Counter a jeho aplikace v digitální elektronice

Counter je velmi důležitým zařízením pro elektroniku. Používá se v mnoha elektronických obvodech. Digitální počítadlo v podstatě počítá hodinové impulsy aplikované na jeho hodinový kolík. Můžeme jej použít s displejem, abychom vizuálně viděli digitální počet Pulzů. Digitální počítadlo se senzorem slouží například k počítání, kolikrát se senzor spustil. Můžeme použít snímač počtu srdečních tepů k monitorování srdečních pulsů pomocí digitálního počítadla. Toto je jeden příklad; existuje mnoho aplikací digitálního čítače. Nyní existují dva typy čítačů.

1. asynchronní čítač (pult zvlnění)
2. synchronní čítač

asynchronní čítač nebo pult zvlnění

počítadlo nahoru se počítá. V tomto čítači jsou externí hodinové impulsy aplikovány pouze na jeden flip-flop a další flip-flop získává hodiny z výstupu “~Q ” předchozího. Na které flip-flop externí hodiny jsou aplikovány ” Q ” výstup tohoto flip-flopu je LSB (nejméně významný bit). Pokud nevíte, co je LSB, přečtěte si tento příspěvek. Existují dva typy asynchronního čítače.

asynchronní počítadlo nahoru

nyní se podívejme na návrh asynchronního čítače 4 bitů.

výše uvedený obrázek je 4 bit asynchronní počítadlo nahoru. Může počítat od 0 do 15, takže možný počet výstupů je 16. Takže jeho režim je 16, což je 24, KDE 4 je počet žabek. V 16 hodin se tento čítač vrátí do výchozí polohy. Skládá se ze čtyř žabek typu D. ‘D’ vstup každého flip-flopu je připojen k obrácenému Q (~Q) A hodinový pin dalšího flip-flopu. Jak můžete vidět, že externí hodiny puls jsou uvedeny na první flip-flop, ale hodiny impulsy pro ostatní žabky jsou’ ~Q ‘ výstup z předchozího. “Q” výstup je výstup čítače.

při počátečním stavu, kdy nejsou použity žádné externí hodiny, bude výstup “~Q “všech žabek vysoký, který je připojen ke vstupu “D”. Když je použit jeden externí hodinový puls, první flip-flop uloží “1”, který byl přítomen na “~Q”. Nyní bude výstup ” Q “prvního flip-flopu vysoký a” ~Q ” nízký.

na druhé hodiny se první flip-flop resetuje a ” Q “výstup prvního flip-flopu bude nízký a “~Q ” bude vysoký. Nyní vstup hodin druhého flip-flopu dostal přechod od nízkých k vysokým hodinám, protože je připojen k “~Q ” prvního flip-flopu. Druhý flip-flop bude opakovat celý proces při každém’ ~Q ‘ výstup změní svůj stav z nízké na vysokou. Tento proces se bude vztahovat na všechny flip-flop, které jsou připojeny v obvodu. Tímto způsobem se tento obvod počítá.

podívejme se na 4 bitový asynchronní průběh čítače.

pokud pečlivě vidíte průběh, všimnete si, že externí hodinové impulsy se rozdělují na každém výstupu. Na prvním výstupu hodiny je děleno 2, na druhém výstupu hodiny je dělit 4 a tak dále. Počítadlo lze tedy použít jako digitální dělič kmitočtu.

FN = FCLK / 2N

kde:

FN = frekvence při QN

N = počet flip-flop

můžeme napsat tabulku pravdy vytvořením okna jednoho externího hodiny a kontrolou výstupů ve tvaru vlny. Například viz obrázek níže.

na první hodiny’ Q0 ‘výstup je ‘1’,’ Q1 ‘výstup je ‘0’,’ Q2 ‘výstup je’ 0 ‘a’ Q3 ‘výstup je ‘0’. Nyní zkontrolujeme výstupy při druhém taktovacím pulsu.

na druhé hodiny ” Q0 “výstup je “0”, ” Q1 “výstup je “1”, ” Q2 “výstup je” 0 ” a ” Q3 “výstup je “0”. Nyní budeme psát tabulku pravdy tím, že se podíváme na výstupy při každém hodinovém pulsu.

