Σύγχρονος μετρητής

Τι είναι ένας μετρητής;

Ένας μετρητής είναι μια συσκευή που μπορεί να μετρήσει οποιοδήποτε συγκεκριμένο συμβάν με βάση το πόσες φορές συμβαίνει το συγκεκριμένο συμβάν. Σε ένα ψηφιακό σύστημα λογικής ή υπολογιστές, αυτός ο μετρητής μπορεί να μετρήσει και να αποθηκεύσει τον αριθμό των ωρών που συνέβησαν ένα συγκεκριμένο συμβάν ή διαδικασία, ανάλογα με ένα σήμα ρολογιού. Ο πιο συνηθισμένος τύπος μετρητή είναι το διαδοχικό ψηφιακό κύκλωμα λογικής με μία είσοδο ρολογιού και πολλαπλές εξόδους. Οι έξοδοι αντιπροσωπεύουν δυαδικούς ή δυαδικούς κωδικούς δεκαδικών αριθμών. Κάθε παλμός ρολογιού είτε αυξάνει τον αριθμό είτε μειώνει τον αριθμό.

Σύγχρονος μετρητής

Το Synchrounous αναφέρεται γενικά σε κάτι που συντονίζεται με άλλους με βάση το χρόνο. Τα σύγχρονα σήματα εμφανίζονται με τον ίδιο ρυθμό ρολογιού και όλα τα ρολόγια ακολουθούν το ίδιο ρολόι αναφοράς.

Σε προηγούμενο σεμινάριο του ασύγχρονου μετρητή, έχουμε δει ότι η έξοδος αυτού του μετρητή συνδέεται άμεσα με την είσοδο του επόμενου επόμενου μετρητή και δημιουργεί ένα σύστημα αλυσίδας, και λόγω αυτού του συστήματος αλυσίδας καθυστέρηση διάδοσης εμφανίζεται κατά τη διάρκεια του σταδίου μέτρησης και δημιουργεί καθυστερήσεις μέτρησης. Σε σύγχρονο μετρητή, η είσοδος ρολογιού σε όλα τα σαγιονάρες χρησιμοποιεί την ίδια πηγή και δημιουργεί το ίδιο σήμα ρολογιού ταυτόχρονα. Έτσι, ένας μετρητής που χρησιμοποιεί το ίδιο σήμα ρολογιού από την ίδια πηγή ονομάζεται συγχρονισμένος μετρητής.

Σύγχρονος μετρητής επάνω

Στην παραπάνω εικόνα, εμφανίζεται ο βασικός σχεδιασμός συγχρονισμένου μετρητή, ο οποίος είναι ο συγχρονισμένος επάνω μετρητής. Ένας συγχρονισμένος μετρητής 4 bit αρχίζει να μετράει από 0 (0000 σε δυαδικό) και αυξάνει ή μετράει προς τα πάνω έως 15 (1111 σε δυαδικό) και, στη συνέχεια, ξεκινήστε έναν νέο κύκλο μέτρησης με επαναφορά. Η συχνότητα λειτουργίας της είναι πολύ υψηλότερη από τον ίδιο ασύγχρονο μετρητή εύρους. Επίσης, δεν υπάρχει καθυστέρηση διάδοσης στον σύγχρονο μετρητή μόνο επειδή όλα τα flip-flops ή το στάδιο του μετρητή βρίσκονται σε παράλληλη πηγή ρολογιού και το ρολόι ενεργοποιεί όλους τους μετρητές ταυτόχρονα.

Το εξωτερικό ρολόι παρέχεται απευθείας σε όλα τα JK Flip-flops ταυτόχρονα με παράλληλο τρόπο. Αν δούμε το κύκλωμα, το πρώτο flip-flop, το FFA που είναι το λιγότερο σημαντικό bit σε αυτόν τον σύγχρονο μετρητή 4-bit, είναι συνδεδεμένο με μια εξωτερική είσοδο Logic 1 μέσω J και K pin. Λόγω αυτής της σύνδεσης, ΥΨΗΛΗΣ λογικής στο σήμα Logic 1, αλλάξτε την κατάσταση του πρώτου flip-flop σε κάθε παλμό ρολογιού.

Επόμενο στάδιο, το δεύτερο flip-flop FFB, ο πείρος εισόδου J και K συνδέεται κατά μήκος της εξόδου του πρώτου Flip-flop. Για την περίπτωση FFC και FFD, δύο ξεχωριστές πύλες AND παρέχουν την απαραίτητη λογική απέναντί ​​τους. Αυτές οι πύλες AND δημιουργούν λογική χρησιμοποιώντας την είσοδο και την έξοδο από το προηγούμενο στάδιο flip-flops.

