頻分使用2分頻觸發(fā)觸發(fā)器作為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器來降低輸入時(shí)鐘信號的頻率

在Sequential Logic教程中，我們看到了D型翻轉(zhuǎn) - Flop的工作以及它們?nèi)绾芜B接在一起形成數(shù)據(jù)鎖存器。

D型觸發(fā)器的另一個有用功能是作為二進(jìn)制分頻器，用于頻分或作為“2分頻”計(jì)數(shù)器。這里反相輸出端子 Q （NOT-Q）直接連接到數(shù)據(jù)輸入端子 D ，為設(shè)備提供“反饋”，如下所示。

除2計(jì)數(shù)器

從上面的頻率波形可以看出，“反饋“ Q 的輸出到輸入端 D ， Q 的輸出脈沖的頻率恰好是一半（?÷2 ）輸入時(shí)鐘頻率。換句話說，電路產(chǎn)生頻分，因?yàn)樗F(xiàn)在將輸入頻率除以因子2（倍頻程）。

然后產(chǎn)生一種稱為“紋波”的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器“并且在紋波計(jì)數(shù)器中，時(shí)鐘脈沖觸發(fā)第一個觸發(fā)器，其輸出觸發(fā)第二個觸發(fā)器，然后觸發(fā)第三個觸發(fā)器，依此類推，通過鏈產(chǎn)生波紋效應(yīng)（因此它們的名稱）定時(shí)信號通過鏈時(shí)。

撥動觸發(fā)器

另一種可用于分頻的數(shù)字設(shè)備是T型或Toggle翻轉(zhuǎn)器翻牌。通過對標(biāo)準(zhǔn)JK觸發(fā)器的略微修改，我們可以構(gòu)造一種稱為Toggle觸發(fā)器的新型觸發(fā)器。

Toggle觸發(fā)器可以由如上所示的D型觸發(fā)器，或來自標(biāo)準(zhǔn)JK觸發(fā)器，如74LS73。結(jié)果是一個只有兩個輸入的設(shè)備，“Toggle”輸入本身和負(fù)控制“Clock”輸入如圖所示。

74LS73 Toggle Flip Flop

“Toggle flip-flop”的名稱取決于觸發(fā)器能夠在兩種不同狀態(tài)之間切換或切換的事實(shí)，“切換狀態(tài)“和”記憶狀態(tài)“。由于只有兩種狀態(tài)，因此T型觸發(fā)器非常適用于分頻和二進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)。

通過將1的輸出連接到下一個的時(shí)鐘輸入，可以使用“Toggle”或“T型觸發(fā)器”構(gòu)建二進(jìn)制紋波計(jì)數(shù)器。 Toggle觸發(fā)器非常適合構(gòu)建紋波計(jì)數(shù)器，因?yàn)樗诿總€時(shí)鐘周期從一種狀態(tài)切換到下一種狀態(tài)（從高到低或從低到高），因此可以使用標(biāo)準(zhǔn)T型輕松構(gòu)建簡單的分頻器和紋波計(jì)數(shù)器電路觸發(fā)器電路。

如果我們串聯(lián)連接兩個T型觸發(fā)器，初始輸入頻率將被第一個觸發(fā)器“分頻”（? ÷2 ）然后通過第二個觸發(fā)器（?÷2）÷2 再次“除以2”，得到一個有效被分割四次的輸出頻率，然后它的輸出頻率變?yōu)樵紩r(shí)鐘頻率的四分之一值（25％），（?÷4 ）。

每次我們添加另一個切換或“T型”觸發(fā)到鏈，輸出時(shí)鐘頻率再次減半或除以2，依此類推，輸出頻率 2 n 其中“ n“是序列中使用的觸發(fā)器的數(shù)量。

n Toggle或T型觸發(fā)器是基于標(biāo)準(zhǔn)JK型觸發(fā)器的邊沿觸發(fā)的2分頻器件，在時(shí)鐘信號的上升沿觸發(fā)。結(jié)果是每個位向右移動一個觸發(fā)器。所有觸發(fā)器都可以異步復(fù)位，并可觸發(fā)輸入時(shí)鐘信號的前沿或后沿，使其成為頻分的理想選擇。

這種用于分頻的計(jì)數(shù)器電路通常稱為異步3位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，作為 QA 到 QC <的輸出/ span>，為3位寬，是每個時(shí)鐘脈沖從 0 到 7 的二進(jìn)制計(jì)數(shù)。

在異步計(jì)數(shù)器中，時(shí)鐘僅應(yīng)用于第一級，一個觸發(fā)器級的輸出為下一個觸發(fā)器級提供時(shí)鐘信號，后續(xù)級從前一級獲得時(shí)鐘，每個級的時(shí)鐘脈沖減半。

