态 都要改变一次。
画状态转换图的方法:由现态找 次态。
状态转换表:在激励信号作用下触发器已经由现态转换为次态。
Q3 Q2 Q1
000 001 010 011 100 101 110 111
0 1 1 0
1 0 1 0
Q n1 2
Q2
Q1

Q n1 3
Q3 Q2

Q1每次都翻,先画最低位Q1 Q2是在Q1↓才翻
三级触发器都是 计数状态,只是
☆ Q3是在Q2↓才翻
12345
6
7
8
1 0 0 1 0 1 CP不同而已。 CP
1 0 11 1 0
④功能分析: 是M=8异步
Q1
1 1 0 1 1 1 二进制加法计 Q2
Z Q3Q1
从状态转换图看出:
01100 1 0 0 1 0 1 0 0
有6个状态反复循环,
1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 这6个状态为该时序电路的
1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 有效状态。是计数器的正
1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 常工作状态,
初态为0
④功能描述:
Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Z
从状态转换图和表中可以看出,在
0 0 1 0 多级触发器为初始状态为0的情况下:
0 1 0 0 (a)每来一个CP(计数脉冲)计数器
0 1 1 0 状态改变一次000→001→010→111共有
1 0 0 0 八个独立状态称为M8计数(或三位二进 1 0 1 0 制同步计数)。 1 1 0 0 (b)计数器从000开始计数,计数器的
QD&
3
Q
QD
2
Q
QD&
1
Q
CP
3、用状态方程列出状态转换表
Q Q Q 3
2
Q Q Qn1 n1 n1
13
2
1
0 0 0 00 1
0 0 1 010
0 1 0 011
0 1 1 10 0
Qn1 1
D1
Q3 Q1
CP
Qn1 2
D2
Q2 Q1
Q2 Q1
Qn1 3
D3
Q2Q1
CP
1 0 0 00 0
(1)M≠2n的同步计数器的分析 大多数计数器是M≠2n计数器,设计
这样的计数器没有规律可循,只有老老
分析:同步时序电路
实实一步一步设计。
☆ 由三级JK触发器组
成,且下降触发。
&
JQ
☆ CP连接至每一级触发 器CP端,为同步计数器。
1
&
KQ
CP
&JQ
2
Q K
解:①根据电路图写出触发器的激励函数及电路输出
&JQ
3
KQ
Z
&
J1 Q2 Q3 K1 Q3Q2
J2 Q3Q1 K2 Q3
J3 Q2 Q1 K3 Q2
Z wenku.baidu.comQ3Q1
②根据激励函数写出电路状态转换真值表(由激励函数求次态)
同步时序电路不用讨论CP信号。因为每步都在CP作用下进行的, 本电路由3级JK触发器组成就有3个输入状态变量
状态转换真值表:
态,在CP 脉冲的作用下会自动转入 主循环。称为具有自启动能力。
④功能描述
本电路是具有自启动能力的M=6同步计数器。也可
以说是6进制计数器,逢六进一。
⑤画出电路工作波形
123456 CP
☆ 画波形图只画主循环 Q1 ☆ 先画低位,后画高位。Q2
Q3
☆ Q3Q2Q1起始状态000 Z
☆ Z只有当Q3Q1同时为1时Z为1 ⑥最后画出电路转换图
☆ 按进位模值(M)来分: 一、同步计数器的分析与设计
M 2n(有规律) n为触发器的级数 M 2n(无规律)
加法计数
1、M=2n 的同步计数器的分析与设计
减法计数
(1)、同步二进制加法计数器
可逆计数
分析图示电路的逻辑功能
&Z
JQ
JQ
&J Q
① 根据电路图写出触发器
激励函数及电路输出Z。
J1=K1=1
在Q1=1时,下一
01 0 0 1 1 0
个CP到来时翻转。
01 1 1 0 0 0
1 0 0 1 0 1 0 Q3共翻二次:在什么情况下翻转?
