Mạch Đếm Vòng 4 Bit

Mạch đếm đồng bộ, trái ngược với mạch đếm không đồng bộ, là mạch đếm có những bit đầu ra đổi khác trạng thái đồng thời, không có gợn sóng.

Bạn đang xem: Mạch đếm vòng 4 bit

Cách duy nhất chúng ta có thể xây dựng một mạch đếm do đó từ flip-flops J-K là kết nối tất cả các đầu vào đồng hồ đeo tay với nhau, để mỗi và số đông flip-flop nhận thấy cùng một xung đồng hồ đúng đắn tại cùng 1 thời điểm:

Bây giờ câu hỏi là, chúng ta làm gì với nguồn vào J và K? bọn họ vẫn phải gia hạn cùng một mẫu tần số phân chia cho hai nhằm đếm trong một chuỗi nhị phân và chủng loại này đạt được giỏi nhất bằng phương pháp sử dụng chính sách "bật tắt" của flip-flop, vị vậy thực tế là đầu vào J với K đều nên (tại thời điểm) "cao" là rõ ràng.

Tuy nhiên, nếu bọn họ chỉ đơn giản kết nối toàn bộ các đầu vào J cùng K với đường dương của nguồn điện như trong mạch không đồng bộ, điều này rõ ràng sẽ không chuyển động vì toàn bộ các flip-flop sẽ chuyển đổi cùng một dịp với từng xung đồng hồ!

Chúng ta hãy kiểm tra lại chuỗi đếm nhị phân 4 bit cùng xem liệu có bất kỳ mẫu làm sao khác dự đoán sự chuyển đổi của một bit tuyệt không.

Thiết kế mạch đếm không đồng hóa dựa trên thực tiễn là từng bit đổi khác xảy ra cùng lúc nhưng mà bit trước đó chuyển từ “cao” lịch sự “thấp” (từ 1 mang lại 0).

Vì chúng ta không thể đồng hồ hóa việc biến hóa một bit dựa vào việc thay đổi một bit trước đó trong mạch đếm đồng hóa (làm như vậy sẽ tạo nên ra hiệu ứng gợn sóng), bọn họ phải tìm một số trong những mẫu không giống trong chuỗi đếm có thể được áp dụng để kích hoạt một bit đưa đổi:

Kiểm tra chuỗi đếm nhị phân 4 bit, rất có thể thấy một mẫu dự đoán khác.

Lưu ý rằng ngay trước lúc bit đưa đổi, toàn bộ các bit trước này đều là "cao"

Mẫu này cũng chính là thứ bạn có thể khai thác trong việc xây dựng mạch đếm.

Mạch đếm lên đồng bộ

Nếu họ cho phép từng flip-flop JK chuyển đổi dựa trên việc tất cả các áp ra output flip-flop trước (Q) bao gồm "cao" hay không, bạn có thể nhận được cùng một chuỗi đếm như mạch không đồng nhất mà không có hiệu ứng gợn sóng, bởi mỗi flip-flop vào mạch này sẽ tiến hành đồng hồ chính xác tại cùng 1 thời điểm:

Kết quả là 1 bộ đếm lên đồng điệu 4 bit. Từng flip flop gồm bậc cao hơn nữa được tạo sẵn sàng chuẩn bị để thay đổi (cả đầu vào J cùng K là “cao”) nếu cổng output Q của tất cả các flip flop trước là “cao”.

Nếu không, những đầu vào J và K đến flip-flop này đều sẽ ở tầm mức “thấp”, để nó vào chính sách “chốt” địa điểm nó sẽ bảo trì trạng thái đầu ra hiện tại ở xung đồng hồ thời trang tiếp theo.

Vì flip-flop (LSB) đầu tiên cần thay đổi ở phần đông xung đồng hồ, đầu vào J với K của nó được kết nối với Vcc hoặc Vdd, địa điểm chúng sẽ luôn ở nấc “cao”.

Flip flop tiếp theo chỉ cần “nhận biết” rằng cổng đầu ra Q của flip flop thứ nhất cao để chuẩn bị chuyển đổi, vì chưng vậy không phải cổng AND.

Tuy nhiên, các flip-flop sót lại chỉ đề nghị sẵn sàng chuyển đổi khi toàn bộ các bit áp sạc ra bậc thấp rộng là “cao”, vị đó cần phải có cổng AND.

Mạch đếm xuống đồng bộ

Để tạo nên một bộ đếm xuống đồng bộ, chúng ta cần kiến thiết mạch để nhận biết các mẫu bit phù hợp dự đoán từng trạng thái bật và tắt trong khi đếm ngược.

