Asynchronní čítač

Co je Counter?

Počítadlo je zařízení, které dokáže spočítat jakoukoli konkrétní událost na základě toho, kolikrát ke konkrétní události došlo. V digitálním logickém systému nebo počítačích může tento čítač počítat a ukládat počet případů, kdy došlo k určité události nebo procesu, v závislosti na hodinovém signálu. Nejběžnějším typem čítače je sekvenční digitální logický obvod s jedním hodinovým vstupem a více výstupy. Výstupy představují binární nebo binárně kódovaná desetinná čísla. Každý hodinový puls buď zvyšuje nebo snižuje počet.

Co je asynchronní?

Asynchronní znamená absenci synchronizace. Něco, co neexistuje nebo se vyskytuje současně. Ve výpočetním nebo telekomunikačním proudu znamená Asynchronous řízení časování operace odesláním pulzu pouze v případě, že je předchozí operace dokončena, spíše než jeho odesílání v pravidelných intervalech.

Asynchronní čítač

Nyní jsme pochopili, že co je čítač a jaký je význam slova asynchronní . Asynchronní čítač může počítat pomocí asynchronního hodinového vstupu. Počítadla lze snadno vyrobit pomocí žabek. Protože počet závisí na hodinovém signálu, v případě asynchronního čítače jsou jako hodinový signál pro následující klopné obvody poskytovány měnící se stavové bity. Tyto klopné obvody jsou sériově spojeny dohromady a hodinový puls se vlní čítačem. Kvůli zvlněnému hodinovému pulzu se tomu často říká počítadlo zvlnění. Asynchronní čítač může počítat 2 ⁿ - 1 možných stavů počítání.

Asynchronní zkrácený čítač a čítač dekády

Protože pro asynchronní čítače jako MOD-16 s rozlišením 4 bitů existuje maximální výstupní číslo, existují také možnosti použít základní asynchronní čítač v konfiguraci, že stav počítání bude menší než jejich maximální výstupní číslo. Modulo nebo MOD čítače jsou jedním z těchto typů čítačů. Konfigurace provedená takovým způsobem, že se čítač sám resetuje na nulu na předkonfigurovanou hodnotu a má zkrácené sekvence.

Pokud se tedy počítadlo se specifickým počtem rozlišení (n-bitové rozlišení), které se počítá do, nazývá jako plné počítadlo sekvence, a na druhé straně, pokud je počet menší než maximální počet, se nazývá zkrácené počítadlo.

Chcete-li získat výhodu asynchronních vstupů ve flipflop, lze použít asynchronní zkrácené počítadlo s kombinační logikou.

Asynchronní čítač Modulo 16 lze upravit pomocí dalších logických hradel a lze jej použít tak, aby výstup poskytoval desetiletý (dělený 10) výstupem čítače, což je užitečné při počítání standardních desetinných čísel nebo v aritmetických obvodech. Tento typ čítačů se nazývá dekády.

Čítače dekády vyžadují vynulování, když výstup dosáhne desítkové hodnoty 10.

Pokud počítáme 0-9 (10 kroků), binární číslo bude -

Počet	Binární číslo	Desetinná hodnota
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

Když tedy výstup dosáhne hodnoty 1001 (BCD = 9), je třeba vynulovat počítadlo. Chcete-li vynulovat počitadlo, musíme tuto podmínku přenést zpět na resetovací vstup. Počítadlo, které počítá 0000 (BCD = 0) až 1001 (BCD = 9), se označuje jako BCD nebo binárně kódované desítkové počítadlo.

Schéma časování asynchronního čítače dekády a jeho tabulka pravdivosti

Na výše uvedeném obrázku se používá základní asynchronní čítač jako konfigurace dekády čítače pomocí 4 klopných obvodů JK a jedné brány NAND 74LS10D. Asynchronní čítač se počítá směrem nahoru na každém hodinovém impulsu od 0000 (BCD = 0) do 1001 (BCD = 9). Každý výstup klopného obvodu JK poskytuje binární číslici a binární výstup je přiváděn do dalšího následujícího klopného obvodu jako hodinový vstup. V konečném výstupu 1001, který má 9 v desítkové soustavě, je výstup D, který je nejvýznamnějším bitem, a výstup A, který je nejméně významným bitem, oba v logice 1. Tyto dva výstupy jsou připojeny přes vstup 74LS10D. Když je přijat další hodinový puls, výstup 74LS10D vrátí stav z Logic High nebo 1 na Logic Low nebo 0.

V takové situaci, kdy 74LS10D změní výstup, se klopné obvody 74LS73 JK resetují, protože výstup brány NAND je připojen přes vstup 74LS73 CLEAR. Když se klopné obvody resetují, výstup z D do A se stal 0000 a výstup brány NAND se resetuje zpět na Logiku 1. S takovou konfigurací se horní obvod zobrazený na obrázku stal Modulo-10 nebo desetiletým čítačem.

