專利名稱：根據(jù)初始狀態(tài)門控時鐘脈沖觸發(fā)的狀態(tài)機、計數(shù)器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種計數(shù)器、狀態(tài)機與相關(guān)方法，尤指一種具有狀態(tài)單元、并能根據(jù)一初始狀態(tài)而選擇性地停止將時鐘脈沖提供至狀態(tài)不會變化的狀態(tài)單元以節(jié)省功率消耗的計數(shù)器、狀態(tài)機與相關(guān)方法。
當(dāng)一微處理機系統(tǒng)要使用順序控制時，會以一狀態(tài)機(state machine)來依據(jù)一時鐘脈沖的觸發(fā)，產(chǎn)生出依預(yù)設(shè)順序遞變的狀態(tài)，并以這些狀態(tài)來觸發(fā)微處理機系統(tǒng)中其他的構(gòu)成功能塊來依序進行不同的功能。請參考

圖1。圖1為一公知狀態(tài)機10的功能方塊圖。狀態(tài)機10中設(shè)有多個狀態(tài)單元12(圖1中示出三個做為代表)，各狀態(tài)單元12中設(shè)有一順序邏輯(sequential logic)電路14及一組合邏輯(combinational logic)電路16。一般來說，每個狀態(tài)單元能產(chǎn)生一位(bit)的狀態(tài)位18作為該狀態(tài)單元對應(yīng)的狀態(tài)輸出，集合狀態(tài)機10中各狀態(tài)單元產(chǎn)生的狀態(tài)位18，就能組合為一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)形式的多位狀態(tài)20。為了協(xié)調(diào)各狀態(tài)單元的統(tǒng)一工作，狀態(tài)機10中會以一時鐘脈沖CLK0做為一觸發(fā)的時鐘脈沖來觸發(fā)各狀態(tài)單元工作。時鐘脈沖CLK0中具有多個周期的脈沖(pulse)，每一周期的脈沖會觸發(fā)狀態(tài)機10更新其狀態(tài)20。
在各個狀態(tài)單元12中，順序邏輯電路14通常為一觸發(fā)器(flip-flop)，其設(shè)有一用來接收輸入數(shù)據(jù)的輸入端口D0、一用來輸出狀態(tài)位的輸出端口Q0、一設(shè)定端口S0及一時鐘脈沖端T0。順序邏輯電路14能由時鐘脈沖端T0接收時鐘脈沖CLK0的觸發(fā)，在時鐘脈沖CLK0的每個周期中由其輸入端口D0接收輸入數(shù)據(jù)，并由其輸出端口Q0輸出更新后的狀態(tài)位18。順序邏輯電路14的工作特性，是當(dāng)其在時鐘脈沖CLK0的某一周期中輸出一更新后的狀態(tài)位18時，該狀態(tài)位18不僅與輸入端口D0接收的輸入數(shù)據(jù)有關(guān)，也和輸出端口Q0在前一周期輸出的狀態(tài)位18(也就是更新前的狀態(tài)位18)有關(guān)。換句話說，順序邏輯電路14能“記憶”之前輸出的狀態(tài)位。此外，順序邏輯電路14中的設(shè)定端口S0則用來接收一初始狀態(tài)22，使順序邏輯電路14能根據(jù)該初始狀態(tài)，將輸出端口Q0輸出的狀態(tài)位設(shè)定為一特定的初始值；當(dāng)順序邏輯電路14接收時鐘脈沖CLK0后續(xù)各周期脈沖的觸發(fā)后，其輸出端口Q0輸出的狀態(tài)位18就會由該特定的初始值開始依序變化更新。各個狀態(tài)單元12中的組合邏輯電路16則通常由各種邏輯門所組成，以依據(jù)狀態(tài)20來產(chǎn)生對應(yīng)順序邏輯電路14的輸入數(shù)據(jù)。
狀態(tài)機10的工作原理可描述如下。當(dāng)狀態(tài)機10要開始工作時，會將初始狀態(tài)22傳輸至各個狀態(tài)單元12，使得各狀態(tài)單元12輸出的狀態(tài)20為特定的初始值；隨著時鐘脈沖CLK0中各周期脈沖的觸發(fā)，各狀態(tài)單元12會更新各自的狀態(tài)位18，狀態(tài)20也就隨之更新。在時鐘脈沖CLK0的某一周期中，該周期對應(yīng)的狀態(tài)20會經(jīng)由各狀態(tài)單元12中的組合邏輯電路16產(chǎn)生對各個順序邏輯電路14的輸入數(shù)據(jù)；到了下一個周期時，各狀態(tài)單元12就能依據(jù)組合邏輯電路16的輸入數(shù)據(jù)(也就是依據(jù)前一周期的狀態(tài)20)，再加上各順序邏輯電路14本身的“記憶”功能，來更新狀態(tài)20。電路設(shè)計者只要設(shè)計各狀態(tài)單元12中的組合邏輯電路，就能使?fàn)顟B(tài)機10在時鐘脈沖CLK0的觸發(fā)下，依照特定的順序更新狀態(tài)20的內(nèi)容。