Không tất cả gì xứng đáng ngạc nhiên, khi chúng ta kiểm tra chuỗi đếm nhị phân 4 bit, họ thấy rằng toàn bộ các bit trước đó đều "thấp" trước khi thay đổi (theo trình trường đoản cú từ dưới lên trên):

Vì mỗi flip flop JK đều sở hữu đầu ra Q "cũng như đầu ra Q, chúng ta có thể sử dụng đầu ra Q" để nhảy chế độ bật tắt trên từng flip flop tiếp theo, có nghĩa là mỗi Q "sẽ "cao" mỗi thời hạn mà Q khớp ứng là "thấp"

Mạch đếm cùng với các chế độ đếm lên với xuống hoàn toàn có thể lựa chọn

Thực hiện phát minh này thêm một bước nữa, chúng ta có thể xây dựng một mạch đếm có thể lựa chọn giữa chính sách đếm lên với xuống bằng cách có hai mẫu cổng và phát hiện những điều kiện bit tương thích cho chuỗi đếm lên cùng xuống tương ứng, kế tiếp sử dụng cổng OR để phối hợp đầu ra cổng and với nguồn vào J cùng K của từng flip-flop tiếp theo:

Mạch này không tinh vi lắm. Dòng đầu vào điều khiển lên hoặc xuống chỉ solo giản có thể chấp nhận được chuỗi trên hoặc chuỗi dưới của cổng và chuyển những đầu ra Q / Q ’đến những giai đoạn tiếp theo sau của flip-flop.

Nếu dòng điều khiển lên hoặc xuống là “cao”, các cổng và trên cùng sẽ tiến hành bật cùng mạch chuyển động giống y hệt như mạch đếm đồng bộ thứ nhất (“lên”) được trình diễn trong phần này.

Xem thêm: Download Touchpad Pal - Hướng Dẫn Cách Vô Hiệu Hóatouchpad Của Laptop

Nếu dòng điều khiển lên xuống được đặt ở tại mức “thấp”, những cổng AND phía bên dưới sẽ được bật và mạch hoạt động giống hệt với mạch đồ vật hai (bộ đếm “xuống”) được trình bày trong phần này.

Để minh họa, đây là sơ vật mạch ở chế độ đếm "lên" (tất cả những mạch bị vô hiệu hóa hóa được hiển thị bằng màu xám chứ không hẳn màu đen):

Ở trên đây là chế độ đếm "xuống", với 1 màu xám đại diện thay mặt cho mạch bị tắt:

Mạch đếm tăng lên giảm xuống là thiết bị rất hữu ích. Một ứng dụng phổ biến là vào điều khiển hoạt động của máy, trong những số đó các lắp thêm được gọi là cỗ mã hóa trục quay chuyển đổi chuyển động quay cơ học thành một chuỗi những xung điện, các xung này "tạo nhịp" đến mạch đếm để theo dõi vận động tổng:

Khi thiết bị di chuyển, nó cù trục bộ mã hóa, tạo ra và phá đổ vỡ chùm ánh nắng giữa LED và phototransistor, bởi vì đó tạo thành các xung đồng hồ đeo tay để tăng mạch đếm.

Do đó, bộ đếm tích hợp, hoặc tích điểm tổng hoạt động của trục, nhập vai trò như một chỉ báo năng lượng điện tử cho thấy thêm máy đã dịch chuyển bao xa.

Nếu toàn bộ những gì chúng ta quan trung ương là theo dõi và quan sát tổng vận động và không cân nhắc những thay đổi về hướng gửi động, thì cách sắp xếp này sẽ đủ.

Tuy nhiên, nếu bọn họ muốn cỗ đếm tăng theo một hướng chuyển động và sút theo hướng ngược lại của chuyển động, họ phải thực hiện bộ đếm lên xuống cùng mạch mã hóa / giải mã có khả năng phân biệt giữa những hướng khác nhau.

Nếu họ thiết kế lại cỗ mã hóa để có hai bộ cặp LED / phototransistor, những cặp đó được căn chỉnh sao mang đến tín hiệu cổng đầu ra sóng vuông của chúng lệch sóng với nhau 90o, họ có mẫu được hotline là cỗ mã hóa cổng output vuông góc.

Một mạch phát hiện nay pha rất có thể được tạo nên từ một flip-flop các loại D, để biệt lập chuỗi xung theo hướng kim đồng hồ đeo tay với chuỗi xung ngược chiều kim đồng hồ:

Khi bộ mã hóa quay theo chiều kim đồng hồ, sóng vuông của tín hiệu nguồn vào “D” sẽ đứng vị trí số 1 sóng vuông đầu vào “C”, có nghĩa là đầu vào “D” đã tại mức “cao” lúc “C” gửi từ “thấp” quý phái "Cao", bởi đó tùy chỉnh flip-flop các loại D (làm cho áp sạc ra Q "cao") với đa số xung đồng hồ.

Đầu ra Q “cao” đặt cỗ đếm vào chính sách đếm “lên” và bất kỳ xung đồng hồ nào mà đồng hồ thời trang nhận được từ cỗ mã hóa (từ một trong các hai đèn LED) sẽ tăng giá trị đó.

