Licznik jest urządzeniem cyfrowym, a wyjście licznika zawiera predefiniowany stan oparty na aplikacjach impulsów zegarowych. Dane wyjściowe można użyć licznika policz liczbę impulsów. Generalnie liczniki składają się z układu przerzutnika, który może być licznikiem synchronicznym lub asynchronicznym. W liczniku synchronicznym do wszystkich przerzutników podawany jest tylko jeden zegar i / p, natomiast w liczniku asynchronicznym o / p przerzutnika to sygnał zegara z pobliskiego. Aplikacje mikrokontroler wymagają liczenia zdarzeń zewnętrznych, takich jak dokładne generowanie wewnętrznego opóźnienia czasowego i częstotliwość ciągów impulsów. Te zdarzenia są często używane w systemach cyfrowych i komputerach. Oba te zdarzenia można wykonać za pomocą technik programowych, ale pętle oprogramowania do zliczania nie dadzą dokładnego wyniku. Nieco ważniejsze funkcje nie są wykonywane. Problemy te można rozwiązać za pomocą timerów i liczników w mikrokontrolerach, które są używane jako przerwania.
Liczniki
Rodzaje liczników
Liczniki można podzielić na różne typy w zależności od sposobu ich taktowania. Oni są
- Liczniki asynchroniczne
- Liczniki synchroniczne
- Asynchroniczne liczniki dekad
- Synchroniczne liczniki dekad
- Asynchroniczne liczniki góra-dół
- Synchroniczne liczniki góra-dół
Aby lepiej zrozumieć tego typu liczniki, omówimy tutaj niektóre z nich.
Liczniki asynchroniczne
Schemat 2-bitowego licznika asynchronicznego przedstawiono poniżej. Zegar zewnętrzny jest podłączony tylko do zegara i / p FF0 (pierwszy przerzutnik). Tak więc ta FF zmienia stan na malejącym zboczu każdego impulsu zegara, ale FF1 zmienia się tylko wtedy, gdy jest aktywowana przez malejące zbocze Q o / p FF0. Ze względu na całkowite opóźnienie propagacji przez FF, zmiana impulsu zegara i / p oraz zmiana Q o / p FF0 nigdy nie mogą wystąpić dokładnie w tym samym czasie. Zatem FF nie mogą być aktywowane jednocześnie, generując operację asynchroniczną.
Liczniki asynchroniczne
Zauważ, że dla ułatwienia zmiany Q0, Q1 i CLK na powyższym diagramie są pokazane jako współbieżne, mimo że jest to licznik asynchroniczny. W rzeczywistości występuje małe opóźnienie b / n zmian Q0, Q1 i CLK.
Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie CLEAR i / ps są połączone razem, więc przed rozpoczęciem zliczania pojedynczy impuls może wyczyścić wszystkie FF. Impuls zegarowy podawany do FF0 jest falowany przez nowe liczniki po opóźnieniach propagacji, takich jak tętnienie na wodzie, stąd termin Ripple Counter.
Schemat obwodu dwubitowego licznika tętnień zawiera cztery różne stany, z których każdy zawiera wartość zliczoną. Podobnie, licznik z n FF może mieć 2N stanów. Liczba stanów w liczniku nazywana jest jego numerem mod. Dlatego licznik dwubitowy jest licznikiem mod-4.
Asynchroniczne liczniki dekad
W poprzednim liczniku mają 2n stanów. Ale liczniki ze stanami mniejszymi niż 2n są również możliwe. Są one zaprojektowane tak, aby mieć nie. stanów w ich seriach, zwanych sekwencjami skróconymi, które są wykonywane przez zmuszenie licznika do ponownego przetworzenia przed przejściem przez wszystkie jego stany. Typowym modułem dla liczników ze skróconą sekwencją jest 10. Licznik z 10 stanami w swoim szeregu nazywany jest licznikiem dekadowym. Zaimplementowany obwód licznika dekadowego przedstawiono poniżej.
Schemat obwodu licznika asynchronicznego dekadowego
Kiedy licznik liczy do dziesięciu, wszystkie FF zostaną wyczyszczone. Zauważ, że tylko Q1 i Q3 oba są używane do dekodowania liczby 10, co nazywa się dekodowaniem częściowym. Jednocześnie jeden z pozostałych stanów od 0 do 9 ma zarówno Q1, jak i Q3 będą wysokie. Poniżej podano szereg tabel licznika dekad.
Sekwencja licznika dekad
Asynchroniczne liczniki góra-dół
W niektórych zastosowaniach licznik musi mieć możliwość zliczania w górę iw dół. Poniższy obwód jest trzybitowym licznikiem w górę i w dół, który zlicza w górę lub w dół na podstawie stanu sygnału sterującego. Kiedy i / p UP jest na 1, a i / p w dół jest na 0, bramka NAND między FF0 i FF1 będzie bramkować nieodwrócone o / p (Q) przerzutnika (FF0) do zegara i / p flip flop (FF1). Podobnie, nieodwrócone o / p Flip Flop1 będzie bramkowane przez drugą bramkę NAND do zegara i / p flip-flop2. Dlatego licznik będzie liczył.
Schemat asynchronicznego licznika góra-dół
Gdy sterowanie i / p (UP) jest na 0, a DOWN na 1, odwrócone o / ps przerzutnika flip-flop0 (FF0) i przerzutnika 1 (FF) są bramkowane do i / ps zegara FF1 i FF2 oddzielnie . Jeśli FF zostaną początkowo zmienione na 0, licznik przejdzie przez poniższą serię, gdy zostaną zastosowane impulsy i / p. Zauważ, że asynchroniczny licznik góra-dół jest wolniejszy niż licznik UP / licznik z powodu dodatkowego opóźnienia propagacji wprowadzanego przez bramki NAND.