在微處理機系統(tǒng)中，計數(shù)器(counter)可說是狀態(tài)機的一種特例。請參考圖2。圖2為一公知的倒計數(shù)(counting down)二進制(binary)計數(shù)器30的功能方塊示意圖。在圖2的示意例中，計數(shù)器30設(shè)有多個狀態(tài)單元(圖2中示出四個做為代表)31及一輔助電路35，而此四個狀態(tài)單元即分別用來產(chǎn)生位B1至B4，并形成計數(shù)器30的狀態(tài)36(也就是計數(shù)器30的計數(shù)值)；換句話說，位B1至B4就分別是計數(shù)器30中各狀態(tài)單元31的狀態(tài)位。而輔助電路35則能在接收一初始值啟動訊號EN1后，根據(jù)初始狀態(tài)34設(shè)定各狀態(tài)單元對應(yīng)狀態(tài)位的初始值，并在接收一計數(shù)啟動訊號EN2后，將一作為觸發(fā)時鐘脈沖的時鐘脈沖CLK統(tǒng)一傳輸至各個狀態(tài)單元31。在各狀態(tài)單元31中，觸發(fā)器32作為各狀態(tài)單元的順序邏輯電路，與門(AND gate)37則組合出各個狀態(tài)單元31中的相異組合邏輯電路。其中觸發(fā)器32可以是T觸發(fā)器，輸入端T為其輸入端口，分別用來輸出兩互為反相的位的輸出端Q、Q′則為其輸出端口；設(shè)定端S為其設(shè)定端口，用來接收輔助電路35的初始狀態(tài)設(shè)定，以設(shè)定各順序邏輯電路的對應(yīng)狀態(tài)位的初始值；而時鐘脈沖端CK則用來接收時鐘脈沖CLK的觸發(fā)。
當(dāng)一微處理機系統(tǒng)要使用公知的計數(shù)器30來計數(shù)時，會在計數(shù)開始之前先以初始值載入啟動訊號EN1來觸發(fā)輔助電路35，以根據(jù)初始狀態(tài)34設(shè)定各狀態(tài)單元31對應(yīng)狀態(tài)位的初始值；要開始計數(shù)時，就會以計數(shù)啟動訊號EN2觸發(fā)輔助電路35將時鐘脈沖CLK統(tǒng)一傳輸至各狀態(tài)單元31，計數(shù)器30就會根據(jù)時鐘脈沖CLK的觸發(fā)開始計數(shù)了。
請參考圖3(并同時參考圖3)。在計數(shù)器30中，經(jīng)由各狀態(tài)單元中組合邏輯電路的設(shè)計，計數(shù)器30的狀態(tài)36隨時鐘脈沖CLK的觸發(fā)而依序改變的情形，即示于圖3。圖3的縱軸即為時間；波形38則是時鐘脈沖CLK隨時間變化的波形(波形38的橫軸即為波形的大小)。如圖3所示，時鐘脈沖CLK中具有多個周期的脈沖，每一周期的時間長短為時段T；隨著時鐘脈沖CLK中的周期T1、T2、T3等等的觸發(fā)，由位B1至B4組合出的狀態(tài)36，也會由“1111”、“1110”、“1101”等等依序變化，就如圖3中所示。換句話說，若把狀態(tài)36當(dāng)作是計數(shù)器30的計數(shù)值，圖3中的狀態(tài)36就會由“1111”開始倒計數(shù)，直到“0000”。
計數(shù)器在微處理機及計算機系統(tǒng)中有很廣泛的用途。舉例來說，參照圖2、圖3的計數(shù)器30，若微處理機中的某一第一構(gòu)成功能塊要每隔一段特定的時間(譬如說是16個時鐘脈沖周期的時間)就發(fā)出一特殊的指令給另一個第二構(gòu)成功能塊，第一構(gòu)成功能塊就可以設(shè)定計數(shù)器30由某個初始的計數(shù)值開始倒計數(shù)(像是由圖3中的“1111”開始)，等數(shù)到某一計數(shù)值之后(譬如說是圖3中的“0000”)，第一構(gòu)成功能塊就知道時間已經(jīng)經(jīng)過了多少個時鐘脈沖周期，并可依照計數(shù)值的指示來發(fā)出該特殊的指令。另外，舉例來說，若微處理機中某一第一構(gòu)成功能塊要傳輸特定數(shù)量成批數(shù)據(jù)(譬如說是16批)至另一第二構(gòu)成功能塊，第一構(gòu)成功能塊就可以隨著每一批數(shù)據(jù)的傳輸觸發(fā)計數(shù)器30一次，等到計數(shù)器30的計數(shù)值由“1111”倒計數(shù)至“0000”，第一構(gòu)成功能塊就知道已經(jīng)傳輸了16批數(shù)據(jù)了。
