异步计数器 || 计数器的分类 || 异步 二进制 十进制 || 74290 || 数电
 
这一节介绍异步二进制计数器。
 
计数器功能：
 
计数器是对输入脉冲个数进行计数的时序电路。
计数器除了直接用于计数外，还可以用于实现定时器、分频器、程序控制器、信号发生器等时序电路，是数字系统中重要的功能部件。
 
计数器分类：
 
按计数器时钟控制方式分类
 
同步计数器
异步计数器
 
按计数器状态数分类
 
n位二进制计数器
十进制计数器
任意进制计数器
 
1.异步二进制计数器
 
下图图示电路中，每个JK触发器接为了T‘触发器，工作在状态翻转模式，每当时钟脉冲由1变为0，计时器输出便翻转一次。
 

 

  
 
 
下面结合时序图来分析异步二进制计数器的工作过程。
 

 

  
 
 
由于时钟脉冲信号CLK只加到了触发器FF0的时钟输入端，因此，每个时钟脉冲到来时，FF0总是进行状态反转。
 
而触发器FF1、FF2、FF3能否进行状态翻转，取决于前一级触发器的状态输出有没有提供下降沿。
 
经过上面两段话的说明，再看上面的时序图，其实就不难理解了。
 
以上就是一个异步二进制计数器。
 
现在我们对电路图做一点改动，把前一级触发器的(Q非)连到后一级触发器的时钟输入端，电路图如下图所示。下面的分析与前面的分析十分类似，这里不再赘述。
 

 

  
 
 
异步二进制计数器的特点如下图：
 

 

  
 
 
异步二进制计数器结束，做个题目休息一下，
 

 

  
 
 
2.异步十进制计数器
 
下图利用了JK触发器的Reset复位端，当计数完1001(9)，计数到1010(10)时，恰好满足复位条件，将各触发器复位到0000，实现了异步十进制计数器的功能。
 
但是有一个弊端，如下图红色部位所示。
 

 

  
 
 

 

  
 
 

 

  
 
 
3.异步集成电路计数器
 
前面学习了异步计数器的构成，但实际使用的异步计数器一般不需要我们用单个触发器来构成，因为有专门的异步计数器继承电路芯片可供选用。如下图，
 

 

  
 
 
下面以74290为例，介绍集成异步计数器的使用。
 
如下图所示为74290的逻辑图，
 
触发器FF0构成T'触发器，也即1位二进制计数器,CLK0为它的时钟输入端；
 
触发器FF1、FF2、FF3构成异步五进制计数器，时钟输入为CLK1；
 
因此74290包含两个独立的计数器，
 
一个是1位二进制计数器，状态为Q0；
 
另一个是五进制计数器，状态为Q3、Q2、Q1。
 
R0(1)和R0(2)两个输入端通过与非门产生复位信号；
 
S9(1)和S9(2)两个输入端通过与非门产生置9信号。
 

 

  
 
 
下图是74290的逻辑符号，下面我们来看一下74290的工作模式。
 
异步清零模式：当R0(1)和R0(2)均为高电平1，且S9(1)和S9(2)中至少有一个为低电平0时，计数器清零，即Q3Q2Q1Q0变为0000.
异步置9模式：当S9(1)和S9(2)均为高电平1，且R0(1)和R0(2)中至少有一个为低电平0时，计数器置9，即Q3Q2Q1Q0变为1001.
计数模式：当R0(1)和R0(2)中至少有一个为低电平0，且S9(1)和S9(2)中至少有一个为低电平0时，模2和模5两个计数器可以在各自的时钟脉冲作用下正常计数。
 

 

  
 
 
下面介绍如何用74290构成模10计数器。
 
第一种方法如下，构成8421BCD码计数器；
 

 

  
 
 
第二种方法如下，构成5421BCD码计数器；
 

 

  
 
 
以上就是异步计数器的内容。
 
丢题目，
 

 

  
 
 
视频：MOOC-数字逻辑电路-第八单元 时序逻辑功能-异步计数器

 
同步集成电路计数器 || 74161 74163 74160 || 同步级联 异步级联 || 数电
 

 

  
 
 

 

  
 
 
TTL器件和CMOS器件的工作电压和输入输出接口参数会有差别。
 
上面图中，各式76161虽然型号不同，但是逻辑功能都是相同的，后面统称74161。
 
1. 4位同步二进制计数器74161
 
74161的功能有4个：
 
异步清零
同步置数
保持
同步计数
 

 

