Licznik synchroniczny

Co to jest licznik?

Licznik to urządzenie, które może policzyć określone zdarzenie na podstawie tego, ile razy dane zdarzenie (a) wystąpiło. W cyfrowym systemie logicznym lub komputerach licznik ten może zliczać i przechowywać czas, w którym wystąpiło określone zdarzenie lub proces, w zależności od sygnału zegarowego. Najpopularniejszym typem licznika jest sekwencyjny cyfrowy obwód logiczny z pojedynczym wejściem zegarowym i wieloma wyjściami. Wyjścia reprezentują binarne lub binarnie zakodowane liczby dziesiętne. Każdy impuls zegara zwiększa liczbę lub zmniejsza liczbę.

Licznik synchroniczny

Synchrounous ogólnie odnosi się do czegoś, co jest powiązane z innymi na podstawie czasu. Sygnały synchroniczne występują z tą samą częstotliwością zegara, a wszystkie zegary podążają za tym samym zegarem odniesienia.

W poprzednim samouczku licznika asynchronicznego widzieliśmy, że wyjście tego licznika jest bezpośrednio połączone z wejściem następnego kolejnego licznika i tworzącym układ łańcuchowy, a dzięki temu opóźnieniu propagacji systemu łańcuchowego pojawia się na etapie zliczania i tworzą opóźnienia zliczania. W liczniku synchronicznym, wejście zegara na wszystkich przerzutnikach wykorzystuje to samo źródło i generuje ten sam sygnał zegarowy w tym samym czasie. Tak więc licznik, który używa tego samego sygnału zegara z tego samego źródła w tym samym czasie, nazywany jest licznikiem synchronicznym.

Synchroniczny licznik w górę

Na powyższym obrazku pokazano podstawowy projekt licznika synchronicznego, który jest licznikiem synchronicznym w górę. 4-bitowy licznik synchroniczny się zacząć liczyć od 0 (0000) w formacie binarnym i zwiększać lub zliczanie w górę do 15 (1111 binarnie), a następnie rozpocząć nowy cykl zliczania uzyskując reset. Jego częstotliwość robocza jest znacznie wyższa niż licznik asynchroniczny tego samego zakresu. Ponadto nie ma opóźnienia propagacji w liczniku synchronicznym tylko dlatego, że wszystkie przerzutniki lub stopnie licznika są równoległe jako źródło zegara, a zegar wyzwala wszystkie liczniki w tym samym czasie.

Zewnętrzny zegar jest dostarczany bezpośrednio do wszystkich japonek JK w tym samym czasie równolegle. Jeśli widzimy obwód, pierwszy przerzutnik, FFA, który jest najmniej znaczącym bitem w tym 4-bitowym liczniku synchronicznym, jest podłączony do wejścia zewnętrznego Logic 1 za pośrednictwem pinów J i K. Dzięki temu połączeniu, logika WYSOKA na sygnale Logiki 1, zmienia stan pierwszego przerzutnika na każdym impulsie zegarowym.

W kolejnym etapie, drugi przerzutnik FFB, pin wejściowy J i K jest połączony przez wyjście pierwszego przerzutnika. W przypadku FFC i FFD dwie oddzielne bramki AND zapewniają niezbędną logikę między nimi. Te bramki AND tworzą logikę przy użyciu wejścia i wyjścia z przerzutników poprzedniego stopnia.

Możemy stworzyć tę samą sekwencję zliczającą, jaka jest używana w liczniku asynchronicznym, tworząc sytuację, w której każdy przerzutnik zmienia swój stan w zależności od tego, czy wszystkie poprzednie wyjścia przerzutników są WYSOKIE w logice. Ale w tym scenariuszu nie będzie efektu tętnienia tylko dlatego, że wszystkie przerzutniki są taktowane w tym samym czasie.

Synchroniczny licznik w dół

Niewielkie zmiany w sekcji AND i używając odwróconego wyjścia z przerzutnika JK, możemy stworzyć licznik synchroniczny w dół. 4-bitowy licznik synchroniczny w dół zaczyna zliczać od 15 (1111 binarnie) i odlicza w dół lub odlicza do 0 lub 0000, a następnie rozpoczyna nowy cykl zliczania po zresetowaniu. W synchronicznym liczniku w dół, wejście bramki AND zostanie zmienione. Pierwsze wejście FFA Flip-flop jest takie samo jak w poprzednim liczniku synchronicznym w górę. Zamiast bezpośrednio podawać sygnał wyjściowy pierwszego przerzutnika do następnego kolejnego przerzutnika, używamy odwróconego pinu wyjściowego, który jest używany do podania sygnału wejściowego J i K przez następny przerzutnik FFB, a także jako pin wejściowy w układzie AND brama. Podobnie jak w poprzednim obwodzie, dwie bramki AND zapewniają niezbędną logikę dla kolejnych dwóch przerzutników FFC i FFD.