為了要使微處理機系統(tǒng)更具有功能上的彈性，在各構(gòu)成功能塊利用計數(shù)器時，只要對計數(shù)器設(shè)定不同的初始計數(shù)值，就能彈性的運用計數(shù)器來定量計數(shù)。延伸前述的例子，若第一構(gòu)成功能塊原本要每隔16個時鐘脈沖周期的時間就發(fā)出一特殊的指令，但因工作上的需求，要改為每隔8個時鐘脈沖周期就發(fā)出一特殊指令，此時第一構(gòu)成功能塊就可將計數(shù)器30的初始狀態(tài)設(shè)為“0111”，并由“0111”開始倒計數(shù)，同樣地，當(dāng)數(shù)到“0000”后，第一構(gòu)成功能塊就知道已經(jīng)經(jīng)過8個周期的時間了，就如圖4中所示。請參考圖4；圖4即為計數(shù)器30的狀態(tài)36由計數(shù)值“0111”一直倒計數(shù)至“0000”時狀態(tài)遞變的示意圖，圖4的縱軸為時間。同理，若第一構(gòu)成功能塊要傳輸在傳輸16批數(shù)據(jù)后，又要傳輸4批數(shù)據(jù)，那么第一構(gòu)成功能塊可將計數(shù)器的初始狀態(tài)設(shè)為“0011”，并隨著每批數(shù)據(jù)的傳輸由“0011”、“0010”、“0001”同樣地也是倒計數(shù)至“0000”，此時第一構(gòu)成功能塊就能由計數(shù)值回到“0000”而知道已經(jīng)傳輸了4批數(shù)據(jù)。而一般的狀態(tài)機也能達成類似的功能。
不過，在以上述的方式來彈性地運用計數(shù)器時，某些狀態(tài)單元會一直維持相同的狀態(tài)而不改變。舉例來說，在圖4的例子中，當(dāng)計數(shù)器30被用來數(shù)出8時(就是8個周期脈沖)，用來產(chǎn)生位B4的狀態(tài)單元就一直不會改變其狀態(tài)輸出，使得位B4一直為“0”。同理，若只要用計數(shù)器30來數(shù)出4，就只有位B2、B1對應(yīng)的狀態(tài)單元會工作而更新位B2、B1的值，位B4、B3對應(yīng)的狀態(tài)單元并不會隨時鐘脈沖的觸發(fā)而改變位B4、B3的值。更進一步地，若要增加計數(shù)器的使用彈性，可增加計數(shù)器中計數(shù)單元的個數(shù)，使得計數(shù)器的狀態(tài)(也就是計數(shù)值)能具有更多的狀態(tài)位。舉例來說，一個具有8位的計數(shù)器，在由“11111111”倒計數(shù)至“00000000”的過程中會經(jīng)過256個時鐘脈沖周期，而該計數(shù)器使用的彈性也會更大，可經(jīng)由對初始狀態(tài)的控制數(shù)出1到256中任何一個數(shù)目。不過，同樣地，在以8位計數(shù)器來數(shù)出少于256的數(shù)目時，該計數(shù)器中也會有狀態(tài)不改變的狀態(tài)單元；要數(shù)出的數(shù)目越小，狀態(tài)不改變的狀態(tài)單元也會越多。若是以8位計數(shù)器用來數(shù)出8時，就會有5個狀態(tài)單元不會改變狀態(tài)；用來數(shù)出4時，則會有6個狀態(tài)單元不會改變狀態(tài)。同理，在彈性運用狀態(tài)機時，也會發(fā)生類似的情況；也就是說，有某些狀態(tài)單元的狀態(tài)輸出會維持不變。
不過，如圖1或圖2中所示，因為狀態(tài)機或計數(shù)器中的各個狀態(tài)單元都要同步協(xié)調(diào)工作，所以公知技術(shù)中各狀態(tài)單元都會統(tǒng)一由一時鐘脈沖觸發(fā)；即使有某一狀態(tài)單元不會改變狀態(tài)，該時鐘脈沖還是要驅(qū)動該狀態(tài)單元。一般來說，在現(xiàn)行技術(shù)下，狀態(tài)單元都是以互補金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(CMOS)來實際實現(xiàn)，像是狀態(tài)單元中會接收時鐘脈沖觸發(fā)的順序邏輯電路，也就是由互補金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管實現(xiàn)的。請參考圖5。圖5為一典型互補金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管所實現(xiàn)的邏輯門40。邏輯門40以偏置源Vd及地端G作為直流偏置，其中n型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管M1、M2的柵極分別電連接到節(jié)點N1、N2，p型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管M3、M4的柵極亦分別電連接到節(jié)點N1、N2，以分別接收位A及位B的輸入；輸出的位C則由節(jié)點N3取出，以實現(xiàn)一與非門(NAND)的功能。