什么是同步计数器:工作及其应用

计数器可以定义为一种设备,用于根据发生的事件对特定事件进行计数。这个计数器在计算机或数字逻辑系统中的主要作用是计算和存储基于CLK信号的进程或事件发生的次数。有不同类型的计数器就像同步计数器、异步计数器、同步十进、异步十进、同步上下、异步上下计数器。


最常见的计数器类型是时序逻辑电路包括一个CLK和几个输出。这里的输出用二进制代码表示二进制数或十进制数。每个CLK信号要么增强这个数字,要么减少这个数字。本文将概述同步计数器及其在应用程序中的工作。

什么是同步计数器?

同步计数器可以定义为,一种使用时钟信号来转换其转换的计数器。因此,这些计数器主要依赖时钟的输入来修改状态值。都在这个柜台里人字拖(FFs)与同一时钟信号相关联,同时激活。此计数器的另一个名称是同步计数器,其中这些计数器中没有涟波效应和传播延迟。

与同步计数器相比,异步计数器设计简单,但有最大工作频率的限制。为了克服这一限制,这些计数器主要通过提供同步时钟来设计,因此,通过时钟的输入来同步输出改变。

同步计数器电路图

同步计数器的设计和操作如下所述。的3位同步计数器电路图,这个电路是用2and逻辑门, 3个J-K FFs和一个CLK信号,用于启用触发器。

在这里,一个有源高信号被提供给触发器a的输入端,因此,它在每个CLK输入的约边处切换。类似地,与门被提供给触发器-B,在这种情况下,输出主要依赖于之前的FFs输入和输出B。一旦与门开关ON,则触发器B将切换简单,一旦触发器A输出高。

3位同步计数器电路图
3位同步计数器电路图

这样,触发器C的输入将是第二个与门的输出。因此,触发器C只在A2逻辑门被激活时进行切换。当A1逻辑门和Flip - Flop-B的输出高时,A2逻辑门将被激活。

PCBWay

让我们讨论一个3位同步计数器的操作。在电路的开始,触发器被设置在0,然后三个触发器的输出将是0,如QCQBQA = 000。但是在主CLK信号的下降边缘,触发器A输出从0切换到1。因此,在触发器B和FF-C,没有变化将发生,因为这两个FFs的输入端子是0,直到下一个CLK信号到达。

因此,在提供第一个CLK信号时,触发器的输出将是QCQBQA = 001。在应用第二个时钟信号之前,由于高门A1输出,两个ff(如A和B输入)将是1。因此,在第二个CLK信号的下降边缘,两个Flip Flops将再次切换。这将把FFA输出从1变成0 FFB输出从0变成1。因此输出为010;像A1和A2这样的逻辑门都将被关闭。

一旦施加第三个时钟信号,触发器- a输出将切换,逻辑门A1和A1将打开,因此输出将为011。一旦施加了第四个时钟信号,那么电路中所有三个FFs输入将是高电平的。因此,第四个触发器的下降边将切换所有触发器的输出,从而将QA和QB变为0,QC变为1。因此,这个特定CLK信号的总o/p将是100,因此逻辑门A1和A2将被关闭。


一旦下一个CLK信号出现,然后在第五个CLK信号的下降边缘,FF-A输出将再次从低切换到高。结果,输出QCQBQA将为10,因此逻辑门A1和A2将被激活。

一旦第六个CLK信号被应用,那么触发器A在其下降边从1切换到0。而且触发器B的输入是高的,因此它的输出从0切换到1。因此,在本例中,QCQBQA将是110。此外,这个过程将继续&在第8个CLK信号的下降边缘,所有FFs输出(如QCQBQA)将重置为000。

在同步计数器中,重要的是复位电路中的所有FFs同时发生。所以计数器的设置时间等于电路中每个触发器的传播延迟。因此,这个计数器可以通过高频CLK信号来控制。

真值表

3位同步计数器的真值表基于以上解释,如下图所示。

CLK

质量控制 QB 质量保证

十进制数

首先

0 0 0 0

1下降沿

0 0 1 1
2nd下降沿 0 1 0

2

3.理查德·道金斯下降沿 0 1 1

3.

