4位同步計數(shù)器

同步計數(shù)器之所以被稱為是因為計數(shù)器內(nèi)所有單個觸發(fā)器的時鐘輸入都由同一時鐘信號同時同時計時。

在之前的異步二進制中在計數(shù)器教程中，我們看到一個計數(shù)器級的輸出直接連接到下一個計數(shù)器級的時鐘輸入，依此類推。

這樣的結(jié)果是異步計數(shù)器遭受了什么被稱為“傳播延遲”，其中定時信號通過每個觸發(fā)器延遲一小部分。

然而，使用同步計數(shù)器，外部時鐘信號連接到計數(shù)器內(nèi)每個觸發(fā)器的時鐘輸入使得所有觸發(fā)器同時（并行）同時計時，從而給出固定的時間關(guān)系。換句話說，輸出的變化發(fā)生在與時鐘信號的“同步”中。

這種同步的結(jié)果是所有單獨的輸出位在響應(yīng)公共時鐘的同時改變狀態(tài)信號沒有紋波效應(yīng)，因此沒有傳播延遲。

二進制4位同步遞增計數(shù)器

從上面可以看出，外部時鐘脈沖（要計數(shù)的脈沖）直接饋送到計數(shù)器鏈中的每個JK觸發(fā)器，并且 J 和 K 輸入全部在切換模式下連接在一起，但僅在第一個觸發(fā)器，觸發(fā)器 FFA （LSB）中它們連接為HIGH，邏輯“1”允許觸發(fā)器在每個時鐘脈沖上切換。然后，同步計數(shù)器響應(yīng)公共時鐘信號遵循預定的狀態(tài)序列，為每個脈沖提前一個狀態(tài)。

J 和 K 觸發(fā)器 FFB 的輸入直接連接到觸發(fā)器 FFA 的輸出 Q A ，但是觸發(fā)器的 J 和 K 輸入 FFC 和 FFD 由單獨的 AND 門也提供來自前一級輸入和輸出的信號。這些額外的 AND 門為下一級的JK輸入生成所需的邏輯。

如果我們使每個JK觸發(fā)器根據(jù)是否所有前面的翻轉(zhuǎn)都進行切換觸發(fā)輸出（ Q ）為“HIGH”，我們可以獲得與異步電路相同的計數(shù)序列，但沒有紋波效應(yīng)，因為此電路中的每個觸發(fā)器將在同一時間進行時鐘控制。

然后由于同步計數(shù)器中沒有固有的傳播延遲，因為所有計數(shù)器級同時并行觸發(fā)，這種頻率計數(shù)器的最大工作頻率遠高于類似的異步計數(shù)器電路。

4位同步計數(shù)器波形時序圖

由于此4位同步計數(shù)器在每個時鐘脈沖上按順序計數(shù)，因此產(chǎn)生的輸出從0（ 0000 ）向上計數(shù)到15（ 1111 ）。因此，這種類型的計數(shù)器也稱為4位同步遞增計數(shù)器。

然而，我們可以輕松構(gòu)建一個4位同步遞減計數(shù)器b>通過將 AND 門連接到觸發(fā)器的 Q 輸出，如圖所示，產(chǎn)生與上述相反的波形時序圖。這里計數(shù)器以其所有輸出HIGH（ 1111 ）開始，并且在重復之前，它會將每個時鐘脈沖的應(yīng)用計數(shù)到零，（ 0000 ）。

二進制4位同步遞減計數(shù)器

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同步計數(shù)器是通過將觸發(fā)器連接在一起形成的并且可以將任意數(shù)量的觸發(fā)器連接或“級聯(lián)”在一起以形成“除以n”二進制計數(shù)器，模數(shù)或“MOD”數(shù)仍然適用于異步計數(shù)器，因此十進制計數(shù)器或BCD計數(shù)器計數(shù)從0到 2 n -1 可以與截斷序列一起構(gòu)建。我們需要增加向上或向下同步計數(shù)器的MOD計數(shù)，它是一個額外的觸發(fā)器和 AND 門。

十進制4位同步計數(shù)器

也可以使用同步二進制計數(shù)器構(gòu)建一個4位十進制同步計數(shù)器，以產(chǎn)生從0到9的計數(shù)序列。標準二進制計數(shù)器可以借助一些額外的計數(shù)器轉(zhuǎn)換為十進制（十進制10）計數(shù)器實現(xiàn)所需狀態(tài)序列的邏輯。達到“1001”計數(shù)后，計數(shù)器回流到“0000”。我們現(xiàn)在有十年或Modulo-10計數(shù)器。

十進制4位同步計數(shù)器

額外的 AND 門檢測計數(shù)序列何時達到“1001”（二進制10）并導致觸發(fā)器 FF3 切換在下一個時鐘脈沖。觸發(fā)器 FF0 在每個時鐘脈沖上切換。因此，計數(shù)被重置并在“0000”處重新開始，產(chǎn)生同步十進制計數(shù)器。

我們可以很容易地在上述計數(shù)器電路中重新安排額外的 AND 門產(chǎn)生其他計數(shù)數(shù)字，如Mod-12計數(shù)器，從“0000”到“1011”（0到11）計數(shù)12個狀態(tài)，然后重復使它們適合于時鐘等。

觸發(fā)同步計數(shù)器

同步計數(shù)器使用邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器改變“正邊沿”（上升沿）或“負邊沿”（下降沿）的狀態(tài)當時鐘輸入改變狀態(tài)時，控制輸入上的時鐘脈沖導致一次計數(shù)。

通常，同步計數(shù)器在上升沿計數(shù)，即時鐘信號的低到高轉(zhuǎn)換和異步紋波計數(shù)器在下降沿計數(shù)，這是時鐘信號從高到低的轉(zhuǎn)換。

它波紋c似乎不尋常ounters使用時鐘周期的下降沿來改變狀態(tài)，但這樣可以更容易地將計數(shù)器鏈接在一起，因為一個計數(shù)器的最高有效位（MSB）可以驅(qū)動下一個計數(shù)器的時鐘輸入。

這是有效的，因為當前一位從高位變?yōu)榈臀粫r，下一位必須改變狀態(tài) - 進位必須發(fā)生在下一位的位置。同步計數(shù)器通常有一個進位和一個進位引腳，用于將計數(shù)器連接在一起而不會引入任何傳播延遲。

同步計數(shù)器摘要

然后總結(jié)一些關(guān)于同步計數(shù)器：

同步計數(shù)器可以由Toggle或D型觸發(fā)器構(gòu)成。

同步計數(shù)器比異步計數(shù)器更容易設(shè)計。

它們被稱為同步計數(shù)器，因為觸發(fā)器的時鐘輸入都是一起計時的同時具有相同的時鐘信號。

由于這個公共時鐘脈沖，所有輸出狀態(tài)都會同時切換或改變。

全部時鐘輸入連接在一起沒有固有的傳播延遲。

同步計數(shù)器有時被稱為并行計數(shù)器，因為時鐘并行饋送到所有觸發(fā)器。

固有記憶c ircuit跟蹤計數(shù)器當前狀態(tài)。

使用邏輯門控制計數(shù)序列。