カウンタとそのデジタルエレクトロニクスへの応用
カウンタは、エレクトロニクスにとって非常に重要なデバイスです。 多くの電子回路で使用されています。 デジタルカウンタは、基本的にそのクロックピンに加えられたクロックパルスをカウントします。 私達は視覚でデジタル脈拍の計算を見るのに表示とのそれを使用してもいいです。 センサーが付いているデジタルカウンターは何回センサーが誘発したか、例えば計算するのに使用されています。 私達はデジタル反対の表示を使用して中心の脈拍を監視するのに心拍の計算センサーを使用してもいいです。 これは一例です; デジタルカウンターの多くの適用があります。 今、カウンターの二つのタイプがあります。
- 非同期カウンタ(リップルカウンタ)
- 同期カウンタ
目次
非同期カウンタまたはリップルカウンタ
アップカウンタがカウントアップされます。 このカウンタでは、外部クロックパルスは一つのフリップフロップにのみ適用され、他のフリップフロップは前のフリップフロップの’~Q’出力からクロックを取得します。 フリップフロップの外部クロックが適用されるとき、そのフリップフロップの’Q’出力はLSB(最下位ビット)です。 LSBが何であるかわからない場合は、この記事を読んでください。 非同期カウンタには2つのタイプがあります。
非同期アップカウンタ
次に、4ビット非同期アップカウンタの設計を見てみましょう。
上の図は、4ビットの非同期アップカウンタです。 これは0から15まで数えることができるので、出力の可能な数は16です。 したがって、そのモードは16であり、24であり、4はフリップフロップの数である。 16番目のクロックでは、このカウンタは初期位置にリセットされます。 それは4つのDタイプフリップフロップから成っています。 各フリップフロップの’D’入力は、反転Q(~Q)と次のフリップフロップのクロックピンに接続されています。 ご覧のように、外部クロックパルスは最初のフリップフロップに与えられますが、他のフリップフロップのクロックパルスは前のものの’-Q’出力です。 ‘Q’出力はカウンタの出力です。
外部クロックが適用されていない初期状態では、すべてのフリップフロップの’~Q’出力がハイになり、’D’入力に接続されます。 一つの外部クロックパルスが印加されると、最初のフリップフロップは’~Q’に存在していた’1’を格納します。 これで、最初のフリップフロップの’Q’出力はハイになり、’~Q’はローになります。
セカンドクロックでは、最初のフリップフロップがリセットされ、最初のフリップフロップの’Q’出力がローになり、’~Q’がハイになります。 これで、第二のフリップフロップのクロック入力は、第一のフリップフロップの’-Q’に接続されているため、ローからハイへのクロック遷移が得られました。 第二のフリップフロップは、すべての時間ですべてのプロセスを繰り返します’-Q’出力の状態をlowからhighに変更します。 このプロセスは、回路に接続されているすべてのフリップフロップに適用されます。 このようにして、この回路はカウントアップされます。
4ビット非同期カウンタ波形を見てみましょう。
波形を注意深く見ると、外部クロックパルスがすべての出力で除算されていることがわかります。 最初の出力クロックでは2で除算され、2番目の出力クロックでは4で除算されます。 したがって、カウンタはデジタル周波数分周器として使用できます。
FN=FCLK/2N
ここで、
FN=QNでの周波数
N=フリップフロップの数
一つの外部クロックのウィンドウを作成し、波形の出力を確認することで、真理値表を書 例えば、以下の図を参照してください。
最初のクロックでは、’Q0’出力は’1’、’Q1’出力は’0’、’Q2’出力は’0’、’Q3’出力は’0’です。 次に、第二のクロックパルスでの出力を確認してみましょう。
2番目のクロックでは、’Q0’出力は’0’、’Q1’出力は’1’、’Q2’出力は’0’、’Q3’出力は’0’です。 次に、すべてのクロックパルスの出力を見て真理値表を記述します。
| クロック | q3 | Q2 | Q1 | q0 | バイナリ出力に相当する10進数 |
| 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 |
このカウンタは0から15までカウントされているので、これはアップカウンタであり、上記の表は4ビットアップカウンタの真理値表です。
非同期ダウンカウンタ
ダウンカウンタはカウントダウンし、非同期カウンタでは外部クロックパルスが一つのフリップフロップにしか与えられないことが既にわかっているように。 このカウンタでは、’~Q’出力から出力を取得します。
あなたが見ることができるように、我々はちょうどそれをダウンカウンタにするために出力位置を変更していることを確認してください。 すべての残りの回路は上のカウンターに類似している一方。 次に、その出力波形を見てみましょう。
以前の方法を使用して真理値表を見つけることができます。
| クロック | q3 | Q2 | Q1 | q0 | バイナリ出力に相当する10進数 |
| 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 |
同期カウンタ
同期カウンタでは、すべてのフリップフロップに外部クロックパルスが与えられます。 しかし、我々は、このカウンタに追加のロジックを使用しています。 同期カウンタには、非同期カウンタと同様に二つのタイプがあります。
同期アップカウンタ
アップカウンタがカウントアップすることがわかっています。 同期アップカウンタには2つのタイプがあります。
1. リップルキャリーとの同期アップカウンタ
リップルキャリーとの4ビット同期アップカウンタの設計を見てみましょう。
タイミング図（タイミング波形）と真理値表は同じ非同期アップカウンタです。 あなたはそれが持っていることを見ることができるように、LSBフリップフロップである最初のものを除いて、すべてのフリップフロップでandゲート。 すべてのANDゲートには2つの入力があります。 すべてのANDゲートの出力は、前のすべてのフリップフロップのAND出力であり、次のフリップフロップの入力です。 前のすべてのフリップフロップのAND’ed出力を次のANDゲートに与えるために、前のANDゲートの出力は次の次のandゲートに与えられます。 このタイプのカウンターは”さざ波の運送カウンター”と呼ばれます。