4th下降沿

1 0 0 4
5th下降沿 1 0 1

5

6th下降沿

1

1 0 6
7th下降沿 1 1 1

7

8th下降沿 0 0 0

0

同步计数器的时序图如下所示。

同步计数器时序图
同步计数器时序图

同步计数器类型

在数字电子领域,有不同类型的同步计数器如二进制计数器,4位同步UP, 4位同步DOWN, 4位同步UP或DOWN,BCD计数器同步十进计数器,2位,3位,可加载,约翰逊计数器,环形计数器.下面将对其中一些进行讨论。

二进制计数器

二进制计数器是一种由触发器构成的电子电路,其中一个触发器的输出作为一个串联触发器的输入。基于电路中触发器(FFs)的连接,二进制计数器可用于同步或异步。在同步计数器中,所有的FFs通过类似的CLK信号被激活。

异步计数器称为纹波计数器.在这种类型的计数器中,CLK信号直接给第一个FF,然后它以传播延迟传输到另一个FF。

4位同步向上计数器

4位同步上行计数器的设计可以像3位同步上行计数器一样,但不同之处在于所使用的触发器数量。在这个计数器中,使用了四个JK触发器来设计。使用这个触发器的主要原因是,如果两个输入都是基于CLK信号的高值,它将切换其条件。

一个外部CLK信号并联给所有四个触发器。这个计数器包括16个输出状态,从0000计数到1111。与3位相比,该计数器的时序图和运算方式是相同的。

4位同步下行计数器

这个计数器的主要功能是按递减顺序计数。与上计数器相比,下计数器也是一样的,但必须减少它的计数。因此,JK触发器输入连接到Q '和相同的外部CLK信号连接到电路内的四个触发器。

当计数器为系列计数时,首先FF的所有输入将处于高状态,因为他们必须为系列计数。因此,它将以1111开始,以0000结束,就像一个上行计数器。在这种类型的计数器中,应该注意,如果前触发器在其输出产生低逻辑,那么前一个触发器将简单地切换。

2位同步计数器

一个2比特同步计数器设计通过两个可逆JK-Flip flops和两个费曼门。这里,费曼门是CNOT或受控非门,用于复制信号,因为在可逆逻辑电路中扇出是不允许的。这个门就像扇出门一样用来复制信号。

CLK输入给费曼门,其中输出与另一个门结盟,如输入&也连接到可逆JK触发器,如CLK输入。

同步上下计数器或双向计数器

同步计数器被设计成使用控制信号的上/下计数器,因为它能够在任何方向计数,所以它被称为双向计数器。在这个计数器中,一个JK触发器被用作一个T触发器来存储位。

例如,一个3位双向计数器包括8种可能的输出条件。所以根据控制输入,它将在任何方向上计数,如果计数器开始在一个向上的方向计数,那么计数将从0到7。一旦控制输入被修改,那么这个计数器将开始从7向下计数到0。

在这里,计数器操作的方向将由控制输入决定。一旦控制输入是1,然后它将停止2和4和门,并启用1和3门。在这种情况下,计数器开始向上计数。

优点和缺点

同步计数器的优缺点包括以下。

  • 与异步相比,它的设计简单
  • 同时它的工作原理。
  • 没有传播延迟与它相关联。
  • 计数系列通过逻辑门控制,
  • 更快的操作

主要的同步计数器的缺点是,它需要很多额外的逻辑来执行。

  • 所有触发器都是通过单个或共同CLK信号驱动的
  • 他们需要大的元件和电路。
  • 这种计数器使用复杂的逻辑电路&不断增加的状态数。

应用程序

同步计数器的应用包括以下。

  • 机器的运动控制
  • 电动机转速计数器
  • 转轴编码器
  • 脉冲发电机
  • 数字时钟
  • 报警系统
  • 数字手表

1)同步计数器使用的FF是什么?

同步计数器使用边缘触发的FFs来改变控制输入上CLK信号的上升边(正边)或下降边(负边)的条件。

什么是同步设备?

通过单独的时钟通道彼此同步通信的设备称为同步设备。

一个4位同步计数器有多少状态?

在一个4位同步计数器中,状态总数是2^4 = 16个状态。

什么是3位同步下行计数器?

采用与门和三个T触发器设计了3位同步下计数器。这三个触发器是负边缘触发的&这些FFs的输出将同步改变它们的效果。在这里,所有触发器的“T”输入分别为1,Q0,和相应的‘q1’Q0

因此,这是关于同步计数器的概述可以用d型或Toggle人字拖制作。与异步相比,它们的设计非常简单。顾名思义,所有触发器的CLK输入都与相同的CLK信号相互时钟,因此所有输出状态将同时改变或切换。有个问题,什么是同步十年计数器?

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