licznik i jego zastosowanie w elektronice cyfrowej

Licznik jest bardzo ważnym urządzeniem dla elektroniki. Jest stosowany w wielu układach elektronicznych. Licznik cyfrowy zasadniczo zlicza impulsy zegara przykładane do sworznia zegara. Możemy go użyć z wyświetlaczem, aby wizualnie zobaczyć cyfrową liczbę impulsów. Licznik cyfrowy z czujnikiem służy np. do zliczania ile razy czujnik zadziałał. Możemy użyć czujnika rytmu serca do monitorowania impulsów serca za pomocą cyfrowego wyświetlacza licznika. Jest to jeden z przykładów; istnieje wiele zastosowań licznika cyfrowego. Teraz są dwa rodzaje liczników.

1. licznik asynchroniczny (Ripple counter)
2. Licznik synchroniczny

licznik asynchroniczny lub Licznik tętnień

licznik w górę liczy się. W tym liczniku zewnętrzne impulsy zegara są przykładane tylko do jednego flip-flopa, a drugi flip-flop otrzymuje zegary z wyjścia “~Q ” poprzedniego. Przy którym stosowane są zewnętrzne Zegary typu ” Q ” wyjście tego flip-flopa to LSB (najmniej znaczący bit). Jeśli nie wiesz, czym jest LSB, przeczytaj ten post. Istnieją dwa rodzaje liczników asynchronicznych.

asynchroniczny licznik up

teraz zobaczmy 4-bitowy asynchroniczny licznik up.

powyższy rysunek to 4-bitowy asynchroniczny licznik up. Może liczyć od 0 do 15, więc możliwa liczba wyjść to 16. Tak więc jego tryb to 16 czyli 24, gdzie 4 to liczba klapek. O godzinie 16 – tej licznik ten zresetuje się do pozycji wyjściowej. Składa się z czterech klapek typu D. Wejście ” D ” każdego flip-flopa jest podłączone do odwróconego Q (~Q) i pinu zegara następnego flip-flopa. Jak widać, zewnętrzny impuls zegara jest podawany do pierwszego klapka, ale impulsy zegara dla innych klapek są wynikiem “~Q ” poprzedniego. Wyjście ” Q ” jest wyjściem licznika.

w początkowym stanie, gdy nie są stosowane zewnętrzne Zegary, Wyjście “~Q “wszystkich klapek będzie wysokie, które jest podłączone do wejścia “D”. Gdy zostanie zastosowany jeden zewnętrzny impuls zegara, pierwszy flip-flop zapisze tę “1”, która była obecna na “~Q”. Teraz Wyjście ‘ Q ‘w pierwszym flip-flopie będzie wysokie, a’ ~ Q ‘ będzie niskie.

przy drugim zegarze pierwszy flip-flop zostanie zresetowany i ‘Q’ wyjście pierwszego flip-flopa będzie niskie, A ‘~Q’ będzie wysokie. Teraz wejście zegara drugiego flip-flopa ma przejście od niskiego do wysokiego zegara, ponieważ jest podłączone do “~ Q ” pierwszego flip-flopa. Drugi flip-flop powtarza cały proces za każdym razem, gdy Wyjście “~ Q ” zmienia swój stan z Niskiego na wysoki. Ten proces będzie miał zastosowanie do wszystkich flip-flopów, które są połączone w obwodzie. W ten sposób ten obwód się liczy.

zobaczmy 4-bitowy przebieg licznika asynchronicznego.

jeśli uważnie zobaczysz przebieg, zauważysz, że zewnętrzne impulsy zegara są dzielone na każde wyjście. Na pierwszym wyjściu zegar jest dzielony przez 2, na drugim wyjściu zegar jest dzielony przez 4 i tak dalej. Tak więc licznik może być używany jako cyfrowy dzielnik częstotliwości.

FN = FCLK/2N

gdzie:

Fn = częstotliwość przy QN

N = Liczba flip-flopów

możemy zapisać tabelę prawdy tworząc okno jednego zewnętrznego zegara i sprawdzając wyjścia w przebiegu. Na przykład patrz rysunek poniżej.

w pierwszym zegarze wyjście ” Q0 ” to “1”, wyjście ” Q1 ” to “0”, wyjście ” Q2 ” to “0”, a wyjście ” Q3 ” to “0”. Teraz sprawdźmy wyjścia przy drugim impulsie zegara.

przy drugim zegarze wyjście ” Q0 ” to “0”, wyjście ” Q1 ” to “1”, wyjście ” Q2 ” to “0”, a wyjście ” Q3 ” to “0”. Teraz napiszemy tabelę prawdy, patrząc na wyniki w każdym impulsie zegara.

