异步计数器

计数器记住数据的数字组合。柜台均在我们的日常生活中使用各地。示例是在清晨唤醒你的数字时钟警报。

有两种类型的柜台

  • 1)同步和
  • 2)异步的。

异步计数器

异步计数器是那些输出与时钟信号无关的计数器。由于异步计数器中的触发器提供了不同的时钟信号,在产生输出时可能会有延迟。

设计异步计数器所需的逻辑门数量非常少。所以它们的设计很简单。异步计数器的另一个名称是“Ripple计数器”。

在纹波计数器中使用的触发器的数量取决于计数器(例如:Mod 4,Mod 2等)的数量。计数器的输出状态的数量称为计数器的“模数”或“Mod”。计数器可以具有的最大状态是2n,其中n表示计数器中使用的触发器的数量。

例如,如果我们有2个触发器,则计数器的最大输出数为4即22.所以它被称为“mod-4计数器”或“模数4计数器”。

不同类型的异步计数器

数字电子设备中有许多类型的异步计数器。欧宝娱乐可靠吗他们是

  • 4位同步UP计数器
  • 4位同步DOWN计数器
  • 4位同步UP / DOWN计数器

异步4位柜台

异步4位柜台

上图显示了一个带有D触发器的4位异步UP计数器。它能从0数到15。所有触发器的时钟输入级联,每个触发器的D输入(DATA输入)连接到触发器的状态输出。

这意味着触发器将在每个主动边缘或时钟信号的正边缘处切换。时钟输入端连接到第一个触发器。计数器中的另一个触发器接收从先前触发器的Q'输出输入的时钟信号。当时钟信号上的正边缘发生时,第一触发器的输出将改变。

在异步4位计数器中,触发器在切换模式下连接,因此当时钟输入连接到第一触发器FF0时,然后在一个时钟脉冲后的输出将成为20。

每个触发器的Q输出的上升沿触发其下一个触发器的时钟输入。它触发了下一个时钟频率至其应用输入的一半。每个单独的触发器(Q0,Q1,Q2,Q3)的Q输出表示4位压差的计数,例如20(1)至23(8)。

异步向上计数器的工作原理如下:

让我们假设触发器的4 Q输出最初是0000.当时钟脉冲的上升沿施加到FF0时,输出Q0将改变为逻辑1,下一个时钟脉冲将改变Q0输出到逻辑0表示时钟脉冲的输出状态切换(从0到1)进行一个周期。

As the Q’ of FF0 is connected to the clock input of FF1, then the clock input of second flip flop will become 1. This makes the output of FF1 to be high (i.e. Q1 = 1), which indicates the value 20. In this way the next clock pulse will make the Q0 to become high again.

因此,Q0和Q1都很高,这导致制作4位输出11002.现在如果我们应用第四时钟脉冲,它将使Q0和Q1变为低状态并切换FF2。所以输出Q2将变为00102。由于该电路为4位压差,输出为0,1,2,3 ... .15即00002至11112(0到1510)的二进制值序列。

UP计数器时序图
异步计数器时序图

例如,如果当前计数= 3,那么up计数器将计算下一个计数为4。
异步4位DOWN计数器

异步4位DOWN计数器

在上图中示出了4位异步下计数器。简单地修改了柜台。4位下计数器将数量从15到0,向下计数。所有触发器的时钟输入都是级联的,并且每个触发器的D输入(数据输入)连接到逻辑1。

这意味着触发器将在时钟信号的每个活动边缘(正边缘)进行切换。时钟输入端连接到第一个触发器。计数器中的另一个触发器接收前一个触发器的Q输出的时钟信号输入,而不是Q的输出。

这里Q0, Q1, Q2, Q3表示4位下计数器的计数。当时钟信号的正边缘发生时,第一个触发器的输出将发生变化。例如,如果当前计数= 3,那么up计数器将计算下一个计数为2。输入时钟将导致下一个触发器的输出(计数)的变化。

向下计数器的操作与UP计数器操作完全相反。这里的每个时钟脉冲都会减少各个触发器的计数。因此,从15,14,13 ... 0即(0到1510)或11112至00002的下计数计数。

上下计数器都是基于异步时钟信号设计的,我们并不广泛使用它们,因为它们在高时钟速度下不可靠。

什么是时钟纹波?

驱动电路的各个时钟脉冲的延时之和称为“时钟纹波”。下图解释了逻辑门如何在每个触发器中产生传播延迟。

“时钟波纹”逻辑门的传播延迟用蓝线表示。它们中的每一个都将加上下一个触发器的延迟,所有这些触发器的总和称为电路的传播延迟。

由于所有触发器的输出在不同的时间间隔发生变化,并且对于每个时钟信号的不同输入,每次输出都会出现一个新的值。例如,在时钟脉冲8,输出应该从11102(710)改变到00012(810),在400到700纳秒(纳秒)的时间延迟。

对于除8以外的时钟脉冲,序列将改变。

虽然这个问题使电路不能用作可靠的计数器,但它作为一个简单有效的分频器仍然有价值,其中高频振荡器提供输入,链中的每个触发器将频率除以2。这都是关于时钟涟漪。欧宝官网app苹果下载

异步3位上下计数器

通过加入UP逆向和下计数器的想法,我们可以设计异步向上/向下计数器。3位异步向上/向下计数器如下所示。

异步3位上下计数器

它可以根据时钟信号输入,以任一种方式计算,直到下降或向上。

倒计时

如果分别为UP输入和向下输入分别为1和0,则第一触发器至第三触发器之间的NAND门将通过FF 0的非反相输出到FF 1的时钟输入。类似地,FF 1的Q输出将传递到FF 2的时钟输入。因此,向上/向下计数器执行计数。

向下计数

如果DOWN输入和up输入分别为1和0,那么第一个触发器到第三个触发器之间的与非门将把FF 0的反向输出传递给FF 1的时钟输入。同样,FF 1的Q输出将传递给FF 2的时钟输入。因此UP /down计数器执行down计数。

上行/下行计数器比上行计数器或下行计数器慢,因为附加传播延迟将添加到与非门网络

好处

  • 异步计数器可以通过T触发器或D触发器轻松设计。
  • 这些也被称为纹波计数器,并用于低速电路。
  • 它们被用作Divide by- n计数器,将输入除以n,其中n是一个整数。
  • 异步计数器也用作截断计数器。这些可以用于设计任何模数计数器,即偶数模(如模4)或奇数模(如模3)。

缺点

  • 有时,“重新同步”可能需要额外的触发器。
  • 为了计算截断计数器的序列(mod不等于2n),我们需要额外的反馈逻辑。
  • 在计算大量比特时,异步计数器的传播延迟非常大。
  • 对于高时钟频率,由于传播延迟,计数误差可能会发生。

异步计数器的应用

  • 异步计数器用作频分切器,作为n个计数器的划分。
  • 这些用于低功率应用和低噪声发射。
  • 这些用于设计异步十年计数器。
  • 也用于戒指柜台和约翰逊柜台。
  • 在Mod N波纹计数器中使用异步计数器。例:Mod 3, Mod 4, Mod 8, Mod 14, Mod 10等。

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