异步计数器真值表

异步计数器使用串联连接在一起的触发器，使输入时钟脉冲看起来通过计数器纹波

异步计数器可以有2 n -1可能的计数状态，例如用于4位计数器的MOD-16（0-15）使其成为频分应用的理想选择。但也可以使用基本的异步计数器配置来构造计数状态小于其最大输出数的特殊计数器。例如，modulo或MOD计数器。

这是通过强制计数器在预定值处将其自身重置为零来实现的，从而产生一种具有截断序列的异步计数器。然后计算到其最大模数（2 n ）的 n位计数器称为全序列计数器和n位计数器，其模数小于最大值可能被称为截断计数器。

但为什么我们要创建一个不是MOD-4，MOD-8或其他模数的异步截断计数器等于两个人的力量。答案是我们可以通过使用组合逻辑来利用触发器上的异步输入。

如果我们采用模16式异步计数器并使用额外的逻辑门对其进行修改，则可以制作给出十倍（10分频）计数器输出，用于标准十进制计数和运算电路。

这类计数器通常称为十进制计数器。十进制计数器需要在输出计数达到10的十进制值时重置为零，即。当DCBA = 1010时，我们需要将此条件反馈给复位输入。具有从二进制“0000”（BCD =“0”）到“1001”（BCD =“9”）的计数序列的计数器通常被称为BCD二进制编码十进制计数器，因为其十个状态序列是一个BCD码但二进制十进制计数器更常见。

异步十进制计数器

这种类型的异步计数器在输入时钟信号的每个后沿从0000开始向上计数，直到达到输出1001（十进制9）。输出QA和QD现在都等于逻辑“1”。在应用下一个时钟脉冲时，74LS10与非门的输出从逻辑“1”变为逻辑“0”电平。

当NAND门的输出连接到CLEAR时所有74LS73 JK触发器的（ CLR ）输入，此信号使所有 Q 输出重置为二进制 0000 on 10.由于输出 QA 和 QD 现在都等于逻辑“0”，因为触发器刚刚复位，的输出NAND 门返回逻辑电平“1”，计数器再次从 0000 重新启动。我们现在有十年或Modulo-10向上计数器。

十年计数器真值表

十进制计数器时序图

通过使用截断计数器输出序列的相同想法，上述电路可以很容易地适应其他计数周期，只需更改与 NAND 输入的连接即可栅极或使用其他逻辑门组合。

例如，通过简单地将输入连接到 NAND ，就可以轻松实现十二分之一（模12）来自“ QC ”和“ QD ”输出的门，注意到12的二进制等值 1100 且输出“ QA “是最低有效位（LSB）。

由于 n 触发器可实现的最大模数为 2 n ，这意味着当你设计截断的异步计数器时，你应该确定2的最低功率大于或等于你想要的模数。

让我们说希望计数从0到39，或mod-40并重复。然后所需的触发器数量最多为6， n = 6 给出最大MOD为64，因为五个触发器是不够的，因为这只给我们一个MOD-32。

现在假设我们想建立一个用于频分的“128分频”计数器，我们需要级联七个触发器，因为128 = 2 7 。使用双触发器，如74LS74，我们仍然需要四个IC来完成电路。

一种简单的替代方法是使用两个TTL 7493作为4位纹波计数器/分频器。由于128 = 16 x 8，一个7493可以配置为“16分频”计数器，另一个7493可以配置为“8分频”计数器。如图所示，这两个IC将级联在一起形成一个“128分频”分频器。

当然可以使用标准的IC异步计数器，例如TTL 74LS90可编程纹波计数器/分频器，它可以是配置为除以2，除以5或两者的任意组合。 74LS390是一款非常灵活的双十进制驱动器IC，具有大量“分频”组合，范围分为2,4,5,10,20,25,50和100。

分频器

纹波计数器截断序列以产生“n分频”输出的能力意味着计数器，尤其是纹波计数器，可用作分频器以减少高频时钟频率降低到更可用的值，用于数字时钟和定时应用。例如，假设我们需要精确的1Hz定时信号来操作数字时钟。

我们可以使用配置为Astable Multivibrator的标准555定时器芯片轻松产生1Hz方波信号，但制造商数据表告诉我们555定时器具有典型的1-2％定时误差，具体取决于制造商，并且在1Hz的低频率下，这2％的定时误差不好。

然而，数据表也是告诉我们555定时器的最大工作频率约为300kHz，在这个高频下误差为2％，而在最大约6kHz时仍然很大，这是可以接受的。因此，通过选择更高的定时频率（例如262.144kHz）和18位纹波（Modulo-18）计数器，我们可以轻松制作精确的1Hz定时信号，如下所示。

来自18位异步纹波计数器的

1Hz定时信号

这当然是非常简单的例如，如何产生精确的定时频率，但通过使用高频晶体振荡器和多位分频器，可以生产精密频率发生器，适用于从时钟或手表到事件定时甚至电子钢琴/合成器的全方位应用或音乐类型的应用程序。

不幸的是，异步计数器的一个主要缺点是时钟脉冲到达其输入之间存在一个小的延迟，并且由于内部电路的存在，它在输出端存在。在异步电路中，此延迟称为传播延迟，为异步纹波计数器提供“传播计数器”的昵称，在某些高频率情况下，此延迟可能会产生错误输出计数。

在大比特纹波计数器电路中，如果延迟为将各个阶段加在一起以在计数器链的末端给出相加的延迟，输入信号和计数的输出信号之间的时间差可能非常大。这就是异步计数器通常不用于高频计数电路的原因，因为涉及大量的位。

此外，计数器的输出没有固定的时间由于它们的时钟顺序，彼此之间的关系并不会在同一时刻发生。换句话说，输出频率逐个可用，这是一种多米诺骨牌效应。然后，添加到异步计数器链的触发器越多，最大工作频率就越低，以确保准确计数。为了克服传播延迟的问题，开发了同步计数器。

然后总结一下异步计数器的一些优点：

异步计数器可以很容易地通过Toggle或D-type触发器制作。

它们被称为“异步计数器”，因为触发器的时钟输入并非都由相同的时钟信号驱动。

链中的每个输出都取决于状态与前一个触发器输出的变化。 / li>

异步计数器有时被称为纹波计数器，因为数据似乎从一个触发器的输出“波动”到下一个触发器的输入。

它们可以使用”除以n“计数器电路来实现。

截断计数器可以产生任何模数计数。

异步计数器的缺点：

一个前可能需要“重新同步”输出触发器。

计算截断序列不等于 2 n ，需要额外的反馈逻辑。

计算大量的比特，连续阶段的传播延迟可能会变得非常大。

这种延迟给它们起了“传播计数器”的昵称。

在高时钟频率下发生计数错误。

同步计数器更快，更可靠它们对所有触发器使用相同的时钟信号。