Schemat synchronicznego licznika czasu

Na powyższym obrazku pokazano wejście zegara na przerzutnikach i schemat taktowania wyjścia. Przy każdym impulsie zegarowym licznik synchroniczny zlicza sekwencyjnie. Wyjście zliczające na czterech pinach wyjściowych jest przyrostowe od 0 do 15, binarnie od 0000 do 1111 dla 4-bitowego synchronicznego licznika w górę. Po 15 lub 1111 licznik resetuje się do 0 lub 0000 i liczy ponownie z nowym cyklem zliczania.

W przypadku licznika synchronicznego w dół, w którym odwrócone wyjście jest podłączone do bramki AND, następuje dokładnie odwrotny krok zliczania. Licznik zaczyna liczyć od 15 lub 1111 do 0 lub 0000, a następnie uruchamia się ponownie, aby rozpocząć nowy cykl zliczania i ponownie rozpocząć od 15 lub 0000.

4-bitowy synchroniczny licznik dekad

Tak samo jak licznik asynchroniczny, licznik dekadowy lub licznik BCD, który może liczyć od 0 do, można ustawić za pomocą kaskadowych przerzutników. Podobnie jak licznik asynchroniczny, będzie miał również funkcję dzielenia przez n z liczbą modulo lub MOD. Musimy zwiększyć liczbę MOD licznika synchronicznego (może być w konfiguracji Up lub Down).

Tutaj jest pokazany 4-bitowy synchroniczny obwód licznika dekad:

Powyższy obwód jest wykonany przy użyciu synchronicznego licznika binarnego, który generuje sekwencję liczników od 0 do 9. Zaimplementowane są dodatkowe logiki dla żądanej sekwencji stanów i do konwersji tego licznika binarnego na licznik dziesiętny (dziesiętne). Gdy wyjście osiągnie liczbę 9 lub 1001, licznik zresetuje się do 0000 i ponownie zlicza do 1001.

W powyższym obwodzie bramki AND wykryją, że sekwencja zliczania osiągnie 9 lub 1001 i zmienią stan trzeciego przerzutnika od lewej, FFC, aby zmienić swój stan na następnym impulsie zegara. Następnie licznik resetuje się do 000 i ponownie zaczyna liczyć, aż do osiągnięcia 1001.

MOD-12 można wykonać z powyższego obwodu, jeśli zmienimy położenie bramek AND i będzie liczył 12 stanów od 0 (binarnie 0000) do 11 (1011 binarnie) a następnie resetuje do 0.

Informacje dotyczące wyzwalania impulsu

Dostępne są dwa rodzaje przerzutników wyzwalanych zboczem, zboczem dodatnim lub zboczem ujemnym.

Przerzutniki o zboczu dodatnim lub zboczu narastającym liczą jeden krok, gdy wejście zegara zmienia swój stan z logiki 0 na logikę 1, inaczej mówiąc - logika niska na logika wysoka.

Z drugiej strony, przerzutniki z zboczem ujemnym lub zboczem opadającym liczą jeden krok, gdy wejście zegara zmienia swój stan z logiki 1 na logikę 0, inaczej mówiąc - stan logiczny wysoki na logiczny niski.

Liczniki tętnień wykorzystują do zmiany stanu wartości dodatnie zegara wyzwalane zboczem opadającym lub ujemnym zboczem. Jest ku temu powód. Ułatwi to możliwości kaskadowego łączenia liczników, ponieważ najbardziej znaczący bit jednego licznika może sterować wejściem zegara następnego licznika.

Synchroniczne liczniki oferują wykonanie i przenoszenie w pinach do łączenia liczników powiązanych aplikacji. Z tego powodu w obwodzie nie ma opóźnienia propagacji.

Zalety i wady licznika synchronicznego

Teraz znamy licznik synchroniczny i jaka jest różnica między licznikiem asynchronicznym a licznikiem synchronicznym. Licznik synchroniczny eliminuje wiele ograniczeń, które pojawiają się w liczniku asynchronicznym.

Te zalety synchronicznego licznika ma następujące znaczenie:

1. Jest łatwiejszy do zaprojektowania niż licznik asynchroniczny.
2. Działa jednocześnie.
3. Brak powiązanego opóźnienia propagacji.
4. Sekwencja zliczania jest kontrolowana za pomocą bramek logicznych, szanse na błędy są mniejsze.
5. Szybsza operacja niż licznik asynchroniczny.

Chociaż istnieje wiele zalet, jedną z głównych wad pracy z licznikiem synchronicznym jest to, że wymaga on dużej ilości dodatkowej logiki.

Korzystanie z licznika synchronicznego

Niewiele aplikacji, w których używane są liczniki synchroniczne-

1. Sterowanie ruchem maszyny
2. Licznik obrotów silnika
3. Obrotowe enkodery wału
4. Cyfrowy zegar lub generatory impulsów.
5. Cyfrowe systemy zegarkowe i alarmowe.