Mod 6 Johnson 计数器（带 D 触发器）

介绍

Mod 6 Johnson 计数器是一种常用的数字电路，它能够按照一定的时钟触发信号循环计数。这种计数器结构简单、使用方便，适用于很多数字逻辑和电子系统中的计数应用。

在计算机科学和数字电路设计中，计数器是一种用于计数的电子元件。Mod 6 Johnson 计数器由多个 D 触发器组成，并且在每个触发器的输出上连接一个异或门，从而形成一个环形计数器。

结构

Mod 6 Johnson 计数器通常由 6 个 D 触发器、6 个异或门和一个时钟信号组成，每个触发器的输出连接到下一个触发器的输入，最后一个触发器的输出又连接回第一个触发器的输入。通过控制时钟信号的边沿来触发计数器的计数动作。

下面是一个简化的 Mod 6 Johnson 计数器的结构示意图：

      ___   ___   ___   ___   ___   ___
     |   | |   | |   | |   | |   | |   |
     | D | | D | | D | | D | | D | | D |
  ----|___| |___| |___| |___| |___| |___|----
     |           XOR            |   |
  ----|                         |   |
     |_________________________|   |
                  XOR               |
                                    |
                                   XOR

工作原理

Mod 6 Johnson 计数器的工作原理如下：

1. 初始状态下，所有 D 触发器的输出为 0。
2. 当时钟触发信号的上升沿到来时，第一个 D 触发器的输入被置为 1。
3. 这个 1 会通过每个触发器的输出和异或门，反馈到下一个触发器的输入。
4. 经过 6 个时钟周期后，最后一个触发器的输出会返回给第一个触发器，重新触发计数。

因此，Mod 6 Johnson 计数器在每个时钟周期内，会依次输出 6 个状态（0、1、2、3、4、5），形成一个循环计数序列。

代码示例

以下是使用 Verilog 描述的 Mod 6 Johnson 计数器的代码示例：

module mod6_johnson_counter (
  input wire clock,
  output wire [2:0] counter
);

  reg [2:0] next_counter;

  always @(posedge clock) begin
    next_counter[0] <= next_counter[1];
    next_counter[1] <= next_counter[2];
    next_counter[2] <= ~(next_counter[2] ^ (next_counter[1] & next_counter[0]));
  end

  assign counter = next_counter;

endmodule

在这个示例中，clock 输入信号为时钟触发信号，counter 输出信号为计数器的当前状态。使用时，将时钟信号连接到 clock 输入，然后通过读取 counter 输出来获取计数器的当前状态。

结论

Mod 6 Johnson 计数器是一种常用的计数电路，可以在数字电路设计中实现循环计数功能。通过了解和应用 Mod 6 Johnson 计数器，程序员可以更好地理解和设计数字逻辑电路，并将其应用于各种计数应用场景中。