Counter and its application in digital electronics

Counter är en mycket viktig enhet för elektronik. Den används i många elektronikkretsar. En digital räknare räknar i princip klockpulser som appliceras på sin klockstift. Vi kan använda den med display för att visuellt se det digitala pulsantalet. Digital räknare med sensor används för att till exempel räkna hur många gånger sensorn utlöses. Vi kan använda heart beat count sensor för att övervaka hjärtpulser med hjälp av digital counter display. Detta är ett exempel; det finns många tillämpningar av digital räknare. Nu finns det två typer av räknare.

1. asynkron räknare (Rippelräknare)
2. synkron räknare

asynkron räknare eller Rippelräknare

en uppräknare räknas upp. I denna räknare appliceras externa klockpulser på endast en flip-flop och andra flip-flop får klockor från ‘~Q’ – utgången från föregående. Vid vilken flip-flop externa klockor appliceras ‘Q’ – utgången från den flip-flop är LSB (minst signifikant bit). Om du inte vet vad LSB är, läs det här inlägget. Det finns två typer av asynkron räknare.

asynkron uppräknare

låt oss nu se en 4-bitars asynkron uppräknare.

figuren ovan är en 4-bitars asynkron uppräknare. Det kan räkna från 0 till 15, Så möjligt antal utdata är 16. Så, dess läge är 16 det vill säga 24, där 4 är antalet flip-flops. Vid 16: e klockan återställs denna räknare till sin ursprungliga position. Den består av fyra D-typ flip-flop. ‘D’ – ingången för varje flip-flop är ansluten till inverterad Q (~Q) och klockstift för nästa flip-flop. Som du kan se att extern klockpuls ges till första flip-flop men klockpulser för andra flip-flops är ‘~Q’ – utgången från föregående. ‘Q’ – utgången är utgången från räknaren.

vid initialt tillstånd när inga externa klockor appliceras kommer ‘~Q ‘- utgången från alla flip-flops att vara hög som är ansluten till’ D ‘ – ingången. När en extern klockpuls appliceras kommer först flip-flop att lagra den ‘ 1 ‘som var närvarande på’~Q’. Nu kommer ‘ Q ‘- utgången från första flip-flop att vara hög och’ ~Q ‘ kommer att vara låg.

vid andra klockan återställs första flip-flop och ‘ Q ‘- utgången från första flip-flop kommer att vara låg och’ ~Q ‘ kommer att vara hög. Nu klockingång av andra flip-flop fick en låg till hög klockövergång eftersom den är ansluten till ‘~Q’ av första flip-flop. Andra flip-flop kommer att upprepa hela processen vid varje gång ‘~Q ‘ utgång ändrar sitt tillstånd från låg till hög. Denna process kommer att gälla för alla flip-flop som är anslutna i kretsen. På så sätt räknas denna krets upp.

Låt oss se 4 bitars asynkron motvågform.

om du ser vågformen noggrant kommer du att märka att externa klockpulser blir uppdelade vid varje utgång. Vid den första utgångsklockan divideras med 2, Vid andra utgångsklockan divideras 4 och så vidare. Så räknaren kan användas som digital frekvensdelare.

FN = FCLK / 2n

var:

FN = frekvens vid QN

N = antal flip-flop

vi kan skriva sanningstabellen genom att skapa ett fönster med en extern klocka och kontrollera utgångarna i vågformen. Se till exempel figuren nedan.

vid första klockan ‘ Q0 ‘utgång är ‘1’, ‘Q1’ utgång är ‘0’, ‘Q2’ utgång är ‘0’ och ‘Q3’utgång är ‘0’. Låt oss nu kontrollera utgångar vid andra klockpulsen.

vid andra klockan ‘ Q0 ‘utgång är ‘0’, ‘ Q1 ‘utgång är ‘1’,’ Q2 ‘utgång är’ 0 ‘och’ Q3 ‘utgång är’0’. Nu ska vi skriva sanningstabellen genom att titta på utgångarna vid varje klockpuls.

klocka	Q3	Q2	Q1	Q0	Decimal ekvivalent av binär utgång
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

som du kan se att denna räknare räknar från 0 till 15, så det här är en uppräknare och tabellen ovan är sanningstabellen med 4 bit uppräknare.

asynkron nedräknare

en nedräknare räknas ner och som vi redan vet att externa klockpulser ges till endast en flip-flop i asynkron räknare. I denna räknare tar vi utgångar från’ ~Q ‘ utgång.

som du kan se att vi bara har ändrat utgångspositionerna för att göra det nere. Medan alla övriga kretsar liknar uppräknaren. Låt oss nu se dess utgångsvågform.

vi kan hitta sanningstabellen med hjälp av tidigare metod; vi brukade hitta sanningstabellen med uppräknaren.

klocka	Q3	Q2	Q1	Q0	Decimal ekvivalent av binär utgång
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

synkron räknare

i synkron räknare externa klockpulser ges till alla flip-flops. Men vi använder ytterligare logik i denna räknare. Det finns två typer av synkron räknare samt asynkron räknare.

synkron uppräknare

som vi vet att en uppräknare räknas upp. Det finns två typer av synkron uppräknare.

