Μια σύντομη περιγραφή για το Cipple Counter with Circuit and Timing Diagram

Παρατηρώντας προσεκτικά τη γραμμή παραγωγής γυάλινων φιαλών, οι οποίες συσκευάζονταν ως 10 φιάλες ανά συσκευασία από μηχανήματα, μια περίεργη σκέψη - πώς ξέρει η μηχανή να μετρά τον αριθμό των φιαλών; Τι διδάσκει τις μηχανές πώς να μετράνε; Η αναζήτηση μιας απάντησης για την επίλυση αυτής της περιέργειας θα οδηγήσει σε μια πολύ ενδιαφέρουσα εφεύρεση που ονομάζεται - ' Μετρητής '. Οι μετρητές είναι το κύκλωμα που μετράει τους εφαρμοσμένους παλμούς ρολογιού. Συνήθως έχουν σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας σαγιονάρες. Με βάση τον τρόπο που εφαρμόζεται το ρολόι για τους μετρητές που λειτουργούν ταξινομούνται ως Σύγχρονοι και ασύγχρονοι μετρητές . Σε αυτό το άρθρο, ας δούμε έναν ασύγχρονο μετρητή που είναι γνωστός ως Μετρητής κυματισμών .

Τι είναι ένας μετρητής κυματισμών;

Πριν μεταβείτε στο Ripple Counter ας εξοικειωθούμε με τους όρους Σύγχρονοι και ασύγχρονοι μετρητές . Οι μετρητές είναι κυκλώματα φτιαγμένα με σαγιονάρες. Σύγχρονος μετρητής, όπως υποδηλώνει το όνομα έχουν όλα τα σαγιονάρες εργάζονται συγχρονισμένα με παλμό ρολογιού, καθώς και μεταξύ τους. Εδώ εφαρμόζεται παλμός ρολογιού σε κάθε flip flop.

Ενώ στο Asynchronous counter clock pulse εφαρμόζεται μόνο στο αρχικό flip flop του οποίου η τιμή θα θεωρηθεί ως LSB. Αντί του παλμού ρολογιού, η έξοδος του πρώτου flip-flop λειτουργεί ως παλμός ρολογιού στο επόμενο flip flop, του οποίου η έξοδος χρησιμοποιείται ως ρολόι στο επόμενο flip-flop και ούτω καθεξής.

Έτσι, στον ασύγχρονο μετρητή μετά τη μετάβαση του προηγούμενου flip flop πραγματοποιείται μετάβαση του επόμενου flip flop, όχι ταυτόχρονα όπως φαίνεται στον συγχρονισμό μετρητή. Εδώ τα flip-flops συνδέονται σε διάταξη Master-Slave.

Μετρητής κυματισμών: Ο μετρητής κυματισμών είναι ένας ασύγχρονος μετρητής. Πήρε το όνομά του επειδή ο παλμός του ρολογιού κυματίζει στο κύκλωμα. Ένας μετρητής κυματισμών n-MOD περιέχει n αριθμό flip-flops και το κύκλωμα μπορεί να μετρήσει έως και 2^ν τιμές πριν επαναφερθεί στην αρχική τιμή.

Αυτοί οι μετρητές μπορούν να μετρήσουν με διαφορετικούς τρόπους με βάση τα κυκλώματά τους.

ΕΠΑΝΩ ΚΑΝΤΕΡ: Μετρά τις τιμές σε αύξουσα σειρά.
ΚΑΤΩ ΚΑΝΤΕΡ: Μετρά τις τιμές σε φθίνουσα σειρά.
ΕΠΑΝΩ ΚΑΤΩΤΗΣ: Ένας μετρητής που μπορεί να μετρήσει τιμές είτε προς τα εμπρός είτε προς την αντίστροφη κατεύθυνση ονομάζεται μετρητής προς τα κάτω ή αναστρέψιμος μετρητής.
DIVIDE από N COUNTER: Αντί για δυαδικό, ενδέχεται μερικές φορές να χρειαστεί να μετρήσουμε έως το Ν που είναι της βάσης 10. Ο μετρητής κυματισμών που μπορεί να μετρήσει μέχρι την τιμή Ν που δεν είναι δύναμη 2 ονομάζεται Διαχωρισμός από Ν μετρητή.

