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第十章 計數器 (COUNTERS)

第十章 計數器 (COUNTERS). 非同步計數器. 非同步計數器 (asynchronous counters) 以正反器的輸出作為下一個正反器的計時脈波輸入，此種計數器又稱漣波計數器 (ripple counter) 。. 非同步計數器. 漣波計數器的傳輸延遲時間是個別正反器延遲時間的總和。 A 的頻率是計時脈波的二分之一 B 的頻率是計時脈波的四分之一 C 的頻率是計時脈波的八分之一 Ex. 10-1 pp.480. 非同步計數器. 漣波計數器的正反器輸出結果，就是計時脈波發生負緣變化次數的二進位數值。 N 個串接正反器所能表示的最大二進位數值為 2 n -1

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第十章 計數器 (COUNTERS)

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  1. 第十章計數器(COUNTERS)

  2. 非同步計數器 • 非同步計數器(asynchronous counters)以正反器的輸出作為下一個正反器的計時脈波輸入，此種計數器又稱漣波計數器(ripple counter)。

  3. 非同步計數器 • 漣波計數器的傳輸延遲時間是個別正反器延遲時間的總和。 • A的頻率是計時脈波的二分之一B的頻率是計時脈波的四分之一C的頻率是計時脈波的八分之一 • Ex. 10-1 pp.480

  4. 非同步計數器 • 漣波計數器的正反器輸出結果，就是計時脈波發生負緣變化次數的二進位數值。 • N個串接正反器所能表示的最大二進位數值為2n-1 • 計數器的模數(modulus)相當於計數器可能出現的狀態總數。 • Ex. 10-2 pp.482

  5. 非同步計數器 • 54/7493A IC 四位元二進位計數器 • 計時脈波由 • CKA 16模數計數器 • CKB  8模數計數器 • R0(1)、R0(2)必須同時為高準位，重置發生。

  6. 非同步計數器 • Ex. 10-3 pp.482 • 往下數的計數器(down-counter)

  7. 非同步計數器 • 非同步上下計數器

  8. 解碼閘 • 解碼閘(decoding gates)解碼閘可與計數器輸出相接，於計數器內容等於某預定狀態時，輸出信號。

  9. 解碼閘 • 3位元計數器8種狀態的解碼閘 • 解碼波形常被應用作為數位系統的控制信號

  10. 解碼閘 • Ex. 10-4 pp.489 • 非同步計數器與解碼閘直接使用時，由於正反器的延遲現象，解碼閘的輸出會有雜波現象，可以附加邏輯閘的閃控(strobe)信號解決。

  11. 同步計數器 • 漣波計數器製作最簡單，但最高操作頻率有所限制。其總延遲時間為正反器總數與單一延遲時間的乘積。且與解碼閘共用時，會有雜波產生。 • 同步計數器(synchronous counters)計時脈波同時控制每個正反器，此種邏輯組態稱為引導邏輯(steering logic)。

  12. 同步計數器

  13. 同步計數器 • 由於狀態的改變是同步發生，不可能在解碼閘的輸出端產生雜波。因此，解碼閘不需受閃控信號的控制。

  14. 同步計數器 • 同步4位元並列上下計數器

  15. 同步計數器 • 54/74193 IC

  16. 同步計數器 • Ex. 10-5 pp.499

  17. 同步計數器 • 計數器中，正反器改變狀的時間取決於前面所有正反器的狀態 • 往上計數：每當前面所有正反器為1且計時脈波觸發時 • 往下計數：每當前面所有正反器為0且計時脈波觸發時 • 前瞻邏輯(look-ahead logic)J,K輸入端均為高準位，正反器就會在計時脈波觸發時改變狀態。若J,K輸入端均為低準位，就不改變。

  18. 同步計數器 • 54/74191 IC

  19. 同步計數器 • Ex. 10-6 pp.505

  20. 模數計數器之變化 • 模數計數器(counter modulus)漣波計數器由正反器組成，n代表正反器數目，則其模數為2n，亦即具有2n個自然計數值(national count)。 • 利用大模數的計數器，跳略一些狀態，可構成較小模數的計數器，則此計數器擁有的稱為修正數值(modified count)。 • Ex. 10-7 pp.506 • Ex. 10-8 pp.508

  21. 3模數計數器 • 除以3電路  同步計數器

  22. 6模數計數器 • 3×2的6模數計數器 非同步 • Ex. 10-9 pp.510

  23. 6模數計數器 • 54/7492A IC • 計時脈波輸入B3×2之6模數計數器計時脈波輸入A2×3×2之12模數計數器 • 非同步計數器 • Ex. 10-10 pp.512