Zegar	Q3	Q2	Q1	Q0	dziesiętny odpowiednik wyjścia binarnego
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 widać, ten licznik liczy od 0 do 15, więc jest to licznik w górę, a powyższa tabela jest tabelą prawdy licznika 4 bitów w górę.

asynchroniczny licznik w dół

licznik w dół liczy się i jak już wiemy, zewnętrzne impulsy zegara są podawane tylko do jednego klapka w liczniku asynchronicznym. W tym liczniku bierzemy wyjścia z wyjścia ‘~ Q’.

jak widać, po prostu zmieniliśmy pozycje wyjściowe, aby zmniejszyć licznik. Podczas gdy cały obwód reszty jest podobny do licznika w górę. Teraz zobaczmy jego przebieg wyjściowy.

możemy znaleźć tabelę prawdy za pomocą poprzedniej metody; użyliśmy do znalezienia tabeli prawdy w górę licznika.

Zegar	Q3	Q2	Q1	Q0	dziesiętny odpowiednik wyjścia binarnego
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

Licznik synchroniczny

w liczniku synchronicznym zewnętrzne impulsy zegara są podawane do wszystkich klapek. Ale używamy dodatkowej logiki w tym liczniku. Istnieją dwa typy licznika synchronicznego, a także licznik asynchroniczny.

synchroniczny licznik up

jak wiemy licznik up liczy się. Istnieją dwa rodzaje synchronicznego licznika.

1. Synchroniczny licznik z przenoszeniem tętnień

zobaczmy projekt 4-bitowego synchronicznego licznika z przenoszeniem tętnień.

diagram rozrządu (przebieg czasowy) i tablica prawdy są takie same jak asynchroniczny licznik w górę. Jak widać, że ma i bramkę w każdym flip flopie, z wyjątkiem pierwszego, który jest LSB flip flop. Każda i Brama ma dwa wejścia. Wyjście każdej bramki AND jest wyjściem poprzednich wszystkich klapek i jest wejściem następnego klapka. Aby dać and ‘ Ed wyjście poprzednich wszystkich klapek do następnej i bramy, wyjście previous i bramy jest podane do następnej i bramy. Ten typ licznika nazywa się “licznikiem przenoszenia tętnień”.

teraz zrozumiemy działanie tego licznika. Widać, że wszystkie JK flip-flop jest skonfigurowany jako t flip flop. Wejście pierwszego flip flopa T jest stałe, co jest wysokie (1), A wyjście jest podane do następnego wejścia flip flopa i pierwszego i bramki. Wyjście z drugiego flip flopa jest podane do pierwszego i bramy, a wyjście z pierwszego i bramy jest podane do następnego wejścia flip flopa. Następnie ta sekwencja jest powtarzana dla wszystkich następnych klapek.

gdy dajemy impulsy zegarowe do tego obwodu, pierwszy flip flop przełączy się, a jego wyjście stanie się wysokie. Teraz wejście drugiego wejścia jest wysokie, a gdy podany zostanie następny impuls zegara, drugi flip flop się przełączy i stanie się wysoki. Pierwszy flip flop również przełączy się na drugim zegarze i stanie się niski. Na trzecim zegarze, pierwszy flip flop przełączy się i stanie się wysoki, ale ponieważ wejście drugiego flip flop był niski, nie przełączy się i pozostanie wysoki. Teraz pierwsza i Brama jest teraz aktywna, a jej wyjście będzie wysokie, co jest wejściem trzeciego klapka. Po podaniu czwartego impulsu zegara, pierwsze i drugie klapki będą niskie, a trzecie przełączą się i staną się wysokie. Proces ten powtórzy się dla wszystkich klapek.

2. Synchroniczny licznik bez licznika tętnień

zobaczmy projekt 5-bitowego synchronicznego licznika bez przenoszenia tętnień.

w tym liczniku wejście and gate rośnie wraz ze wzrostem flip-flop. Ponieważ nie dajemy wyjścia previous i do next oraz gate zamiast tego dajemy bezpośrednio wszystkie poprzednie wyjście klapek do and gate. Tak więc, wraz ze wzrostem liczby flip flopów, wzrasta również liczba wejść i bramek. Ten typ klapki nazywa się “bez licznika tętnień”. DziaĹ ‘anie tego licznika jest takie samo jak wyjaĹ “nione wczeĹ” niej.

synchroniczny licznik w dół

wiemy, że aby przekształcić licznik w górę na licznik w dół, wystarczy zmienić pozycję wyjścia w klapkach. Zobaczmy więc obwód dla obu typów synchronicznego licznika w dół.