Διάγραμμα κυκλώματος μετρητή κυματισμού και διάγραμμα χρονισμού

ο λειτουργία του μετρητή κυματισμών μπορεί να κατανοηθεί καλύτερα με τη βοήθεια ενός παραδείγματος. Με βάση τον αριθμό των σαγιονάρων που χρησιμοποιούνται υπάρχουν 2-bit, 3-bit, 4-bit… .. μπορούν να σχεδιαστούν μετρητές κυματισμού. Ας δούμε τη λειτουργία ενός 2-bit μετρητής δυαδικών κυματισμών να κατανοήσουμε την έννοια.

ΠΡΟΣ ΤΗΝ δυαδικός μετρητής μπορεί να μετρήσει έως και τιμές 2-bit. Μετρητής 2-MOD μπορεί να μετρήσει 2^δύο= 4 τιμές. Όπως εδώ η τιμή είναι 2 χρησιμοποιούμε 2 σαγιονάρες. Κατά την επιλογή του τύπου flip-flop πρέπει να θυμόμαστε ότι οι μετρητές Ripple μπορούν να σχεδιαστούν μόνο χρησιμοποιώντας εκείνα τα flip-flop που έχουν προϋπόθεση για εναλλαγή όπως στο JK και T σαγιονάρες .

Binary Ripple Counter χρησιμοποιώντας JK Flip Flop

Η διάταξη κυκλώματος του α μετρητής δυαδικών κυματισμών είναι όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Εδώ δύο JK σαγιονάρες Χρησιμοποιούνται J0K0 και J1K1. Οι είσοδοι JK των σαγιονάρων παρέχονται με σήμα υψηλής τάσης διατηρώντας τους σε κατάσταση 1. Το σύμβολο για τον παλμό του ρολογιού υποδηλώνει έναν αρνητικό ενεργοποιημένο παλμό ρολογιού. Από το σχήμα, μπορεί να παρατηρηθεί ότι η έξοδος Q0 του πρώτου flip flop εφαρμόζεται ως παλμός ρολογιού στο δεύτερο flip flop.

Binary Ripple Counter χρησιμοποιώντας JK Flip Flop

Εδώ η έξοδος Q0 είναι το LSB και η έξοδος Q1 είναι το bit MSB. Η λειτουργία του μετρητή μπορεί εύκολα να γίνει κατανοητή χρησιμοποιώντας τον πίνακα αλήθειας του JK flip flop.

Έτσι, σύμφωνα με τον πίνακα Αλήθεια, όταν και οι δύο είσοδοι είναι 1, η επόμενη κατάσταση θα είναι το συμπλήρωμα της προηγούμενης κατάστασης. Αυτή η κατάσταση χρησιμοποιείται στο κυματισμό flip flop. Καθώς έχουμε εφαρμόσει μια υψηλή τάση σε όλες τις εισόδους JK των flip-flops βρίσκονται στην κατάσταση 1, οπότε πρέπει να εναλλάσσουν την κατάσταση στο αρνητικό τέλος του παλμού του ρολογιού. κατά τη μετάβαση 1 έως 0 του παλμού ρολογιού. Το διάγραμμα χρονισμού του μετρητή δυαδικών κυματισμών εξηγεί με σαφήνεια τη λειτουργία.

Διάγραμμα χρονισμού του μετρητή δυαδικών κυματισμών

Από το διάγραμμα χρονισμού, μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι το Q0 αλλάζει κατάσταση μόνο κατά την αρνητική ακμή του εφαρμοζόμενου ρολογιού. Αρχικά, το flip flop βρίσκεται στην κατάσταση 0. Το flip-flop παραμένει στην κατάσταση έως ότου το εφαρμοσμένο ρολόι περάσει από 1 έως 0. Καθώς οι τιμές JK είναι 1, το flip flop πρέπει να εναλλάσσεται. Έτσι, αλλάζει κατάσταση από 0 σε 1. Η διαδικασία συνεχίζεται για όλους τους παλμούς του ρολογιού.

