可逆計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器

同步計(jì)數(shù)器是能累計(jì)或寄存輸入脈沖個(gè)數(shù)且電路中各觸發(fā)器狀態(tài)更新是同步進(jìn)行的一種時(shí)序邏輯電路。

同步計(jì)數(shù)器與異步計(jì)數(shù)器相比，除電路結(jié)構(gòu)形式不同外，原理、功能、分類等基本相同。圖1為由三個(gè)JK觸發(fā)器組成的M=2³的三位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)脈沖N同時(shí)加到各觸發(fā)器時(shí)鐘CP端，觸發(fā)器狀態(tài)更新同時(shí)進(jìn)行。圖2為同步三位二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，與圖1不同之處是各觸發(fā)器從Q端引到下一位的JK端。減法計(jì)數(shù)器狀態(tài)圖如圖3所示。

特點(diǎn)：①各觸發(fā)器狀態(tài)更新同時(shí)進(jìn)行；②觸發(fā)器狀態(tài)由前級的現(xiàn)態(tài)決定后級的次態(tài)；③比異步計(jì)數(shù)器電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要門電路配合，但計(jì)數(shù)工作速度較異步快；④電路進(jìn)位方式有串行和并行兩種形式，并行進(jìn)位方式可進(jìn)一步提高計(jì)數(shù)工作速度 。

具有記憶輸入脈沖個(gè)數(shù)作用的邏輯部件，稱之為計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器的種類很多，按進(jìn)位制可分為二進(jìn)制、十進(jìn)制、五進(jìn)制、七進(jìn)制等計(jì)數(shù)器；按計(jì)數(shù)器中觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的次序可分為異步式和同步式兩種；按計(jì)數(shù)過程中數(shù)字的增、減可分為加法、減法、加減可逆計(jì)數(shù)器等。

在數(shù)字系統(tǒng)中，對脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)、以實(shí)現(xiàn)數(shù)字測量、運(yùn)算和控制的數(shù)字部件，稱為計(jì)數(shù)器。

計(jì)數(shù)器主要由觸發(fā)器構(gòu)成。若按觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)的次序來分類，可以把計(jì)數(shù)器分為同步式和異步式。在同步計(jì)數(shù)器中，當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖輸入時(shí)所有觸發(fā)器是同時(shí)翻轉(zhuǎn)的；而在異步計(jì)數(shù)器中，各級觸發(fā)器則不是同時(shí)翻轉(zhuǎn)的。若按計(jì)數(shù)過程中計(jì)數(shù)器中數(shù)字的增減來分類，可以分為加法計(jì)數(shù)器，減法計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器（亦稱加減計(jì)數(shù)器）。加法計(jì)數(shù)器是隨著計(jì)數(shù)脈沖的不斷輸入而遞增計(jì)數(shù)的；減法計(jì)數(shù)器是隨著計(jì)數(shù)脈沖的不斷輸入而遞減計(jì)數(shù)的；可增可減的稱可逆計(jì)數(shù)器 。

計(jì)數(shù)器是一種邏輯元件，在一事件發(fā)出時(shí)，可使所存儲數(shù)據(jù)增加“1”或一個(gè)常數(shù)。從某種意義上說，計(jì)數(shù)器也是一個(gè)寄存器，它能“記住”送到其輸入端的脈沖數(shù)目。計(jì)數(shù)器對計(jì)算機(jī)來說是很重要的，例如在控制器中要對程序中的指令地址進(jìn)行計(jì)數(shù)，以便在執(zhí)行完一條指令后，按新的地址轉(zhuǎn)入下一條指令。計(jì)數(shù)器由一定數(shù)量的觸發(fā)器和門電路組成，現(xiàn)在一般都采用集成電路 。

多個(gè)可逆計(jì)數(shù)單元可組成可逆計(jì)數(shù)器，由于外部接線的不同情況可按二進(jìn)制或二→十進(jìn)制工作；如選按二→十進(jìn)制（Aiken）碼工作時(shí)，需用兩個(gè)可逆計(jì)數(shù)單元（ZU）組成十進(jìn)制的一位，其中第1個(gè)可逆計(jì)數(shù)單元用于阿依根碼（四位）計(jì)數(shù)的前二位，第2個(gè)可逆計(jì)數(shù)單元用于阿依根碼計(jì)數(shù)的后二位，該計(jì)數(shù)器的組成接線如圖所示。

