下载文档原格式
同步和异步十进制加法计数器的设计1. 引言1.1 引言在计算机科学领域，同步和异步十进制加法计数器是常见的设计。
它们可用于对数字进行加法运算，是数字逻辑电路中的重要组成部分。
同步计数器和异步计数器的设计原理和工作方式有所不同，各有优劣势。
同步十进制加法计数器是一种通过时钟信号同步运行的计数器，采用同步电路设计。
它的设计目的是确保每一位数字在同一时刻进行加法运算，以保证正确性和稳定性。
同步计数器具有较高的精确度和可靠性，但需要更多的电路元件和较复杂的控制逻辑。
与之相反，异步十进制加法计数器采用异步电路设计，每一位数字都根据前一位数字的状态自主运行。
这种设计方式减少了电路复杂度和功耗，但可能会造成计算不稳定或出错的情况。
在选择计数器设计时需要根据实际需求和应用场景进行权衡。
通过对同步和异步十进制加法计数器的设计进行比较分析，可以更好地理解它们的优劣势和适用范围。
结合实际的应用案例，可以更好地理解它们在数字逻辑电路中的作用和价值。
2. 正文2.1 设计目的在设计同步和异步十进制加法计数器时，我们的主要目的是实现一个能够对十进制数字进行加法运算的电路。
具体来说，我们希望设计一个可以接受两个十进制数字作为输入，并输出它们的和的计数器。
设计的目的是为了实现数字的加法计算，并且保证计数器的正确性、稳定性和效率。
在设计过程中，我们需要考虑到各种可能的输入情况，例如进位、溢出等，并确保计数器能够正确处理这些情况。
我们也希望设计出一个简洁、高效的电路，以确保在实际应用中能够满足性能要求。
我们也需要考虑到电路的功耗和面积，以确保设计的成本和资源利用是否合理。
设计同步和异步十进制加法计数器的目的是为了实现对十进制数字的加法运算，保证计数器的正确性和性能，并在满足需求的前提下尽可能地降低成本和资源消耗。
2.2 同步十进制加法计数器的设计同步十进制加法计数器是一种利用时钟脉冲同步输入和输出的数字电路，用于实现十进制加法运算。
在数字系统中，常需要对时钟脉冲的个数进行计数，以实现测量、运算和控制等功能。
具有计数功能的电路，称为计数器。
计数器是一种非常典型、应用很广的时序电路，计数器不仅能统计输入时钟脉冲的个数，还能用于分频、定时、产生节拍脉冲等。
计数器的类型很多，按计数器时钟脉冲引入方式和触发器翻转时序的异同，可分为同步计数器和异步计数器；按计数体制的异同，可分为二进制计数器、二—十进制计数器和任意进制计数器；按计数器中的变化规律的异同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。
二进制加法计数器运用起来比较简洁方便，结构图和原理图也比其它进制的简单明了，但二进制表示一个数时，位数一般比较长。
十进制是我们日常生活中经常用到的，不用转换，所以设计十进制加法计数器比设计二进制加法计数器应用广泛，加法器是以数据的累加过程，日常生活中，数据的累加普遍存在，有时候需要一种计数器对累加过程进行运算处理，所以设计十进制加法计数器应广大人们生活的需要，对我们的生活有一个积极地促进作用，解决了生活中许多问题，所以会设计十进制加法计数器使我们对数字电路的理论和实践知识的充分结合，也使我们对电子技术基础有了深刻的了解，而且增强了我们对电子技术基础产生了浓厚的兴趣，这次课程设计使我受益匪浅！一、设计题目 (3)二、设计目的 (3)三、设计依据 (3)四、设计内容 (3)五、设计思路 (4)六、设计方案 (7)七、改进意见 (10)八、设计总结 (11)九、参考文献 (12)一、设计题目十进制加法计数器二、设计目的1.学习电子电路设计任务。
2.通过课程设计培养学生自学能力和分析问题、解决问题的能力。
3.通过设计使学生具有一定的计算能力、制图能力以及查阅手册、使用国家技术标准的能力和一定的文字表达能力。
三、设计依据1.用JK触发器组成。
2.实现同步或异步加法计数。
四、设计内容1.复习课本，收集查阅资料，选定设计方案；2.绘制电气框图、电气原理图；3.对主要元器件进行计算选择，列写元器件的规格及明细表；4.设计总结及改进意见；5.参考资料；6.编写说明书。
数电习题及答案(总32页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--一、时序逻辑电路与组合逻辑电路不同，其电路由组合逻辑电路和存储电路（触发器）两部分组成。
二、描述同步时序电路有三组方程，分别是驱动方程、状态方程和输出方程。
三、时序逻辑电路根据触发器的动作特点不同可分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路两大类。
四、试分析图时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图和时序图。
解：驱动方程：001101J KJ K Q====状态方程：100111010nnQ QQ Q Q Q Q++==+输出方程：10Y Q Q=状态图：功能：同步三进制计数器五、试用触发器和门电路设计一个同步五进制计数器。
解：采用3个D触发器，用状态000到100构成五进制计数器。
（1）状态转换图（2）状态真值表（3）求状态方程（4）驱动方程（5）逻辑图（略）[题] 分析图所示的时序电路的逻辑功能，写出电路驱动方程、状态转移方程和输出方程，画出状态转换图，并说明时序电路是否具有自启动性。
解：触发器的驱动方程2001021010211J Q K J Q J QQ K Q K ====⎧⎧⎧⎨⎨⎨==⎩⎩⎩ 触发器的状态方程120011010112210n n n Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q +++==+=⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩输出方程 2Y Q = 状态转换图如图所示所以该电路的功能是：能自启动的五进制加法计数器。
