Ο μετρητής είναι μια ψηφιακή συσκευή και η έξοδος του μετρητή περιλαμβάνει μια προκαθορισμένη κατάσταση με βάση τις εφαρμογές παλμών ρολογιού. Η έξοδος του μετρητής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μετρήστε τον αριθμό των παλμών. Γενικά, οι μετρητές αποτελούνται από διάταξη flip-flop που μπορεί να είναι σύγχρονος μετρητής ή ασύγχρονος μετρητής. Σε σύγχρονο μετρητή, μόνο ένα ρολόι i / p δίνεται σε όλα τα flip-flops, ενώ στον ασύγχρονο μετρητή, το o / p του flip flop είναι το σήμα ρολογιού από το κοντινό. Οι εφαρμογές του ο μικροελεγκτής χρειάζονται μέτρηση εξωτερικών συμβάντων, όπως ακριβής παραγωγή καθυστέρησης εσωτερικού χρόνου και συχνότητα παλμών. Αυτά τα συμβάντα χρησιμοποιούνται συχνά σε ψηφιακά συστήματα και υπολογιστές. Και τα δύο αυτά γεγονότα μπορούν να εκτελεστούν με τεχνικές λογισμικού, αλλά οι βρόχοι λογισμικού για την καταμέτρηση δεν θα δώσουν το ακριβές αποτέλεσμα. Αυτά τα προβλήματα μπορούν να διορθωθούν με χρονοδιακόπτες και μετρητές στους μικροελεγκτές που χρησιμοποιούνται ως διακοπές.
Μετρητές
Τύποι μετρητών
Οι μετρητές μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε διαφορετικούς τύπους ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο χρονολογούνται. Αυτοί είναι
- Ασύγχρονοι μετρητές
- Σύγχρονοι μετρητές
- Ασύγχρονοι μετρητές δεκαετιών
- Σύγχρονοι μετρητές δεκαετιών
- Ασύγχρονοι μετρητές Up-Down
- Σύγχρονοι μετρητές Up-Down
Για καλύτερη κατανόηση αυτού του τύπου μετρητών, εδώ συζητάμε μερικούς από τους μετρητές.
Ασύγχρονοι μετρητές
Το διάγραμμα ενός ασύγχρονου μετρητή 2-bit φαίνεται παρακάτω. Το εξωτερικό ρολόι συνδέεται μόνο με το ρολόι i / p του FF0 (πρώτο flip-flop). Έτσι, αυτό το FF αλλάζει την κατάσταση στο μειωμένο άκρο κάθε παλμού ρολογιού, αλλά το FF1 αλλάζει μόνο όταν ενεργοποιείται από το μειωμένο άκρο του Q o / p του FF0. Λόγω της αναπόσπαστης καθυστέρησης διάδοσης μέσω ενός FF, η αλλαγή του παλμού ρολογιού i / p και μια αλλαγή του Q o / p του FF0 δεν μπορεί ποτέ να συμβεί την ίδια στιγμή. Έτσι, τα FF δεν μπορούν να ενεργοποιηθούν ταυτόχρονα, δημιουργώντας μια ασύγχρονη λειτουργία.
Ασύγχρονοι μετρητές
Σημειώστε ότι για ευκολία, οι αλλαγές των Q0, Q1 & CLK στο παραπάνω διάγραμμα εμφανίζονται ως ταυτόχρονες, παρόλο που πρόκειται για ασύγχρονο μετρητή. Στην πραγματικότητα, υπάρχει μια μικρή καθυστέρηση b / n οι αλλαγές Q0, Q1 και CLK.
Γενικά, όλα τα CLEAR i / ps συνδέονται μεταξύ τους, οπότε πριν ξεκινήσει η μέτρηση, τότε ένας παλμός μπορεί να καθαρίσει όλα τα FF. Ο παλμός ρολογιού που τροφοδοτείται στο FF0 κυμαίνεται μέσω των νέων μετρητών μετά από καθυστερήσεις διάδοσης, όπως ένας κυματισμός στο νερό, εξ ου και ο όρος Ripple Counter.