さて、このカウンタの動作を理解しましょう。 すべてのJKフリップフロップがTフリップフロップとして構成されていることがわかります。 最初のTフリップフロップの入力は固定されており、これはハイ（1）であり、出力は次のフリップフロップ入力と最初のandゲートに与えられます。 第二のフリップフロップの出力は第一およびゲートに与えられ、第一およびゲートの出力は次のフリップフロップ入力に与えられる。 その後、このシーケンスは、すべての次のフリップフロップのために繰り返されます。
この回路にクロックパルスを与えると、最初のフリップフロップがトグルし、その出力がハイになります。 今、第二の入力の入力がハイであり、次のクロックパルスが与えられると、第二のフリップフロップがトグルし、それがハイになります。 最初のフリップフロップはまた、第二のクロックでトグルし、それが低くなります。 第三のクロックでは、最初のフリップフロップはトグルし、ハイになりますが、第二のフリップフロップの入力がローだったので、それはトグルせず、ハイ これで、最初のANDゲートがアクティブになり、その出力は3番目のフリップフロップの入力であるhighになります。 第四のクロックパルスが与えられると、第一と第二のフリップフロップはローになり、第三のフリップフロップはトグルし、それがハイになります。 このプロセスはすべてのフリップフロップのために繰り返されます。
2. リップルキャリーカウンタなしの同期アップカウンタ
リップルキャリーなしの5ビット同期アップカウンタの設計を見てみましょう。
このカウンタでは、ANDゲートの入力はフリップフロップが増加するにつれて増加しています。 Previous AND to next and gateの出力を与えていないため、代わりに、以前のすべてのフリップフロップ出力をAND gateに直接与えています。 したがって、フリップフロップの数が増加するにつれて、ANDゲート入力の数も増加します。 このタイプのフリップフロップはさざ波なしで”カウンターを運びます”と呼ばれます。 このカウンターの働きは先に説明したのと同じです。
Synchronous down counter
up counterをdown counterに変換するには、フリップフロップで出力の位置を変更するだけでよいことがわかっています。 それでは、両方のタイプの同期ダウンカウンタの回路を見てみましょう。
1. リップルキャリー付き同期ダウンカウンタ
リップルキャリー付き同期ダウンカウンタの論理回路を見てみましょう。
したがって、出力を’Q’出力から’~Q’出力に変更して、ダウンカウンタを達成したことがわかります。
2. リップルキャリーなしの同期ダウンカウンタ
リップルキャリーなしの同期ダウンカウンタの論理回路を見てみましょう。
したがって、このカウンタでもわかるように、出力を’Q’出力から’~Q’出力に変更して、ダウンカウンタを実現しました。
特殊タイプのカウンター
特殊タイプのカウンターがあり、”リングカウンター”と”ジョンソンカウンター”があります。 それらを一つずつ見てみましょう。
リングカウンタ
これは特別なタイプの同期カウンタです。 シフト式のカウンターなので、シフトカウンターとも呼ばれます。 このカウンタでは、データは右から左または左から右にシフトします。 リングカウンタの論理回路を見てみましょう。
最後のフリップフロップの出力が最初のフリップフロップの入力であることがわかるように、最初のフリップフロップの出力は2番目のフリップフロップの入力であるというように。 そのため、データは左から右にシフトします。 このカウンタでは、右端または左端のフリップフロップは最初に’1’に設定され、他のすべてのフリップフロップはクリアされます。 すべてのクロックパルスで、この’1’がシフトされます。 それでは、リングカウンタの真理値表を見てみましょう。
リングカウンタのカウントステップは、20、21、22….になります。2N-1. ここで、Nはフリップフロップの数です。
FOUT=FCLK/N
Johnsonカウンタ
これも特殊なタイプの同期カウンタです。 リングカウンタでフリップフロップをプリセットする必要がありましたが、ジョンソンカウンタでは、最後のフリップフロップの”~Q”出力の形が与えられます。 すべてのフリップフロップをクリアする必要があります。
最後のフリップフロップの「〜Q」出力が最初のフリップフロップの入力であることがわかるように、最初のフリップフロップの出力は2番目のフリップフロップの入力であるというように。 そのため、データは左から右にシフトします。 このカウンタでは、最初にLSBまたはMSBフリップフロップを’1’に設定する必要はなく、すべてのフリップフロップをクリアするだけです。 最初に”~Q3″にあるクロックパルス’1’がシフトされ、”~Q3″が’0’にならないまでQ0に格納されます。 それでは、ジョンソンカウンターの真理値表を見てみましょう。
| 時計 | ~K3 | K3 | K2 | K1 | K0 |
| 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 |
カウンタのアプリケーション
- 任意のデジタルパルスをカウント
- 周波数分割
- デジタルクロック
- アナログ デジタルコンバータ（)
いくつかのカウンタチップ（カウンタIC)
- 74HC161:-それは非同期調整が付いている4ビット同期BCD（二進符号化された十進）のカウンターです。 それはテキサス-インスツルメンツ(TI)によって製造される。
- 74HC163:-非同期リセットと同期負荷を備えた4ビット同期バイナリカウンタです。 それはテキサス-インスツルメンツ(TI)によって製造される。
- 74HC191:-非同期リセットと同期負荷を備えた4ビット同期バイナリアップ/ダウンカウンタです。 それはNXPによって製造される。
- 74160:-それは非同期調整が付いている4ビット前settable同期BCDのカウンターです。 それはNXPによって製造される。
- CD4017B:–デコードされた出力(0-9)を持つ4段の同期ディケイドカウンタです。 詳細については、ここをクリックしてくださ
Leave a Reply