當(dāng)輸入的位A為一在數(shù)字“0”、“1”交替的時鐘脈沖，而位B為固定的數(shù)字“0”時，輸出的位C不會隨位A的改變而改變，并會一直維持于數(shù)字“1”。在這種情況下，雖然邏輯門40輸出的位C不會改變，但驅(qū)動位A在數(shù)字“1”、“0”(也就是高低電平間)間互換時，還是要消耗功率。由于金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極等效上可視為一個電容，當(dāng)要將位A要由數(shù)字“0”提升為數(shù)字“1”時，就要消耗能量來對晶體管M1、M3的柵極充電；當(dāng)要將位A由數(shù)字“1”拉低至數(shù)字“0”時，同樣地也要消耗能量來對晶體管M1、M3的柵極放電。換句話說，即使一狀態(tài)單元的狀態(tài)輸出不隨時鐘脈沖的觸發(fā)而改變，但是由邏輯門組成的狀態(tài)單元還是會消耗時鐘脈沖的驅(qū)動能量。
換句話說，在彈性利用上述討論的公知計數(shù)器或狀態(tài)機時，僅會利用到一部分的狀態(tài)單元，其他多余的狀態(tài)單元則不會改變其狀態(tài)輸出，但當(dāng)時鐘脈沖驅(qū)動計數(shù)器或狀態(tài)機中的各個狀態(tài)單元時，狀態(tài)不變的狀態(tài)單元還是會消耗時鐘脈沖驅(qū)動的能量，舉例來說，當(dāng)圖2中的計數(shù)器30用來以圖4中的方式數(shù)出8時，位B4不會改變，但位B4對應(yīng)的狀態(tài)單元還是會持續(xù)地消耗時鐘脈沖的驅(qū)動能量。這樣一來，不僅平白增加微處理機系統(tǒng)的功率消耗，對于微處理系統(tǒng)芯片的電路集成度的提升，也會有不良的影響。
本發(fā)明提供一種計數(shù)器，其包含有多個狀態(tài)單元，各狀態(tài)單元用來產(chǎn)生一狀態(tài)輸出；而每一狀態(tài)單元具有一對應(yīng)的時鐘脈沖端，用來接收一具有多個脈沖的時鐘脈沖；其中當(dāng)每一狀態(tài)單元由對應(yīng)的時鐘脈沖端接收一時鐘脈沖時，該狀態(tài)單元可根據(jù)一預(yù)設(shè)的原則以在接收該時鐘脈沖的不同脈沖時更新其對應(yīng)的狀態(tài)輸出；以及一時鐘脈沖門控電路，電連接到該多個狀態(tài)單元，用來僅根據(jù)一固定的初始值于該多個狀態(tài)單元中選擇出至少一第一狀態(tài)單元及至少一第二狀態(tài)單元，以將一觸發(fā)時鐘脈沖提供至各第一狀態(tài)單元的時鐘脈沖端，并停止提供該觸發(fā)時鐘脈沖至各第二狀態(tài)單元的時鐘脈沖端，使得當(dāng)各第一狀態(tài)單元依據(jù)該觸發(fā)時鐘脈沖的不同脈沖而更新各第一狀態(tài)單元的對應(yīng)狀態(tài)輸出時，各第二狀態(tài)單元對應(yīng)的狀態(tài)輸出會維持不變；且該時鐘脈沖門控電路不會依據(jù)各第一狀態(tài)單元的狀態(tài)輸出變化而將該觸發(fā)時鐘脈沖提供至各第二狀態(tài)單元，亦不會停止提供該觸發(fā)時鐘脈沖至各第一狀態(tài)單元。
在公知的狀態(tài)機或計數(shù)器中，各個用來產(chǎn)生遞變狀態(tài)的狀態(tài)單元會統(tǒng)一以一時鐘脈沖觸發(fā)；即使在狀態(tài)遞變的過程中某些狀態(tài)單元會一直維持同樣的狀態(tài)輸出，時鐘脈沖還是要耗費功率來驅(qū)動這些狀態(tài)單元。因此公知技術(shù)的狀態(tài)機或計數(shù)器無法避免這些狀態(tài)單元消耗功率帶來的負面影響，包括消費能量、增加系統(tǒng)驅(qū)動時鐘脈沖的負擔(dān)等等。
而在本發(fā)明的狀態(tài)機或計數(shù)器中，則另設(shè)有一時鐘脈沖門控電路，能依據(jù)初始狀態(tài)來判斷在后續(xù)狀態(tài)遞變的過程中有哪些狀態(tài)單元的狀態(tài)輸出會維持不變，并停止將時鐘脈沖傳輸至這些狀態(tài)單元，使得時鐘脈沖不需驅(qū)動這些狀態(tài)輸出不會改變的狀態(tài)單元，以減少系統(tǒng)驅(qū)動時鐘脈沖的負擔(dān)及能量消耗。
圖2為一公知計數(shù)器的功能方塊圖。
圖3、4為圖2中計數(shù)器狀態(tài)遞變的時序圖。
圖5為一典型互補金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的電路示意圖。
圖6為本發(fā)明中狀態(tài)機功能方塊的示意圖。