Tabulka Pravda čítače Dekády je uvedena v následující tabulce -

Hodinový puls	Desetinná hodnota	Výstup - D	Výstup - C.	Výstup - B	Výstup - 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

Níže uvedený obrázek ukazuje časový diagram a stav 4 výstupů na hodinovém signálu. Resetovací puls je také zobrazen na schématu.

Vytváření asynchronního čítače, příkladu a použitelnosti

Můžeme upravit čítací cyklus pro asynchronní čítač pomocí metody, která se používá při zkrácení výstupu čítače. U dalších počítacích cyklů můžeme změnit vstupní připojení přes bránu NAND nebo přidat další konfiguraci logických bran.

Jak jsme již diskutovali, maximální modul lze implementovat s n počty klopných obvodů je 2 ⁿ. Z tohoto důvodu, pokud chceme navrhnout zkrácený asynchronní čítač, měli bychom zjistit nejnižší výkon dvou, který je buď větší nebo roven našemu požadovanému modulu.

Například pokud chceme počítat od 0 do 56 nebo mod - 57 a opakovat od 0, nejvyšší požadovaný počet klopných obvodů je n = 6, což poskytne maximální modul 64. Pokud zvolíme menší počet klopných obvodů, modul nebude stačit k počítání čísel od 0 do 56. Pokud zvolíme n = 5, maximální MOD bude = 32, což je pro počet nedostatečné.

Můžeme kaskádovat dva nebo více 4bitových čítačů zvlnění a nakonfigurovat každého jednotlivce jako formáty „ děleno 16“ nebo „ děleno 8“, abychom získali specifikovaný čítač MOD-128 nebo více.

V segmentu 74LS může být 7493 IC nakonfigurován takovým způsobem, jako kdybychom nakonfigurovali 7493 jako „ děleno 16 “ čítačem a kaskádovat další 7493 čipové sady jako „ děleno 8 “ čítačem, dostaneme frekvenci „ děleno 128“ dělič.

Další integrované obvody, jako je 74LS90, nabízejí programovatelný čítač zvlnění nebo dělič, který lze konfigurovat jako dělení 2, dělení 3 nebo dělení 5 nebo jiné kombinace.

Na druhou stranu je 74LS390 další flexibilní volbou, kterou lze použít pro velké dělení číslem od 2 do 50 100 a také pro jiné kombinace.

Frekvenční děliče

Jedním z nejlepších použití asynchronního čítače je použití jako děliče frekvence. Můžeme snížit vysokou taktovací frekvenci až na použitelnou, stabilní hodnotu mnohem nižší než skutečné vysokofrekvenční hodiny. To je velmi užitečné v případě digitální elektroniky, aplikací souvisejících s časováním, digitálních hodin, generátorů zdrojů přerušení.

Předpokládejme, že používáme klasický časovač NE555 IC, což je Monostable / Astable Multivibrator, běžící na 260 kilohertz a stabilita je +/- 2%. Můžeme snadno přidat „ Děleno 2“ 18bitovým čítačem zvlnění a získat stabilní výstup 1 Hz, který lze použít pro generování 1sekundového zpoždění nebo 1sekundového pulzu, což je užitečné pro digitální hodiny.

Jedná se o jednoduchý obvod pro výrobu stabilní frekvence nebo načasování z nestabilního zdroje dělením frekvence pomocí čítače zvlnění. Přesnější krystalové oscilátory mohou produkovat přesné vysoké frekvence jiné než generátory signálu.

Výhody a nevýhody asynchronního čítače

Asynchronní čítače lze snadno sestavit pomocí klopných obvodů typu D. Mohou být implementovány pomocí obvodu čítače „ dělení n “, který nabízí mnohem větší flexibilitu u aplikací souvisejících s větším rozsahem počítání a zkrácený čítač může produkovat libovolný počet čísel modulů.

Ale i přes tyto funkce nabízí asynchronní čítač některá omezení a nevýhody.

Při použití asynchronního čítače je pro resynchronizaci flipflop zapotřebí další opětovná synchronizace výstupních klopných obvodů. Také pro počet zkrácených sekvencí, pokud se nerovná, je nutná další logika zpětné vazby.

Při počítání velkého počtu bitů se kvůli řetězovému systému zpoždění šíření po jednotlivých fázích stalo příliš velkým, což je velmi těžké odstranit. V takové situaci jsou synchronní čítače rychlejší a spolehlivější. Existují také chyby počítání v asynchronním čítači, když jsou na něm použity vysoké taktovací frekvence.