Ερχόμενοι στο δεύτερο flip flop, εδώ η κυματομορφή που δημιουργείται από το flip flop 1 δίνεται ως παλμός ρολογιού. Έτσι, όπως μπορούμε να δούμε στο διάγραμμα χρονισμού, όταν το Q0 μεταβαίνει από 1 σε 0, η κατάσταση του Q1 αλλάζει. Εδώ μην λάβετε υπόψη τον παραπάνω παλμό ρολογιού, ακολουθήστε μόνο την κυματομορφή του Q0. Σημειώστε ότι οι τιμές εξόδου του Q0 θεωρούνται LSB και Q1 θεωρούνται MSB. Από το διάγραμμα χρονισμού, μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι ο μετρητής μετρά τις τιμές 00,01,10,11 και στη συνέχεια επαναφέρει τον εαυτό του και ξεκινά ξανά από το 00,01,… έως ότου εφαρμοστούν παλμοί ρολογιού στο flip flop J0K0.

3-bit Ripple counter χρησιμοποιώντας JK flip-flop - Truth Table / Timing Diagram

Στον μετρητή κυματισμού 3-bit, τρία flip-flops χρησιμοποιούνται στο κύκλωμα. Καθώς εδώ η τιμή «n» είναι τρία, ο μετρητής μπορεί να μετρήσει έως και 2³= 8 τιμές. Δηλαδή 000,001,010,011,100,101,110,111. Το διάγραμμα κυκλώματος και το διάγραμμα χρονισμού δίνονται παρακάτω.

Binary Ripple Counter χρησιμοποιώντας JK Flip Flop

Διάγραμμα χρονισμού μετρητή κυμάτων 3 bit

Εδώ η κυματομορφή εξόδου του Q1 δίνεται ως παλμός ρολογιού στο flip flop J2K2. Έτσι, όταν το Q1 μεταβαίνει από 1 σε 0 μεταβάσεις, η κατάσταση του Q2 αλλάζει. Η έξοδος του Q2 είναι το MSB.

4-bit Ripple Counter χρησιμοποιώντας JK Flip flop - Διάγραμμα κυκλώματος και διάγραμμα χρονισμού

Σε μετρητή κυματισμού 4-bit, η τιμή n είναι 4 έτσι, χρησιμοποιούνται 4 σαγιονάρες JK και ο μετρητής μπορεί να μετρήσει έως και 16 παλμούς. Κάτω από διάγραμμα κυκλώματος και διάγραμμα χρονισμού δίνονται μαζί με τον πίνακα αλήθειας.

4 bit Ripple Counter χρησιμοποιώντας JK Flip Flop

Διάγραμμα χρονισμού μετρητή κυματισμών 4 bit

4 bit Ripple Counter χρησιμοποιώντας D Flip Flop

Όταν πρόκειται για την επιλογή Flip Flop για Ripple counter, ο σχεδιασμός ενός σημαντικού σημείου που πρέπει να ληφθεί υπόψη είναι ότι το flip flop πρέπει να περιέχει μια συνθήκη για εναλλαγή καταστάσεων. Αυτή η προϋπόθεση ικανοποιείται μόνο με τα σαγιονάρες T και JK.

Από τον πίνακα αλήθειας του D flip flop , μπορεί να φανεί καθαρά ότι δεν περιέχει την κατάσταση εναλλαγής. Έτσι, όταν χρησιμοποιείται ως μετρητής Ripple D flip flop έχει αρχική τιμή ως 1. Όταν ο παλμός ρολογιού υποβάλλεται σε μετάβαση από το 1 στο 0, το flip flop θα πρέπει να αλλάξει την κατάσταση. Αλλά σύμφωνα με τον πίνακα αλήθειας όταν η τιμή D είναι 1 παραμένει στο 1 έως ότου η τιμή D αλλάξει σε 0. Έτσι, η κυματομορφή του D0-flip flop θα παραμείνει πάντα 1, κάτι που δεν είναι χρήσιμο για μέτρηση. Έτσι, το D flip flop δεν λαμβάνεται υπόψη για την κατασκευή Ripple Counters.