Ngược lại, khi bộ mã hóa đảo ngược vòng quay, nguồn vào “D” vẫn tụt đối với dạng sóng đầu vào “C”, có nghĩa là nó sẽ ở mức “thấp” lúc dạng sóng “C” đưa từ “thấp” sang “cao”, buộc D - loại flip-flop vào trạng thái cấu hình thiết lập lại (làm cho áp sạc ra Q ở tầm mức “thấp”) với mọi xung đồng hồ.

Tín hiệu “thấp” này sai khiến cho mạch đếm giảm dần theo từng xung đồng hồ đeo tay từ bộ mã hóa.

Mạch này là trung trung khu của phần nhiều mạch đo vị trí dựa trên cảm biến mã hóa xung.

Các ứng dụng như vậy rất thịnh hành trong sản xuất rô bốt, điều khiển máy pháp luật CNC và những ứng dụng khác tương quan đến vấn đề đo vận động cơ học, thuận nghịch.

I. Đếm vòng

 Mạch đếm vòng có kết cấu cơ phiên bản là thanh ghi dịch với ngõ ra tầng sau cuối được đưa về ngõ vào tầng đầu. Hình bên dưới là mạch đếm vòng 4 bit sử dụng FF D.

Hình 3.3.22 Mạch đếm vòng 4 bit

 Nhưng chú ý rằng, khi mới bật nguồn đến mạch đếm chạy, ta ngần ngừ bit 1 nằm ở ngõ ra của tầng nào. Vì chưng đó, rất cần được xác lập dữ liệu dịch chuyển ban sơ cho cỗ đếm. Ta có thể dùng ngõ Pr và Cl để làm, như thể đã từng dùng làm đặt số đếm cho các mạch đếm khác vẫn nói sinh hoạt trước, trả sử trạng thái ban đầu là 1000 vậy ta hoàn toàn có thể reset tầng FF 3 để đặt quận 3 mức 1, những tầng không giống thì xoá bởi clear. Rất có thể dùng mạch sản xuất xung nhằm nạp dữ liệu ban sơ như sau :

Hình 3.3.23 Mạch nạp số thuở đầu cho mạch đếm vòng

Giả sử ban sơ chỉ mang lại D0 = 1, những ngõ vào tầng FF không giống là 0. Bây giờ cấp xung ông chồng đồng bộ khi ck lên cao, dữ liệu 1000 được dịch sang bắt buộc 1 tầng cho nên Q0 = 1, những ngõ ra không giống là 0. Liên tục cho ck xuống thấp lần nữa, Q1 sẽ lên 1, những ngõ ra không giống là 0. Vậy nên sau 4 nhịp xung ck thì Q3 lên 1 và mang đến làm D0 = 1. Mạch đã thực hiện kết thúc 1 chu trình. Trạng thái các ngõ ra của mạch như hình sau:

Hình 3.3.24 Dạng sóng minh hoạ mạch đếm vòng

Hình trên cho biết rằng, dạng sóng những ngõ ra là sóng vuông, dịch vòng quanh, chu kì tương đồng nhưng lệch nhau đúng 1 chu kì xung vào Ck. Số đếm ra là 1, 2, 4, 8 không phải là số xung vào (như bảng trạng thái đếm phía dưới)

Với 4 số đếm ra từ bỏ 4 tầng FF ta gồm mạch đếm thủ thuật 4. Chỉ 4 trạng thái ra trong toàn bô 16 trạng thái có thể, vấn đề đó làm giảm tác dụng sử dụng của mạch đếm vòng. Mà lại nó cũng có ưu điểm nhấn so với mạch đếm phân chia hệ 2 là không nên mạch giải thuật trong cấu trúc mạch (vì thường xuyên trong tâm trạng của số đếm ra chỉ có 1 bit 1) .

II.Đếm Johnson (đếm vòng xoắn)

Hình 3.3.25 Mạch đếm vòng xoắn

Mạch đếm Johnson có một chút biến hóa so cùng với đếm vòng ở vị trí ngõ ra hòn đảo tầng cuối được đem lại ngõ vào tầng đầu. Hoạt động của mạch cũng lý giải tương tự. Cùng với n tầng FF thì đếm vòng xoắn đã tạo ra 2n số đếm cho nên nó còn được coi là mạch đếm mod 2n (đếm nhị phân cho phép đếm với chu kỳ đếm cho 2n). Bởi thế ở trên là mạch đếm vòng xoắn 4 bit. Bảng bên cho biết thêm 8 tâm lý ngõ ra cùng hình dưới vẫn minh hoạ mang lại số đếm.

Ta rất có thể nạp trạng thái thuở đầu cho mạch là 1000 bằng phương pháp sử dụng ngõ Pr và Cl hệt như ở trên. Dạng sóng các ngõ ra cũng như trên, hơn thế nữa nữa, nó còn đối xứng thân mức thấp với tầm cao trong từng chu kì