  
 
 
其逻辑图和功能表如下图所示，
 
(CLR非)是异步清零端
(LD非)是同步置数控制端
ENT和ENP是计数控制端
CLK用作时钟信号输入端
D0D1D2D3用作4位预置数据输入
Q0Q1Q2Q3表示四位计数器的状态
RCO为计数器进位输出端
 
逻辑符号内部有一些标识符，他们有特定的含义。
 
例如，和异步清零端(CLR非)对应的内部标识符为CT=0，其中CT是英文counter的缩写。这个标识符表示，在这个输入端施加有效电平，将使计数器清零，也就是使状态Q3Q2Q1Q0变成0000。我们可以看到，这个输入端标有一个三角符号，它表示这个输入端的有效电平是低电平。也就是说，(CLR非)为低电平0时，计数器将清零。
 
再一例，和输出端RCO对应的标识符为3CT=15，其中CT=15表示当计数器的状态Q3Q2Q1Q0=1111，即十进制数15时，RCO将变成高电平1。其中3表示RCO的输出逻辑电平受其它带有数字3的标识符所对应的输入端信号的影响。我们可以找到，代表舒服带有数字3的标识符为G3，对应输入端ENT，表明计数控制端ENT对进位输出RCO有影响。
 
此外，为了画图方便，我们经常使用右边所示的逻辑符号传统画法。
 

 

  
 
 

 

  
 
 
2. 4位同步二进制计数器74163
 
74163的逻辑符号与功能分别如图所示和如表所示。
 
乍一看，好像和刚刚介绍过的74161没什么区别。
 
他们确实非常相像，差别在于逻辑符号左边的第一个输入信号。也就是(CLR非的清零方式)。
 
异步清零端(CLR非)对应的内部标识符为5CT=0而不是CT=0。
 
根据之前的介绍，由于带数字5的是C5，其对应的输入引脚是时钟CLK，因此我们会想到74163的清零信号必然受到时钟CLK的影响。
 
从74163功能表的第一行我们可以发现，低电平有效的清零信号(CLR非)必须由时钟CLK的上升沿触发，才能起到清零左作用。因此我们把这种清零方式称为同步清零。
 
至此，我们可以说74163和74161的唯一差别在于清零方式。
 
74161采用异步清零，而74163采用同步清零，其它的工作过程是相同的。
 
在数字集成电路中，大部分的触发器、计数器和后面要学习的寄存器、移位寄存器大都采用异步清零的方式。
 

 

  
 
 
3. 十进制同步计数器74160
 
和前面学过的4位二进制计数器74161相比，74160工作模式是一样的。
 
异步清零
同步置数
保持
同步计数
 
唯一的差别是计数的状态转换图不同。
 

 

  
 
 
下图是74160的逻辑符号、简化符号和功能表。
 
输出端RCO对应的标识符为3CT=9，其中CT=9表示当计数器的状态Q3Q2Q1Q0=101，即十进制数9时，RCO将变成高电平1。
 

 

  
 
 
下面我们看到的是74160的状态转换图，由于下面的10个状态和8421BCD码是一一对应的，因此74160也被称为8421BCD码计数器。
 

 

  
 
 

 

  
 
 
2. 计数器的级联
 

 

  
 
 
2.1 异步级联
 

 

  
 
 
异步级联会导致工作频率的下降。
 

 

  
 
 
2.2 同步级联
 
下图接法被称作同步级联，因为两片74160的时钟输入端被连接到了一起，它们可以在统一的时钟脉冲下同步地工作。
 
同步级联利用ENT和ENP端来实现。
 

 

  
 
 
下图介绍工作原理。
 
计数器(1)的计数控制端ENT=1、ENP=1，因此计数器(1)工作在同步计数模式，也就是在时钟信号CLK作用下进行加法计数。
 
而计数器(2)的计数控制端ENT和ENP受控于计数器(1)的进位输出端RCO(1)，因此计数器(2)能否工作在计数模式，取决于RCO(1)的电平。当RCO(1)=1时，计数器(2)工作在同步计数模式，也就是在时钟信号CLK作用下进行加法计数；当RCO(1)=0时，计数器(2)工作在保持模式，即不管有无时钟脉冲，计数器(2)保持状态不变。
 

 

  
 
 
计数器配合BCD译码器可以通过数码管显示出计数状态。
 

 

  
 
 

 

  
 
 

 

  
 
