3位同步递减计数器

简介

在数字电路中，计数器是一种常用的组件。它可以按照某个确定的规则在一定时间内进行计数。3位同步递减计数器是一种特殊的计数器。它能够有规律地输出连续的三位二进制数，每次输出都比前一个数减一，直到输出 000。

工作原理

该计数器包括三个触发器（D 触发器）和一些逻辑门。三个触发器的输出分别称为 Q2、Q1 和 Q0。在初始状态下，三个触发器的输出都为 1，即 Q2=Q1=Q0=1。当时钟发生一个上升沿时，计数器开始工作。

在计数器的第一个时钟周期中，Q2 保持不变，Q1 和 Q0 进行翻转，输出 011。在第二个时钟周期，Q2 和 Q1 保持不变，Q0 进行翻转，输出 010。以此类推，直到输出 000。

代码实现

以下是基于 VHDL 语言的 3 位同步递减计数器的代码实现：

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity Counter_3bit is
    Port ( Clk : in  STD_LOGIC;
           Reset : in  STD_LOGIC;
           Output : out  STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0));
end Counter_3bit;

architecture Behavioral of Counter_3bit is
signal tmp : STD_LOGIC_VECTOR (2 downto 0) := "111";
begin

process(Clk, Reset)
begin
    if Reset = '1' then
        tmp <= "111";
    elsif rising_edge(Clk) then
        if tmp = "000" then
            tmp <= "111";
        else
            tmp <= tmp - 1;
        end if;
    end if;
end process;

Output <= tmp;

end Behavioral;

可以看到，在这个实现中，我们定义了一个实体 Counter_3bit，它包括一个时钟信号 Clk、一个复位信号 Reset 和一个输出信号 Output。其中输出信号 Output 是一个 3 位的二进制数，它表示当前计数器的值。

在实现体 Behavioral 中，我们定义了一个信号 tmp，它的初始值为 "111"。在时钟的上升沿到来时，如果复位信号为 1，则 tmp 的值恢复为 "111"；否则，如果 tmp 的值为 "000"，则 tmp 的值恢复为 "111"，否则将 tmp 减一。最后，我们将 tmp 的值输出到 Output 信号上。

总结

3 位同步递减计数器是一种常见的数字电路组件。通过了解其工作原理并学会使用 VHDL 语言实现，可以为我们日后的电路设计工作打下坚实的基础。