圖7、圖8為本發(fā)明中計數(shù)器功能方塊的示意圖。附圖符號說明10、50狀態(tài)機12、31、52、71、U(1)-U(N)狀態(tài)單元14、54順序邏輯電路16、56組合邏輯電路18、58狀態(tài)位20、36、60狀態(tài)22、34、62、74初始狀態(tài)24位30、70、90計數(shù)器32觸發(fā)器35、75輔助電路37、A1-A4、A(1)-A(N)與門38波形40邏輯門66、80時鐘脈沖門控電路76鎖存電路EN1、EN3、EN5初始值載入啟動訊號EN2、EN4、EN6計數(shù)啟動訊號G地端Vd偏壓源T時段
M1-M4晶體管B1-B4、A-C、D1-D4、D1i-D4i、D(1)-D(N)、Di(1)-Di(N)位O1-O3、O(1)-O(N)或門D0、D1輸入端口Q0、Q1輸出端口T0、T1、CK、TK時鐘脈沖端S0、S1設(shè)定端口Q、Q′輸出端T輸入端CLK0-CLK2、CLK時鐘脈沖S、St設(shè)定端N1-N3、Na-Nd節(jié)點本發(fā)明與公知狀態(tài)機最主要的不同處，在于本發(fā)明中增設(shè)有一時鐘脈沖門控電路66，用來依據(jù)初始狀態(tài)62判斷在狀態(tài)60由初始狀態(tài)62開始遞變的過程中，有哪些狀態(tài)單元52的狀態(tài)輸出會維持不變。找出狀態(tài)輸出維持不變的狀態(tài)單元后，時鐘脈沖門控電路66就會停止提供時鐘脈沖到這些狀態(tài)單元52，以減少時鐘脈沖的功率消耗。當(dāng)然，對于狀態(tài)輸出會遞變的狀態(tài)單元，時鐘脈沖門控電路66還是會統(tǒng)一以一時鐘脈沖CLK1來當(dāng)作觸發(fā)時鐘脈沖，以觸發(fā)各狀態(tài)單元的狀態(tài)輸出隨時間遞變。
請參考圖7。為具體說明本發(fā)明的實施情形，現(xiàn)以本發(fā)明的構(gòu)思實施于一4位倒計數(shù)二進制計數(shù)器時的相關(guān)配置來進一步描述本發(fā)明的實施方法；圖7即為本發(fā)明中計數(shù)器70的電路方塊圖。類似于圖2中計數(shù)器30的配置，計數(shù)器70中具有四個狀態(tài)單元71，每一狀態(tài)單元分別用來產(chǎn)生一對應(yīng)的位D1至D4作為其狀態(tài)輸出；集合位D1至D4，就形成計數(shù)器70的狀態(tài)76(也就是計數(shù)器70的計數(shù)值，其中位D4為最重要位，MSB，即MostSignificant Bit)。各狀態(tài)單元71中的基本結(jié)構(gòu)(如順序邏輯電路、組合邏輯電路)可以由圖2中各狀態(tài)單元31類推而得，在不妨礙本發(fā)明技術(shù)公知的情形下，于此不再重復(fù)。為了突出本發(fā)明的重點，圖7中各狀態(tài)單元71僅示出一對應(yīng)的設(shè)定端St及一時鐘脈沖端TK，各狀態(tài)單元71可依據(jù)設(shè)定端St輸入的數(shù)據(jù)設(shè)定對應(yīng)狀態(tài)輸出的初始值，并由時鐘脈沖端TK輸入的時鐘脈沖觸發(fā)而使對應(yīng)狀態(tài)輸出隨時間遞變。此外，計數(shù)器70中也設(shè)有一輔助電路75，用來接收一初始值載入啟動訊號EN3的觸發(fā)而根據(jù)一初始狀態(tài)74來設(shè)定各狀態(tài)單元狀態(tài)輸出的初始值。對應(yīng)于由位D1至D4所組合出來的狀態(tài)76，初始狀態(tài)74也是由四個位D1i至D4i所形成。而位D1i至D4i就分別為位D1至D4的初始值。
本發(fā)明的計數(shù)器70與圖2中公知計數(shù)器30最重要的相異處，在于本發(fā)明的計數(shù)器70另設(shè)有一時鐘脈沖門控電路80。時鐘脈沖門控電路80可將一時鐘脈沖CLK2選擇性地供應(yīng)至特定的狀態(tài)單元71。在本實施例中，時鐘脈沖門控電路80設(shè)有與門(AND gate)A1至A5、或門(OR gate)O1至O3以及一鎖存(latch)電路76。其中與門A1至A4分別電連接到用來產(chǎn)生位D1至D4的四個狀態(tài)單元的時鐘脈沖端TK；換句話說，與門A1至A4及運算(ANDoperation)的結(jié)果就分別是各狀態(tài)單元71的觸發(fā)時鐘脈沖。與門A5則用來依據(jù)一計數(shù)啟動訊號EN4的觸發(fā)而將時鐘脈沖CLK2導(dǎo)入至?xí)r鐘脈沖門控電路80。當(dāng)輔助電路74受初始值載入啟動訊號EN3的觸發(fā)而設(shè)定各狀態(tài)單元71的初始值時，也同樣會觸發(fā)鎖存電路76將初始狀態(tài)74的各個位D1i至D4i儲存鎖存至鎖存電路76中；而時鐘脈沖門控電路80中的各個或門與與門就能依據(jù)鎖存電路76中的位D1i至D4i來選擇性地將時鐘脈沖CLK2提供至某些狀態(tài)單元71。