Asinhronais skaitītājs

Kas ir skaitītājs?

Skaitītājs ir ierīce, kas var saskaitīt jebkuru konkrētu notikumu, pamatojoties uz to, cik reizes konkrētais (-ie) notikums (-i) ir noticis (-i). Digitālās loģikas sistēmā vai datoros šis skaitītājs var saskaitīt un saglabāt to, cik reižu ir noticis kāds konkrēts notikums vai process, atkarībā no pulksteņa signāla. Visizplatītākais skaitītāja veids ir secīga digitālās loģikas shēma ar vienu pulksteņa ieeju un vairākām izejām. Rezultāti attēlo bināros vai bināros kodētos decimāldaļskaitļus. Katrs pulksteņa impulss vai nu palielina skaitli, vai samazina to.

Kas ir asinhronais?

Asinhronais apzīmē sinhronizācijas neesamību. Kaut kas, kas nepastāv vai notiek vienlaikus. Skaitļošanas vai telekomunikāciju straumē asinhronais nozīmē darbības laika kontroli, nosūtot impulsu tikai tad, kad iepriekšējā darbība ir pabeigta, nevis nosūtot to regulāri.

Asinhronais skaitītājs

Tagad mēs sapratām, ka kas ir skaitītājs un kāda ir vārda asinhronā nozīme . Asinhronais skaitītājs var skaitīt, izmantojot asinhrono pulksteņa ievadi. Skaitītājus var viegli izgatavot, izmantojot flip-flops. Tā kā skaitīšana ir atkarīga no pulksteņa signāla, asinhronā skaitītāja gadījumā mainīgie stāvokļa biti tiek nodrošināti kā pulksteņa signāls nākamajiem flip-flops. Šie papēži ir sērijveidā savienoti, un pulksteņa impulss viļņojas caur skaitītāju. Sakarā ar pulsācijas pulksteņa impulsu to bieži sauc par pulsācijas skaitītāju. Asinhronais skaitītājs var saskaitīt 2 ⁿ - 1 iespējamos skaitīšanas stāvokļus.

Asinhronais saīsinātais skaitītājs un desmitgades skaitītājs

Tā kā asinhronajiem skaitītājiem, piemēram, MOD-16, ir maksimālais izejas skaits ar 4 bitu izšķirtspēju, ir arī iespējas izmantot pamata asinhrono skaitītāju konfigurācijā, ka skaitīšanas stāvoklis būs mazāks par to maksimālo izejas skaitu. Modulo vai MOD skaitītāji ir viens no šiem skaitītāju veidiem. Konfigurācija, kas veikta tā, lai skaitītājs atiestatītu nulli uz iepriekš konfigurētu vērtību un tam būtu saīsinātas secības.

Tātad, ja skaitītājs ar noteiktu izšķirtspēju skaitu (n-bitu izšķirtspēja) līdz skaitlim tiek saukts par pilnas secības skaitītāju un, no otras puses, ja skaitlis ir mazāks par maksimālo skaitu, tiek saukts par saīsinātu skaitītāju.

Lai gūtu priekšrocības no asinhronajām ieejām flipflopā, asinhrono saīsināto skaitītāju var izmantot ar kombinācijas loģiku.

Modulo 16 asinhrono skaitītāju var modificēt, izmantojot papildu loģiskos vārtus, un to var izmantot tā, lai izeja dotu desmitgades (dalītu ar 10) skaitītāja izeju, kas ir noderīga standarta decimālo skaitļu skaitīšanā vai aritmētiskās ķēdēs. Šāda veida skaitītājus sauca par desmitgades skaitītājiem.

Desmitgades skaitītājiem ir nepieciešams atiestatīt nulli, kad izeja sasniedz decimālo vērtību 10.

Ja mēs skaitīsim 0–9 (10 soļi), binārais skaitlis būs -

Skaitļu skaits	Binārais skaitlis	Decimālvērtība
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

Tātad, kad izeja sasniedz 1001 (BCD = 9), skaitītājs ir jāiestata. Lai atiestatītu skaitītāju, mums šis nosacījums jāievada atpakaļ atiestatīšanas ievadā. Skaitītājs, kas skaitās no 0000 (BCD = 0) līdz 1001 (BCD = 9), tiek dēvēts par BCD vai binārā kodēta decimāl skaitītāju.

Asinhronā desmitgades skaitītāja laika diagramma un tās patiesības tabula

Iepriekš redzamajā attēlā pamata asinhronais skaitītājs, kas izmantots kā desmitgades skaitītāja konfigurācija, izmantojot 4 JK Flip-Flops un vienu NAND vārtu 74LS10D. Asinhronais skaitītājs skaitās uz augšu katram pulksteņa impulsam, sākot no 0000 (BCD = 0) līdz 1001 (BCD = 9). Katra JK flip-flop izeja nodrošina bināro ciparu, un binārā izeja tiek ievadīta nākamajā nākamajā flip-flop kā pulksteņa ievade. Galīgajā izvadē 1001, kas ir 9 aiz komata, izeja D, kas ir visnozīmīgākais bits, un izeja A, kas ir vismazāk nozīmīgais bits, abi atrodas 1. loģikā. Šīs divas izejas ir savienotas caur 74LS10D ieeju. Kad tiek saņemts nākamais pulksteņa impulss, 74LS10D izeja atjauno stāvokli no Logic High vai 1 uz Logic Low vai 0.

Šādā situācijā, kad 74LS10D maina izvadi, 74LS73 JK Flip-flops tiks atiestatīti, kad NAND vārtu izeja ir savienota ar 74LS73 CLEAR ieeju. Kad flip-flops tika atiestatīts, izeja no D uz A kļuva par 0000 un NAND vārtu izeja atkal uz loģiku 1. Ar šādu konfigurāciju attēlā redzamā augšējā ķēde kļuva par Modulo-10 vai desmitgades skaitītāju.