Το διάγραμμα κυκλώματος του μετρητή κυματισμού δύο bit περιλαμβάνει τέσσερις διαφορετικές καταστάσεις, καθεμία από τις οποίες αποτελείται από μια τιμή μέτρησης. Ομοίως, ένας μετρητής με n FF μπορεί να έχει 2Ν καταστάσεις. Ο αριθμός καταστάσεων σε έναν μετρητή ονομάζεται αριθμός mod του. Επομένως ένας μετρητής δύο bit είναι ένας μετρητής mod-4.
Ασύγχρονοι μετρητές δεκαετιών
Στον προηγούμενο μετρητή έχουν 2n καταστάσεις. Όμως, μετρητές με καταστάσεις μικρότερες από 2n είναι επίσης δυνατοί. Αυτά έχουν σχεδιαστεί για να έχουν το όχι. των καταστάσεων στη σειρά τους. Αυτά ονομάζονται συντομευμένες ακολουθίες που επιτυγχάνονται οδηγώντας τον μετρητή σε ανακύκλωση πριν περάσει σε όλες τις καταστάσεις του. Ένα κοινό συντελεστή για μετρητές με συντομευμένη ακολουθία είναι 10. Ένας μετρητής με 10-καταστάσεις στη σειρά του ονομάζεται μετρητής δεκαετίας. Το κύκλωμα μετρητή δεκαετίας που υλοποιείται δίνεται παρακάτω.
Διάγραμμα ασύγχρονου μετρητή δεκαετίας
Όταν ο μετρητής μετράει σε δέκα, τότε όλα τα FF θα διαγραφούν. Σημειώστε ότι μόνο τα Q1 & Q3 και τα δύο χρησιμοποιούνται για την αποκωδικοποίηση του αριθμού 10, που ονομάζεται μερική αποκωδικοποίηση. Ταυτόχρονα, μία από τις άλλες καταστάσεις από 0-9 έχει και τα δύο Q1 & Q3 θα είναι υψηλά. Η σειρά του μετρητή της δεκαετίας δίνεται παρακάτω.
Ακολουθία του μετρητή δεκαετίας
Ασύγχρονοι μετρητές Up-Down
Σε συγκεκριμένες εφαρμογές, ένας μετρητής πρέπει να είναι ικανός να μετράει τόσο πάνω όσο και κάτω. Το παρακάτω κύκλωμα είναι ένας μετρητής άνω και κάτω τριών bit, που μετράει UP ή DOWN με βάση την κατάσταση του σήματος ελέγχου. Όταν το UP i / p είναι στο 1 & το DOWN i / p είναι στο 0, η πύλη NAND μεταξύ FF0 & FF1 θα εισάγει το μη ανεστραμμένο o / p (Q) του flip flop (FF0) στο ρολόι i / p του flip flop (FF1). Παρομοίως, τα μη ανεστραμμένα o / p του Flip Flop1 θα περνούν μέσω της άλλης πύλης NAND στο ρολόι i / p του flip-flop2. Επομένως ο μετρητής θα μετρήσει.
Ασύγχρονο διάγραμμα κυκλώματος μετρητή πάνω-κάτω
Μόλις ο έλεγχος i / p (UP) είναι στο 0 & DOWN είναι στο 1, τα ανεστραμμένα o / ps του flip-flop0 (FF0) και του flip-flop1 (FF) εισάγονται στο ρολόι i / ps των FF1 & FF2 ξεχωριστά . Εάν τα FF αρχικά αλλάξουν σε 0, τότε ο μετρητής θα περάσει από την παρακάτω σειρά καθώς εφαρμόζονται παλμοί i / p. Παρατηρήστε ότι ένας ασύγχρονος μετρητής πάνω-κάτω είναι πιο αργός από έναν μετρητή UP / down λόγω μιας επιπλέον καθυστέρησης διάδοσης που εισήγαγε οι πύλες NAND.
