Asynchrónny čítač je digitálny obvod, ktorý počíta hodinové impulzy cez pripojené klopné obvody. Hlavné hodiny dostanú len prvý flip-flop, zatiaľ čo ďalšie stupne sa menia jedna za druhou. Tento mechanizmus zvlnenia ho robí jednoduchým a užitočným pre počítanie a delenie frekvencie pri nízkych rýchlostiach. Tento článok poskytuje informácie o jeho fungovaní, typoch, správaní pri načasovaní, použití a porovnaní.
Základy asynchrónneho čítača
Asynchrónny čítač je digitálny počítací obvod, ktorý mení svoj výstup podľa príchodu hodinových impulzov. Iba prvý klopný obvod prijíma externé hodiny priamo. Každý nasledujúci flip-flop je spúšťaný výstupom predchádzajúceho stupňa, takže signál prechádza cez čítač v poradí.
Táto krok za krokom akcia je dôvodom, prečo sa nazýva aj počítadlo zvlnení. Dizajn je jednoduchý a vhodný na základné počítanie v nízko-rýchlostných digitálnych obvodoch.
Ako funguje asynchrónny čítač?
Vstup hodín a reťazec spúšťania
Prvý klopný obvod mení stav, keď prijme vstupný hodinový impulz. Potom sa výstup stáva spúšťačom ďalšieho flip-flopu. Tento proces pokračuje aj v zostávajúcich fázach, pričom každá fáza sa mení až po predchádzajúcej fáze.
Formovanie binárnych výstupov
Každý klopný obvod produkuje jeden výstupný bit. Keď sa výstupy čítajú spolu, tvoria binárny počet. Prvá fáza predstavuje najnižší bit, zatiaľ čo neskoršie fázy predstavujú vyššie bity. Keď sa pridávajú ďalšie klopné obvody, čítač môže produkovať viac stavov počítania.
Hlavné typy asynchrónnych čítačov
Asynchrónny čítač hore
Asynchrónny počítadlo zvýši svoj počet o jeden pre každý hodinový impulz. Jeho výstupy nasledujú prednú binárnu sekvenciu, začínajúc od najnižšej hodnoty počtu a smerujúc k najvyššej hodnote. Po dosiahnutí posledného stavu počítadla sa vrátia do počiatočného stavu a sekvenciu zopakuje.
Asynchrónny čítač nadol
Asynchrónny nadolný čítač znižuje svoj počet o jeden pre každý hodinový impulz. Jeho výstupy nasledujú reverznú binárnu sekvenciu, pričom sa pohybujú od vyššej hodnoty počtu k nižšej hodnote. Tento reverzný počítací mechanizmus závisí od toho, ako sú výstupy klopných obvodov prepojené medzi jednotlivými stupňami.
Komplementárne využitie výstupu
Klopné obvody často poskytujú bežné aj doplnkové výstupy. Normálny výstup a doplnkový výstup môžu byť použité v rôznych cestách spojenia na podporu opačných smerov počítania. Pri výbere výstupu, ktorý poháňa ďalší stupeň, môže byť počítadlo nastavené na počítanie nahor alebo nadol.
Správanie načasovania v asynchrónnom čítači
Vlnový efekt
Efekt zvlnenia znamená, že výstupné bity sa neaktualizujú súčasne. Zmena začína pri prvom flip-flope a postupne prechádza zvyšnými fázami.
Oneskorenie šírenia
Oneskorenie šírenia je krátky čas odozvy každého klopného obvodu po prijatí spúšťacieho signálu. Ako sa pridávajú ďalšie fázy, tieto malé oneskorenia sa spájajú, takže počítadlo trvá dlhšie, kým dosiahne stabilný konečný počet.
Falošné medziľahlé stavy
Pri niektorých zmenách počtov môžu výstupy krátko ukazovať nesprávne dočasné stavy, kým sa nezastavia na správnom počte. Tieto stavy sa objavujú, keď signál ešte prechádza reťazcom, a môžu ovplyvniť obvody, ktoré čítajú výstup príliš skoro.