hodiny	Q3	Q2	Q1	Q0	desetinný ekvivalent binárního výstupu
0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	1	1
2	0	0	1	0	2
3	0	0	1	1	2
4	0	1	0	0	4
5	0	1	0	1	5
6	0	1	1	0	6
7	0	1	1	1	7
8	1	0	0	0	8
9	1	0	0	1	9
10	1	0	1	0	10
11	1	0	1	1	11
12	1	1	0	0	12
13	1	1	0	1	13
14	1	1	1	0	14
15	1	1	1	1	15
16(0)	0	0	0	0	0

jak vidíte, tento čítač se počítá od 0 do 15, takže se jedná o počítadlo nahoru a výše uvedená tabulka je pravdivá tabulka 4 bit up counter.

asynchronní čítač dolů

počítadlo dolů odpočítává a jak již víme, externí hodinové impulsy jsou dány pouze jednomu flip-flopu v asynchronním čítači. V tomto čítači bereme výstupy z výstupu ‘~Q’.

jak můžete vidět, že jsme právě změnit výstupní pozice, aby to dolů pult. Zatímco všechny ostatní obvody jsou podobné počítadlu nahoru. Nyní se podívejme na jeho výstupní průběh.

tabulku pravdy můžeme najít pomocí předchozí metody; použili jsme k nalezení tabulky pravdy up counter.

hodiny	Q3	Q2	Q1	Q0	desetinný ekvivalent binárního výstupu
0	1	1	1	1	15
1	1	1	1	0	14
2	1	1	0	1	13
3	1	1	0	0	12
4	1	0	1	1	11
5	1	0	1	0	10
6	1	0	0	1	9
7	1	0	0	0	8
8	0	1	1	1	7
9	0	1	1	0	6
10	0	1	0	1	5
11	0	1	0	0	4
12	0	0	1	1	3
13	0	0	1	0	2
14	0	0	0	1	1
15	0	0	0	0	0
16(0)	1	1	1	1	15

synchronní čítač

v synchronním čítači jsou pro všechny žabky dány externí hodinové impulsy. Ale v tomto čítači používáme další logiku. Existují dva typy synchronního čítače a asynchronního čítače.

synchronní počítadlo nahoru

jak víme, počítadlo nahoru se počítá. Existují dva typy synchronního čítače.

1. Synchronní up counter s ripple carry

podívejme se na design 4 bit synchronní up counter s ripple carry.

Časový diagram (časový průběh) a tabulka pravdy jsou stejné asynchronní počítadlo nahoru. Jak můžete vidět, že má a Brána na každém flip flopu kromě prvního, který je LSB flip flop. Každá brána má dva vstupy. Výstupem každého a brány jsou AND ‘ Ed výstup předchozích všech žabek a je to vstup dalšího žabky. Chcete-li dát AND ‘ Ed výstup předchozích všech žabek na další a bránu, výstup předchozích a brány je uveden na další další a bránu. Tento typ čítače se nazývá “pult zvlnění”.

nyní pochopíme práci tohoto čítače. Můžete vidět, že všechny JK flip-flop je nakonfigurován jako t flip flop. Vstup prvního t flip flopu je pevný, který je vysoký (1) a výstup je dán dalšímu vstupu flip flopu a prvnímu a bráně. Výstup druhého flip flopu je uveden na první a brána a výstup prvního a brána je dána na další flip flop vstup. Pak se tato sekvence opakuje pro všechny další žabky.

když dáváme tomuto obvodu hodinové impulsy, první flip flop se přepne a jeho výstup bude vysoký. Nyní vstup druhého vstupu je vysoká a jako další hodiny puls je uveden pak druhý flip flop bude přepínat a bude vysoká. První flip flop bude také přepínat na druhé hodiny a bude nízká. Ve třetí hodině se první flip flop přepne a stane se vysokým, ale protože vstup druhého flip flopu byl nízký,nebude přepínat a zůstane vysoký. Nyní je první a Brána aktivní a její výstup bude vysoký, což je vstup třetího flip flopu. Na čtvrté hodiny puls je uveden, první a druhý žabky bude nízká a třetí Žabka bude přepínat a bude vysoká. Tento proces se bude opakovat pro všechny žabky.