舉例來說，當(dāng)計數(shù)器70用來數(shù)出8時，初始狀態(tài)74會是“0111”(即圖4中所示的情形)；換句話說，位D4i至D1i分別是數(shù)字的“0”、“1”、“1”、“1”。此時或門O1至O3的輸出分別是“1”、“1”、“1”。等到計數(shù)啟動訊號EN4由數(shù)字“0”轉(zhuǎn)變?yōu)椤?”而觸發(fā)計數(shù)器70開始計數(shù)時，時鐘脈沖CLK2就會由與門A5傳輸至與門A1，并分別由與門A1、A2、A3將時鐘脈沖CLK2供應(yīng)至位D1、D2及D3對應(yīng)的狀態(tài)單元。至于對應(yīng)于位D4、狀態(tài)在倒計數(shù)過程中一直不會改變的狀態(tài)單元，由于與門A4一輸入端為位D4i的數(shù)字“0”，所以與門A4就會將時鐘脈沖CLK2門控，不會將其傳輸至位D4對應(yīng)的狀態(tài)單元，使得該狀態(tài)單元不會受到時鐘脈沖觸發(fā)，并使位D4能一直維持初始值(也就是位D4i的值)。這樣一來，時鐘脈沖CLK2就不會因為要驅(qū)動位D4對應(yīng)狀態(tài)單元而多消耗功率，計數(shù)器70也還是能正常地依據(jù)圖4中的狀態(tài)遞變而由初始狀態(tài)“0111”倒計數(shù)至“0000”。
同理，若計數(shù)器70要由“0011”倒計數(shù)至“0000”而數(shù)出4，則時鐘脈沖門控電路80中的或門O3至O1的或運算結(jié)果分別是數(shù)字“0”、“1”、“1”，使得時鐘脈沖CLK2僅會由與門A2與A1傳輸至位D2、D1對應(yīng)的狀態(tài)單元；而與門A3的輸出則為數(shù)字“0”，與門A4的兩輸入端都是數(shù)字“0”，故時鐘脈沖CLK2就不需觸發(fā)位D3、D4分別對應(yīng)的兩個狀態(tài)單元。計數(shù)器70也能由初始狀態(tài)“0011”隨時鐘脈沖的觸發(fā)而遞變?yōu)椤?010”、“0001”最后數(shù)至“0000”。
請參考圖8。圖8為本發(fā)明的構(gòu)思運用于一N位倒計數(shù)二進制計數(shù)器90時，其時鐘脈沖門控電路94主要相關(guān)配置的示意圖。計數(shù)器90中具有多個狀態(tài)單元U(N)、U(N-1)、等等至U(n)、U(1)；分別用來產(chǎn)生位D(N)、D(N-1)等等至D(n)、D(1)等的狀態(tài)輸出，并由這些位形成計數(shù)器90的狀態(tài)92。為突出時鐘脈沖門控電路94的基本設(shè)計構(gòu)思，在此一般化的情形中，各狀態(tài)單元僅示出對應(yīng)的時鐘脈沖端TK，用來接收時鐘脈沖的觸發(fā)；用來設(shè)定各狀態(tài)位初始值的輔助電路則予以省略。而時鐘脈沖門控電路94中設(shè)有與門A(N)、A(N-1)至A(n)、A(1)、A(0)，以及或門O(N-1)、O(n)等等至O(1)；鎖存電路96則用來配合初始值載入啟動訊號EN5的觸發(fā)而儲存各狀態(tài)單元對應(yīng)位的初始值，也就是位Di(N)、Di(N-1)等等至Di(n)、Di(1)。與門A(0)配合計數(shù)啟動訊號EN6將一時鐘脈沖CLK3引入時鐘脈沖門控電路94，與門A(N)至A(1)則分別對應(yīng)于狀態(tài)單元U(N)至U(1)。如圖8中狀態(tài)單元U(n)一般性配置所顯示的，狀態(tài)單元U(n)的時鐘脈沖端TK由與門A(n)的輸出來觸發(fā)，與門A(n)的輸出端也于節(jié)點Na電連接到與門A(n+1)的一個輸入端；而與門A(n)的一輸入端連接于或門O(n)的輸出端，另一輸入端則于節(jié)點Nb連接于與門A(n-1)的輸出端。或門O(n)的輸出端另外于節(jié)點Nd電連接到或門O(n-1)的一個輸入端，或門O(n)的兩個輸入端則分別用來接收位Di(n)(也就是位D(n)的初始值)，以及于節(jié)點Nc電連接到或門O(n+1)的輸出端。當(dāng)此N位計數(shù)器90用來數(shù)出2L(2的L次方)時，Di(1)至Di(L)為數(shù)字“1”，Di(L+1)至Di(N)為數(shù)字“0”(即以數(shù)字D(n)為狀態(tài)92最重要位)。因此，或門O(1)至O(L)或運算的輸出皆為數(shù)字“1”，而其余或門O(L+1)至O(N-1)皆輸出數(shù)字“0”。