เคาน์เตอร์ซิงโครนัส

เคาน์เตอร์คืออะไร?

ตัวนับเป็นอุปกรณ์ที่สามารถนับเหตุการณ์ใดเหตุการณ์หนึ่งโดยพิจารณาจากจำนวนครั้งที่เกิดเหตุการณ์นั้น ๆ ในระบบลอจิกดิจิทัลหรือคอมพิวเตอร์ตัวนับนี้สามารถนับและจัดเก็บจำนวนครั้งที่เกิดเหตุการณ์หรือกระบวนการใด ๆ ขึ้นอยู่กับสัญญาณนาฬิกา ประเภทของตัวนับที่พบมากที่สุดคือวงจรลอจิกดิจิทัลแบบเรียงลำดับที่มีอินพุตนาฬิกาเดียวและเอาต์พุตหลายตัว ผลลัพธ์แสดงถึงเลขฐานสิบสองหรือเลขฐานสองที่เข้ารหัส นาฬิกาแต่ละตัวจะเพิ่มจำนวนหรือลดจำนวน

ตัวนับแบบซิงโครนัส

Synchrounousโดยทั่วไปหมายถึงสิ่งที่เชื่อมโยงกับผู้อื่นตามเวลา สัญญาณซิงโครนัสเกิดขึ้นที่อัตรานาฬิกาเดียวกันและนาฬิกาทั้งหมดเป็นไปตามนาฬิกาอ้างอิงเดียวกัน

ในบทช่วยสอนก่อนหน้าของ Asynchronous Counter เราได้เห็นว่าเอาต์พุตของตัวนับนั้นเชื่อมต่อโดยตรงกับอินพุตของตัวนับถัดไปและการสร้างระบบลูกโซ่และเนื่องจากความล่าช้าในการแพร่กระจายของระบบโซ่นี้จะปรากฏขึ้นในระหว่างขั้นตอนการนับและสร้างความล่าช้าในการนับ ในตัวนับแบบซิงโครนัสอินพุตนาฬิกาในฟลิปฟล็อปทั้งหมดใช้แหล่งสัญญาณเดียวกันและสร้างสัญญาณนาฬิกาเดียวกันในเวลาเดียวกัน ดังนั้นตัวนับที่ใช้สัญญาณนาฬิกาเดียวกันจากแหล่งเดียวกันในเวลาเดียวกันจึงเรียกว่าตัวนับซิงโครนัส

ซิงโครนัสขึ้นเคาน์เตอร์

ในภาพด้านบนการออกแบบเคาน์เตอร์พื้นฐาน Synchronous จะแสดงซึ่งเป็นเคาน์เตอร์ขึ้น Synchronous 4 บิต Synchronous ขึ้นเคาน์เตอร์เริ่มนับจาก 0 (0000 ใน binary) และการเพิ่มขึ้นหรือนับขึ้นไปถึง 15 (1111 ใน binary) และจากนั้นเริ่มนับรอบใหม่โดยได้รับการตั้งค่า ความถี่ในการทำงานสูงกว่าตัวนับ Asynchronous ช่วงเดียวกันมาก นอกจากนี้ไม่มีความล่าช้าในการแพร่กระจายในตัวนับแบบซิงโครนัสเพียงเพราะฟลิปฟล็อปหรือเคาน์เตอร์สเตจทั้งหมดอยู่ในแหล่งสัญญาณนาฬิกาคู่ขนานและนาฬิกาจะทริกเกอร์ตัวนับทั้งหมดในเวลาเดียวกัน

นาฬิกาภายนอกมีให้โดยตรงกับรองเท้าแตะ JKทั้งหมดในเวลาเดียวกันแบบขนาน ถ้าเราเห็นวงจรฟลิปฟล็อปตัวแรก FFA ซึ่งเป็นบิตที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุดในตัวนับซิงโครนัส 4 บิตนี้เชื่อมต่อกับอินพุตภายนอกลอจิก 1 ผ่านขา J และ K เนื่องจากการเชื่อมต่อนี้ลอจิกสูงข้ามสัญญาณลอจิก 1 เปลี่ยนสถานะของฟลิปฟล็อปแรกในทุกพัลส์นาฬิกา

ขั้นตอนต่อไปFFB ฟลิปฟล็อปที่สองขาอินพุตของ J และ K เชื่อมต่อผ่านเอาต์พุตของฟลิปฟล็อปตัวแรก สำหรับกรณีของ FFC และ FFD เกต AND สองอันที่แยกจากกันจะให้ตรรกะที่จำเป็น ประตู AND เหล่านั้นสร้างตรรกะโดยใช้อินพุตและเอาต์พุตจากฟลิปฟล็อปขั้นก่อนหน้า