Διαίρεση με Ν μετρητή

Ο μετρητής κυματισμών μετρά τιμές έως και 2^ν. Έτσι, δεν είναι δυνατή η μέτρηση τιμών που δεν είναι δυνάμεις του 2 το κύκλωμα που έχουμε δει μέχρι τώρα. Αλλά με τροποποίηση, μπορούμε να κάνουμε μετρητή κυματισμού για να μετρήσουμε την τιμή που δεν μπορεί να εκφραστεί ως δύναμη του 2. Ένας τέτοιος μετρητής ονομάζεται Διαίρεση με Ν μετρητή .

Μετρητής δεκαετίας

Ο αριθμός των σαγιονάρων n που θα χρησιμοποιηθεί σε αυτό το σχέδιο επιλέγεται με τέτοιο τρόπο ώστε 2^ν> N όπου N είναι το πλήθος του μετρητή. Μαζί με τα σαγιονάρες, προστίθεται μια πύλη ανατροφοδότησης έτσι ώστε στον αριθμό Ν όλα τα σαγιονάρες να μηδενιστούν. Αυτό το κύκλωμα ανατροφοδότησης είναι απλά ένα Πύλη NAND των οποίων οι είσοδοι είναι οι έξοδοι Q αυτών των σαγιονάρων των οποίων η έξοδος Q = 1 στον αριθμό Ν.

Ας δούμε το κύκλωμα ενός μετρητή για τον οποίο η τιμή Ν είναι 10. Αυτός ο μετρητής είναι επίσης γνωστός ως Μετρητής δεκαετίας καθώς μετράει έως και 10. Εδώ ο αριθμός των σαγιονάρων πρέπει να είναι 4 λόγω 2⁴= 16> 10. Και σε ένα πλήθος N = 10 οι έξοδοι Q1 και Q3 θα είναι 1. Έτσι, αυτές δίδονται ως είσοδοι στην πύλη NAND. Η έξοδος της πύλης NAND εφαρμόζεται σε όλα τα σαγιονάρες επαναφέροντάς τα έτσι στο μηδέν.

Μειονεκτήματα του μετρητή κυματισμών

Ο χρόνος διάδοσης μεταφοράς είναι ο χρόνος που χρειάζεται ένας μετρητής για να ολοκληρώσει την απόκρισή του στον δεδομένο παλμό εισόδου. Όπως στον μετρητή κυματισμών, ο παλμός του ρολογιού είναι ασύγχρονος, απαιτεί περισσότερο χρόνο για να ολοκληρωθεί η απόκριση.

Εφαρμογές του Ripple Counter

Αυτοί οι μετρητές χρησιμοποιούνται συχνά για τη μέτρηση του χρόνου, της μέτρησης της συχνότητας, της μέτρησης της απόστασης, της μέτρησης της ταχύτητας, της παραγωγής κυματομορφών, του τμήματος συχνότητας, των ψηφιακών υπολογιστών, της άμεσης μέτρησης κ.λπ.….

Αυτό είναι το θέμα σύντομες πληροφορίες για το μετρητή κυματισμών, την κατασκευή δυαδικών, μετρητών 3bit και 4-bit χρησιμοποιώντας JK-Flip Flop μαζί με διάγραμμα κυκλώματος, διάγραμμα χρονισμού μετρητή κυματισμού και πίνακα αλήθειας. Ο κύριος λόγος πίσω από την κατασκευή του κυματισμού με D-Flip Flop, μειονεκτήματα και εφαρμογές του Ripple Counter. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι Μετρητής κυματισμών 8-bit ;