這種安排通常稱為 Asynchronous ，因?yàn)槊總€時(shí)鐘事件都是獨(dú)立發(fā)生的，因?yàn)橛?jì)數(shù)器中的所有位都不會同時(shí)發(fā)生變化。當(dāng)計(jì)數(shù)器從 0 到 7 的向上方向順序計(jì)數(shù)。這種類型的計(jì)數(shù)器也稱為“向上”或“正向”計(jì)數(shù)器（CTU）或“3位異步向上計(jì)數(shù)器”。所示的三位異步計(jì)數(shù)器是典型的，并在切換模式下使用觸發(fā)器。異步“向下”計(jì)數(shù)器（CTD）也可用。

3位異步遞增計(jì)數(shù)器的真值表

因此我們可以看到D型觸發(fā)器的輸出是輸入頻率的一半，換句話說，它的計(jì)數(shù)為2。通過將更多D型或Toggle觸發(fā)器級聯(lián)在一起，我們可以產(chǎn)生一個2分頻，4分頻，8分頻等電路，它將輸入時(shí)鐘頻率除以2,4或8次，實(shí)際上是我們想要制作二進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路的2的冪的任何值。

二進(jìn)制計(jì)數(shù)器

因此我們可以看到一個計(jì)數(shù)器只不過是一個專用寄存器或模式發(fā)生器，在應(yīng)用稱為“時(shí)鐘”的輸入脈沖信號時(shí)產(chǎn)生指定的輸出模式或二進(jìn)制值（或狀態(tài)）序列。

時(shí)鐘實(shí)際用于數(shù)據(jù)傳輸這些應(yīng)用。通常，計(jì)數(shù)器是可以將計(jì)數(shù)遞增或遞減1的邏輯電路，但是當(dāng)用作異步n分頻計(jì)數(shù)器時(shí)，它們能夠劃分這些輸入脈沖，從而產(chǎn)生時(shí)鐘分頻信號。

通過將觸發(fā)器連接在一起形成計(jì)數(shù)器，并且可以將任意數(shù)量的觸發(fā)器連接或“級聯(lián)”在一起以形成“除以n”二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其中“n”是使用的計(jì)數(shù)器級的數(shù)量它被稱為模數(shù)。計(jì)數(shù)器的模數(shù)或簡稱“MOD”是計(jì)數(shù)器在將自身返回到零之前經(jīng)過的輸出狀態(tài)的數(shù)量，即一個完整的周期。

然后是一個帶有三個觸發(fā)器的計(jì)數(shù)器，如上面的電路將從 0 計(jì)算到 7 ，即 2 n -1 。它有八種不同的輸出狀態(tài)，表示十進(jìn)制數(shù) 0 到 7 ，稱為Modulo-8或MOD-8柜臺。具有四個觸發(fā)器的計(jì)數(shù)器將從 0 計(jì)數(shù)到 15 ，因此稱為Modulo-16計(jì)數(shù)器，依此類推。

一個例子是：

3位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器= 2 3 = 8（模數(shù) - 8或MOD-8）

4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器= 2 4 = 16（模16或MOD-16）

8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器= 2 8 = 256（modulo-256或MOD-256）

等等..

可以通過向計(jì)數(shù)器添加更多觸發(fā)器來增加模數(shù)，并且級聯(lián)是實(shí)現(xiàn)更高模數(shù)計(jì)數(shù)器的方法。然后模數(shù)或MOD編號可以簡單地寫為： MOD編號= 2 n

4位模數(shù)16計(jì)數(shù)器

以這種方式連接的多位異步計(jì)數(shù)器也稱為“紋波計(jì)數(shù)器”或紋波分頻器因?yàn)槊總€階段的狀態(tài)變化似乎通過計(jì)數(shù)器從LSB輸出到其MSB輸出連接“波動”。紋波計(jì)數(shù)器有標(biāo)準(zhǔn)IC形式，從74LS393雙4位計(jì)數(shù)器到74HC4060，這是一個14位紋波計(jì)數(shù)器，內(nèi)置時(shí)鐘振蕩器，可產(chǎn)生出色的基頻分頻。

頻分摘要

對于分頻，切換模式觸發(fā)器在鏈中用作除以兩個計(jì)數(shù)器。一個觸發(fā)器將時(shí)鐘? IN 除以2，兩個觸發(fā)器將劃分? IN 4（依此類推）。使用觸發(fā)式觸發(fā)器進(jìn)行分頻的一個好處是，任何一點(diǎn)的輸出都具有精確的50％占空比。

最終輸出時(shí)鐘信號的頻率值等于輸入時(shí)鐘頻率的分頻由計(jì)數(shù)器的MOD號。這種電路稱為“n分頻”計(jì)數(shù)器。可以通過將各個觸發(fā)器連接在一起來形成計(jì)數(shù)器，并根據(jù)它們的時(shí)鐘方式進(jìn)行分類。

在異步計(jì)數(shù)器中，（紋波計(jì)數(shù)器）第一個觸發(fā)器是由外部時(shí)鐘脈沖計(jì)時(shí)，然后每個連續(xù)的觸發(fā)器由前一個觸發(fā)器的輸出計(jì)時(shí)。在同步計(jì)數(shù)器中，時(shí)鐘輸入連接到所有觸發(fā)器，以便它們同時(shí)進(jìn)行時(shí)鐘控制。