1. Synchroniczny licznik w dół z przenoszeniem tętnień

zobaczmy Obwód logiczny dla synchronicznego licznika w dół z przenoszeniem tętnień.

Tak więc, jak widać, zmieniliśmy wyjście z wyjścia ” Q “na Wyjście ” ~Q”, aby uzyskać licznik w dół.

2. Synchroniczny licznik w dół bez przenoszenia tętnień

zobaczmy Obwód logiczny dla synchronicznego licznika w dół bez przenoszenia tętnień.

Tak więc, jak widać również w tym liczniku, zmieniliśmy wyjście z wyjścia ” Q “na Wyjście ” ~Q”, aby uzyskać licznik w dół.

specjalny typ licznika

dostępne są specjalne typy liczników i są to ” Licznik pierścieniowy “i”Licznik Johnsona”. Zobaczmy je jeden po drugim.

Licznik pierścieniowy

jest to specjalny typ licznika synchronicznego. Jest to licznik typu shift, dlatego nazywany jest również licznikiem shift. W tym liczniku dane przesuwają się od prawej do lewej lub od lewej do prawej. Zobaczmy układ logiczny licznika pierścieni.

jak widać, wyjście ostatniego flip-flopa jest wejściem dla pierwszego flip-flopa, wyjście pierwszego flip-flopa jest wejściem dla drugiego flip-flopa i tak dalej. Więc dane będą się przesuwać od lewej do prawej. W tym liczniku prawy lub lewy flip-flop jest początkowo ustawiony na ‘1’, a wszystkie pozostałe flip-flop są usuwane. Przy każdym impulsie zegara Ta ” 1 ” zostanie przesunięta. Teraz zobaczmy tabelę prawdy licznika pierścieni.

liczenie kroku licznika pierścienia będzie 20, 21, 22….2N-1. gdzie N jest liczbą flip flop.

FOUT = FCLK/N

Licznik Johnson

jest to również specjalny licznik synchroniczny typu. Musieliśmy zaprogramować jeden flip-flop w liczniku ringów, ale w liczniku Johnsona sprzężenie zwrotne jest podawane w postaci” ~ Q ” wyjścia ostatniego flip-flopa. Musimy wyczyścić wszystkie klapki.

jak widać, wyjście “~Q” ostatniego flip-flopa jest wejściem dla pierwszego flip-flopa, wyjście pierwszego flip-flopa jest wejściem dla drugiego flip-flopa i tak dalej. Więc dane będą się przesuwać od lewej do prawej. W tym liczniku nie musimy początkowo ustawiać klapek LSB lub MSB na ‘1’, musimy tylko wyczyścić wszystkie klapki. Na początku impuls zegara ‘1’, który znajduje się na “~Q3”, zostanie przesunięty i będzie przechowywany w Q0, dopóki “~Q3” nie będzie “0”. Teraz zobaczmy tabelę prawdy licznika Johnsona.

Clock	~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

zastosowanie licznika

• zliczanie dowolnego impulsu cyfrowego
• podział częstotliwości
• zegary cyfrowe
• analogowe do konwerter cyfrowy (ADC)

niektóre liczniki (licznik IC)

1. 74HC161: – jest to 4-bitowy synchroniczny licznik BCD (Binary Coded Decimal) z resetem asynchronicznym. Jest produkowany przez Texas Instruments (TI).
2. 74HC163: – jest to 4-bitowy synchroniczny licznik binarny z asynchronicznym resetem i synchronicznym obciążeniem. Jest produkowany przez Texas Instruments (TI).
3. 74HC191: – jest to 4-bitowy synchroniczny binarny licznik góra / dół z asynchronicznym resetem i synchronicznym obciążeniem. Jest produkowany przez NXP.
4. 74HC160:- Jest to 4-bitowy wstępnie ustawiany synchroniczny licznik BCD z asynchronicznym resetem. Jest produkowany przez NXP.
5. CD4017B: – jest to 4-stopniowy synchroniczny licznik dekady z dekodowanymi wyjściami (0-9). Aby uzyskać więcej informacji, kliknij tutaj.