在数字电子学中，约翰逊计数器用于存储、处理或计数电路中发生的事件数量。它是对几个脉冲进行计数的数字顺序逻辑电路之一。这些是用一组具有附加时钟信号的触发器来设计的。在每一个数字逻辑和计算中，这些都用于计算电路中发生的特定事件或脉冲，并且还遵循基于设计的特定序列或任何随机序列。有不同的类型，如同步计数器、异步/纹波计数器、上/下计数器、环形计数器、约翰逊计数器、十进制计数器、模数计数器、级联计数器


Johnson计数器是什么？

定义：它也被称为改良环形计数器。它设计有一组触发器，其中最后一个触发器的反相输出连接到第一个触发器的输入。通常，它是通过使用D触发器或JK触发器来实现的。它也被称为反向反馈计数器或扭环计数器。这遵循位模式的顺序。与环形计数器相比，它只使用了触发器数量的一半。因此，如果有n个触发器，那么MOD将是2n。


电路图

这个约翰逊计数器电路图是“n”触发器的级联排列。在这样的设计中，将前一个触发器的输出作为输入反馈给下一个触发器。例如，最后一个触发器“Qõn”的反相输出被反馈到序列位模式中的第一个触发器。计数器寄存器在闭环中循环，即在电路中循环。


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计数器电路

考虑4位Johnson计数器，它包含4个D触发器，称为4位Johnson计数。它具有预设和清除引脚，用于初始化或启动和重置计数。


复位引脚起到开关的作用。因此，可以通过单击“重置”开关来启用触发器。


CLK引脚用于观察触发器输出的变化。


标准的2、3和4级约翰逊计数器用于在不同反馈连接的帮助下划分时钟信号的频率。例如，3级约翰逊计数器可以用作3相和120度相移方波发生器。5级Johnson计数器用作同步十进位计数器（CD4017）或除法器电路。2级作为正交振荡器或发生器，产生各自与输入信号有关的90度的单独输出信号。


真值表

考虑3位Johnson计数器的真值表。前一个触发器的输出端被连接为下一触发器的输入端。时钟信号（CLK）用于知道输出中的变化。它包含3个触发器，Q0、Q1、Q2是触发器的输出。计数器对连续闭环中的循环状态进行计数。


状态

问题0

问题1

问题2

0

0

0

0

1.

1.

0

0

2.

1.

1.

0

3.

1.

1.

1.

4.

0

1.

1.

5.

0

0

1.

输入D正好在时钟（CLK）的上升沿之前，表示为Q0。


当CLK上升沿出现时，输出Q1是Q0的值。


当没有时钟脉冲（0）时，计数器的输出为000。


当CLK＝1时，计数器的输出为100。


当CLK＝2时，计数器的输出为110。


当CLK＝3时，计数器的输出为111。


当CLK＝4时，计数器的输出为011。


当CLK＝5时，计数器的输出为001。


3位约翰逊计数器的MOD是6。因此，有6个统一数的状态。完整的过程是在序列位模式中。


Johnson计数器Verilog代码

如果比特或触发器的数量是“n”，那么约翰逊计数器计数2n个事件、状态或周期。


3位Johnson计数器的verilog HDL代码如下所示，


///////Verilog代码Johnson


模块johnson_counter（输出、复位、clk）；


输入clk，复位；


输出[3:0]输出；


注册[3:0]q；


始终@（posedge clk）


开始


如果（重置）


q=4'd0；


其他的


开始

q[3]<=q[2]；


q[2]<=q[1]；


q[1]<=q[0]；


q[0]<=（~q[3]）；

终止


终止


赋值=q；


末端模块


//////完////


4位Johnson计数器

4位约翰逊计数器包含4个D触发器，它计数8个周期。最后一个触发器的反相输出被反馈作为第一个触发器的输入。


  • 从图中可以看出，ABCD是4位模式的触发器的输出。

  • “D”的输入值是最后一个触发器的反相输出。

  • “CLK”用于计数处于闭环中的计数器的状态或周期。

  • 复位引脚用作开/关开关。

  • 由于数据将围绕连续闭环旋转，计数器也可以用于检测数据中的各种模式或值。

  • 例如，当存在时钟脉冲时，触发器的输出模式将是1000、1100、1110、1111、0111、0011、0001

  • 当没有时钟脉冲时，输出将为0000。

环形计数器和约翰逊计数器的区别

环形计数器和约翰逊计数器之间的区别在于，最后一个触发器的反相器输出被连接回作为第一个触发器的输入。


在环形计数器中，提供给触发器的输入时钟脉冲的数量等于级的数量。这意味着n位环形计数器的MOD是“n”。


在约翰逊计数器中，输入时钟脉冲的数量除以等于级数的两倍的因子。这意味着n位约翰逊计数器的MOD是“2n”。


Johnson Counter的优点/缺点

优点和缺点包括以下几点。


优势

优点是


  • 约翰逊计数器对级的数量进行两次计数，等于提供给触发器的时钟脉冲的数量。

  • 它对电路内连续闭环中的事件进行计数。

  • 它可以使用D和JK触发器进行设计

  • 它可以用作自解码电路。

缺点

缺点是


  • 它不能用于计数二进制序列

  • 它并没有使用与计数器中的级数相等的所有级数。

  • 它只需要一半的触发器数量和一半的定时信号数量

  • 它用于任何时序。

应用

这个约翰逊计数器的应用是


  • Johnson计数器被用作分频器和模式识别器。

  • 它被用作同步十进位计数器和除法器电路

  • 它可以用于在硬件逻辑设计中创建复杂的有限状态机。

  • 3位约翰逊计数器用作三相方波发生器，产生120度相移

  • 时钟信号的频率是通过改变它们的反馈来划分的。

常见问题解答

1). 环形计数器和约翰逊计数器有什么区别？


n位环形计数器的MOD是“n”，而n位Johnson计数器的MOD为“2n”。


2). 什么是D触发器？


D-FLIP FLOP也被称为时钟触发器或延迟触发器，它跟踪输入并使转换等于输入D。


3). 什么是异步计数器？


它在触发器上输入，并控制输出，而不考虑施加的输入时钟脉冲。


4). 真值表的目的是什么？


真值表包含若干行和列，其中包含逻辑变量和组合，以了解电路的逻辑功能。它在电路的逻辑函数中提供了所有可能的值。


5). D触发器的完整形式是什么？


d触发器的完整形式是数据触发器，它存储数据线上的值。


因此，这一切都是关于约翰逊计数器的工作、电路和真值表。Johnson计数器的目的是当反相输出被作为第一触发器的输入并被称为修改时，计数或存储事件的数量。这里有一个问题要问你，“什么是8位约翰逊计数器？”。