頻分使用2分頻觸發觸發器作為二進制計數器來降低輸入時鐘信號的頻率

在Sequential Logic教程中，我們看到了D型翻轉 - Flop的工作以及它們如何連接在一起形成數據鎖存器。

D型觸發器的另一個有用功能是作為二進制分頻器，用于頻分或作為“2分頻”計數器。這里反相輸出端子 Q （NOT-Q）直接連接到數據輸入端子 D ，為設備提供“反饋”，如下所示。

除2計數器

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 ）輸入時鐘頻率。換句話說，電路產生頻分，因為它現在將輸入頻率除以因子2（倍頻程）。

然后產生一種稱為“紋波”的計數器計數器“并且在紋波計數器中，時鐘脈沖觸發第一個觸發器，其輸出觸發第二個觸發器，然后觸發第三個觸發器，依此類推，通過鏈產生波紋效應（因此它們的名稱）定時信號通過鏈時。

撥動觸發器

另一種可用于分頻的數字設備是T型或Toggle翻轉器翻牌。通過對標準JK觸發器的略微修改，我們可以構造一種稱為Toggle觸發器的新型觸發器。

Toggle觸發器可以由如上所示的D型觸發器，或來自標準JK觸發器，如74LS73。結果是一個只有兩個輸入的設備，“Toggle”輸入本身和負控制“Clock”輸入如圖所示。

74LS73 Toggle Flip Flop

“Toggle flip-flop”的名稱取決于觸發器能夠在兩種不同狀態之間切換或切換的事實，“切換狀態“和”記憶狀態“。由于只有兩種狀態，因此T型觸發器非常適用于分頻和二進制計數器設計。

通過將1的輸出連接到下一個的時鐘輸入，可以使用“Toggle”或“T型觸發器”構建二進制紋波計數器。 Toggle觸發器非常適合構建紋波計數器，因為它在每個時鐘周期從一種狀態切換到下一種狀態（從高到低或從低到高），因此可以使用標準T型輕松構建簡單的分頻器和紋波計數器電路觸發器電路。

如果我們串聯連接兩個T型觸發器，初始輸入頻率將被第一個觸發器“分頻”（? ÷2 ）然后通過第二個觸發器（?÷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為原始時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”觸發到鏈，輸出時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器的數量。

n Toggle或T型觸發器是基于標準JK型觸發器的邊沿觸發的2分頻器件，在時鐘信號的上升沿觸發。結果是每個位向右移動一個觸發器。所有觸發器都可以異步復位，并可觸發輸入時鐘信號的前沿或后沿，使其成為頻分的理想選擇。

這種用于分頻的計數器電路通常稱為異步3位二進制計數器，作為 QA 到 QC <的輸出/ span>，為3位寬，是每個時鐘脈沖從 0 到 7 的二進制計數。

在異步計數器中，時鐘僅應用于第一級，一個觸發器級的輸出為下一個觸發器級提供時鐘信號，后續級從前一級獲得時鐘，每個級的時鐘脈沖減半。

這種安排通常稱為 Asynchronous ，因為每個時鐘事件都是獨立發生的，因為計數器中的所有位都不會同時發生變化。當計數器從 0 到 7 的向上方向順序計數。這種類型的計數器也稱為“向上”或“正向”計數器（CTU）或“3位異步向上計數器”。所示的三位異步計數器是典型的，并在切換模式下使用觸發器。異步“向下”計數器（CTD）也可用。

3位異步遞增計數器的真值表

因此我們可以看到D型觸發器的輸出是輸入頻率的一半，換句話說，它的計數為2。通過將更多D型或Toggle觸發器級聯在一起，我們可以產生一個2分頻，4分頻，8分頻等電路，它將輸入時鐘頻率除以2,4或8次，實際上是我們想要制作二進制計數器電路的2的冪的任何值。

二進制計數器

因此我們可以看到一個計數器只不過是一個專用寄存器或模式發生器，在應用稱為“時鐘”的輸入脈沖信號時產生指定的輸出模式或二進制值（或狀態）序列。

時鐘實際用于數據傳輸這些應用。通常，計數器是可以將計數遞增或遞減1的邏輯電路，但是當用作異步n分頻計數器時，它們能夠劃分這些輸入脈沖，從而產生時鐘分頻信號。

通過將觸發器連接在一起形成計數器，并且可以將任意數量的觸發器連接或“級聯”在一起以形成“除以n”二進制計數器，其中“n”是使用的計數器級的數量它被稱為模數。計數器的模數或簡稱“MOD”是計數器在將自身返回到零之前經過的輸出狀態的數量，即一個完整的周期。

然后是一個帶有三個觸發器的計數器，如上面的電路將從 0 計算到 7 ，即 2 n -1 。它有八種不同的輸出狀態，表示十進制數 0 到 7 ，稱為Modulo-8或MOD-8柜臺。具有四個觸發器的計數器將從 0 計數到 15 ，因此稱為Modulo-16計數器，依此類推。

一個例子是：

3位二進制計數器= 2 3 = 8（模數 - 8或MOD-8）

4位二進制計數器= 2 4 = 16（模16或MOD-16）

8位二進制計數器= 2 8 = 256（modulo-256或MOD-256）

等等..

可以通過向計數器添加更多觸發器來增加模數，并且級聯是實現更高模數計數器的方法。然后模數或MOD編號可以簡單地寫為： MOD編號= 2 n

4位模數16計數器

以這種方式連接的多位異步計數器也稱為“紋波計數器”或紋波分頻器因為每個階段的狀態變化似乎通過計數器從LSB輸出到其MSB輸出連接“波動”。紋波計數器有標準IC形式，從74LS393雙4位計數器到74HC4060，這是一個14位紋波計數器，內置時鐘振蕩器，可產生出色的基頻分頻。

頻分摘要

對于分頻，切換模式觸發器在鏈中用作除以兩個計數器。一個觸發器將時鐘? IN 除以2，兩個觸發器將劃分? IN 4（依此類推）。使用觸發式觸發器進行分頻的一個好處是，任何一點的輸出都具有精確的50％占空比。

最終輸出時鐘信號的頻率值等于輸入時鐘頻率的分頻由計數器的MOD號。這種電路稱為“n分頻”計數器。可以通過將各個觸發器連接在一起來形成計數器，并根據它們的時鐘方式進行分類。

在異步計數器中，（紋波計數器）第一個觸發器是由外部時鐘脈沖計時，然后每個連續的觸發器由前一個觸發器的輸出計時。在同步計數器中，時鐘輸入連接到所有觸發器，以便它們同時進行時鐘控制。