Асинхронний лічильник

Що таке лічильник?

Лічильник - це пристрій, який може підрахувати будь-яку конкретну подію на основі того, скільки разів відбулася конкретна подія (події). У цифровій логічній системі або комп’ютерах цей лічильник може підраховувати і зберігати кількість часу, коли відбулася якась подія чи процес, залежно від сигналу годинника. Найпоширенішим типом лічильника є послідовна цифрова логічна схема з одним тактовим входом і кількома виходами. Виходи представляють двійкові або двійкові закодовані десяткові числа. Кожен тактовий імпульс або збільшує число, або зменшує число.

Що таке асинхронний?

Асинхронний означає відсутність синхронізації. Щось, що не існує або відбувається одночасно. У обчислювальному або телекомунікаційному потоці асинхронний означає контроль часу операції, посилаючи імпульс лише тоді, коли попередня операція завершена, а не відправляючи його через рівні проміжки часу.

Асинхронний лічильник

Тепер ми зрозуміли, що таке лічильник, а яке значення слова асинхронний . Асинхронний лічильник може рахувати за допомогою асинхронного введення годинника. Лічильники можна легко зробити за допомогою тригерів. Оскільки підрахунок залежить від тактового сигналу, у випадку асинхронного лічильника, біти зміни стану подаються як тактовий сигнал для наступних тригерів. Ці шльопанці послідовно з’єднані між собою, і годинниковий імпульс брижає через лічильник. Через імпульсний сигнал пульсацій його часто називають лічильником пульсацій. Асинхронний лічильник може рахувати 2 ⁿ - 1 можливий стан підрахунку.

Асинхронний усічений лічильник та лічильник десятиліття

Оскільки для асинхронних лічильників, таких як MOD-16, є роздільна здатність 4-біт, існує максимальне число вихідних даних, існує також можливість використовувати базовий асинхронний лічильник у конфігурації, при якій стан підрахунку буде меншим за їх максимальне вихідне число. Лічильники Modulo або MOD - це один із таких типів лічильників. Конфігурація виконана таким чином, що лічильник скине себе до нуля за попередньо налаштованим значенням і має усічені послідовності.

Отже, якщо лічильник із певною кількістю роздільної здатності (n-розрядна роздільна здатність) називається лічильником повної послідовності, а з іншого боку, якщо він вважається меншим за максимальну кількість, називається усіченим лічильником.

Щоб отримати перевагу асинхронних входів у тригері, можна використовувати асинхронний усічений лічильник із комбінаційною логікою.

Асинхронний лічильник Modulo 16 може бути модифікований за допомогою додаткових логічних шлюзів і може використовуватися таким чином, що на виході буде виводитися десятиліття (розділене на 10) виходу лічильника, що корисно при підрахунку стандартних десяткових чисел або в арифметичних схемах. Цей тип лічильників називають лічильниками десятиліття.

Лічильники десятиліття вимагають скидання до нуля, коли результат досягає десяткового значення 10.

Якщо порахувати 0-9 (10 кроків), двійкове число буде -

Кількість підрахунків	Двійковий номер	Десяткове значення
0	0000	0
1	0001	1
2	0010	2
3	0011	3
4	0100	4
5	0101	5
6	0110	6
7	0111	7
8	1000	8
9	1001	9

Отже, коли вихід доходить до 1001 (BCD = 9), лічильник потрібно скинути. Щоб скинути лічильник, нам потрібно повернути цю умову назад на вхід скидання. Лічильник, який нараховує від 0000 (BCD = 0) до 1001 (BCD = 9), називається BCD або двійково кодованим десятковим лічильником.

Часова діаграма асинхронного лічильника десятиліття та його таблиця істинності

На зображенні вище - базовий асинхронний лічильник, що використовується як конфігурація лічильника десятиліття з використанням 4 JK тригерів та одного NAND-воріт 74LS10D. Асинхронний лічильник відлічує вгору на кожному тактовому імпульсі, починаючи від 0000 (BCD = 0) до 1001 (BCD = 9). Кожен випуск триггера JK надає двійкову цифру, і двійковий вихід подається в наступний наступний тригер у якості тактового входу. У кінцевому висновку 1001, який дорівнює 9 в десятковому розряді, вихід D, який є найбільш значущим бітом, і вихід A, який є найменш значущим бітом, обидва знаходяться в логіці 1. Ці два виходи з'єднані через вхід 74LS10D. Коли приймається наступний тактовий імпульс, вихід 74LS10D повертає стан з Logic High або 1 на Logic Low або 0.

У такій ситуації, коли 74LS10D змінює вихід, триггери 74LS73 JK обнуляються, оскільки вихід воріт NAND підключається через вхід 74LS73 CLEAR. Коли триггери скидаються, вихід з D до A все стає 0000, а вихід воріт NAND повертається до Логіки 1. З такою конфігурацією верхній контур, показаний на зображенні, стає Modulo-10 або лічильником десятиліття.