Μπορούμε να δημιουργήσουμε την ίδια ακολουθία μέτρησης που χρησιμοποιείται στον ασύγχρονο μετρητή κάνοντας μια κατάσταση όπου κάθε flip-flops αλλάζει την κατάστασή του, ανάλογα με το αν η προηγούμενη έξοδος flip-flops είναι ΥΨΗΛΗ λογική. Αλλά σε αυτό το σενάριο, δεν θα υπάρξει κυματισμός μόνο επειδή όλα τα flip-flop είναι χρονισμένα ταυτόχρονα.

Σύγχρονος κάτω μετρητής

Ελαφρές αλλαγές στην ενότητα AND, και χρησιμοποιώντας την ανεστραμμένη έξοδο από το JK flip-flop, μπορούμε να δημιουργήσουμε συγχρονισμένο Down Counter. Ένας συγχρονισμένος μετρητής 4-bit αρχίζει να μετράει από το 15 (1111 σε δυαδικό) και να μειώνεται ή να μετρά προς τα κάτω στο 0 ή 0000 και μετά από αυτό θα ξεκινήσει έναν νέο κύκλο μετρήσεων με επαναφορά. Σε σύγχρονο κάτω μετρητή, η είσοδος AND Gate αλλάζει. Η πρώτη είσοδος FFA Flip-flop είναι ίδια με αυτήν που χρησιμοποιήσαμε στον προηγούμενο συγχρονισμό επάνω μετρητή. Αντί να τροφοδοτούμε άμεσα την έξοδο του πρώτου flip-flop στο επόμενο flip-flop, χρησιμοποιούμε ανεστραμμένο pin εξόδου που χρησιμοποιείται για να δώσει J και K είσοδο στο επόμενο flip-flop FFB και επίσης χρησιμοποιείται ως πείρος εισόδου στο AND πύλη. Όπως και στο προηγούμενο κύκλωμα, δύο πύλες AND παρέχουν την απαραίτητη λογική στα επόμενα δύο Flip-flops FFC και FFD.

Διάγραμμα συγχρονισμού μετρητή

Στην παραπάνω εικόνα, εμφανίζεται η εισαγωγή ρολογιού στα σαγιονάρες και το διάγραμμα χρονισμού εξόδου. Σε κάθε παλμό ρολογιού, ο σύγχρονος μετρητής μετρά διαδοχικά. Η έξοδος μέτρησης σε τέσσερις πείρους εξόδου είναι σταδιακή από 0 έως 15, στο δυαδικό 0000 έως 1111 για συγχρονισμένο μετρητή 4 bit. Μετά το 15 ή το 1111, ο μετρητής επαναφέρει σε 0 ή 0000 και μετρήστε ξανά με έναν νέο κύκλο μέτρησης.

Για συγχρονισμένο κάτω μετρητή όπου η ανεστραμμένη έξοδος είναι συνδεδεμένη κατά μήκος της πύλης AND, συμβαίνει ακριβώς το αντίθετο βήμα μέτρησης. Ο μετρητής αρχίζει να μετράει από 15 ή 1111 έως 0 ή 0000 και μετά γίνεται επανεκκίνηση για να ξεκινήσει ένας νέος κύκλος μέτρησης και να ξεκινήσει ξανά από 15 ή 0000.

Μετρητής 4 bit συγχρονισμένης δεκαετίας

Όπως με τον ασύγχρονο μετρητή, έναν μετρητή Decade ή έναν μετρητή BCD που μπορεί να μετρήσει 0 έως και μπορεί να φτιαχτεί με επικάλυψη flip-flops. Όπως με τον ασύγχρονο μετρητή, θα έχει επίσης τη δυνατότητα "διαίρεση με n" με τον αριθμό modulo ή MOD. Πρέπει να αυξήσουμε τον αριθμό MOD του συγχρονισμένου μετρητή (μπορεί να είναι σε διαμόρφωση Up ή Down).

Εδώ εμφανίζεται το κύκλωμα μετρητή 4-bit Synchronous Decade-

Το παραπάνω κύκλωμα γίνεται χρησιμοποιώντας συγχρονισμένο δυαδικό μετρητή, ο οποίος παράγει ακολουθία μετρήσεων από 0 έως 9. Εφαρμόζονται πρόσθετες λογικές για την επιθυμητή ακολουθία κατάστασης και για τη μετατροπή αυτού του δυαδικού μετρητή σε μετρητή δεκαετίας (αριθμοί βάσης 10, δεκαδικά). Όταν η έξοδος φτάσει στο πλήθος 9 ή 1001, ο μετρητής θα επαναφέρει το 0000 και θα μετρήσει ξανά έως το 1001.

