约翰逊计数器

环形计数器将特定反馈电路添加到移位寄存器后，用移位寄存器构成环形计数器的典型框图如图23-5-1所示。它由移位寄存器和组合反馈逻辑电路的闭环组成，反馈电路的输出连接到移位寄存器的串行输入，反馈电路的输入连接到移位寄存器的串行输出或部分触发器的输出端，具体取决于移位寄存器计数器的类型。图23-5-1移位寄存器计数器方框图23.5.1环形计数器23.5.1.1电路工作原理图23-5-2包括将移位寄存器的最低1位的串行输出部Q1反馈到最高位的串行输入部(即d触发器的数据侧)的4位环计数器，并且经常用于实现脉冲顺序分配功能(分配器)。假设寄存器的初始状态为q4q 3q 2 q 1=1000，移位脉冲的操作状态将按表23-11中的顺序转换。第三移位脉冲到达时，Q1=1，对D4输入部的反馈，第四移位脉冲作用Q4=1，返回初始状态。表23-11中的每个状态被移位脉冲在4位移位寄存器中反复循环。如上所述，此循环数的计数长度为N=n。与二进制计数器相比，有2n-n个状态未使用，有效状态很少使用。23.5.1.2状态转换图和作业计时表23-11将1000作为初始状态，相应的状态转换图见图23-5-3。移位寄存器的初始状态不同，存在不同的状态转换图。图23-5-4显示了四个环计数器的一些可能的不同状态转换图。图23-5-3状态转换图(a) (b) (c) (d)图23-5-4 4 4位环路计数器其他状态转换图图23-5-4(a)、(b)、(c)三种状态切换图中的每种状态都是关闭的，其计时是周期计时。如果计数器位于图23-5-4(d)所示的状态0000或1111中，则计数器状态不变。这两种状态称为静止或死状态。不希望四个环计数器能有这么多不同的周期计时。只能选择其中一个循环计时进行操作。即，作业计时或正常计时或有效计时。在另一端选择的周期计时称为异常计时或无效计时。一般选择图23-5-3的定时仅循环一个“1”，因此无需解码即可从每个触发器的q端获得顺序脉冲输出(参见图23-5-5)。图23-5-5 4位环的计数器输出波形(正常定时)另外，可选图23-5-4(a)的定时循环“0”，顺序输出负脉冲。23.5.1.3如何确保正常计时如图23-5-2所示的结构的计数器可以有两个或多个周期计时。要使环规在选定计时中工作，必须通过以下两种方法防止出现异常计时和死状态：第一种是使用触发器的直接放置和直接重置结束将计数器的状态预设为正常计时的状态之一。这种方法很简单，但有两个缺点。第一，电路在工作中被干扰偏离正常定时，不能自动返回；第二，对于中型电路，由于引出限制，单个单片触发器不会直接和直接传送复位端，因此不能为一个级别单独设置“0”或“1”。二是利用外部反馈逻辑电路，使计数器自动进入正常计时。因此，这种电路即使被干涉偏离正常计时，也会自动运转。这种性能称为自我启动。图23-5-6中的电路是具有自启动功能的四个环计数器。图23-5-6自启动4位环计数器通过比较图23-5-2和图23-5-6中的两个电路，可以看出后者是通过分离Q1到D4的反馈线并按D4=设置新的反馈逻辑来配置的。计数器启动后，如果Q4、Q3和Q2都不是“0”，则D4=0。那么，只要Q4，Q3，Q2仍然不是“0”，下一个时钟运行后，Q4将转换为“0”，D4仍然是“0”，如果另一个时钟运行，则Q4=Q3=0。因此，计数器启动后，无论状态如何，都可以通过最大3位(3个时钟位)电路访问有效操作计时。计数器通电后，如果处于0000状态，则D4=1，如果下一个时钟工作，则处于有效计时的1000状态。请参见状态转换图23-5-7。在此图中，有一个循环计时，即作业计时，另外12个状态与作业计时相关联。具体的转换关系见表23-12。23.5.2扭转环计数器图23-5-8是另一个典型的环计数器，称为纽结环计数器，与图23-5-6不同，它从末端反馈到D4末端，从Q1末端构成纽结末端的反馈。扭环计数器也称为约翰逊计数器。23.5.2.1工作原理图23-5-8电路的状态转换图见图23-5-9。有两个循环计时。常规选择图表(a)是操作计时，因为在两个相邻数字之间，只有一个代码元素跟随其他特性。由于移位寄存器串行输入部的信号是从逆点得到的，所以约翰逊计数器的计数长度N=2n。经过n时钟后，计数器的状态与初始状态相反，需要再经过n时钟才能返回到原始状态。约翰逊计数器的解码对于一般计时，无论位数如何，两个人都可以确定每个状态。请参阅表23-13。23.5.2.2自行启动扭转环计数器*约翰逊计数器还可以通过2n个有效状态、2n-2n个溢出状态、自我启动问题、附加反馈逻辑自行启动约翰逊计数器。具体原则是将非操作计时的状态转换为正常计时。自启动反馈逻辑可以通过以下过程确定：真表23-14中的一些非工作时间一经拍摄即可进入工作计时状态。也就是说，破坏由正常反馈逻辑F=确定的反馈值。反馈必须修改为“1”，并在旁边填写s。必须修改反馈为“0”的人员，并在旁边填写r。小写填充的状态是异常时机解体，进入正常计时突破口的状态。对于无法捕获作业计时的状态，输入反馈逻辑F=f的true值，然后切换到突破口，即可进入作业计时。在卡诺图中输入真值表23-14，选择至少一个突破口，然后选择一些突破口，使卡诺图中的反馈函数最简单。由图23-5-10中的Karnaugh图确定的反馈逻辑