[题] 试分析图时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，并检查电路能否自启动。
解：驱动方程输出方程 状态方程状态转换图如图 所示功能：所以该电路是一个可控的3进制计数器。
[题] 分析图时序电路的功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，并检查电路能否自启动。
计数器的原理计数器是数字电路中广泛使用的逻辑部件，是时序逻辑电路中最重要的逻辑部件之一。
计数器除用于对输入脉冲的个数进行计数外，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲等。
计数器按计数脉冲的作用方式分类，有同步计数器和异步计数器；按功能分类，有加法计数器、减法计数器和既具有加法又有减法的可逆计数器；按计数进制的不同，又可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器。
一、计数器的工作原理1、二进制计数器（1）异步二进制加法计数器图1所示为用JK触发器组成的4位异步二进制加法计数器逻辑图。
图中4个触发器F0~F3均处于计数工作状态。
计数脉冲从最低位触发器F0的CP端输入，每输入一个计数脉冲，F0的状态改变一次。
低位触发器的Q端与高位触发器的CP端相连。
每当低位触发器的状态由1变0时，即输出一负跳变脉冲时，高位触发器翻转。
各触发器置0端R D并联，作为清0端，清0后，使触发器初态为0000。
当第一个计数脉冲输入后，脉冲后沿使F0的Q0由0变1，F1、F2、F3均保持0态，计数器的状态为0001；当图1 4位异步二进制加法计数器第二个计数脉冲输入后，Q0由1变为0，但Q0的这个负跳变加至F1的CP端，使Q1由0变为1，而此时F3、F2仍保持0状态，计数器的状态为0010。
依此类推，对于F0来说，每来一个计数脉冲后沿，Q0的状态就改变，而对于F1、F2、F3来说，则要看前一位输出端Q是否从1跳到0，即后沿到来时，其输出端的状态才改变，否则Q1、Q2、Q3端的状态同前一个状态一样。
这样在第15个计数脉冲输入后，计数器的状态为1111，第16个计数脉冲输入，计数器恢复为0000。
由上述分析可知，一个4位二进制加法计数器有24=16种状态，每经过十六个计数脉冲，计数器的状态就循环一次。
通常把计数器的状态数称之为计数器的进制数（或称计数器的模），因此，4位二进制计数器也可称之为1位十六进制（模16）计数器。
表1所示为4位二进制加法计数器的状态表。
同步加法计数器CD4518,CD4520中文资料二、十进制同步加法计数器CD4518,CD4520中文资料CD4518/CC4518是二、十进制（8421编码）同步加计数器，内含两个单元的加计数器，其功能表如真值表所示。
每单个单元有两个时钟输入端CLK和EN，可用时钟脉冲的上升沿或下降沿触发。
由表可知，若用ENABLE信号下降沿触发，触发信号由EN端输入，CLK端置“0”；若用CLK信号上升沿触发，触发信号由CL℃K端输入，ENABLE端置“1”。
RESET端是清零端，RESET端置“1”时，计数器各端输出端Q1～Q4均为“0”，只有RESET端置“0”时，CD4518才开始计数。
CD4518采用并行进位方式，只要输入一个时钟脉冲，计数单元Q1翻转一次；当Q1为1，Q4为0时，每输入一个时钟脉冲，计数单元Q2翻转一次；当Q1=Q2=1时，每输入一个时钟脉冲Q3翻转一次；当Q1=Q2=Q3=1或Q1=Q4=1时，每输入一个时钟脉冲Q4翻转一次。
这样从初始状态（“0”态）开始计数，每输入10个时钟脉冲，计数单元便自动恢复到“0”态。
若将第一个加计数器的输出端Q4A 作为第二个加计数器的输入端ENB的时钟脉冲信号，便可组成两位8421编码计数器，依次下去可以进行多位串行计数。
CD4520/CC4520为二进制加计数器，由两个相同的内同步4级计数器构成。
计数器级为D型触发器，具有内部可交换CP和EN线，用于在时钟上升沿或下降沿加计数。
在单个单元运算中，EN输入保持高电平，且在CP上升沿进位。
CR线为高电平时，计数器清零。
计数器在脉动模式可级联，通过将Q3连接至下—计数器的EN输入端可实现级联，同时后者的CP输入保持低电平。
引脚功能：引脚符号功能1 9CLOCK时钟输入端7 15RESET消除端2 10ENABLE计数允许控制端3 4 5 6Q1A-Q4A计数输出端11 12 13 14Q1B-Q4B计数输出端8 VSS地16VDD电源正CD4518 引脚图功能图CD4518逻辑图CD4520逻辑图真值表功能：CL℃KENABLERESETACTION上升沿10加计数0下降沿0加计数下降沿X0不变X上升沿0不变上升沿00不变1下降沿0不变XX1Q0～Q4=0CD4518 CD4520时序图极限参数：DC Supply V oltage Range, (VDD)-0.5V to +20V(V oltage Referenced to VSS Terminals)Input V oltage Range, All Inputs输入电压范围，所有投入-0.5V to VDD +0.5V DC Input Current, Any One Input直流输入电流±10mAOperating Temperature Range 工作温度范围-55℃to +125℃Storage Temperature Range (TSTG)储存温度范围-65℃to +150℃典型应用电路：串联4个计数器上升沿边缘触发CD4020,CD4012,CD4071组成的同步串联二进制计数器负边缘触发器电路同步串联二进制计数器负边缘触发器电路。
