约翰逊计数器..docVIP

环形计数器是由移位寄存器加上一定的反馈电路构成的，用移位寄存器构成环形计数器的一般框图见图23-5-1，它是由一个移位寄存器和一个组合反馈逻辑电路闭环构成，反馈电路的输出接向移位寄存器的串行输入端，反馈电路的输入端根据移位寄存器计数器类型的不同，可接向移位寄存器的串行输出端或某些触发器的输出端。 　 图23-5-1 移位寄存器型计数器方框图 23.5.1? 环形计数器 23.5.1.1 电路工作原理 ??? 图23-5-2为一个四位环形计数器，它是把移位寄存器最低一位的串行输出端Q1反馈到最高位的串行输入端（即D触发器的数据端）而构成的，环形计数器常用来实现脉冲顺序分配的功能（分配器）。 ??? 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23-11中的顺序转换。 ????? ? ??? 当第三个移位脉冲到来后，Q1=1，它反馈到D4输入端，在第四个移位脉冲作用下Q4=1，回复到初始状态。表23-11中的各状态将在移位脉冲作用下，反复在四位移位寄存器中不断循环。 ??? 由上述讲讨论可知，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，它利用的有效状态是少的。 23.5.1.2 状态转换图和工作时序 ??? 表23-11中是以1000为初始状态的，它所对应的状态转换图见图23-5-3。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。图23-5-4给出了四位环形计数器可能有的其它几种状态转换图。 ? 图23-5-3? 状态转换图????????????? ???? (a)????????????????????? (b)??????? ??????(c)?????? (d) 图23-5-4? 四位环行计数器其它的状态转换图 ? ??? 图23-5-4(a)、(b)、(c)三个状态转换图中各状态是闭合的，相应的时序为循环时序。当计数器处于图23-5-4(d)所示的状态0000或1111时，计数器的状态将不发生变化。这两个状态称为悬态或死态。 ??? 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。一般选图23-5-3的时序为工作时序，因为它只循环一个“1”，不用经过译码就可从各触发器的Q端得到顺序脉冲输出，参看图23-5-5。 图23-5-5? 四位环形的计数器的输出波形（正常时序） ??? 也可选图23-5-4(a)的时序作为工作时序，它循环的是一个“0”，顺序输出一个负脉冲。 23.5.1.3 如何保证正常时序? 对于图23-5-2这种结构的计数器，可能存在两个以上的循环时序。要想使环形计器在选定的时序中工作，就必须防止异常时序和死态的出现，方法有两种。 ??? 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。其一，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；其二，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”。 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。图23-5-6的电路是具有自启动能力的四位环形计数器。 图23-5-6? 能自启动的四位环行计数器 ? 比较图23-5-2和图23-5-6这两种电路，可以看出后者是将Q1到D4的反馈线断开，按D4= 设置新的反馈逻辑而组成的。计数器启动后，若Q4、Q3、Q2不同时为“0”，则D4=0。那么，下一时钟作用后Q4转换为“0”，只要Q4、Q3、Q2仍不同时为“0”，D4仍为“0”，再一个时钟作用后，Q4=Q3=0。所以计数器启动后，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。若计数器通电后，处于[0000]态，那么D4= =1，下一时钟作用后，即可进入有效时序的[1000]状态。具体参见状态转换图23-5-7，图中只有一个循环时序，即工作时序，其它12个状态都与工作时序相连接，具体转换关系见表23-12。 ? 23.5.2? 扭环型环形计数器 ??? 图23-5-8是另一种常用的环形计数器，称为扭环型计数器，与图23-5-6的不同之处是从 端反馈到D4端，从Q1端扭向 端构成反馈，故得此名。扭环型计数器也称约翰逊计数器。 23.5.2.1? 工作原理? 图23-5-8电路的状态转换图见