数字电子中的非二进制计数器

在数字电子学中，**计数器** 是一种由**触发器** 组成的**时序电路** 类型，用于计数时钟脉冲或事件的次数。计数器主要分为两种类型：**二进制计数器**和**非二进制计数器**。

本章旨在解释非二进制计数器的概念、类型、设计过程、应用等。因此，让我们从非二进制计数器的基本定义开始。

什么是非二进制计数器？

使用除二进制数制（基数2）以外的数制（例如基数3、基数7、基数10等）的数字计数器称为**非二进制计数器**。

因此，非二进制计数器是不使用二进制数制来表示计数的计数器。在非二进制计数器中，计数值用计数器所用特定数制的数字表示。

例如，在十进制（基数10）计数器中，每个级都有十个可能的状态，由数字0、1、2、3、4、5、6、7、8和9表示。

我们可以使用多种类型的数字电子元件设计非二进制计数器，例如触发器、组合电路、带预置和清零输入的计数器等。设计组件的选择取决于计数器的预期性能。

非二进制计数器的类型

有许多类型的非二进制计数器可用于数字系统。下面解释了最常用的非二进制计数器类型。

• **三进制计数器** - 使用基数3数制的非二进制计数器称为**三进制计数器**。因此，三进制计数器可以有三种可能的状态，由数字0、1和2指定。三进制计数器可以具有的计数序列可以是0、1、2、10、11、12、20、21、22…
• **四进制计数器** - 使用基数4数制来表示计数状态的非二进制计数器称为**四进制计数器**。因此，四进制计数器可以有四种可能的状态，由数字0、1、2和3指定。因此，四进制计数器的计数序列将是0、1、2、3、10、11、12、13、20、21、22、23、30…
• **格雷码计数器** - 使用格雷码表示计数状态的非二进制计数器称为**格雷码计数器**。在格雷码计数器中，计数序列为0、1、3、2、6、7、5、4、12、13…
• **十进制计数器** - 使用基数10数制来表示计数状态的非二进制计数器称为**十进制计数器**。因此，十进制计数器可以有十个可能的状态，由数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11…表示。

非二进制计数器设计

典型非二进制计数器的设计按照以下步骤进行 -

**步骤1** - 首先，确定需要使用的非二进制数制的类型或基数。

**步骤2** - 确定计数器具有的计数级数，其中计数器的每个计数级将由非二进制数制的一个数字表示。

**步骤3** - 根据非二进制数制确定每个计数级的可能状态。例如，在十进制数制中，每个级可以有十个可能的状态，由数字0、1、2、3、4、5、6、7、8和9表示。

**步骤4** - 选择一种触发器类型来表示计数器的每个级。所选触发器必须具有足够的状态来表示级的所有可能状态。

**步骤5** - 将所有触发器连接在一起形成计数器电路，并测试计数器以确保其正常工作。

非二进制计数器的优点

以下是非二进制计数器的主要优点 -

• 非二进制计数器可以计数到比二进制计数器更多的级数。例如，十进制计数器可以计数到10级。
• 非二进制计数器对噪声和电气干扰具有免疫力。
• 非二进制计数器在更宽的频率范围内具有更好的精度和分辨率。
• 在某些应用中，非二进制计数器比二进制计数器具有更低的电路复杂性和尺寸。

非二进制计数器的局限性

尽管非二进制计数器有几个优点，但它们也有一些局限性，在数字电路设计中使用时应考虑这些局限性 -

• 与二进制计数器相比，非二进制计数器的电路更复杂。
• 非二进制计数器使用非标准接口。因此，它们不能轻易地与其他数字电路接口。
• 由于电路复杂，非二进制计数器消耗更多功率。
• 非二进制计数器的可用范围不广。
• 非二进制计数器比二进制计数器相对昂贵。

非二进制计数器的应用

非二进制计数器在数字电子学中的众多应用中都有使用。一些非二进制计数器的常见用途如下所示：

• 非二进制计数器用于计算机中执行算术运算，例如乘法和除法。
• 非二进制计数器用于数字信号处理中实现算法。
• 非二进制计数器也用于脉冲位置调制 (PPM) 中，以对信号进行编码并在通信信道上传输。
• 非二进制计数器也用于时分多路复用 (TDM) 应用中。
• 非二进制计数器用于模数转换器 (ADC) 中。
• 非二进制计数器也用于控制系统中实现控制算法。

结论

总之，非二进制计数器是一种数字计数器，它不使用二进制数系统，而是使用不同的数系统进行计数。非二进制计数器用于需要更高分辨率和精度的数字应用中。