Sekwencja asynchronicznego licznika w górę iw dół
Liczniki synchroniczne
W tym rodzaj liczników , CLK i / ps wszystkich FF są połączone razem i są aktywowane przez impulsy i / p. Zatem wszystkie FF zmieniają stany natychmiast. Poniższy schemat obwodu to trzy-bitowy licznik synchroniczny. Wejścia J i K przerzutnika flip-flop0 są połączone w stan WYSOKI. Przerzutnik 1 ma swoje J i K i / ps podłączone do o / p flip-flop0 (FF0), a wejścia J i K przerzutnika flip-flop2 (FF2) są podłączone do o / p bramki AND, która jest zasilany przez o / ps flip-flop0 i flip-flop1. Gdy oba wyjścia FF0 i FF1 są WYSOKIE. Dodatnie zbocze czwartego impulsu CLK spowoduje zmianę stanu FF2 z powodu bramki AND.
Schemat obwodu synchronicznego licznika
Poniżej podano szereg tabel liczników trzech bitów. Główną zaletą tych liczników jest to, że nie ma zwiększającego się opóźnienia czasowego, ponieważ wszystkie FF są aktywowane równolegle. Zatem maksymalna częstotliwość robocza tego licznika synchronicznego będzie znacznie wyższa niż dla równoważnego licznika tętnień.
Impulsy CLK liczników synchronicznych
Synchroniczne liczniki dekad
Licznik synchroniczny liczy od 0 do 9, podobnie jak licznik asynchroniczny, a następnie ponownie przetwarza zero. Ten proces jest wykonywany przez przywrócenie stanów 1010 do stanu 0000. Jest to określane jako sekwencja obcięta, która może być zaprojektowana przez poniższy obwód.
Schemat synchronicznego licznika dekadowego
Możemy to zaobserwować na podstawie serii w tabeli po lewej stronie
- Równania Q0 na każdym impulsie CLK
- Q1 zmienia się na następnym impulsie zegara za każdym razem, gdy Q0 = 1 i Q3 = 0.
- Q2 zmienia się na następnym impulsie zegara za każdym razem, gdy Q0 = Q1 = 1.
- Q3 zmienia się na następnym impulsie CLK za każdym razem, gdy Q0 = 1, Q1 = 1 i Q2 = 1 (liczba 7) lub gdy Q0 = 1 i Q3 = 1 (liczba 9).
Sekwencja synchronicznego licznika dekad
Powyższe cechy są używane z Bramka AND lub bramka OR . Schemat logiczny tego jest pokazany na powyższym schemacie.
Synchroniczne liczniki góra-dół
Trzy-bitowy synchroniczny licznik góra-dół, forma tabelaryczna i serie są podane poniżej. Ten typ licznika ma kontrolę i / p w górę-w dół, podobnie do asynchronicznego licznika w górę-w dół, który jest używany do sterowania kierunkiem licznika w określonej serii.
Schemat obwodu synchronicznych liczników góra-dół
Seria tabeli pokazuje
- Wiązania Q0 na każdym impulsie CLK dla serii w górę iw dół
- Gdy Q0 = 1 dla szeregu w górę, stan Q1 zmienia się przy następnym impulsie CLK.
- Gdy Q0 = 0 dla serii w dół, stan Q1 zmienia się przy następnym impulsie CLK.
- Kiedy Q0 = Q1 = 1 dla serii w górę, stan Q2 zmienia się przy następnym impulsie CLK.
- Gdy Q0 = Q1 = 0 dla serii w dół, stan Q2 zmienia się przy następnym impulsie CLK.
Sekwencja synchronicznych liczników dekad
Powyższe właściwości dotyczą bramki AND, bramki OR i bramki NIE. Schemat logiczny tego jest pokazany na powyższym schemacie.
Zastosowania liczników
Zastosowania liczników dotyczą głównie zegarów cyfrowych i multipleksowania. Najlepszym przykładem licznika jest logika równoległa do konwersji danych szeregowych omówiona poniżej.
Zestaw bitów wykonywany jednocześnie na liniach równoległych nazywany jest danymi równoległymi. Zestaw bitów wykonywany w jednej linii w szeregu czasowym nazywany jest danymi szeregowymi. Konwersja danych z połączenia równoległego na szeregowy jest zwykle wykonywana przy użyciu licznika, aby uzyskać binarną serię danych, wybierz i / ps MUX, jak wyjaśniono na poniższym obwodzie.
Konwersja danych z połączenia równoległego na szeregowy
W powyższym obwodzie licznik modulo-8 składa się z Q o / ps, które są podłączone do danych, wybierz i / ps 8-bitowy MUX . Pierwsza 8-bitowa grupa równoległych danych jest podawana na wejścia multipleksera. Gdy licznik przechodzi przez szereg binarny od 0 do 7, każdy bit zaczyna się od D0, jest wybierany szeregowo i przepuszczany przez MUX do linii o / p. Po impulsach 8-CLK bajt danych został zmieniony na format szeregowy i wysłany linią transmisyjną. Następnie licznik ponownie przetwarza z powrotem do 0 i zmienia szeregowo kolejny bajt równoległy w podobnym procesie.
W związku z tym chodzi o liczniki i typy liczników, które obejmują liczniki asynchroniczne, liczniki synchroniczne, asynchroniczne liczniki dekadowe, synchroniczne liczniki dekadowe, asynchroniczne liczniki w górę i w dół oraz synchroniczne liczniki w górę i w dół. Ponadto wszelkie wątpliwości dotyczące tego tematu lub timery i liczniki w mikrokontrolerze 8051 proszę o komentarz w sekcji komentarzy poniżej.