 
由于同步级联计数器的性能优于异步级联，因此推荐使用同步级联的方法。
 
丢题目，
 

 

  
 
 
视频：MOOC-数字逻辑电路-第9单元 时序逻辑功能-同步集成电路计数器

相关概念;
 
 
同步计数器和异步计数器的区别
 
区别：
 1、同步计数器的外部时钟端都连在一起，而异步计数器没有。
 2、同步计数器在外部信号到来时触发器同时翻转，而异步计数器的触发器为串行连接。工作频率较低
 3、异步计数器输出状态的建立，要比CP慢一个传输时间，容易存在竞争冒险
 
异步计数器
 
 
同步计数器
 
 
同步二进制计数器——74LS161集成计数器
 
（1）各引脚功能符号的意义：
 
 
 
（2）74LS161功能表
 
 
D0~D3：并行数据预置输入端
 Q0~Q3：数据输出端
 ET、EP：计数控制端
 CP：时钟脉冲输入端（↑）
 C：进位端（进位输出高电平）
 RD非：置数控制端（低电平有效）
 LD非：异步清除控制端（低电平有效）
 
分析：
 1、当RD非为0时，输出全0
 2、当RD非为1，LD非为0时，输入和输出相同
 3、RD非 =LD非=ET=EP=1时，为计数功能
 
74LS161电路测试
 
 
十进制计数器
 
同步十进制计数器——74LS192集成计数器
 
▲ 逻辑符号
 
 
▲ 74LS192功能表
 
 
各引脚功能符号的意义：
 
D0~D3：并行数据输入端 Q0~Q3：数据输出端
 CU：加法计数脉冲输入端 CD：减法计数脉冲输入端
 RD ：异步置 0 端（高电平有效）
 LD非：置数控制端（低电平有效）
 
C非：加法计数时，进位输出端（低电平有效）
 B非：减法计数时，借位输出端（低电平有效）
 
应用电路设计
 
 
▲ 利用74LS192实现100进制计数器
 
将多个74LS192级联可以构成高位计数器。
 例如：用两个74LS192可以组成100进制计数器。
 
 
 
应用电路设计
 

 任意进制计数器的方法
 
通常有三种:
 （1）直接选用已有的计数器。
 例如，欲构成十进制计数器，可直接选用十进制异步计数器74LS192。
 （2）用两个计数器串接
 可以构成模为两者之积的计数器。例如，用模6和模10计数器串接起来，可以构成模60计数器。
 （3）利用反馈法改变原有计数长度
 这种方法是，当计数器计数到某一数值时，由电路产生的置位脉冲或复位脉冲，加到计数器预置数控制端或各个触发器清零端，使计数器恢复到起始状态，从而达到改变计数器模的目的。
 
74LS160 集成计数器(十进制同步计数器)
 
▲ 逻辑符号
 
 
74LS160的功能表
 
 
D0~D3：并行数据输入端
 Q0~Q3：数据输出端
 EP、ET：计数控制端
 C：进位输出端
 CP：时钟输入端
 RD非：异步清除输入端
 LD：同步并行置入控制端
 
74LS160 反馈法构成6进制计数器进行举例
 
例1：反馈置0法
 
 
例2：直接清0法
 
 
 
当计数器计到6 时（状态6出现时间极短），Q2和Q1均为1，使 为0，计数器立即被强迫回到0状态，开始新的循环。
 
应用电路设计
 

1 引言
 
　　并发、并行、串行、同步、异步、阻塞、非阻塞、进程、线程、协程是并发编程中的常见概念，相似却也有却不尽相同，令人头痛，这一篇博文中我们来区分一下这些概念。
 
2 并发与并行
 
　　在解释并发与并行之前，我们必须先明确：单个处理器（一个单核CPU）在某一个时刻只能处理一个线程。
 　　并发是指在同一个处理器上通过时间片轮转的方式在多个线程之间频繁切换，由于切换速度极快，所以看似多个线程似乎被同时执行，但实际上每一个时刻都只有一个线程被执行，其他的线程出于阻塞状态。
 　　并行是指多个处理器在同一时刻同时处理了多个不同的线程，这才是真正意义的同时被执行。
 　　如下图所示，线程A与线程B同在一个CPU内执行，且任一t时刻内，都只有一个线程（A或者B）被执行，所以线程A与线程B是并发执行的。线程C和线程D分别在两个CPU内执行，且在某一个t时刻内同时都在执行，所以线程C和线程D是并行的。
 