เราสามารถสร้างลำดับการนับเดียวกันที่ใช้ในตัวนับแบบอะซิงโครนัสโดยสร้างสถานการณ์ที่ฟลิปฟล็อปแต่ละตัวเปลี่ยนสถานะขึ้นอยู่กับว่าเอาต์พุตของฟลิปฟล็อปที่นำหน้าทั้งหมดมีตรรกะสูงหรือไม่ แต่ในสถานการณ์นี้จะไม่มีเอฟเฟกต์การกระเพื่อมเพียงเพราะรองเท้าแตะทั้งหมดถูกโอเวอร์คล็อกในเวลาเดียวกัน

ตัวนับลงแบบซิงโครนัส

การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในส่วน AND และการใช้เอาต์พุตกลับหัวจาก JK flip-flop เราสามารถสร้างSynchronous Down Counterได้ ตัวนับดาวน์ซิงโครนัส 4 บิตเริ่มนับจาก 15 (1111 ในไบนารี) และลดลงหรือนับถอยหลังเป็น 0 หรือ 0000 และหลังจากนั้นจะเริ่มรอบการนับใหม่โดยการรีเซ็ต ในตัวนับลงแบบซิงโครนัสอินพุต AND Gate จะเปลี่ยนไป อินพุต FFA ของ Flip-flop แรกเหมือนกับที่เราใช้ใน Synchronous up counter ก่อนหน้านี้ แทนที่จะป้อนเอาต์พุตของฟลิปฟล็อปตัวแรกโดยตรงไปยังฟลิปฟล็อปถัดไปที่ตามมาเรากำลังใช้พินเอาต์พุตแบบกลับด้านซึ่งใช้เพื่อให้อินพุต J และ K ใน FFB ฟลิปฟล็อปถัดไปและยังใช้เป็นพินอินพุตข้าม AND ประตู. เช่นเดียวกับวงจรก่อนหน้าประตู AND สองประตูจะให้ตรรกะที่จำเป็นสำหรับ Flip-flops สองตัวถัดไป FFC และ FFD

Synchronous Counter Timing Diagram

ในภาพด้านบนอินพุตนาฬิกาบนฟลิปฟล็อปและแผนภาพเวลาเอาต์พุตจะแสดงขึ้น ในแต่ละพัลส์นาฬิกาเคาน์เตอร์ Synchronous นับตามลำดับ เอาต์พุตการนับในขาเอาต์พุตสี่ขาจะเพิ่มขึ้นจาก 0 ถึง 15 ในไบนารี 0000 ถึง 1111 สำหรับตัวนับแบบซิงโครนัส 4 บิต หลังจากวันที่ 15 หรือ 1111 ตัวนับจะรีเซ็ตเป็น 0 หรือ 0000 และนับอีกครั้งด้วยรอบการนับใหม่

สำหรับตัวนับดาวน์ซิงโครนัสที่เอาต์พุตกลับด้านเชื่อมต่อผ่านประตู AND จะเกิดขั้นตอนการนับตรงข้ามกัน ตัวนับเริ่มนับจาก 15 หรือ 1111 ถึง 0 หรือ 0000 จากนั้นเริ่มต้นใหม่เพื่อเริ่มรอบการนับใหม่และเริ่มจาก 15 หรือ 0000 อีกครั้ง

ตัวนับทศวรรษแบบซิงโครนัส 4 บิต

เช่นเดียวกับตัวนับแบบอะซิงโครนัสตัวนับทศวรรษหรือตัวนับ BCD ซึ่งสามารถนับ 0 ได้โดยใช้ฟลิปฟลอปแบบเรียงซ้อน เช่นเดียวกับตัวนับแบบอะซิงโครนัสมันจะมีคุณสมบัติ "หารด้วย n" พร้อมด้วยโมดูโลหรือหมายเลข MOD เราจำเป็นต้องเพิ่มจำนวน MOD ของตัวนับซิงโครนัส (สามารถอยู่ในการกำหนดค่าขึ้นหรือลง)

นี่คือ4 บิตวงจร Synchronous ทศวรรษนับเป็น shown-

วงจรด้านบนทำโดยใช้ตัวนับไบนารีแบบซิงโครนัสซึ่งสร้างลำดับการนับจาก 0 ถึง 9 ลอจิกเพิ่มเติมจะถูกนำไปใช้สำหรับลำดับสถานะที่ต้องการและเพื่อแปลงตัวนับไบนารีนี้เป็นตัวนับทศวรรษ (เลขฐาน 10, ทศนิยม) เมื่อเอาต์พุตถึงจำนวน 9 หรือ 1001 ตัวนับจะรีเซ็ตเป็น 0000 และนับอีกครั้งเป็น 1001