圖中P為 24V電源，N為-24V電源，M為地（0V）。

或非門（9）的輸出端A₁、A₂，根據(jù)阿依根碼的原則，分別接至各JK觸發(fā)器的J、K輸入端，如1可逆計(jì)數(shù)單元的A₁接至2可逆計(jì)數(shù)單元的觸發(fā)器（3）的E₈（14）端，A₂接至本可逆計(jì)數(shù)單元內(nèi)的觸發(fā)器（6）的E₉（24）端；而2可逆計(jì)數(shù)單元的A₁接至本單元內(nèi)觸發(fā)器（3）的E₅（12）端，A₂接至1可逆計(jì)數(shù)單元的觸發(fā)器（6）的E₁₂（22）端；其輸入端E₂～E₄，按照阿依根代碼加法計(jì)數(shù)或減法計(jì)數(shù)可分別選擇接至兩個(gè)可逆計(jì)數(shù)單元內(nèi)的觸發(fā)器（3，6）的輸出端（9，7，29，21），其輸入端E₁分別接至加法“0”總線（）或減法“0”總線（）。

在數(shù)字控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速給定信號從圖中的阿依根代碼A、B、C、D端（12和24端）加入；如來自10°位的脈沖從輸入端E₂（4）、E₃（5）加入，則輸出端A₃（29）、A₄（21）得到10位的脈沖。

可逆計(jì)數(shù)器除了有復(fù)位端，還有兩個(gè)計(jì)數(shù)端，一個(gè)為正計(jì)數(shù)端，一個(gè)為減計(jì)數(shù)端。

其工作情況是，初始狀態(tài)，或復(fù)位端ON時(shí)，現(xiàn)值為0，不計(jì)數(shù)。復(fù)位端OFF，允許計(jì)數(shù)。正端從OFF到ON，正計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)現(xiàn)值加1；負(fù)端從OFF到ON，減計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)現(xiàn)值減1。

日常生產(chǎn)和科研中有時(shí)需要可逆計(jì)數(shù)器。例如，測量物體在水中的最終下沉深度。有時(shí)需要向上、向下反復(fù)測量幾次才能完成。顯然，此時(shí)的計(jì)數(shù)器應(yīng)是可逆計(jì)數(shù)的。這種既能進(jìn)行加法計(jì)數(shù)又能進(jìn)行減法計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器，稱為可逆計(jì)數(shù)器 。

1、如果按照計(jì)數(shù)器中的觸發(fā)器是否同時(shí)翻轉(zhuǎn)分類，可將計(jì)數(shù)器分為同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器兩種。

2、如果按照計(jì)數(shù)過程中數(shù)字增減分類，又可將計(jì)數(shù)器分為加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器，隨時(shí)鐘信號不斷增加的為加法計(jì)數(shù)器，不斷減少的為減法計(jì)數(shù)器，可增可減的叫做可逆計(jì)數(shù)器。

1.一種低溫漂旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于：它由正余弦乘法器、誤差放大器、相敏解調(diào)及鑒相器、壓控振蕩器、12位可逆計(jì)數(shù)器、鎖存器、增量編碼解碼器和串行接口組成；它采用線性兼容CMOS工藝；它采用溫度補(bǔ)償?shù)淖耘e鏡像電流基準(zhǔn)源，實(shí)現(xiàn)與電源電壓無關(guān)且300K附近溫漂接近零的基準(zhǔn)電流輸出；輸入的旋轉(zhuǎn)變壓器模擬信號θ經(jīng)正余弦乘法器時(shí)與12位可逆計(jì)數(shù)器的數(shù)字信號φ進(jìn)行比較，轉(zhuǎn)化為誤差電壓信號Verror；誤差電壓信號Verror經(jīng)誤差放大器放大后輸入相敏解調(diào)及鑒相器，外部參考電壓信號REF經(jīng)相敏解調(diào)采樣后與誤差電壓信號鑒相比較，產(chǎn)生速度電壓信號VEL，速度電壓信號VEL控制壓控振蕩器輸出計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖信號CLK與加減計(jì)數(shù)信號U/D，使得12位可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，當(dāng)模擬信號θ與數(shù)字信號φ相等時(shí)，12位可逆計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，數(shù)字信號φ經(jīng)增量編碼解碼器輸出，或者經(jīng)鎖存器與串行接口輸出，實(shí)現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫漂旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于：所述的正余弦乘法器由高五位粗精度分段選擇電路、低七位高精度線性分段電路和開關(guān)控制及解碼器組成；所述的高五位粗精度分段選擇電路采用開關(guān)-線性組合電路，將角度變化量0°-360°分解到0°-11.25°；低七位高精度線性分段電路采用R-2R型D/A轉(zhuǎn)換器；旋轉(zhuǎn)變壓器模擬信號θ經(jīng)高五位粗精度分段選擇電路輸出二路比較信號Vo1、Vo2，再經(jīng)低七位高精度線性分段電路產(chǎn)生誤差電壓信號Verror輸出至誤差放大器；開關(guān)控制及解碼器將輸入的數(shù)字信號φ轉(zhuǎn)化為開關(guān)信號K1-12，以控制高五位粗精度分段選擇電路、低七位高精度線性分段電路的選擇輸出。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低溫漂旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于：所述的相敏解調(diào)及鑒相器由相敏解調(diào)器、鑒相器和反饋電路組成；所述的相敏解調(diào)器由施密特觸發(fā)器與積分電路組成，實(shí)現(xiàn)不同頻率下外部參考電壓信號REF與誤差電壓信號Verror的動(dòng)態(tài)延時(shí)采樣；所述的鑒相器由CMOS開關(guān)與高精度BiCMOS運(yùn)放組成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低溫漂旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述的相敏解調(diào)及鑒相器上設(shè)有向外輸出速度電壓信號VEL的輸出引腳。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低溫漂旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述的壓控振蕩器上設(shè)有向外輸出計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖信號CLK與/或加減計(jì)數(shù)信號DIR的輸出引腳。

