异步柜台

计数器记住数据的数字组合。柜台在我们的日常生活中随处可见。例如,在清晨叫醒你的数字闹钟。

有两种类型的计数器

  • 1)同步和
  • 2)异步。

异步计数器

异步计数器是其中输出不含时钟信号的计数器。由于异步计数器中的触发器提供不同的时钟信号,所以可能存在延迟产生输出。

设计异步计数器的所需数量的逻辑门非常少。所以他们的设计简单。异步计数器的另一个名称是“纹波计数器”。

ripple计数器中使用的触发器数量取决于计数器的状态数(如Mod 4, Mod 2等)。计数器的输出状态数称为计数器的“模”或“MOD”。一个计数器可以拥有的最大状态数是2n,其中n表示计数器中使用的触发器数。

例如,如果我们有2次触发器,计数器的最大输出数是4,也就是22。所以它被称为“MOD-4计数器”或“模4计数器”。

不同类型的异步计数器

在数字电子学中有许多类型的异步计数器。他们是

  • 4位同步柜台
  • 4位同步下降计数器
  • 4位同步向上/向下计数器

异步4位UP计数器

异步4位UP计数器

与D触发器的4位异步向上计数器如上图所示。它能够将数字计数为0到15.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)连接到触发器的状态输出。

这意味着触发器将在时钟信号的每一个活动边缘或正边缘进行切换。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。当时钟信号的正边缘发生时,第一个触发器的输出将改变。

在异步4位上的计数器中,触发器以切换方式连接,所以当时钟输入连接到第一个触发器FF0时,其一个时钟脉冲后的输出将变为20。

每个触发器的Q输出的上升边触发其下一个触发器的时钟输入。它触发下一个时钟频率到其应用输入的一半。每个独立触发器(Q0, Q1, Q2, Q3)的Q输出代表4位UP计数器的计数,如20(1)到23(8)。

异步柜台的工作如下,

我们假设触发器的4q输出最初为0000。当时钟脉冲的上升沿作用于FF0时,输出Q0将变为逻辑1,下一个时钟脉冲将Q0输出变为逻辑0。这意味着一个周期内时钟脉冲的输出状态切换(从0变为1)。

由于FF0的Q '连接到FF1的时钟输入,那么第二个触发器的时钟输入将变为1。这使得FF1的输出很高(即Q1 = 1),表示值为20。这样,下一个时钟脉冲将使Q0再次变高。

现在Q0和Q1都很高,这导致4位输出11002。现在如果我们应用第四个时钟脉冲,它将使Q0和Q1处于低状态并切换FF2。那么输出Q2就变成了0010s2。由于该电路是4位计数器,输出是从0、1、2、3....的二进制值序列15即00002 ~ 11112(0 ~ 1510)。

上计数器的时序图
异步计数器时序图

例如,如果当前计数= 3,则向上计数器将计算下一个计数为4。
异步4位下降计数器

异步4位下降计数器

上图显示了一个4位异步DOWN计数器。它是对UP计数器的简单修改。4位DOWN计数器将从15到0向下计数。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)处切换。时钟输入端连接到第一个触发器。反击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,而不是Q'输出。

这里Q0,Q1,Q2,Q3表示4位击落计数器的计数。当时钟信号的正边缘发生时,第一触发器的输出将改变。例如,如果当前计数= 3,则向上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。

下计数的运算与上计数的运算正好相反。在这里,每个时钟脉冲的输入将减少单个触发器的计数。所以向下计数从15、14、13…0,即(0到1510)或11112到00002。

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。

什么是时钟波纹?

驱动电路的各个时钟脉冲的时间延迟之和称为“时钟纹波”。下图解释了每个触发器中如何创建传播延迟的逻辑门。

“钟涟漪”逻辑门的传播延迟由蓝线表示。它们中的每一个都会增加下一个触发器的延迟,并且所有这些单独的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以不同的时间间隔更改,并且对于时钟信号时的每个不同输入,每次输出都会发生新值。例如,在时钟脉冲8,输出应在11102(710)到00012(810)中,在某个时间延迟为400到700ns(纳米秒)。

对于8以外的时钟脉冲,序列将改变。

虽然此问题防止电路用作可靠计数器,但它仍然有价值作为一种简单且有效的分频器,其中高频振荡器提供输入,并且链中的每个触发器将频率划分为两个。这完全是关于时钟纹波。

异步3位上下计数器

通过把up计数器和DOWN计数器的概念加在一起,我们可以设计出异步的up / DOWN计数器。3位异步向上/向下计数器如下所示。

异步3位updown计数器

它可以以任意一种方式计数,从上到下或从下到上,基于时钟信号输入。

了数

如果UP输入和down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的非反向输出传递给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计数器执行向上计数。

倒计时

如果分别向下输入和向上输入分别为1和0,则第一触发器到第三触发器之间的NAND门将通过FF 0的反相输出到FF 1的时钟输入。类似地,FF 1的Q输出将通过到FF 2的时钟输入。因此,向上/向下计数器执行计数。

上/下计数器比计数器或下降计数器慢,因为添加传播延迟将添加到NAND门网中

优势

  • 异步计数器可以通过T触发器或D触发器轻松设计。
  • 这些也称为纹波计数器,并且用于低速电路。
  • 它们用作划分的否定计数器,其除以n,其中n是整数。
  • 异步计数器也用作截断的计数器。这些可用于设计任何MOD编号计数器,即MOD(例如:MOD 4)或奇数MOD(例如:MOD3)。

缺点

  • 有时,可能需要额外的触发器“重新同步”。
  • 要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,可能会发生计数错误。

异步计数器的应用

  • 异步计数器用作分频器,除以N个计数器。
  • 这些用于低功率应用和低噪音排放。
  • 这些用于设计异步十进计数器。
  • 也用于环式计数器和约翰逊计数器。
  • 异步计数器用于MOD N纹波计数器。例如:Mod 3,Mod 4,Mod 8,Mod 14,Mod 10等

5的反应

发表评论

您的电子邮件地址将不会被公布。必填字段被标记*