  24. 10進位計數器(decade counter) • 5模數計數器

  25. 5模數計數器 • 此計數器於正常動作順序中，省略了5、6與7三種狀態( 不合法)：狀態5 (CBA=101)：經過一個時脈後，變成狀態2 (CBA=010)狀態6 (CBA=110)：經過一個時脈後，變成狀態2 (CBA=010)狀態7 (CBA=111)：經過一個時脈後，變成狀態0 (CBA=000) • 三種不合法狀態都不會使計數器動作失常，只要經過一個時脈後就會回復合法狀態。

  26. 10模數計數器 • 5×2計數器雙五進位數(biquinary)

  27. 10模數計數器 • 2×5計數器

  28. 10模數計數器 • 7490A

  29. 10模數計數器 • 10模數計數器應用由000至999計數

  30. 可預置的計數器(presettable counter) • 同步上數計數器 • 任一ENABLE為L計數器停止計數 • 只要CLEAR為L，在下一次觸發時，重置所有正反器，稱為同步重置(synchronous reset) • LOAD為L，計數器被禁能，並於下一次觸發時，輸入四個資料至正反器。 • ENABLE , LOAD , CLEAR為H時，計數器正常運作。

  31. 可預置的計數器(presettable counter) • 利用同步CLEAR輸入，配合NAND閘，可輕易修改計數長度。 • Ex. 10-12 pp.526

  32. 可預置的計數器(presettable counter) • 54/74163 IC • 54/74161 IC

  33. 可預置的計數器(presettable counter) • 54/74160 IC • 54/74162 IC10模數計數器 ： ：1000 8 1001 9 0000 0

  34. 可預置的計數器(presettable counter) • 54/74160 IC • 54/74162 IC

  35. 同步上/下計數器 • 54/74193 IC • PL做資料載入線PA,PB,PC,PD的控制輸入 • MR控制重置輸入 • TCU與TCD用以驅動後面串接單位 • 時脈由CPU輸入時，計數器往上數時脈由CPD輸入時，計數器往下數 • 狀態圖是一種顯示計數器的穩定狀態，以及計數值變化情形的簡單圖形。 • 修改計數值，可利用NAND閘輸出使PL變為低準位來達成。

  36. 同步上/下計數器 • PDPCPBPA=1001 • Ex. 10-13 pp.532 • 此技巧屬非同步，需防範雜波輸出！！ 下數 上數

  37. 移位計數器 • 直接回授(direct feedback)：移位暫存器最後一個正反器的輸出連接到第一個正反器的控制輸入。(環狀計數器)逆向回授(inverse feedback)：最後一個正反器的輸出交叉連接到第一個正反器的輸入。 • 利用逆向回授所產生的計數器，稱為詹森計數器(Johnson counter)或移位計數器(shift counter)。

  38. 移位計數器 • 3個正反器所形成的移位計數器，需6個時脈週期完成一個完整的計數週期。

  39. 移位計數器 • 不合法狀態此移位計數器忽略了二進計數器2(010)與5(101)。 • 若計數器初始處於2(010)，則計數器會在兩不合法狀態(2,5)間擺盪，不能作為6模數計數器。 • 不合法狀態可使用NAND閘之應用，導入正常狀態。

  40. Ex.10-14 pp.536 不合法狀態 移位計數器 ：利用NAND閘輸入CD正反器的PR來更正(回到狀態614）

  41. 模數移位計數器 • n個連接成移位計數器組態的正反器，可以提供2n個不同的計數器狀態。 • 欲得到任何包含m個計數器值的奇模數計數器，其方法是利用模數為m+1的偶模數計數器，移除最後一個正反器的真直輸出，改將倒數第二個正反器的真值輸出連接到第一個正反器的K輸入即可。 • 有不合法狀態2,5,7，但此計數器沒有永久不合法狀態。（會自動回到合法狀態）

  42. 具解碼電路的10模數移位計數器 • 有32種狀態，其中10種為合法，22種不合法。 • 如果起始於任一種不合法狀態 • 繼續做除10動作，只是順序不合法 • 若起始於10,21，將來回擺盪 • 解決方式是使用NAND閘

  43. 具解碼電路的10模數移位計數器 • 使用移位計數器的好處是，任一種計數器狀態的解碼，都只需雙輸入的解碼閘。 • Ex.10-15 pp.542

  44. 數字鐘 • 數字鐘是計數器與解碼器最有趣的應用。

  45. 數字鐘

  46. 數字鐘 • 解小時分成個位與十位 • 以10模數配合一個正反器形成20模數計數器，再配合NAND解碼閘跳過8個模數12模數

  47. 數字鐘 • 利用大型積體電路即可以一個IC完成

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