Synchronzähler

Was ist ein Zähler?

Ein Zähler ist ein Gerät, das ein bestimmtes Ereignis anhand der Häufigkeit des Auftretens eines bestimmten Ereignisses zählen kann. In einem digitalen Logiksystem oder in Computern kann dieser Zähler abhängig von einem Taktsignal zählen und speichern, wie oft ein bestimmtes Ereignis oder ein bestimmter Prozess aufgetreten ist. Der gebräuchlichste Zählertyp ist eine sequentielle digitale Logikschaltung mit einem einzelnen Takteingang und mehreren Ausgängen. Die Ausgänge repräsentieren binäre oder binär codierte Dezimalzahlen. Jeder Takt erhöht oder erhöht die Zahl.

Synchronzähler

Synchroun bezieht sich im Allgemeinen auf etwas, das auf der Grundlage der Zeit mit anderen koordiniert wird. Synchrone Signale treten mit derselben Taktrate auf und alle Takte folgen demselben Referenztakt.

Im vorherigen Tutorial des asynchronen Zählers haben wir gesehen, dass der Ausgang dieses Zählers direkt mit dem Eingang des nächsten nachfolgenden Zählers verbunden ist und ein Kettensystem bildet. Aufgrund dieses Kettensystems tritt während der Zählphase eine Ausbreitungsverzögerung auf und es entstehen Zählverzögerungen. Im synchronen Zähler verwenden die Takteingänge aller Flip-Flops dieselbe Quelle und erzeugen gleichzeitig dasselbe Taktsignal. Ein Zähler, der zur gleichen Zeit dasselbe Taktsignal von derselben Quelle verwendet, wird als synchroner Zähler bezeichnet.

Synchroner Aufwärtszähler

In der obigen Abbildung ist das grundlegende Design des synchronen Zählers dargestellt, bei dem es sich um den synchronen Aufwärtszähler handelt. Ein 4-Bit-Synchron-Up-Zähler beginnt von 0 (0000 in Binär) zu zählen und erhöht oder zählt auf 15 (1111 in Binär) und startet dann einen neuen Zählzyklus, indem er zurückgesetzt wird. Seine Betriebsfrequenz ist viel höher als der Asynchronzähler des gleichen Bereichs. Es gibt auch keine Ausbreitungsverzögerung im synchronen Zähler, nur weil alle Flip-Flops oder Zählerstufen in paralleler Taktquelle sind und der Takt alle Zähler gleichzeitig auslöst.

Die externe Uhr wird allen JK Flip-Flops gleichzeitig parallel zur Verfügung gestellt. Wenn wir die Schaltung sehen, wird das erste Flip-Flop, FFA, das niedrigstwertige Bit in diesem 4-Bit-Synchronzähler, über J- und K-Pin mit einem externen Logic 1-Eingang verbunden. Aufgrund dieser Verbindung ändert die HIGH- Logik über das Logic 1-Signal den Zustand des ersten Flip-Flops bei jedem Taktimpuls.

In der nächsten Stufe wird der zweite Flip-Flop FFB, der Eingangspin von J und K, über den Ausgang des ersten Flip-Flops geschaltet. Für den Fall von FFC und FFD stellen zwei separate UND-Gatter die erforderliche Logik für sie bereit. Diese UND-Gatter erzeugen Logik unter Verwendung der Ein- und Ausgabe der Flip-Flops der vorherigen Stufe.

Wir können dieselbe Zählsequenz erstellen, die im asynchronen Zähler verwendet wird, indem wir eine Situation erstellen, in der jedes Flip-Flop seinen Zustand ändert, abhängig davon, ob alle vorhergehenden Flip-Flop-Ausgaben logisch HOCH sind oder nicht. In diesem Szenario tritt jedoch kein Welligkeitseffekt auf, nur weil alle Flip-Flops gleichzeitig getaktet sind.

Synchroner Abwärtszähler

Leichte Änderungen im UND-Bereich und unter Verwendung des invertierten Ausgangs des JK-Flipflops können wir einen synchronen Abwärtszähler erstellen. Ein 4-Bit-Synchron-Abwärtszähler beginnt von 15 (1111 in binär) zu zählen und dekrementiert oder zählt abwärts auf 0 oder 0000 und startet danach einen neuen Zählzyklus, indem er zurückgesetzt wird. Im synchronen Abwärtszählerwird der UND-Gatter-Eingang geändert. Der erste Flip-Flop-FFA-Eingang ist der gleiche wie im vorherigen Synchron-Up-Zähler. Anstatt den Ausgang des ersten Flip-Flops direkt dem nächsten nachfolgenden Flip-Flop zuzuführen, verwenden wir einen invertierten Ausgangspin, der verwendet wird, um J- und K-Eingang über den nächsten Flip-Flop-FFB zu geben und auch als Eingangspin über das UND verwendet wird Tor. Wie bei der vorherigen Schaltung liefern zwei UND-Gatter die erforderliche Logik für die nächsten beiden Flip-Flops FFC und FFD.