而與門A(1)至A(L)的一個輸入端為數(shù)字“1”，就可將時鐘脈沖CLK3傳輸至狀態(tài)單元U(1)至U(L)，以觸發(fā)這些狀態(tài)單元更新位D(1)至D(L)。而與門A(L+1)一輸入端會接收與門A(L)輸出的時鐘脈沖，但另一輸入端為數(shù)字“0”而停止將時鐘脈沖傳輸至狀態(tài)單元U(L+1)。而與門A(L+2)至A(N)兩輸入端都為數(shù)字“0”，當(dāng)然也不會觸發(fā)狀態(tài)單元U(L+2)至U(N)。這樣一來，計數(shù)器90就不必觸發(fā)狀態(tài)不會改變的狀態(tài)單元U(L+1)至U(N)，而狀態(tài)單元U(1)至U(1)也就能遞變倒計數(shù)至各位皆為數(shù)字“0”的狀態(tài)92以數(shù)出2L。當(dāng)然，圖7、圖8所顯示的僅為本發(fā)明中時鐘脈沖門控電路一實施例，其他可達同樣功能的電路也可應(yīng)用于本發(fā)明的時鐘脈沖門控電路，最重要的是能夠達到以初始狀態(tài)來判斷各狀態(tài)單元的狀態(tài)輸出是否會改變，并正確的將時鐘脈沖供應(yīng)給狀態(tài)輸出會改變的狀態(tài)單元，并停止供應(yīng)時鐘脈沖至狀態(tài)輸出不會改變的狀態(tài)單元。
總結(jié)來說，在公知計數(shù)器或狀態(tài)機在使用時，即使有某些狀態(tài)單元的狀態(tài)輸出不會改變，這些狀態(tài)單元也都還會被時鐘脈沖觸發(fā)；使得時鐘脈沖還要消耗額外的功率來驅(qū)動這些狀態(tài)單元，會造成系統(tǒng)資源的額外消耗。與之比較，本發(fā)明則以一時鐘脈沖門控電路來根據(jù)初始狀態(tài)找出狀態(tài)輸出不會改變的狀態(tài)單元，并停止將時鐘脈沖提供給這些狀態(tài)單元，僅需將時鐘脈沖提供至狀態(tài)會改變的狀態(tài)單元；這樣一來，就可減少時鐘脈沖驅(qū)動的功率需求，避免系統(tǒng)功率及資源的無謂消耗，提升微處理機系統(tǒng)資源運用的效率。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求書所進行的等效變化與修改，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種計數(shù)器，其包含有多個狀態(tài)單元，各狀態(tài)單元用來產(chǎn)生一狀態(tài)輸出；而每一狀態(tài)單元具有一對應(yīng)的時鐘脈沖端，用來接收一具有多個脈沖的時鐘脈沖；其中當(dāng)每一狀態(tài)單元由對應(yīng)的時鐘脈沖端接收一時鐘脈沖時，該狀態(tài)單元可根據(jù)一預(yù)設(shè)的原則以在接收該時鐘脈沖的不同脈沖時更新其對應(yīng)的狀態(tài)輸出；以及一時鐘脈沖門控電路，電連接到該多個狀態(tài)單元，用來僅根據(jù)一固定的初始值于該多個狀態(tài)單元中選擇出至少一第一狀態(tài)單元及至少一第二狀態(tài)單元，以將一觸發(fā)時鐘脈沖提供至各第一狀態(tài)單元的時鐘脈沖端，并停止提供該觸發(fā)時鐘脈沖至各第二狀態(tài)單元的時鐘脈沖端，使得當(dāng)各第一狀態(tài)單元依據(jù)該觸發(fā)時鐘脈沖的不同脈沖而更新各第一狀態(tài)單元的對應(yīng)狀態(tài)輸出時，各第二狀態(tài)單元對應(yīng)的狀態(tài)輸出會維持不變；且該時鐘脈沖門控電路不會依據(jù)各第一狀態(tài)單元的狀態(tài)輸出變化而將該觸發(fā)時鐘脈沖提供至各第二狀態(tài)單元，亦不會停止提供該觸發(fā)時鐘脈沖至各第一狀態(tài)單元。
2.如權(quán)利要求1所述的計數(shù)器，其中當(dāng)該初始值改變時，該時鐘脈沖門控電路會于該多個狀態(tài)單元中對應(yīng)地選擇出不同的第一狀態(tài)單元及第二狀態(tài)單元。
3.如權(quán)利要求1所述的計數(shù)器，其中每一狀態(tài)單元另有一設(shè)定端，用來接收一初始狀態(tài)，使得當(dāng)該狀態(tài)單元由對應(yīng)的時鐘脈沖端接收一時鐘脈沖的觸發(fā)時，會先輸出一對應(yīng)該初始狀態(tài)的初始狀態(tài)輸出，再依據(jù)該預(yù)設(shè)的原則于接收該時鐘脈沖的后續(xù)脈沖時，更新對應(yīng)的狀態(tài)輸出。
4.如權(quán)利要求3所述的計數(shù)器，其中當(dāng)該時鐘脈沖門控電路依據(jù)該初始值選擇該第一狀態(tài)單元及該第二狀態(tài)單元時，該計數(shù)器另可根據(jù)該初始值由各狀態(tài)單元的設(shè)定端設(shè)定各狀態(tài)單元的初始狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求1所述的計數(shù)器，其另包含有一鎖存電路，連接于該時鐘脈沖門控電路，用來儲存該初始值。