10 1 1 1 0 0
在Q2=Q1=1时,
11 0 1 1 1 0
在下一个CP到来
11 1 0 0 0 1
时翻转。
总结M=2n加法计数器变化规律:(以n=3,3级触发器为例)
Q3 Q2 Q1 J3 K3 J2 K2 J1 K1 Q3n+1
0 0 0 0000 11 0 0 0 1 00 11 11 0 0 1 0 00 00 11 0 0 1 1 11 11 11 1 1 0 0 00 00 11 1 1 0 1 00 11 11 1 1 1 0 00 00 11 1 1 1 1 1111 11 0
第一级D触发器CP端接输入计数脉冲。
②给其它D触发器找合适CP D触发器是上升沿翻转 CPn Qn1
QD
QD
3
2
Q
Q
第二级D触发器的CP端接第一级Q1
第三级D触发器的CP端接第二级Q2
Q3
(2)异步二进制减法计数器
1
分析方法和加法计数器相同 不再分析,而是找规律
1
初态为1,每来一个CP减去一个1
1 1
当低位全为0时,高位才能发生翻转
根据同步二进制减法计数器规律,可 以设计M=2n的计数器。
例:设计M=2n同步二进制减法计数器。
知道规律就可以快速设计同步二进制减法计数器
以n=3为例。选用三级JK触发器,23=8,计数M=8
第一级 J1 K1 1
第二级 J2 K2 Q1
第三级 输出
J3 K3 Q2Q1 Z Q3Q2Q1
CP
1 KQ
2 KQ
3 &KQ
J2=K2=Q1 J3=K3=Q2Q1
a、本电路有三级触发器,有三个输入状态 变量Q3Q2Q1。
b、在输入变量已知的条件下,根据激励函
Z=Q3Q2Q1
数求出J,K值。
② 列出电路状态转
c、由J,K值求出触发器的次态值
换真值表
Q3n+1Q2n+1Q1n+1。
电路状态转换真值表:
(由分析得出M=2n异步计数器设计规律)
(1)异步二进制加法计数器
解:①根据电路图写出各级触发器 的激励函数及时钟脉冲。
QJ
3
QJ
2
QJ
1 CP
J1=K1=1 CP1=CP↓ Q K
QK
QK
J2=K2=1 CP2=Q1↓
J3=K3=1 CP3=Q2↓
②写出名级触发器的状态方程: (有下跳沿到来状态方程才起作用, 否则保持原状态不变)
1 1 1 0 0 0 数器
Q3
☆ 异步二进制加法计数器设计规律:
1、将每级触发器接成计数状态, Qn1 Q
(不一定是JK触发器,其它均可)↓ CPn Qn1
2、给每级触发器找合适的CP
↑ CPn Qn1
除第一级外,其余各 级用前级输出Q( /Q)作CP。
①将所有D触发器接成计数状态,Qn1 D Q
用3级触发器
1、先将JK、D触发器接成计数状态。Qn1 Q
2、给各级触发器合适CP。JK 触发器是下降沿触发 CPn Qn1
D 触发器是上升沿触发 CPn Qn-1
QJ
QJ
QJ
JK触发器:
3
2
1 CP 用Q端作CP是加法计数器
QK
QK
QK
用/Q端作CP是减法计数器
D触发器:
QD
3
QD
2
QD
1
Q3 Q2 Q1 J3 K3 J2 K2 J1 K1 Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Z
00001 0 0 1 0 0 0 1 0 00101 1 0 1 0 0 1 1 0 01010 0 0 0 1 1 1 0 0
J1 Q2 Q3 K1 Q3Q2
J2 Q3Q1 J3 Q2 Q1
K2 Q3 K3 Q2
加法计数器 减法计数器
可逆计数器
电路图 见P218
J1=K1=1
J2=K2=Q1 J3=K3=Q2Q1 Z=Q3Q2Q1
J1 K1 1 J2 K2 Q1 J3 K3 Q2Q1 Z Q3Q2Q1
J1 K1 1 J2 K2 XQ1 X Q1 J3 K3 XQ2Q1 X Q2Q1 Z XQ3Q2Q1 X Q3Q2Q1
Q1每次都翻转,接CP
0
Q2翻转四次 什么条件下翻,当Q1由0→1翻↑
0
Q3翻转二次 当Q2由0→1时翻↑
0
由此得出:设计n位异步二进制减法计数器规律
0
1、将各级触发器接成计数状态 上升沿触发,CPn Qn1
2、给触发器选择合适的CP
下降沿触发,CPn Qn1
QD
1
Q CP
Q2 Q1 11 10 01 00 11 10 01 00