Zeitdiagramm des synchronen Zählers

In der obigen Abbildung ist der Takteingang über Flip-Flops und das Ausgangszeitdiagramm dargestellt. Bei jedem Takt zählt der Synchronzähler nacheinander. Der Zählausgang über vier Ausgangspins ist inkrementell von 0 bis 15, binär 0000 bis 1111 für den 4-Bit-Synchron-Up-Zähler. Nach 15 oder 1111 wird der Zähler auf 0 oder 0000 zurückgesetzt und mit einem neuen Zählzyklus erneut gezählt.

Bei einem synchronen Abwärtszähler, bei dem der invertierte Ausgang über das UND-Gatter angeschlossen ist, erfolgt ein genau entgegengesetzter Zählschritt. Der Zähler beginnt von 15 oder 1111 bis 0 oder 0000 zu zählen und wird dann neu gestartet, um einen neuen Zählzyklus zu starten und erneut von 15 oder 0000 zu starten.

4-Bit-Synchron-Dekadenzähler

Wie bei einem asynchronen Zähler kann ein Dekaden- oder BCD-Zähler, der bis 0 zählen kann, durch Kaskadierung von Flip-Flops hergestellt werden. Wie der asynchrone Zähler verfügt er auch über die Funktion „Teilen durch n“ mit Modulo- oder MOD-Nummer. Wir müssen die MOD-Anzahl des Synchronzählers erhöhen (kann in der Aufwärts- oder Abwärtskonfiguration sein).

Hier ist die 4-Bit-Synchron-Dekaden- Zählerschaltung dargestellt.

Die obige Schaltung wird unter Verwendung eines synchronen Binärzählers hergestellt, der eine Zählsequenz von 0 bis 9 erzeugt. Zusätzliche Logiken werden für die gewünschte Zustandssequenz implementiert und um diesen Binärzähler in einen Dekadenzähler umzuwandeln (Basis 10-Zahlen, Dezimal). Wenn der Ausgang die Zählung 9 oder 1001 erreicht, wird der Zähler auf 0000 zurückgesetzt und zählt erneut bis 1001.

In der obigen Schaltung erkennen UND-Gatter, dass die Zählsequenz 9 oder 1001 erreicht, und ändern den Zustand eines dritten Flip-Flops von links, FFC, um seinen Zustand beim nächsten Taktimpuls zu ändern. Der Zähler wird dann auf 000 zurückgesetzt und beginnt erneut zu zählen, bis 1001 erreicht ist.

MOD-12 kann aus der obigen Schaltung hergestellt werden, wenn wir die Position der UND-Gatter ändern, und es werden 12 Zustände von 0 (0000 in Binär) bis 11 (1011 in Binär) gezählt und dann auf 0 zurückgesetzt.

Informationen zum Triggerpuls

Es gibt zwei Arten von flankengetriggerten Flip-Flops: Positive Flanke oder Negative Flanke.

Positive Flanken- oder Steigende Flanken-Flipflops zählen einen einzelnen Schritt, wenn der Takteingang seinen Zustand von Logik 0 zu Logik 1 ändert, mit anderen Worten Logik niedrig zu Logik hoch.

Andererseits zählen Flip-Flops mit negativer Flanke oder fallender Flanke einen einzelnen Schritt, wenn der Takteingang seinen Zustand von Logik 1 zu Logik 0 ändert, mit anderen Worten Logik hoch zu Logik niedrig.

Ripple-Zähler verwenden durch eine fallende Flanke oder eine negative Flanke ausgelöste Takt-Pluspunkte, um den Status zu ändern. Es gibt einen Grund dafür. Dies erleichtert die Kaskadierung von Zählern, da das höchstwertige Bit eines Zählers den Takteingang des nächsten Zählers steuern kann.

Synchrones Zählerangebot zum Ausführen und Einführen eines Pins für die Zählerverknüpfungsanwendung. Aufgrund dessen gibt es keine Ausbreitungsverzögerung innerhalb der Schaltung.

Vor- und Nachteile des Synchronzählers

Jetzt kennen wir den Synchronzähler und den Unterschied zwischen dem Asynchronzähler und dem Synchronzähler. Der synchrone Zähler beseitigt viele Einschränkungen, die beim asynchronen Zähler auftreten.

Die Vorteile des Synchronzählers sind wie folgt:

1. Es ist einfacher zu entwerfen als der asynchrone Zähler.
2. Es wirkt gleichzeitig.
3. Damit ist keine Laufzeitverzögerung verbunden.
4. Die Zählsequenz wird über Logikgatter gesteuert, die Fehlerwahrscheinlichkeit ist geringer.
5. Schnellerer Betrieb als der asynchrone Zähler.

Obwohl es viele Vorteile gibt, besteht ein Hauptnachteil der Arbeit mit dem Synchronzähler darin, dass für die Ausführung viel zusätzliche Logik erforderlich ist.

Verwendung des Synchronzählers

Nur wenige Anwendungen, in denen Synchronzähler verwendet werden -

1. Maschinenbewegungssteuerung
2. Motordrehzahlzähler
3. Drehwellengeber
4. Digitale Takt- oder Impulsgeneratoren.
5. Digitaluhr- und Alarmsysteme.