6.如權(quán)利要求1所述的計數(shù)器，其中各狀態(tài)單元包含有一觸發(fā)器。
7.一種使用于一種計數(shù)器的方法，其中該計數(shù)器包含有多個狀態(tài)單元，各狀態(tài)單元用來產(chǎn)生一狀態(tài)輸出；而每一狀態(tài)單元具一對應(yīng)的時鐘脈沖端，用來接收一具有多個脈沖的時鐘脈沖；其中每一各狀態(tài)單元由對應(yīng)的時鐘脈沖端接收一時鐘脈沖時，該狀態(tài)單元可根據(jù)一預(yù)設(shè)的原則以在接收該時鐘脈沖的不同脈沖時更新其對應(yīng)的狀態(tài)輸出；而該方法包含有僅根據(jù)一固定的初始值于該多個狀態(tài)單元中選擇出至少一第一狀態(tài)單元及至少一第二狀態(tài)單元，以將一觸發(fā)時鐘脈沖提供至各第一狀態(tài)單元的時鐘脈沖端，并停止提供該觸發(fā)時鐘脈沖至各第二狀態(tài)單元的時鐘脈沖端，使得當(dāng)各第一狀態(tài)單元依據(jù)該觸發(fā)時鐘脈沖的不同脈沖而更新各第一狀態(tài)單元的對應(yīng)狀態(tài)輸出時，各第二狀態(tài)單元對應(yīng)的狀態(tài)輸出會維持不變。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中當(dāng)根據(jù)該初始值選擇出第一狀態(tài)單元及第二狀態(tài)單元時，不會依據(jù)各第一狀態(tài)單元的狀態(tài)輸出變化而將該觸發(fā)時鐘脈沖提供至各第二狀態(tài)單元，亦不會停止提供該觸發(fā)時鐘脈沖至各第一狀態(tài)單元。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中當(dāng)根據(jù)該初始值選擇出第一狀態(tài)單元及第二狀態(tài)單元時，針對不同的初始值，于該多個狀態(tài)單元中對應(yīng)地選擇出不同的第一狀態(tài)單元及第二狀態(tài)單元。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中每一狀態(tài)單元另有一設(shè)定端，用來接收一初始狀態(tài)，使得當(dāng)該狀態(tài)單元由對應(yīng)的時鐘脈沖端接收一時鐘脈沖的觸發(fā)時，會先輸出一對應(yīng)該初始狀態(tài)的初始狀態(tài)輸出，再依據(jù)該預(yù)設(shè)的原則于接收該時鐘脈沖的后續(xù)脈沖時，更新對應(yīng)的狀態(tài)輸出。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其另包含有當(dāng)依據(jù)該初始值選擇該第一狀態(tài)單元及該第二狀態(tài)單元時，另根據(jù)該初始值由各狀態(tài)單元的設(shè)定端設(shè)定各狀態(tài)單元的初始狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該計數(shù)器另包含有一鎖存電路，連接于該時鐘脈沖門控電路，用來儲存該初始值。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，其中各狀態(tài)單元包含有一觸發(fā)器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種狀態(tài)機、計數(shù)器及相關(guān)裝置與方法。本發(fā)明中的狀態(tài)機設(shè)有多個狀態(tài)單元及一時鐘脈沖門控電路，各狀態(tài)單元用來接收一時鐘脈沖的觸發(fā)以產(chǎn)生對應(yīng)的遞變狀態(tài)輸出，該時鐘脈沖門控電路則用來根據(jù)一初始狀態(tài)選擇性地將一觸發(fā)時鐘脈沖不提供至該多個狀態(tài)單元中的某些狀態(tài)單元，使得當(dāng)其他狀態(tài)單元受該觸發(fā)時鐘脈沖觸發(fā)而更新對應(yīng)的狀態(tài)輸出時，所述狀態(tài)單元不會受觸發(fā)而改變對應(yīng)的狀態(tài)輸出。
文檔編號G06M1/27GK1395218SQ0212983
公開日2003年2月5日 申請日期2002年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月15日
發(fā)明者陳永暉, 洪珊婷 申請人:威盛電子股份有限公司