RD
Q n1 1
n
J1Q1
K 1Q1n
Q1
CP
Q n1 2
Q2
Q1
Q n1 3
Q3 Q2
(由特征方程及CP确定次态值。由特征方程求次态。)
Q Q Q 3
2
Q Q Qn1 n1 n1
13
2
1
Qn1 1
Q1
CP
⑤画出工作波形
画工作波形规律:
0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 11
③画状态转换图,列状态转换表
000 /0 001 /0 010 /0 011
/1
/0
111 /0 110 /0 101 /0 100
Q2n+1
0
Q1n+1 Z
10
1 00 1 10
0 00
0 10 1 00
1 10
0 01
J1=K1=1 J2=K2=Q1 J3=K3=Q2Q1 Z=Q3Q2Q1
/ Z Q3Q2Q1
11100 0 1 1 1 1 0 0 1
这六个循环也是主循
③画出状态转换图 /0
/0
/0
100 000 001 011
环,是M6同步计数器。 三级触发器共有8种状态组合,除 6种有效状态外,还有111,110两种 无效状态,称偏离状态
/1
111
/1
/0
若计数器受到某种干扰进入偏离状
101 /0 110 /0 010
CP 用Q端作CP是减法计数器
Q
Q
Q
用/Q端作CP是加法计数器
异步计数器优点:比同步计数器电路简单。 异步计数器缺点:比同步计数器工作速度慢。
(2)M≠2n的异步计数器分析
1、根据电路图写出激励函数及CP
D1 Q3 Q1 CP1 CP
D2 Q2 CP2 Q1 D3 Q2Q1 CP3 CP 2、写出各级触发器状态方程
/0
/0
000 001 011
/1
/0
101 /0 110 /0 010
异步计数器的分析与同步计数器分析步骤完全相同,但异步计数器
里各级触发器的时钟不是都来源于计数脉冲,各级触发器的状态转换不 是同时进行的,而是根据各级触发器是否有触发信号来决定。
☆ 分析异步计数器时,必须特别注意各级触发器的时钟信号。 1、M=2n的异步计数器的分析(与设计)
1 1 0 1 0 1 0 Q2共翻四次:
101 1 0 0 0
当低位Q1=0时,下一个CP到
100 0 1 1 0
来时翻转。
011 0 1 0 0 010 0 0 1 0 001 0 0 0 0
Q3共翻二次: 当Q2=Q1=0时,下一个CP 到来时翻转。
0 0 0 1 1 1 1 计数规律:
(仍以3级触发器为例) 观察此表: 减法计数器初始状态均为1, 来一个CP,减去一个1。
输出: Z=Q4Q3Q2Q1=Q4·J4
利用M=2n同步计数器设计规律就可以快速设计 设计出计数模值 M = 16 的二进制加法计数器。
(2)同步二进制减法计数器
Z Q3 Q2 Q1 Q3n+1 Q3n+1 Q3n+1
直接由同步二进制减法计数 器状态转换表,找出设计规律
1 1 1 1 1 0 0 Q1每次都翻 J1=K1=1
计数规律:
当低位全为1时,下一个 CP来高位才能发生翻转
例:设计一个M=16同步二进制加法计数器
1、确定触发器级数, 24=16 用4级JK触发器。
2、将4个JK触发器CP端接在一起,接至输入计数脉冲。
第一级 J1=K1=1
计数状态
第二级 J2=K2=Q1
只有Q1=1,第二级才开始计数。
第三级 J3=K3=Q2Q1=Q2·J2 只要Q2Q1=1,第三级才开始计数。 第四级 J4=K4=Q3Q2Q1=Q3·J3
4、功能描述:
1 0 1 010 1 1 0 010
1 1 1 10 0
有自启动能力M5加法计数器 5、画完全状态转换图(略)。
①写出各级触发器激励函数及CP
画出用JK触发器实现同步二进制减法计数器电路
JQ
1
KQ
CP
JQ 2
KQ
&JQ 3
& KQ
&Z
在控制信号的作用下,触发器既可以作加法计数器,又 可以作减法计数器,所以叫做可逆计数器。
可逆计数器,实际上就是在控制信号X的作用下,将前 面所学的同步二进制加法、减法计数器组合在一起。
令:
X=1,计数器作加法计数 X=0,计数器作减法计数 以n=3为例
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