同步计数器

在上一个教程中,我们了解了异步计数器。尽管它们很容易建造,但其操作的时间延迟。

使用时钟信号更改其过渡的计数器称为“同步计数器”。这意味着同步计数器取决于其时钟输入以更改状态值。在同步计数器中,所有触发器都连接到同一时钟信号,所有触发器都将同时触发。

同步计数器也被称为“同时计数器”。没有传播延迟,同步计数器中没有连锁反应。

不同类型的同步计数器

数字电子产品中有许多类型的同步计数器。它们在下面列出。

  • 二元计数器
  • 4位同步柜台
  • 4位同步柜台
  • 4位同步上 /下柜台
  • 可加载的计数器
  • BCD计数器
  • 戒指柜台
  • 约翰逊柜台等

4位同步柜台

下图所示的4位上方的计数器是通过使用JK触发器设计的。外部时钟脉冲并联连接到所有触发器。

对于设计计数器,JK触发器是优选的。使用JK触发器的意义在于,如果两个输入都高,则可以根据时钟脉冲切换其状态。

第一个触发器的输入连接到高高(逻辑1),这使触发器可以切换,每个时钟脉冲输入。因此,同步计数器将与单个时钟信号一起使用,并通过每个脉冲更改其状态。

在柜台 第一JK触发器(Q)的输出连接到第二张触发器的输入。门和门(外部连接)驱动了其他两个拖鞋的输入。这些和门的输入是从上一阶段的唇绒布输出提供的。

如果FF2的输入直接连接到FF1的Q1输出,则计数器将无法正常运行。这是因为,Q1值在计数为210时很高,这意味着FF2 Flip Flop将为第三个时钟脉冲切换。这会导致错误计数操作,使计数为710,而不是410。

为了防止此问题,在FF2和FF3的输入侧使用门。仅当Q0时,Q1输出很高,该输出才能高。因此,对于下一个时钟脉冲,计数将为00012。

同样,当Q0,Q1和Q2较高时,触发器FF3将为第四个时钟脉冲切换。Q3输出直到第8个时钟脉冲才会切换,并将再次保持高直到第16个时钟脉冲。在第16个时钟脉冲之后,所有触发器的Q输出将返回0。

手术

在UP计数器中,4位二进制序列从0000开始,最高为1111。JK触发器。

在上面的电路中,由于触发器的两个输入是将连接在一起的。因此,只有两种可能发生的条件,即两个输入是高或低的。

如果两个输入较高,则JK触发器切换,并且两个都是低JK触发器插曲记忆,即它保持在先前的状态。

让我们看看操作。这里的时钟脉冲表示边缘触发的时钟脉冲。

1.)在第一个时钟脉冲中,所有触发器的输出将在0000处。

2.)在第二个时钟脉冲中,随着J和K的输入连接到逻辑高,JK Flip Flop(FF0)的输出改变了其状态。因此,第一触发器(FF0)的输出改变了其状态每个时钟脉冲。可以在上面显示的序列中观察到。LSB替代改变其状态。因此产生-0001

3.)在第三个时钟脉冲中,下一个触发器(FF1)将接收其J K输入,即(逻辑高),并改变其状态。在此状态下,FF0将其状态更改为0。因此,FF1上的输入为0。输出为-0010

4.)同样,在第四个时钟中,脉冲脉冲不会改变其状态,因为其输入处于低状态,它仍处于先前状态。尽管它会产生输出到FF2,但由于存在和门的存在,它不会改变其状态。FF0将再次将其输出切换到逻辑高状态。因此,输出为0011。

5.)在第五个时钟脉冲中,FF2接收输入并改变其状态。而FF0的输出将具有较低的逻辑,而FF1也将是低状态产生0100。

该过程连续到1111。可以在下表中解释工作。下表可以清楚地给出上述同步计数器的工作。

桌子

下表显示了4个触发器Q1,Q2,Q3,Q4的输出。第一个触发器在每个边缘触发的脉冲上切换。仅当其输入在给定的时钟脉冲上较高时,第二个触发器才会触发。如果两个Ouputs Q1和Q2高,则第三个flip-flop切换。同样,如果所有三个Q1,Q2,Q3都高,则Q4将切换。

再次达到零后,三个触发器将转换为逻辑低,即0000,然后再次开始计数。
UP计数器的定时图如下所示。

SEQ的定时图

4位同步柜台

唐计数器以减少顺序计数数字。这类似于向上计数器,但应减少其数量。因此,JK触发器的输入连接到倒置的Q(Q’)。下图所示的4个位置计数器是通过使用JK Flip Flop设计的。相同的外时钟脉冲连接到所有触发器。

向下

由于计数器必须计算序列,因此最初所有输入都将处于高状态,因为它们必须计算序列。它将从1111开始,并以0000结束,类似于UP计数器。

在下柜台中,应记住,只有在前板拖失板在其输出时产生低逻辑时,之前的触发器才会切换。

4位同步上/下柜台

上述两个计数器可以在称为down Counter的单个计数器中实现。可以从其输入中选择此计数器。下面显示了使用JK拖鞋的上/下柜台的设计。

上下

UP/ DOWN计数器通过具有2个输入和门具有“向上”和“下”计数模式,这些输入和门用于检测计数操作的适当位条件。或大门用于组合每个JK触发器的输出和门的输出。

我们提供了一个上/下控制线,该线路可以使上下的级别和门的大门将JK Flops,Q,Q'的输出传递到级联的排列中的下一阶段触发器的下一阶段。

如果向上 /向下控制线设置为高,则顶部和门处于启用状态,电路充当向上计数器。如果向上 /向下控制线设置为低,则底部和门处于启用状态,并且电路充当下方计数器。

同步计数器的应用

同步计数器的最常见和众所周知的应用是机器运动控制,旋转轴编码器将机械脉冲转换为电脉冲的过程。这些脉冲将充当向上/下计数器的时钟输入,并将启动电路运动。

该电路包括照片晶体管或光传感器和连接到转子轴的LED。此布置连接到上/下柜台。当机器开始移动时,它通过连接和干扰(制造和破坏)光束在光传感器和LED之间转动编码器轴。

通过这种运动,转子会创建时钟脉冲以增加上/向下计数器电路的计数。因此,计数器的音符降低了轴的运动,并给出了转子移动多少距离的值。

为了计数转子轴的运动,我们通过向一个方向移动轴并通过向另一个方向移动来降低计数来增加计数。我们还使用编码器 /解码器电路来区分运动方向。

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