Ακολουθία του ασύγχρονου μετρητή πάνω-κάτω
Σύγχρονοι μετρητές
Σε αυτό τύπος μετρητών , τα CLK i / ps όλων των FF συνδέονται μεταξύ τους και ενεργοποιούνται από τους παλμούς i / p. Έτσι, όλα τα FF αλλάζουν καταστάσεις ακαριαία. Το παρακάτω διάγραμμα κυκλώματος είναι ένας σύγχρονος μετρητής τριών bit. Οι είσοδοι J και K του flip-flop0 συνδέονται στο HIGH. Το Flip-flop 1 έχει το J & K i / ps συνδεδεμένο στο o / p του flip-flop0 (FF0) και οι είσοδοι J & K του flip-flop2 (FF2) συνδέονται στο o / p μιας πύλης AND που τροφοδοτείται από τα o / ps των flip-flop0 και flip-flop1. Όταν και οι δύο έξοδοι των FF0 & FF1 είναι ΥΨΗΛΕΣ. Το θετικό άκρο του τέταρτου παλμού CLK θα προκαλέσει το FF2 να αλλάξει την κατάστασή του λόγω της πύλης AND.
Διάγραμμα σύγχρονου μετρητή κυκλώματος
Η σειρά του μετρητή τριών bit δίνεται παρακάτω. Το κύριο πλεονέκτημα αυτών των μετρητών είναι ότι δεν υπάρχει αυξανόμενη καθυστέρηση χρόνου, επειδή όλα τα FF ενεργοποιούνται παράλληλα. Έτσι, η μέγιστη συχνότητα λειτουργίας αυτού του συγχρονισμένου μετρητή θα είναι σημαντικά υψηλότερη από ότι για τον αντίστοιχο μετρητή κυματισμού.
CLK παλμοί των σύγχρονων μετρητών
Σύγχρονοι μετρητές δεκαετιών
Ο σύγχρονος μετρητής μετρά από 0-9 παρόμοιο με τον ασύγχρονο μετρητή και στη συνέχεια ανακυκλώνει ξανά το μηδέν. Αυτή η διαδικασία γίνεται με την οδήγηση των 1010 καταστάσεων στην κατάσταση 0000. Αυτό ονομάζεται περικομμένη ακολουθία, η οποία μπορεί να σχεδιαστεί από το παρακάτω κύκλωμα.
Διάγραμμα σύγχρονου μετρητή δεκαετίας
Από τη σειρά στον αριστερό πίνακα, μπορούμε να το παρατηρήσουμε
- Δεσμοί Q0 σε κάθε παλμό CLK
- Το Q1 αλλάζει στον επόμενο παλμό ρολογιού κάθε φορά που Q0 = 1 & Q3 = 0.
- Το Q2 αλλάζει στον επόμενο παλμό ρολογιού κάθε φορά που Q0 = Q1 = 1.
- Το Q3 αλλάζει στον επόμενο παλμό CLK κάθε φορά που Q0 = 1, Q1 = 1 & Q2 = 1 (μέτρηση 7) ή όταν Q0 = 1 & Q3 = 1 (μέτρηση 9).
Ακολουθία του μετρητή σύγχρονης δεκαετίας
Τα παραπάνω χαρακτηριστικά χρησιμοποιούνται με το ΚΑΙ πύλη Ή πύλη Ή . Το λογικό διάγραμμα αυτού φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα.
Σύγχρονοι μετρητές Up-Down
Παρακάτω δίδεται ένας σύγχρονος μετρητής τριών bit, πίνακας και σειρές. Αυτός ο τύπος μετρητή έχει ένα i / p ελέγχου προς τα κάτω παρόμοιο με τον ασύγχρονο μετρητή πάνω-κάτω, που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της κατεύθυνσης του μετρητή μέσω μιας συγκεκριμένης σειράς.
