時序電路的考察主要涉及分析與設(shè)計兩個部分，上文介紹了時序邏輯電路的一些分析方法，重點介紹了同步時序電路分析的步驟與注意事項。 本文就時序邏輯電路設(shè)計的相關(guān)問題進(jìn)行討論，重點介紹時序邏輯電路的核心部分——計數(shù)器。

計數(shù)器的分類

所謂計數(shù)器，就是在技術(shù)脈沖的驅(qū)動下，一次進(jìn)行加1或者減1計數(shù)的時序邏輯電路。 總體來說，由上文時序邏輯電路的分析中可以得知，時序邏輯電路包括同步電路與異步電路兩種，因此計數(shù)器也要分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器，計數(shù)器又因計數(shù)順序不同分為加法計數(shù)器與減法計數(shù)器，每種計數(shù)器的計數(shù)規(guī)則不同又出現(xiàn)了進(jìn)制.... 這樣的不同造成了在設(shè)計計數(shù)器時組合電路的設(shè)計與觸發(fā)器的選型都有著很多的不同，因此熟悉各種類型的計數(shù)器時實現(xiàn)計數(shù)器設(shè)計的基礎(chǔ)。

同步計數(shù)器

同步計數(shù)器的設(shè)計核心就是利用幾個同步的觸發(fā)器和一定的門電路將需求的真值表循環(huán)輸出，這里需要注意的是，每一位數(shù)都是由一個觸發(fā)器實現(xiàn)的，比如我要實現(xiàn)的是一個三位二進(jìn)制數(shù)(也就是八進(jìn)制)，那么我一定需要使用3個觸發(fā)器依次表示由高到低的三位數(shù)字，而且設(shè)計一定是由低位到高位進(jìn)行，并且依據(jù)每一位的變化情況選擇合適的觸發(fā)器實現(xiàn)對應(yīng)的功能， 因此選擇觸發(fā)器成了相當(dāng)重要的一步。

從個人淺薄的設(shè)計經(jīng)驗來講，一般的計數(shù)器都能夠利用T觸發(fā)器或D觸發(fā)器來實現(xiàn)，并且相對于其他觸發(fā)器能夠達(dá)到最簡的設(shè)計思路。 如果題目明確要求使用JK觸發(fā)器，做法一是直接套用卡諾圖化簡的方法找每個JK對應(yīng)的邏輯函數(shù)，然后利用JK觸發(fā)器的特征方程搭建電路，二是把JK兩端直接接在一起就成為了T觸發(fā)器，這樣的做法極大的簡化了設(shè)計的過程，不需要繁瑣的卡諾圖化簡和方程對應(yīng)，其中便利可自行設(shè)計體會，如第七次實驗內(nèi)容的第三問。

同步三位二進(jìn)制加法計數(shù)器

以三位二進(jìn)制加法計數(shù)器為例進(jìn)行簡單的設(shè)計介紹，首先根據(jù)需求列真值表，這是設(shè)計所有計數(shù)器電路的第一步，如圖

首先看Q0，很明顯的觀察到，每一個脈沖都會使Q0反轉(zhuǎn)，也就是T'觸發(fā)器的特性(這里直接體現(xiàn)了掌握各種觸發(fā)器的特性的重要性，不熟練的小伙伴建議先去看看之前的關(guān)于觸發(fā)器的幾篇推文)，所以第一個T'觸發(fā)器的輸出就是Q0。

接下來看Q1這一列，還是存在規(guī)律的反轉(zhuǎn)，但是這里不要看他是每兩個翻轉(zhuǎn)一次這個事情，對于同步電路設(shè)計而言用處不大，而是要找這個反轉(zhuǎn)和其他幾個Q之間的關(guān)系，比如這里就是在Q0=1的情況下Q1才會反轉(zhuǎn)。 在這里建議
一個暫時的設(shè)計原則：在同一個電路的設(shè)計當(dāng)中，盡量所有的觸發(fā)器都選擇同樣的一種，這樣做的目的是減少思考量。 所以這里我們依然采用T觸發(fā)器(T'就是T觸發(fā)器的輸入端T始終接1)，那也就是說本來的T'觸發(fā)器是來一個脈沖就要變化，現(xiàn)在的是要在Q0=1的時候再來脈沖才變化，所以就是在Q0=1的時候成為T'嘛，因此令T=Q0。

同理，我們看到真值表中的Q2只有在Q0和Q1同時為1的情況下才變化，所以T=Q1Q0,最后不要忘記進(jìn)位端的設(shè)計，逢111進(jìn)1，所以進(jìn)位C=Q2Q1Q0.這樣我們就完成了設(shè)計(因為這里沒有無效態(tài)，所以不需要自啟動檢查)。 如圖

同步十進(jìn)制加法計數(shù)器

上面介紹的三位二進(jìn)制計數(shù)器正好滿足了三位計數(shù)器所有的八個狀態(tài)，即不存在無效態(tài)。 但是在很多的設(shè)計中，我們并不能使用所有的狀態(tài)，存在的無效態(tài)我們需要將其跳過主循環(huán)并能夠自啟動，比如七進(jìn)制，十進(jìn)制，這里我們以十進(jìn)制加法計數(shù)器作為例子進(jìn)行介紹。

首先還是要列真值表，如圖

這里很明顯的體現(xiàn)出來了狀態(tài)的未完全使用。 四位二進(jìn)制可以表述16個狀態(tài)，即0000--1111，但是我們在這里只使用了前10位，即0000--1001，從1001直接回到0000，但是整體的設(shè)計思路和上一個沒有很大的區(qū)別，仍然是從低位到高位依次設(shè)計。

首先觀察到Q0依然是交替變化，所以仍然用T'。 其次Q1的大體變化仍然同上一個近似，不同點在于最后一個的變化，這時的Q0=1，但是Q1沒有反轉(zhuǎn)，這里需要意識到的是不僅僅需要看低位的現(xiàn)態(tài)，還要看別的位的現(xiàn)態(tài)，找到最特殊的點，這里的特殊點就是Q3=1,之前在Q1變化的時候Q3都是0，因此T1不簡單的等于Q0，而同時要保證Q3=0，即為T1=Q0Q3(非)。 剩余兩個依次類推。 方程與電路如下：