 
3 并行与串行
 
　　上面已经说到，并行是指多个任务同时执行，而串行是指多个任务时，各个任务按顺序执行，完成一个之后才能进行下一个。
　　所以，并发与并行是在某一时刻是否都在执行的区别。并行与串行是同时进行或一个结束才进行下一个的区别。
 
4 同步与异步
 
　　同步与异步的概念与消息的通知机制有关：
 　　同步是指线程在访问某一资源时，获得了资源的返回结果之后才会执行其他操作，否则主动继续获取这一资源；
 　　异步与同步相对，是指线程在访问某一资源时，无论是否取得返回结果，都进行下一步操作；当有了资源返回结果时，系统自会通知线程。
 
用一个比喻来说明：10多前的银行是没有业务取号的，我们去办理业务时，如果有很多人，那就先排队，然后关注着什么时候轮到自己，这就是同步；现在去银行，得先取一张小纸条，上面写着你的
业务号，轮到你的时候，银行会喊你，这就是异步。异步机制往往注册一个回调机制,在所等待的事件被触发时由触发机制(银行柜台业务员)通过某种机制(业务办理号码)找到等待该事件的人。
 
5 阻塞与非阻塞
 
　　阻塞是与非阻塞都是程序的一种运行状态。
 　　线程在等待某个操作完成期间，自身无法继续执行别的操作，则称该线程在该操作上是阻塞的。
 　　线程在等待某个操作完成期间，自身可执行别的操作，则称该线程在该操作上是非阻塞的。
 
继续上面银行办理业务的例子，无论是10多年前的排队办理业务，还是现在的业务号办理业务，如果在我们在等待过程中，什么也不能做，那就是阻塞的；如果在等待过程中，可以做其他事情（看书
、玩手游），那就是非阻塞的。
 
　　同步和异步是个线程处理方式或手段，阻塞和非阻塞是线程的一种状态，两者并不相同也并不冲突。
 
　　同步、异步与阻塞非阻塞可以产生不同的组合：同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞、异步非阻塞。
 
还是银行办理业务的例子：如果排着队，且只能傻傻的排着队，看着什么时候到自己，那就是同步阻塞；如果排着队还能玩玩手机，偶尔抬头看看什么时候到自己，那就是同步非阻塞。如果是现在的
取票按业务号办理业务，拿到号码后就陷入懵逼状态，啥也不能做，直到银行根据业务号通知自己，那就是异步阻塞；如果拿到业务号之后，自己爱干嘛干嘛，那就是异步非阻塞。
 
6 进程 线程 协程
 
6.1 基本概念
 
　　进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位，是资源（内存）分配的最小单位。每个进程都有自己的独立内存空间，不同进程通过进程间通信来通信。由于进程比较重量，占据独立的内存，所以上下文进程间的切换开销（栈、寄存器、虚拟内存、文件句柄等）比较大，但相对比较稳定安全。
 　　线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位.线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。线程间通信主要通过共享内存，上下文切换很快，资源开销较少，但相比进程不够稳定容易丢失数据。
 　　协程是一种用户态的轻量级线程，协程的调度完全由用户控制。协程拥有自己的寄存器上下文和栈。协程调度切换时，将寄存器上下文和栈保存到其他地方，在切回来的时候，恢复先前保存的寄存器上下文和栈，直接操作栈则基本没有内核切换的开销，可以不加锁的访问全局变量，所以上下文的切换非常快。
 
6.2 进程与线程
 
　　线程是指进程内的一个执行单元,也是进程内的可调度实体。线程与进程的区别:
 　　1) 地址空间:线程是进程内的一个执行单元，进程内至少有一个线程，它们共享进程的地址空间，而进程有自己独立的地址空间；
 　　2) 资源拥有:进程是资源分配和拥有的单位,同一个进程内的线程共享进程的资源；
 　　3) 线程是处理器调度的基本单位,但进程不是；
 　　4) 二者均可并发执行
 　　5) 每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口，但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。
 
6.3 协程多与线程进行比较
 
　　1) 一个线程可以多个协程，一个进程也可以单独拥有多个协程，这样python中则能使用多核CPU。
 　　2) 线程进程都是同步机制，而协程则是异步
 　　3) 协程能保留上一次调用时的状态，每次过程重入时，就相当于进入上一次调用的状态。
 
　　参考资料：
 　　https://www.cnblogs.com/lxmhhy/p/6041001.html
 　　https://www.jianshu.com/p/3308311fb90c