計數(shù)器原理

1.計數(shù)器原理—簡介

計數(shù)器是一種能夠記錄脈沖數(shù)目的裝置，是數(shù)字電路中常用的邏輯部件。計數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對脈沖的個數(shù)進(jìn)行計數(shù)，以實現(xiàn)測量、計數(shù)和控制的功能，同時兼有分頻功能。計數(shù)器由基本的計數(shù)單元和一些控制門所組成，計數(shù)單元則由一系列具有存儲信息功能的各類觸發(fā)器構(gòu)成。計數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，如在電子計算機的控制器中對指令地址進(jìn)行計數(shù)。

計數(shù)器按進(jìn)位制不同，分為二進(jìn)制計數(shù)器和十進(jìn)制計數(shù)器;按運算功能不同，分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器。下面我們以T觸發(fā)器構(gòu)成二進(jìn)制加法、減法計數(shù)器為例介紹計數(shù)器的原理。

2.計數(shù)器原理—加法計數(shù)器

用T觸發(fā)器構(gòu)成二進(jìn)制加法計數(shù)器，如下圖所示。

3位二進(jìn)制加法器

如上圖所示，是由3個下降沿觸發(fā)的T觸發(fā)器組成的3位二進(jìn)制異步加法器，圖中各個觸發(fā)器的J、K輸入端的輸入信號均為1，主要由脈沖信號控制其輸出信號，計數(shù)器從Q2 Q1 Q0 =000狀態(tài)開始計數(shù)。

Q0、Q1、Q2的工作波形，如下圖所示，即在計數(shù)輸入脈沖CP的下降的觸發(fā)下，觸發(fā)器FF0的輸出Q0要翻轉(zhuǎn)。0變?yōu)?或1變?yōu)?。由于CP1取自Q0，所以在Q0的下降沿觸發(fā)下，F(xiàn)F1的輸出Q1要翻轉(zhuǎn)。同理，由于CP2=Q1，所以在Q1的下降沿觸發(fā)下，F(xiàn)F2的輸出Q2要翻轉(zhuǎn)。

若用上升沿觸發(fā)的T′觸發(fā)器同樣可以組成異步二進(jìn)制加法計數(shù)器，但每一級觸發(fā)器的進(jìn)位脈沖應(yīng)改為Qˉ端輸出。原因很簡單，當(dāng)?shù)臀挥|發(fā)器輸出端Q端由1變?yōu)?時，Qˉ端的上升沿正好可以作為高位的觸發(fā)脈沖。

3.計數(shù)器原理—減法計數(shù)器

如果將T′觸發(fā)器之間按二進(jìn)制減法規(guī)則連接，就可以得到二進(jìn)制減法計數(shù)器。根據(jù)二進(jìn)制減法計數(shù)規(guī)則。若低位觸發(fā)器已經(jīng)為0，則再輸入一個減法計數(shù)脈沖后應(yīng)翻轉(zhuǎn)為1，同時向高位發(fā)出借位信號，使高位翻轉(zhuǎn)。

3位二進(jìn)制減法器

上圖就是按上述規(guī)則接成的3位二進(jìn)制減法計數(shù)器。圖中采用上升動作的D觸發(fā)器接成的T′觸發(fā)器，其中所有D觸發(fā)器的D= Qˉ即成為T′觸發(fā)器。它的時序圖如下圖所示。