2022-2023学年高二物理竞赛课件：电路的环扭型环形计数器

电路的环扭型环形计数器 电路的环扭型环形计数器 一、电路工作原理 1.电路结构 以四位环扭型计数器为例，它也是一种环形计数器，不同之处在于从 端反馈到D4端，从Q1端扭向 端构成反馈，故得此名。环扭型计数器也称约翰逊计数器。 状态转换表 假设寄存器初始状态为[Q4Q3Q2Q1]＝1000，那么在移位脉冲的作用下，其状态将按表中顺序转换。 该环形计数的计数长度为N=n,和二进制计数器相比，它有2n-n个状态没有利用。 1.循环时序 如果移位寄存器中的初始状态不同，就会有不同的状态转换图。 状态转换图和工作时序 2.无效工作时序（悬态或死态 ） 四位环形计数器可能有这么多不同的循环时序，是我们不希望的，只能从这些循环时序中选出一个来工作，这就是工作时序，或称为正常时序，或有效时序。其它末被选中的循环时序称为异常时序或无效时序。 顺序脉冲输出 一般选上述两个时序为工作时序，因为它们只循环一个“１”或“0”，不用经过译码就可从各触发器的Ｑ端得到顺序脉冲输出。 第一种是利用触发器的直接置位端和直接复位端，将计数器的状态预置到正常时序中的某一个状态上去。这种方法虽然简单，但有两个缺点。 电路在工作中一旦受干扰脱离了正常时序，就不能自动返回； 对于中规模电路，由于受到引出线的限制，一个单片中的几个触发器不会同时引出直接置位端和直接复位端，因而不能采用预置的办法对某一级单独置“0”或是置“1”。 要想使环形计数器在选定的时序中工作，就必须防止异常时序和空转时序的出现，方法有两种。 三、如何保证正常时序 第二种是利用外接反馈逻辑电路的办法，使计数器自动进入正常时序。所以这种电路即使受干扰脱离了正常时序也能自动返回。这一性能称为自行启动。 将Q1到D4的反馈线断开，按D4= 设置新的反馈逻辑。计数器启动后，不管处于什么状态，最多经过三拍（三个时钟节拍）电路就可进入有效工作时序。 ①将正常时序和多余状态排列成表 四、自动启动逻辑电路的设计 ②根据状态转换的要求，写出各个状态下反馈到D4端的反馈函数F的真值。F的选择要保证环形计数器四位的状态向只有一个“1”的方向发展，以保证计数器按正常时序工作。 ③做反馈函数的卡诺图，可求出反馈函数 ④断开原来的通向D4的反馈线，按求出的自行启动反馈逻辑重新设置反馈电路，即得可以自动启动的环形计数器的逻辑图。 2.状态转换图 它的循环时序有两个，一般选图（a）的为工作时序，因为它符合相邻两个数码之间只有一位码元不同的特点。 约翰逊计数器的计数长度N=2n，因为移位寄存器串行输入端的信号是从反相端处取得的。经过n个时钟后，计数器的状态与初始状态正好相反，必须再经过n个时钟后才能扭回原状态。 F4� Q� 1D� C1� F3� Q� 1D� C1� F2� Q� 1D� C1� F1� Q� 1D� C1� CP� 1� 2� 3� 4� 4� 3� 2� 1� 0� Q� Q� Q� Q� ����������� ������������� 1� 0� 0� 0� 0� 1� 0� 0� 0� 0� 1� 0� 0� 0� 0� 1� 1� 0� 0� 0� 0001� 0010� 0100� 1000� 1101� 1011� 0111� 1110� 1001� 0011� 0110� 1100� 1010� 0101� 0001� 0010� 0100� 1000� 1101� 1011� 0111� 1110� F4� Q� 1D� C1� F3� Q� 1D� C1� F2� Q� 1D� C1� F1� Q� 1D� C1� CP� 0001� 0010� 0100� 1000� 1001� 0000� 0011� 0110� 1101� 1100� 0111� 1110� 1111� 0101� 1010� 1011� 1� F� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� 4� Q� 3� Q� 2� Q� 1� Q� 0� 1� 0� 0� 0� 0� 1� 0� 0� 0� 0� 1� 0� 0� 0� 1� 0� 0� 0� 1� 0� 0� 0� 0� 0� 0� 0� 0� 0� 1� 1� 1� 1� 1� 1� 1� 1� 1� 0� 0� 0� 1� 1� 1� 1� 1� 0� 1� 1� 0� 1� 1� 0� 0� 1� 1� 1� 1� 0� 1