同步计数器

在上一个教程中，我们已经了解了异步计数器。虽然它们很容易构建，但在他们的操作中有时间延迟。

使用时钟信号来改变其转换的计数器称为“同步计数器”。这意味着同步计数器取决于它们的时钟输入以改变状态值。在同步计数器中，所有触发器都连接到相同的时钟信号，并且所有触发器都会同时触发。

同步计数器也称为“同时计数器”。在同步计数器中没有传播延迟和纹波效果。

不同类型的同步计数器

数字电子设备有许多类型的同步计数器。他们列于下面。

• 二元计数器
• 4位同步UP计数器
• 4位同步下行计数器
• 4位同步上/下计数器
• 可加载的柜台
• BCD计数器
• 环计数器
• 约翰逊计数器等等。

4位同步柜台

下图所示的4位向上计数器是使用JK触发器设计的。外部时钟脉冲与所有触发器并联。

在设计计数器时，首选JK触发器。使用JK触发器的意义在于，当两个输入都是高电平时，它可以根据时钟脉冲切换其状态。

第一触发器的输入连接到高（逻辑1），这使得触发器变为切换，每个时钟脉冲输入它。因此，同步计数器将使用单个时钟信号并使用每个脉冲改变其状态。

第一JK触发器（Q）的输出连接到第二触发器的输入。和门（外部连接）驱动其他两个触发器的输入。这些和栅极的输入，从先前阶段的唇浮输出提供。

如果FF2的输入直接连接到FF1的Q1输出，则计数器无法正常运行。这是因为，Q1值在210的计数时高，这意味着FF2触发器将为第三时钟脉冲切换。这导致错误的计数操作，使计数为710而不是410。

为了防止此问题和栅极用于FF2和FF3的输入侧。只有当Q0，Q1输出高时，AND门的输出将很高。因此，对于下一个时钟脉冲，计数将为00012。

同样，当Q0, Q1和Q2高时，触发器FF3将切换为第四个时钟脉冲。Q3输出直到第8个时钟脉冲才会切换，并再次保持高电平直到第16个时钟脉冲。第16个时钟脉冲后，所有触发器的q输出将返回0。

操作

在up计数器中，4位二进制序列从0000开始，递增到1111。在了解上述计数器电路的工作原理之前先了解一下JK触发器。

在上述电路中，随着触发器的两个输入连接在一起。因此，只有可能发生的两个可能的条件，即两个输入高或低。

如果两个输入都是高的，那么JK触发器就会切换，如果两个输入都是低的，那么JK触发器就会记住，也就是说，它会保持之前的状态。

让我们看看这个操作。这里时钟脉冲指示边缘触发时钟脉冲。

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,J和k的作为输入连接到逻辑高,JK触发器的输出(FF0)改变它的状态,那么第一个触发器的输出(FF0)改变其状态可以观察到每一个时钟脉冲。在上面的显示顺序,LSB或者改变其状态。因此生产-0001

3.）在第三时钟脉冲中，下一个触发器（FF1）将收到其J K输入I.E（逻辑高），它会改变其状态。在此状态下，FF0将使状态更改为0.因此，在FF1上输入为0.hent输出为-0010

4.）类似地，在第四时钟脉冲FF1不会改变其状态，因为其输入处于低状态，它仍处于以前的状态。虽然它为FF2产生输出，但由于存在和门的存在，它不会改变其状态。FF0再次将其输出切换到逻辑高状态。因此输出是0011。

5)。在第五个时钟脉冲中，FF2接收输入并改变其状态。而FF0在其输出上将具有低逻辑，FF1也将产生低状态0100。

这个过程持续到1111。工作可以在下表中解释。上述同步计数器的工作情况可以在下表中清楚地给出。

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进行切换，而第二个触发器只有在给定时钟脉冲的高输入时才触发。如果两个输出Q1和Q2高，则第三个触发器切换。同样，Q4将切换是否所有三个Q1,Q2,Q3高。

再次达到零之后，三个触发器切换到逻辑低I. 0000并再次计数开始。
up计数器时序图如下所示。

4位同步下行计数器

逆计数器按照下降顺序计数数字。这类似于倒计时，但应该减少其数量。因此JK触发器的输入连接到倒Q（Q'）。通过使用JK触发器，设计了下图所示的4位下面的计数器。相同的外部时钟脉冲连接到所有触发器。

由于计数器必须对序列进行倒计时，所以最初所有的输入都将处于高状态，因为它们必须对序列进行倒计时。它将以1111开始，以0000结束，类似于up计数器。

在下行计数器中，应该记住，前一个触发器只有在其输出产生低逻辑时才会切换。

4位同步上/下计数器

上述两个计数器可以在一个计数器中实现，称为up down计数器。这可以从其输入中选择。用JK触发器设计的上/下计数器如下图所示。

通过具有2个输入和栅极，向上/向下计数器具有“向上”和“向下”计数模式，该输入和门用于检测计数操作的适当比特条件。或门用于将每个JK触发器的输出组合和门。

我们提供了一个上/下控制线，使上或下一系列的和门通过JK触发器的输出，Q, Q '到下一级触发器，在级联安排。

如果向上/向下控制线设置为高电平，则顶部和栅极处于启用状态，电路充当计数器。如果向上/向下控制线设置为低电平，则底部和栅极处于启用状态，电路充当计数器。

同步计数器的应用

同步计数器最常见和最著名的应用是机器运动控制，在这一过程中，转轴编码器将机械脉冲转换为电脉冲。这些脉冲将作为上行/下行计数器的时钟输入，并将启动电路运动。

该电路包括光晶体管或光传感器和连接到转子轴的LED。这种布置连接到上/下计数器。当机器开始移动时，它通过连接和扰乱（制造和破坏）光传感器和LED之间的光束来转动编码器轴。

通过这种运动，转子产生时钟脉冲以增加上/下电路的计数。因此，计数器记下轴的运动，并给出转子移动的距离的值。

为了计算转子轴的运动，我们在一个方向上移动轴以增加计数，在另一个方向上移动轴以减少计数。我们还使用一个编码器/解码器电路来区分运动的方向。