Základný pracovný postup návrhu
→ Definuj, či počítadlo musí počítať nahor, odpočítavať alebo deliť frekvenciu.
→ Vyberte požadovaný počet bitov.
→ Spojte žabky v kaskáde.
→ Potvrďte typ spúšťača a výstupnú cestu.
→ Odhadnúť celkové oneskorenie zvlnenia.
→ Skontrolujte, či pripojená logika dokáže tolerovať dočasné stavy.
→ Pridať stroboskop alebo povoliť ovládanie, ak je to potrebné.
→ Otestujte celú sekvenciu počítania.
Bežné aplikácie asynchrónnych čítačov
Počítanie pulzov
Počítanie impulzov znamená, že asynchrónne počítadlo počíta prichádzajúce pulzy jeden po druhom. Každý pulz hodín mení počítanie o jeden krok.
Počítanie udalostí
Počítanie udalostí zaznamenáva, koľkokrát sa signál alebo akcia vyskytne. Čítač sa zvyšuje alebo znižuje s každým prijatým signálom udalosti.
Frekvenčné rozdelenie
Frekvenčné delenie znižuje vstupnú frekvenciu na nižšiu výstupnú frekvenciu. Každá fáza klopných obvodov ďalej rozdeľuje signál.
Divízia hodín
Delenie hodín vytvára pomalšie hodinové signály z rýchlejšieho hodinového vstupu. To je užitočné, keď obvod potrebuje pomalší časovací signál.
Časové obvody
Časové obvody používajú asynchrónne čítače na počítanie hodinových impulzov v čase. Hodnota počtu môže podporovať jednoduché časové operácie.
6,6 LED počítacie displeje
LED zobrazovacie displeje zobrazujú hodnoty počtu pomocou digitálnych výstupov. Výstupné bity je možné pripojiť k zobrazovacím obvodom, aby zobrazovali meniace sa stavy počtu.
Porovnanie: Asynchrónne vs. synchronné čítače
| Funkcia | Asynchrónny čítač | Synchronný čítač |
|---|---|---|
| Metóda taktovania | Vlna cez etapy | Spoločné hodiny pre všetky fázy |
| Časovanie výstupu | Nie súčasne | Takmer súčasne |
| Rýchlosť | Nižšie | Vyššie |
| Zložitosť | Jednoduchšie | Zložitejšie |
| Oneskorujúci efekt | Výraznejšie | Lepšie kontrolované |
| Najlepšie využitie | Počítanie pri nízkych rýchlostiach | Rýchlejšie digitálne systémy |
Záver
Asynchrónne čítače sú jednoduché počítacie obvody, ktoré fungujú tak, že prenášajú hodinové zmeny z jedného klopného obvodu na druhý. Sú užitočné na počítanie impulzov, počítanie udalostí, frekvenčné delenie, hodinové delenie, časovače, LED displeje a nízko-rýchlostnú riadiacu logiku. Ich hlavné limity sú oneskorenie zvlnenia, dočasné falošné stavy a nižšia rýchlosť. Pre obvody, ktoré potrebujú, aby sa výstupy menili spoločne, sú zvyčajne vhodnejšie synchronné čítače.
Často kladené otázky [FAQ]
Koľko stavov môže mať asynchrónny čítač?
Asynchrónny čítač môže mať 2ⁿ stavy, kde n je počet klopných obvodov.
Čo je to protibit?
Počítadlo je jeden výstup z jedného klopného obvodu.
Čo je to stav počítania?
Stav počtu je plná binárna hodnota vytvorená všetkými výstupmi typu flip-flop.
Môže asynchrónny čítač začať nad nulou?
Áno. Prednastavené alebo clear vstupy môžu nastaviť čítač na zvolenú počiatočnú hodnotu.
9,5 Čo sa stane po najvyššom počte?
Počítadlo sa prevalí a vráti sa na počiatočné počítanie.
Prečo je prvý klopný obvod najnižší bit?
Mení sa s každým hodinovým pulzom, takže predstavuje najmenšiu binárnu hodnotu.