1. Synkron uppräknare med ripple carry

Låt oss se utformningen av en 4-bitars synkron uppräknare med ripple carry.

tidsdiagram (tidsvågform) och sanningstabell är samma asynkrona uppräknare. Som ni kan se att det har OCH grind vid varje flip flop utom första som är LSB flip flop. Varje och gate har två ingångar. Produktionen av varje och gate är och ‘ Ed produktionen av tidigare alla flip-flops och det är inmatning av nästa flip-flop. För att ge och ‘ Ed utdata från tidigare alla flip-flops till nästa och gate, utdata från föregående och gate ges till nästa nästa och gate. Denna typ av räknare kallas”ripple carry counter”.

låt oss nu förstå arbetet med denna räknare. Du kan se att alla JK flip-flop är konfigurerad som t flip flop. Inmatning av första t flip flop är fast som är hög (1) och utgång ges till nästa flip flop ingång och första och grind. Utgången av andra flip flop ges till första och gate och utgång av första och gate ges till nästa flip flop ingång. Sedan upprepas denna sekvens för alla nästa flip-flops.

när vi ger klockpulser till denna krets, kommer första flip flop att växla och dess utgång blir hög. Nu ingång andra ingången är hög och som nästa klockpuls ges sedan andra flip flop kommer att växla och det kommer att bli hög. Första flip flop kommer också att växla vid den andra klockan och det kommer att bli låg. Vid den tredje klockan kommer första flip flop att växla och blir hög men eftersom inmatningen av andra flip flop var låg kommer den inte att växla och kommer att förbli hög. Nu är den första och porten nu aktiv och dess utgång kommer hög, vilket är ingången till tredje flip flop. Vid den fjärde klockpulsen ges, första och andra flip – flops kommer att vara låg och tredje flip flop kommer att växla och det kommer att bli hög. Denna process kommer att upprepas för alla flip-flops.

2. Synkron uppräknare utan ripple carry counter

Låt oss se utformningen av en 5-bitars synkron uppräknare utan ripple carry.

i denna räknare ingång och gate ökar som flip-flop ökar. Eftersom vi inte ger utmatningen från föregående och till nästa och gate istället ger vi direkt alla tidigare flip-flops-utgångar till och gate. Så, som antalet flip flop ökar, antal och gate ingång ökar också. Denna typ av flip flop kallas”utan ripple carry counter”. Arbetet med denna räknare är detsamma som förklarats tidigare.

synkron nedräknare

vi vet att för att konvertera en uppräknare till nedräknare måste vi bara ändra utgångspositionen i flip-flops. Så, låt oss se kretsen för båda typerna av synkron nedräknare.

1. Synkron nedräknare med ripple carry

Låt oss se logikkretsen för synkron nedräknare med ripple carry.

så som du kan se att vi har ändrat utgången från ‘Q’ – utgången till ‘~Q’ – utgången för att uppnå nedräknare.

2. Synkron nedräknare utan Krusning bär

Låt oss se logikkretsen för synkron nedräknare utan Krusning bär.

så som du också kan se i den här räknaren att vi har ändrat utgången från ‘Q’ – utgången till ‘~Q’ – utgången för att uppnå nedräknare.

speciell typ av räknare

det finns någon speciell typ av räknare tillgängliga och de är” Ring counter “och”Johnson counter”. Låt oss se dem en efter en.

ringräknare

detta är en speciell typ av synkron räknare. Det är en växlingstyp räknare så det kallas också skifträknare. I denna räknare skiftar data från höger till vänster eller vänster till höger. Låt oss se den logiska kretsen av ringräknaren.

som du kan se att utgången från sista flip-flop är ingången för första flip-flop, utgången från första flip-flop är ingång för andra flip-flop och så vidare. Så data kommer att växla från vänster till höger. I denna räknare längst till höger eller längst till vänster flip-flop är initialt inställd på ‘1’ och alla andra flip-flop rensas. Vid varje klockpuls kommer denna ‘1’ att flyttas. Låt oss nu se sanningstabellen för ringräknaren.

räkna steg av ringräknaren kommer att vara 20, 21, 22….2N-1. där N är antalet flip flop.

FOUT = FCLK/n

Johnson counter

detta är också en speciell typ synkron räknare. Vi var tvungna att förinställa en flip-flop i ringräknaren men i Johnson counter feedback ges form “~Q”-utgången från den senaste flip-flopen. Vi måste bara rensa alla flip-flops.

som du kan se att “~Q”-utgången från sista flip-flop är ingången för första flip-flop, är utgången från första flip-flop ingång för andra flip-flop och så vidare. Så data kommer att växla från vänster till höger. I den här räknaren behöver vi inte initialt ställa in LSB eller MSB flip flop till ‘1’, Vi måste bara rensa alla flip-flops. Vid första klockpulsen “1” som är på “~Q3” kommer att flyttas och den kommer att lagras i Q0 tills “~Q3 “inte är “0”. Låt oss nu se sanningstabellen för Johnson counter.

Klocka	~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

tillämpningar av räknare

• räkna någon digital puls
• frekvensdelning
• digitala klockor
• Analog till digital omvandlare (ADC)

vissa räknare chips (counter IC)

1. 74HC161: det är en 4-bitars synkron BCD (Binary Coded Decimal) räknare med asynkron återställning. Den är tillverkad av Texas Instruments (TI).
2. 74HC163: – det är en 4 bitars synkron binär räknare med asynkron återställning och synkron belastning. Den är tillverkad av Texas Instruments (TI).
3. 74HC191: – det är en 4 bitars synkron binär upp/ner räknare med asynkron återställning och synkron belastning. Den är tillverkad av NXP.
4. 74HC160:- Det är en 4-bitars förinställbar synkron BCD-räknare med asynkron återställning. Den är tillverkad av NXP.
5. CD4017B: – det är en 4-stegs synkron årtionde räknare med avkodade utgångar (0-9). För mer information klicka här.