實(shí)施例1

參照圖1-2。一種低溫漂旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它由正余弦乘法器、誤差放大器、相敏解調(diào)及鑒相器、壓控振蕩器、12位可逆計(jì)數(shù)器、鎖存器、增量編碼解碼器和串行接口組成；它采用線性兼容CMOS工藝；它采用溫度補(bǔ)償?shù)淖耘e鏡像電流基準(zhǔn)源，實(shí)現(xiàn)與電源電壓無關(guān)且300K附近溫漂接近零的基準(zhǔn)電流輸出；輸入的旋轉(zhuǎn)變壓器模擬信號θ經(jīng)正余弦乘法器時(shí)與12位可逆計(jì)數(shù)器的數(shù)字信號φ進(jìn)行比較，轉(zhuǎn)化為誤差電壓信號Verror；誤差電壓信號Verror經(jīng)誤差放大器放大后輸入相敏解調(diào)及鑒相器，外部參考電壓信號REF經(jīng)相敏解調(diào)采樣后與誤差電壓信號鑒相比較，產(chǎn)生速度電壓信號VEL，速度電壓信號VEL控制壓控振蕩器輸出計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖信號CLK與加減計(jì)數(shù)信號U/D，使得12位可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，當(dāng)模擬信號θ與數(shù)字信號φ相等時(shí)，12位可逆計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，數(shù)字信號φ經(jīng)增量編碼解碼器輸出，或者經(jīng)鎖存器與串行接口輸出，實(shí)現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。

實(shí)施例2

參照圖1-5。實(shí)施例1所述的低溫漂旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，所述的正余弦乘法器由高五位粗精度分段選擇電路、低七位高精度線性分段電路和開關(guān)控制及解碼器組成；所述的高五位粗精度分段選擇電路采用開關(guān)-線性組合電路，將角度變化量0°-360°分解到0°-11.25°；低七位高精度線性分段電路采用R-2R型D/A轉(zhuǎn)換器；旋轉(zhuǎn)變壓器模擬信號θ經(jīng)高五位粗精度分段選擇電路輸出二路比較信號Vo1、Vo2，再經(jīng)低七位高精度線性分段電路產(chǎn)生誤差電壓信號Verror輸出至誤差放大器；開關(guān)控制及解碼器將輸入的數(shù)字信號φ轉(zhuǎn)化為開關(guān)信號K1-12，以控制高五位粗精度分段選擇電路、低七位高精度線性分段電路的選擇輸出。

實(shí)施例3

參照圖1-5。實(shí)施例1或2所述的低溫漂旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，所述的相敏解調(diào)及鑒相器由相敏解調(diào)器、鑒相器和反饋電路組成；所述的相敏解調(diào)器由施密特觸發(fā)器與積分電路組成，實(shí)現(xiàn)不同頻率下外部參考電壓信號REF與誤差電壓信號Verror的動(dòng)態(tài)延時(shí)采樣；所述的鑒相器由CMOS開關(guān)與高精度BiCMOS運(yùn)放組成。

實(shí)施例4

參照圖1-5。實(shí)施例1或2或3所述的低溫漂旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，所述的相敏解調(diào)及鑒相器上設(shè)有向外輸出速度電壓信號VEL的輸出引腳。

實(shí)施例5

參照圖1-5。實(shí)施例1或2或3或4所述的低溫漂旋轉(zhuǎn)變壓器信號-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中，所述的壓控振蕩器上設(shè)有向外輸出計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖信號CLK與/或加減計(jì)數(shù)信號DIR的輸出引腳。