Таблиця істини лічильника Десятиліття наведена в наступній таблиці -

Імпульс годинника	Десяткове значення	Вихід - D	Вихід - C	Результат - B	Результат - A
1	0	0	0	0	0
2	1	0	0	0	1
3	2	0	0	1	0
4	3	0	0	1	1
5	4	0	1	0	0
6	5	0	1	0	1
7	6	0	1	1	0
8	7	0	1	1	1
9	8	1	0	0	0
10	9	1	0	0	1
11	0	0	0	0	0

На зображенні нижче показано часову діаграму та стан 4 виходів на тактовому сигналі. Імпульс скидання також показаний на схемі.

Створення асинхронного лічильника, прикладу та зручності використання

Ми можемо змінити цикл підрахунку для асинхронного лічильника, використовуючи метод, який використовується для скорочення виводу лічильника. Для інших циклів підрахунку ми можемо змінити вхідне з'єднання через шлюз NAND або додати інші конфігурації логічних входів.

Як ми вже обговорювали раніше, максимальний модуль може бути реалізований при n числах тригерів 2 ⁿ. Для цього, якщо ми хочемо сконструювати усічений асинхронний лічильник, ми повинні виявити найменшу потужність із двох, яка або більша, або дорівнює бажаному модулю.

Наприклад, якщо ми хочемо порахувати від 0 до 56 або mod - 57 і повторити від 0, найбільша кількість необхідних тригерів - n = 6, що дасть максимальний модуль 64. Якщо ми виберемо меншу кількість тригерів, модуля буде недостатньо для підрахунку чисел від 0 до 56. Якщо ми виберемо n = 5, максимальний MOD буде = 32, що недостатньо для підрахунку.

Ми можемо каскадувати два або більше 4-бітових лічильників пульсацій і конфігурувати кожну особу як " розділену на 16" або " поділену на 8", щоб отримати MOD-128 або більше вказаного лічильника.

У сегменті 74LS 7493 IC можна налаштувати таким чином, наприклад, якщо ми налаштуємо 7493 як лічильник « розділений на 16 » і каскадуємо інші 7493 чіпсети як лічильник « розділений на 8 », ми отримаємо частоту « ділити на 128» дільник.

Інші мікросхеми, такі як 74LS90, пропонують програмований лічильник пульсацій або дільник, який можна налаштувати як ділити на 2, ділити на 3 або ділити на 5 або інші комбінації.

З іншого боку, 74LS390 - ще один гнучкий вибір, який можна використовувати для великого ділення на число від 2 до 50 100 та інших комбінацій.

Дільники частоти

Одне з найкращих застосувань асинхронного лічильника - використовувати його як дільник частоти. Ми можемо зменшити високу тактову частоту до корисного, стабільного значення, набагато нижчого за фактичний високочастотний годинник. Це дуже корисно у випадку цифрової електроніки, програм, пов'язаних з синхронізацією, цифрових годинників, генераторів джерел переривань.

Припустимо, ми використовуємо класичну мікросхему таймера NE555, яка є моностабільним / стійким мультивібратором, працює на 260 кілогерц і стабільність становить +/- 2%. Ми можемо легко додати 18-бітний лічильник пульсацій " Поділений на 2" і отримати стабільний вихідний сигнал 1 Гц, який може бути використаний для генерації 1 секунди затримки або 1 секунди імпульсу, що корисно для цифрових годинників.

Це проста схема для отримання стабільної частоти або синхронізації з нестабільного джерела шляхом поділу частоти за допомогою лічильника пульсацій. Більш точні кристалічні генератори можуть створювати точні високі частоти, крім генераторів сигналів.

Переваги та недоліки асинхронного лічильника

Асинхронні лічильники можна легко побудувати за допомогою тригерів типу D. Вони можуть бути реалізовані за допомогою схеми лічильника " поділити на n ", яка пропонує набагато більшу гнучкість у додатках, що стосуються більшого діапазону підрахунку, а усічений лічильник може виробляти будь-який підрахунок числа модулів.

Але, незважаючи на ці особливості, асинхронний лічильник має деякі обмеження та недоліки.

Під час використання асинхронного лічильника необхідна додаткова повторна синхронізація вихідних тригерів, необхідних для повторної синхронізації тригерів. Крім того, для зрізаної послідовності, коли вона не дорівнює, потрібна додаткова логіка зворотного зв'язку.

При підрахунку великої кількості бітів через ланцюгову систему затримка розповсюдження на послідовних етапах стає занадто великою, від якої дуже важко позбутися. У такій ситуації синхронні лічильники швидші та надійніші. У асинхронному лічильнику також є помилки підрахунку, коли на ньому застосовуються високі тактові частоти.