ในวงจรข้างต้น AND ประตูจะตรวจจับลำดับการนับถึง 9 หรือ 1001 และเปลี่ยนสถานะของฟลิปฟล็อปที่สามจากด้านซ้าย FFC เพื่อเปลี่ยนสถานะในพัลส์นาฬิกาถัดไป จากนั้นตัวนับจะรีเซ็ตเป็น 000 และเริ่มนับอีกครั้งจนกว่าจะถึง 1001

MOD-12 สามารถสร้างได้จากวงจรด้านบนหากเราเปลี่ยนตำแหน่งของ AND ประตูและจะนับ 12 สถานะจาก 0 (0000 ในไบนารี) เป็น 11 (1011 ในไบนารี) จากนั้นรีเซ็ตเป็น 0

Trigger Pulse ข้อมูลที่เกี่ยวข้อง

มีขอบที่ทริกเกอร์อยู่สองประเภทขอบบวกหรือขอบเชิงลบ

รองเท้าแตะแบบ Positive Edge หรือ Rising Edgeจะนับหนึ่งขั้นตอนเดียวเมื่ออินพุตนาฬิกาเปลี่ยนสถานะจาก Logic 0 เป็น Logic 1 ในคำอื่น ๆ Logic Low เป็น Logic High

ในทางกลับกันNegative Edge หรือฟลิปฟล็อป Edge ที่ตกลงมาจะนับหนึ่งขั้นตอนเดียวเมื่ออินพุตนาฬิกาเปลี่ยนสถานะจากลอจิก 1 เป็นลอจิก 0 ในคำอื่น ๆ ลอจิกสูงเป็นลอจิกต่ำ

ตัวนับระลอกใช้ขอบลดลงหรือขอบลบที่ทริกเกอร์บวกนาฬิกาเพื่อเปลี่ยนสถานะ มีเหตุผลเบื้องหลังคือ มันจะทำให้โอกาสที่จะเรียงซ้อนเคาน์เตอร์ร่วมกันได้ง่ายขึ้นเนื่องจากบิตที่สำคัญที่สุดของตัวนับหนึ่งตัวสามารถขับเคลื่อนอินพุตนาฬิกาของตัวนับถัดไปได้

ข้อเสนอตัวนับแบบซิงโครนัสดำเนินการและดำเนินการในพินสำหรับแอปพลิเคชันที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมโยงตัวนับ ด้วยเหตุนี้จึงไม่มีความล่าช้าในการแพร่กระจายภายในวงจร

ข้อดีและข้อเสียของ Synchronous Counter

ตอนนี้เราคุ้นเคยกับตัวนับแบบซิงโครนัสและอะไรคือความแตกต่างระหว่างตัวนับอะซิงโครนัสและตัวนับแบบซิงโครนัส ตัวนับแบบซิงโครนัสช่วยขจัดข้อ จำกัด มากมายที่มาถึงในตัวนับแบบอะซิงโครนัส

ข้อดีของเคาน์เตอร์ Synchronousเป็น follows-

ออกแบบได้ง่ายกว่าตัวนับแบบอะซิงโครนัส
มันทำหน้าที่พร้อมกัน
ไม่มีความล่าช้าในการเผยแพร่ที่เกี่ยวข้อง
ลำดับการนับถูกควบคุมโดยใช้ลอจิกเกตโอกาสผิดพลาดจะต่ำกว่า
ทำงานได้เร็วกว่าตัวนับแบบอะซิงโครนัส

แม้ว่าจะมีข้อดีหลายประการ แต่ข้อเสียที่สำคัญอย่างหนึ่งของการทำงานกับตัวนับแบบซิงโครนัสคือต้องใช้ตรรกะพิเศษมากมายในการดำเนินการ

การใช้ตัวนับแบบซิงโครนัส

แอปพลิเคชั่นไม่กี่ตัวที่ใช้ตัวนับแบบซิงโครนัส -

การควบคุมการเคลื่อนไหวของเครื่องจักร
ตัวนับ RPM ของมอเตอร์
ตัวเข้ารหัสเพลาหมุน
นาฬิกาดิจิตอลหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพัลส์
นาฬิกาดิจิตอลและระบบเตือนภัย