Patiesība tabula Decade letes ir parādīts nākamajā galda piederumi

Pulksteņa pulss	Decimālvērtība	Rezultāts - D.	Izeja - C	Rezultāts - B	Rezultāts - 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

Zemāk redzamajā attēlā parādīta laika shēma un pulksteņa signāla 4 izejas statuss. Atjaunošanas impulss ir parādīts arī diagrammā.

Asinhronā skaitītāja, piemēra un izmantojamības izveide

Mēs varam modificēt asinhronā skaitītāja skaitīšanas ciklu, izmantojot metodi, ko izmanto skaitītāja izejas saīsināšanā. Citiem skaitīšanas cikliem mēs varam mainīt ievades savienojumu pāri NAND vārtiem vai pievienot citu loģisko vārtu konfigurāciju.

Kā mēs iepriekš apspriedām, ka maksimālo moduli var īstenot ar n flip-flops skaitu, ir 2 ⁿ. Šim nolūkam, ja mēs vēlamies izveidot saīsinātu asinhrono skaitītāju, mums vajadzētu uzzināt divu zemāko jaudu, kas ir vai nu lielāka, vai vienāda ar mūsu vēlamo moduli.

Piemēram, ja mēs vēlamies skaitīt no 0 līdz 56 vai mod - 57 un atkārtot no 0, lielākais nepieciešamo flip-flops skaits ir n = 6, kas dos maksimālo moduli 64. Ja mēs izvēlamies mazāku flip-floppu skaitu, modulis nebūs pietiekams, lai skaitītu skaitļus no 0 līdz 56. Ja izvēlēsimies n = 5, maksimālais MOD būs = 32, kas ir nepietiekams skaitīšanai.

Mēs varam kaskadēt divus vai vairākus 4 bitu pulsācijas skaitītājus un konfigurēt katru indivīdu kā “ dalīti ar 16” vai “ dalīti ar 8” veidojumus, lai iegūtu MOD-128 vai vairāk norādīto skaitītāju.

74LS segmentā 7493 IC varētu konfigurēt šādā veidā, piemēram, ja mēs konfigurējam 7493 kā “ dalītu ar 16 ” skaitītāju un kaskādē citus 7493 mikroshēmas kā “ dalītu ar 8 ” skaitītāju, mēs saņemsim frekvenci “ dalīt ar 128” dalītājs.

Citi IC, piemēram, 74LS90, piedāvā programmējamu pulsācijas skaitītāju vai dalītāju, ko var konfigurēt kā dalīt ar 2, dalīt ar 3 vai dalīt ar 5, vai arī citas kombinācijas.

No otras puses, 74LS390 ir vēl viena elastīga izvēle, ko var izmantot lielai dalīšanai ar skaitli no 2 līdz 50 100 un arī citām kombinācijām.

Frekvences dalītāji

Viens no labākajiem asinhronā skaitītāja izmantošanas veidiem ir tā izmantošana kā frekvences dalītājs. Mēs varam samazināt augstas pulksteņa frekvenci līdz izmantojamai, stabilai vērtībai, kas ir daudz zemāka nekā faktiskais augstfrekvences pulkstenis. Tas ir ļoti noderīgi digitālās elektronikas, ar laiku saistītu lietojumprogrammu, digitālo pulksteņu, pārtraukumu avotu ģeneratoru gadījumā.

Pieņemsim, ka mēs izmantojam klasisko NE555 taimera IC, kas ir monostabils / astabils multivibrators, kas darbojas ar 260 kilohercu un stabilitāte ir +/- 2%. Mēs varam viegli pievienot “ Dalīts ar 2” 18 bitu pulsācijas skaitītāju un iegūt stabilu 1 Hz izeju, ko var izmantot 1 sekundes kavēšanās vai 1 sekundes impulsa ģenerēšanai, kas ir noderīga digitālajiem pulksteņiem.

Šī ir vienkārša shēma, lai iegūtu stabilu frekvenci vai laiku no nestabila avota, dalot frekvenci, izmantojot pulsācijas skaitītāju. Precīzāki kristāla oscilatori var radīt precīzas augstas frekvences, izņemot signālu ģeneratorus.

Asinhronā skaitītāja priekšrocības un trūkumi

Asinhronos skaitītājus var viegli izveidot, izmantojot D tipa flip-flops. Tos var īstenot, izmantojot skaitītāja ķēdi “ dalīt ar n ”, kas piedāvā daudz lielāku elastību lielākos skaitīšanas diapazonos saistītajos lietojumos, un saīsinātais skaitītājs var radīt jebkuru moduļa skaitli.

Neskatoties uz šīm funkcijām, asinhronais skaitītājs piedāvā dažus ierobežojumus un trūkumus.

Lietojot asinhrono skaitītāju, ir nepieciešama papildu atkārtota sinhronizēšana izejas flip-flops, kas nepieciešama, lai atkārtoti sinhronizētu flipflops. Arī saīsinātās secības skaitam, ja tas nav vienāds ar, ir nepieciešama papildu atgriezeniskās saites loģika.

Skaitot lielu skaitu bitu, ķēdes sistēmas dēļ pavairošanas aizkavēšanās pēc secīgiem posmiem kļuva pārāk liela, no kuras ir ļoti grūti atbrīvoties. Šādā situācijā sinhronie skaitītāji ir ātrāki un uzticamāki. Asinhronajā skaitītājā ir arī skaitīšanas kļūdas, ja tam tiek piemērotas augstas pulksteņa frekvences.