Στο παραπάνω κύκλωμα, οι πύλες AND θα ανιχνεύσουν την ακολουθία μέτρησης που φτάνει τα 9 ή 1001 και θα αλλάξουν την κατάσταση ενός τρίτου flip-flop από τα αριστερά, FFC για να αλλάξουν την κατάστασή του στον επόμενο παλμό ρολογιού. Ο μετρητής στη συνέχεια επαναφέρεται σε 000 και αρχίζει πάλι να μετράει μέχρι να φτάσει το 1001.

Το MOD-12 μπορεί να κατασκευαστεί από το παραπάνω κύκλωμα εάν αλλάξουμε τη θέση των πυλών AND και θα μετρήσει 12 καταστάσεις από 0 (0000 σε δυαδικό) σε 11 (1011 σε δυαδικό) και στη συνέχεια επαναφέρετε στο 0.

Πληροφορίες σχετικά με το Trigger Pulse

Υπάρχουν δύο τύποι σαγιονάρων που ενεργοποιούνται από άκρη, το θετικό ή το αρνητικό.

Τα σαγιονάρες Positive Edge ή Rising Edge μετρούν ένα μόνο βήμα όταν η είσοδος του ρολογιού αλλάζει την κατάστασή της από Logic 0 σε Logic 1, με άλλο όρο Logic Low σε Logic High.

Από την άλλη πλευρά, τα αρνητικά άκρα ή τα πτώση Edge flip-flop μετρά ένα μόνο βήμα όταν η είσοδος του ρολογιού αλλάζει την κατάστασή της από τη Λογική 1 σε Λογική 0, με άλλα λόγια Λογική Υψηλή σε Λογική Χαμηλή.

Οι μετρητές κυματισμών χρησιμοποιούν πτωτικό ή αρνητικό άκρο ενεργοποιημένο ρολόι συν για να αλλάξουν την κατάσταση. Υπάρχει ένας λόγος πίσω από αυτό. Θα κάνει ευκολότερες ευκαιρίες να εναλλάσσουν τους μετρητές μαζί, καθώς το πιο σημαντικό κομμάτι ενός μετρητή θα μπορούσε να οδηγήσει την είσοδο του ρολογιού του επόμενου μετρητή.

Η σύγχρονη προσφορά μετρητών πραγματοποιεί και φέρνει σε καρφίτσα για εφαρμογή σχετικής σύνδεσης με μετρητή. Λόγω αυτού, δεν υπάρχει καθυστέρηση διάδοσης στο κύκλωμα.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του συγχρονισμένου μετρητή

Τώρα γνωρίζουμε τον σύγχρονο μετρητή και ποια είναι η διαφορά μεταξύ του ασύγχρονου μετρητή και του συγχρονισμένου μετρητή. Ο σύγχρονος μετρητής εξαλείφει πολλούς περιορισμούς που φτάνουν στον ασύγχρονο μετρητή.

Τα πλεονεκτήματα του συγχρονισμένου μετρητή έχουν ως εξής-

1. Είναι πιο εύκολο να σχεδιάσετε από τον ασύγχρονο μετρητή.
2. Δρα ταυτόχρονα.
3. Δεν συσχετίζεται καθυστέρηση διάδοσης.
4. Η ακολουθία μέτρησης ελέγχεται χρησιμοποιώντας λογικές πύλες, οι πιθανότητες σφάλματος είναι χαμηλότερες.
5. Ταχύτερη λειτουργία από τον ασύγχρονο μετρητή.

Παρόλο που υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα, ένα σημαντικό μειονέκτημα της συνεργασίας με το Synchronous μετρητή είναι ότι απαιτεί πολλή επιπλέον λογική για την εκτέλεση.

Χρήση συγχρονισμένου μετρητή

Λίγες εφαρμογές όπου χρησιμοποιούνται σύγχρονοι μετρητές-

1. Έλεγχος κίνησης μηχανήματος
2. Μετρητής στροφών κινητήρα
3. Κωδικοποιητές περιστροφικού άξονα
4. Ψηφιακές γεννήτριες ή παλμούς.
5. Ψηφιακά συστήματα ρολογιών και συναγερμών.