異步計數器使用串聯連接在一起的觸發(fā)器，使輸入時鐘脈沖看起來通過計數器紋波

異步計數器可以有2 n -1可能的計數狀態(tài)，例如用于4位計數器的MOD-16（0-15）使其成為頻分應用的理想選擇。但也可以使用基本的異步計數器配置來構造計數狀態(tài)小于其最大輸出數的特殊計數器。例如，modulo或MOD計數器。

這是通過強制計數器在預定值處將其自身重置為零來實現的，從而產生一種具有截斷序列的異步計數器。然后計算到其最大模數（2 n ）的 n位計數器稱為全序列計數器和n位計數器，其模數小于最大值可能被稱為截斷計數器。

但為什么我們要創(chuàng)建一個不是MOD-4，MOD-8或其他模數的異步截斷計數器等于兩個人的力量。答案是我們可以通過使用組合邏輯來利用觸發(fā)器上的異步輸入。

如果我們采用模16式異步計數器并使用額外的邏輯門對其進行修改，則可以制作給出十倍（10分頻）計數器輸出，用于標準十進制計數和運算電路。

這類計數器通常稱為十進制計數器。十進制計數器需要在輸出計數達到10的十進制值時重置為零，即。當DCBA = 1010時，我們需要將此條件反饋給復位輸入。具有從二進制“0000”（BCD =“0”）到“1001”（BCD =“9”）的計數序列的計數器通常被稱為BCD二進制編碼十進制計數器，因為其十個狀態(tài)序列是一個BCD碼但二進制十進制計數器更常見。

異步十進制計數器

這種類型的異步計數器在輸入時鐘信號的每個后沿從0000開始向上計數，直到達到輸出1001（十進制9）。輸出QA和QD現在都等于邏輯“1”。在應用下一個時鐘脈沖時，74LS10與非門的輸出從邏輯“1”變?yōu)檫壿嫛?”電平。

當NAND門的輸出連接到CLEAR時所有74LS73 JK觸發(fā)器的（ CLR ）輸入，此信號使所有 Q 輸出重置為二進制 0000 on 10.由于輸出 QA 和 QD 現在都等于邏輯“0”，因為觸發(fā)器剛剛復位，的輸出NAND 門返回邏輯電平“1”，計數器再次從 0000 重新啟動。我們現在有十年或Modulo-10向上計數器。

十年計數器真值表

十進制計數器時序圖

通過使用截斷計數器輸出序列的相同想法，上述電路可以很容易地適應其他計數周期，只需更改與 NAND 輸入的連接即可柵極或使用其他邏輯門組合。

例如，通過簡單地將輸入連接到 NAND ，就可以輕松實現十二分之一（模12）來自“ QC ”和“ QD ”輸出的門，注意到12的二進制等值 1100 且輸出“ QA “是最低有效位（LSB）。

由于 n 觸發(fā)器可實現的最大模數為 2 n ，這意味著當你設計截斷的異步計數器時，你應該確定2的最低功率大于或等于你想要的模數。

讓我們說希望計數從0到39，或mod-40并重復。然后所需的觸發(fā)器數量最多為6， n = 6 給出最大MOD為64，因為五個觸發(fā)器是不夠的，因為這只給我們一個MOD-32。

現在假設我們想建立一個用于頻分的“128分頻”計數器，我們需要級聯七個觸發(fā)器，因為128 = 2 7 。使用雙觸發(fā)器，如74LS74，我們仍然需要四個IC來完成電路。

一種簡單的替代方法是使用兩個TTL 7493作為4位紋波計數器/分頻器。由于128 = 16 x 8，一個7493可以配置為“16分頻”計數器，另一個7493可以配置為“8分頻”計數器。如圖所示，這兩個IC將級聯在一起形成一個“128分頻”分頻器。

當然可以使用標準的IC異步計數器，例如TTL 74LS90可編程紋波計數器/分頻器，它可以是配置為除以2，除以5或兩者的任意組合。 74LS390是一款非常靈活的雙十進制驅動器IC，具有大量“分頻”組合，范圍分為2,4,5,10,20,25,50和100。

分頻器

紋波計數器截斷序列以產生“n分頻”輸出的能力意味著計數器，尤其是紋波計數器，可用作分頻器以減少高頻時鐘頻率降低到更可用的值，用于數字時鐘和定時應用。例如，假設我們需要精確的1Hz定時信號來操作數字時鐘。

我們可以使用配置為Astable Multivibrator的標準555定時器芯片輕松產生1Hz方波信號，但制造商數據表告訴我們555定時器具有典型的1-2％定時誤差，具體取決于制造商，并且在1Hz的低頻率下，這2％的定時誤差不好。

然而，數據表也是告訴我們555定時器的最大工作頻率約為300kHz，在這個高頻下誤差為2％，而在最大約6kHz時仍然很大，這是可以接受的。因此，通過選擇更高的定時頻率（例如262.144kHz）和18位紋波（Modulo-18）計數器，我們可以輕松制作精確的1Hz定時信號，如下所示。

來自18位異步紋波計數器的

1Hz定時信號

這當然是非常簡單的例如，如何產生精確的定時頻率，但通過使用高頻晶體振蕩器和多位分頻器，可以生產精密頻率發(fā)生器，適用于從時鐘或手表到事件定時甚至電子鋼琴/合成器的全方位應用或音樂類型的應用程序。

不幸的是，異步計數器的一個主要缺點是時鐘脈沖到達其輸入之間存在一個小的延遲，并且由于內部電路的存在，它在輸出端存在。在異步電路中，此延遲稱為傳播延遲，為異步紋波計數器提供“傳播計數器”的昵稱，在某些高頻率情況下，此延遲可能會產生錯誤輸出計數。

在大比特紋波計數器電路中，如果延遲為將各個階段加在一起以在計數器鏈的末端給出相加的延遲，輸入信號和計數的輸出信號之間的時間差可能非常大。這就是異步計數器通常不用于高頻計數電路的原因，因為涉及大量的位。

此外，計數器的輸出沒有固定的時間由于它們的時鐘順序，彼此之間的關系并不會在同一時刻發(fā)生。換句話說，輸出頻率逐個可用，這是一種多米諾骨牌效應。然后，添加到異步計數器鏈的觸發(fā)器越多，最大工作頻率就越低，以確保準確計數。為了克服傳播延遲的問題，開發(fā)了同步計數器。

然后總結一下異步計數器的一些優(yōu)點：

異步計數器可以很容易地通過Toggle或D-type觸發(fā)器制作。

它們被稱為“異步計數器”，因為觸發(fā)器的時鐘輸入并非都由相同的時鐘信號驅動。

鏈中的每個輸出都取決于狀態(tài)與前一個觸發(fā)器輸出的變化。 / li>

異步計數器有時被稱為紋波計數器，因為數據似乎從一個觸發(fā)器的輸出“波動”到下一個觸發(fā)器的輸入。

它們可以使用”除以n“計數器電路來實現。

截斷計數器可以產生任何模數計數。

異步計數器的缺點：

一個前可能需要“重新同步”輸出觸發(fā)器。

計算截斷序列不等于 2 n ，需要額外的反饋邏輯。

計算大量的比特，連續(xù)階段的傳播延遲可能會變得非常大。

這種延遲給它們起了“傳播計數器”的昵稱。

在高時鐘頻率下發(fā)生計數錯誤。

同步計數器更快，更可靠它們對所有觸發(fā)器使用相同的時鐘信號。