2. Synchronní up counter bez zvlnění carry counter

podívejme se na design 5 bit synchronní up counter bez zvlnění carry.

v tomto čítači vstup a brána se zvyšuje jako flip-flop zvyšuje. Protože jsme nedávají výstup předchozí a další a brány místo toho jsme přímo dávat všechny předchozí žabky výstup a brány. Tak, jak se zvyšuje počet flip flop, počet a vstup brány také zvyšuje. Tento typ flip flopu se nazývá “bez pultu zvlnění”. Práce tohoto čítače je stejná, jak bylo vysvětleno dříve.

synchronní čítač dolů

víme, že pro převod čítače nahoru na čítač dolů musíme změnit polohu výstupu v žabkách. Podívejme se tedy na obvod pro oba typy synchronního čítače dolů.

1. Synchronní down counter s ripple carry

podívejme se na logický obvod pro synchronní down counter s ripple carry.

jak vidíte, změnili jsme výstup z výstupu ” Q “na výstup ” ~Q”, abychom dosáhli čítače dolů.

2. Synchronní čítač bez zvlnění nese

podívejme se na logický obvod pro synchronní čítač bez zvlnění.

takže, jak můžete vidět také v tomto čítači, že jsme změnili výstup z výstupu ” Q “na výstup ” ~Q”, abychom dosáhli čítače dolů.

speciální typ čítače

k dispozici jsou některé speciální typy čítačů a jsou to “Ring counter” a “Johnson counter”. Podívejme se na ně jeden po druhém.

Ring counter

Jedná se o speciální typ synchronního čítače. Jedná se o čítač typu shift, takže se také nazývá čítač směn. V tomto čítači se data posouvají zprava doleva nebo zleva doprava. Podívejme se na logický obvod čítače kroužků.

jak vidíte, výstup posledního flip-flopu je vstup pro první flip-flop, výstup prvního flip-flopu je vstup pro druhý flip-flop a tak dále. Takže data se budou posouvat zleva doprava. V tomto čítači je zcela vpravo nebo vlevo flip-flop zpočátku nastaven na ” 1 ” a všechny ostatní flip-flop je vymazán. Při každém hodinovém pulsu bude tato’ 1 ‘ posunuta. Nyní se podívejme na pravdivou tabulku čítače prstenů.

počítací Krok čítače prstenů bude 20, 21, 22….2N-1. kde N je počet flip flop.

FOUT = FCLK / N

Johnson counter

Toto je také synchronní čítač zvláštního typu. Museli jsme přednastavit jeden flip-flop v ring counter, ale v Johnson counter feedback je dána forma “~Q ” výstup posledního flip-flopu. Musíme vyčistit všechny žabky.

jak vidíte,” ~Q ” výstup posledního flip-flopu je vstup pro první flip-flop, výstup prvního flip-flopu je vstup pro druhý flip-flop a tak dále. Takže data se budou posouvat zleva doprava. V tomto čítači nemusíme zpočátku nastavovat LSB nebo MSB flip flop na ‘1’, stačí vymazat všechny žabky. Při prvním hodinovém pulsu ‘1’, který je na “~Q3”, se posune a bude uložen v Q0, dokud “~Q3 “není ” 0″. Nyní se podívejme na tabulku pravdy Johnsonova pultu.

Clock	~K3	K3	K2	K1	К0
1	1	0	0	0	0
2	1	0	0	0	1
3	1	0	0	1	1
4	1	0	1	1	1
5	0	1	1	1	1
6	0	1	1	1	0
7	0	1	1	0	0
8	0	1	0	0	0
9	1	0	0	0	0

aplikace čítače

• počítání libovolného digitálního pulsu
• frekvenční dělení
• digitální hodiny
• Analogové digitální převodník (ADC)

některé counter čipy (counter IC)

1. 74HC161: – jedná se o 4 bit synchronní BCD (Binary Coded Decimal) čítač s asynchronním resetem. Vyrábí ji společnost Texas Instruments (TI).
2. 74HC163: – jedná se o 4 bitový synchronní binární čítač s asynchronním resetem a synchronním zatížením. Vyrábí ji společnost Texas Instruments (TI).
3. 74HC191: – jedná se o 4 bitový synchronní binární počítadlo nahoru / dolů s asynchronním resetem a synchronním zatížením. Vyrábí ji společnost NXP.
4. 74HC160:- Jedná se o 4 bitový přednastavitelný synchronní čítač BCD s asynchronním resetem. Vyrábí ji společnost NXP.
5. CD4017B: – jedná se o 4stupňový synchronní čítač dekád s dekódovanými výstupy (0-9). Pro více informací klikněte zde.