Διάγραμμα κυκλώματος σύγχρονων μετρητών άνω-κάτω
Η σειρά του πίνακα δείχνει
- Δεσμοί Q0 σε κάθε παλμό CLK και για τις δύο πάνω και κάτω σειρές
- Όταν Q0 = 1 για την επάνω σειρά, τότε η κατάσταση του Q1 αλλάζει στον επόμενο παλμό CLK.
- Όταν Q0 = 0 για την κάτω σειρά, τότε η κατάσταση του Q1 αλλάζει στον επόμενο παλμό CLK.
- Όταν Q0 = Q1 = 1 για την επάνω σειρά, τότε η κατάσταση του Q2 αλλάζει στον επόμενο παλμό CLK.
- Όταν Q0 = Q1 = 0 για την κάτω σειρά, τότε η κατάσταση του Q2 αλλάζει στον επόμενο παλμό CLK.
Ακολουθία των συγχρονισμένων μετρητών δεκαετίας
Τα παραπάνω χαρακτηριστικά χρησιμοποιούνται με την πύλη AND, την πύλη OR και την πύλη ΟΧΙ. Το λογικό διάγραμμα αυτού φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα.
Εφαρμογές μετρητών
Οι εφαρμογές των μετρητών αφορούν κυρίως ψηφιακά ρολόγια και πολυπλεξία. Το καλύτερο παράδειγμα του μετρητή είναι παράλληλο με τη λογική μετατροπής σειριακών δεδομένων που συζητείται παρακάτω.
Ένα σύνολο δυαδικών ψηφίων, που εκτελούν ταυτόχρονα σε παράλληλες γραμμές ονομάζεται παράλληλα δεδομένα. Ένα σύνολο δυαδικών ψηφίων, που εκτελείται σε μία γραμμή σε μια χρονοσειρά ονομάζεται σειριακά δεδομένα. Η μετατροπή παράλληλων σε σειριακά δεδομένα πραγματοποιείται συνήθως χρησιμοποιώντας έναν μετρητή για την παροχή δυαδικής σειράς δεδομένων, επιλέξτε i / ps ενός MUX, όπως εξηγείται στο παρακάτω κύκλωμα.
Μετατροπή παράλληλων σε σειριακά δεδομένα
Στο παραπάνω κύκλωμα, ο μετρητής modulo-8 αποτελείται από Q o / ps, που συνδέονται με τα δεδομένα, επιλέξτε i / ps ενός 8-bit MUX . Η πρώτη ομάδα παράλληλων δεδομένων 8-bit εφαρμόζεται στις εισόδους του MUX. Καθώς ο μετρητής διέρχεται μια δυαδική σειρά από 0-7, κάθε bit ξεκινά με D0, επιλέγεται σειριακά και περνά μέσω του MUX στη γραμμή o / p. Μετά από παλμούς 8-CLK, το byte δεδομένων έχει αλλάξει σε σειριακή μορφή και αποστέλλεται μέσω της γραμμής μετάδοσης. Στη συνέχεια, ο μετρητής επανεπεξεργάζεται ξανά στο 0 και αλλάζει ξανά ένα άλλο παράλληλο byte στην παρόμοια διαδικασία.
Επομένως, όλα αυτά αφορούν τους μετρητές και τους τύπους μετρητών, οι οποίοι περιλαμβάνουν ασύγχρονους μετρητές, συγχρονισμένους μετρητές, ασύγχρονους μετρητές δεκαετιών, συγχρονισμένους μετρητές δεκαετιών, ασύγχρονους μετρητές άνω-κάτω και συγχρονισμένους μετρητές άνω-κάτω. Επιπλέον, τυχόν αμφιβολίες σχετικά με αυτό το θέμα ή χρονομετρητές και μετρητές σε 8051 μικροελεγκτή παρακαλώ σχολιάστε στην παρακάτω ενότητα σχολίων.
