Bộ đếm không đồng bộ

Quầy là gì?

Bộ đếm là một thiết bị có thể đếm bất kỳ sự kiện cụ thể nào dựa trên số lần (các) sự kiện cụ thể đã xảy ra. Trong hệ thống logic kỹ thuật số hoặc máy tính, bộ đếm này có thể đếm và lưu trữ số thời gian bất kỳ sự kiện hoặc quá trình cụ thể nào đã xảy ra, tùy thuộc vào tín hiệu đồng hồ. Loại bộ đếm phổ biến nhất là mạch logic số tuần tự với một đầu vào xung nhịp duy nhất và nhiều đầu ra. Các đầu ra đại diện cho các số thập phân được mã hóa nhị phân hoặc nhị phân. Mỗi xung đồng hồ hoặc tăng số hoặc giảm số.

Không đồng bộ là gì?

Không đồng bộ là viết tắt của sự không đồng bộ hóa. Một cái gì đó không tồn tại hoặc xảy ra cùng một lúc. Trong dòng máy tính hoặc viễn thông, Asynchronous là viết tắt của việc kiểm soát thời gian hoạt động bằng cách gửi một xung chỉ khi hoạt động trước đó hoàn thành thay vì gửi nó trong khoảng thời gian đều đặn.

Bộ đếm không đồng bộ

Bây giờ chúng ta đã hiểu rằng bộ đếm là gì và ý nghĩa của từ Không đồng bộ là gì . Một bộ đếm không đồng bộ có thể đếm bằng cách sử dụng đầu vào đồng hồ không đồng bộ. Quầy có thể được thực hiện dễ dàng bằng cách sử dụng dép xỏ ngón. Vì số đếm phụ thuộc vào tín hiệu đồng hồ, trong trường hợp bộ đếm không đồng bộ, các bit trạng thái thay đổi được cung cấp dưới dạng tín hiệu đồng hồ cho các flip-flops tiếp theo. Các Flip-flops đó được kết nối nối tiếp với nhau và xung đồng hồ lăn tăn qua bộ đếm. Do xung đồng hồ gợn sóng, nó thường được gọi là bộ đếm gợn sóng. Một bộ đếm không đồng bộ có thể đếm 2 ⁿ - 1 trạng thái đếm khả dĩ.

Bộ đếm cắt ngắn không đồng bộ và bộ đếm thập kỷ

Vì có số đầu ra tối đa cho các bộ đếm Không đồng bộ như MOD-16 với độ phân giải 4 bit, nên cũng có khả năng sử dụng bộ đếm Không đồng bộ cơ bản trong cấu hình mà trạng thái đếm sẽ nhỏ hơn số đầu ra tối đa của chúng. Bộ đếm Modulo hay MOD là một trong những loại bộ đếm đó. Cấu hình được thực hiện theo cách mà bộ đếm sẽ tự đặt lại về 0 tại một giá trị được định cấu hình trước và có các chuỗi bị cắt ngắn.

Vì vậy, nếu một bộ đếm có số lượng độ phân giải cụ thể (n-bit Độ phân giải) đếm đến được gọi là bộ đếm chuỗi đầy đủ và mặt khác, nếu nó được đếm nhỏ hơn số tối đa, được gọi là bộ đếm cắt ngắn.

Để có được lợi thế của các đầu vào không đồng bộ trong flipflop, bộ đếm Cắt ngắn không đồng bộ có thể được sử dụng với logic tổ hợp.

Bộ đếm không đồng bộ Modulo 16 có thể được sửa đổi bằng cách sử dụng các cổng logic bổ sung và có thể được sử dụng theo cách mà đầu ra sẽ cho đầu ra bộ đếm thập kỷ (chia cho 10), rất hữu ích trong việc đếm các số thập phân tiêu chuẩn hoặc trong các mạch số học. Loại bộ đếm này được gọi là Bộ đếm thập kỷ.

Bộ đếm thập kỷ yêu cầu đặt lại về 0 khi đầu ra đạt giá trị thập phân là 10.

Nếu chúng ta đếm 0-9 (10 bước) thì số nhị phân sẽ là -

Đếm số	Số nhị phân	Giá trị thập phân
0	0000	0
1	0001	1
2	0010	2
3	0011	3
4	0100	4
5	0101	5
6	0110	6
7	0111	7
số 8	1000	số 8
9	1001	9

Vì vậy, Khi đầu ra đạt đến 1001 (BCD = 9), bộ đếm cần được thiết lập lại. Để đặt lại bộ đếm, chúng ta cần đưa điều kiện này trở lại đầu vào đặt lại. Bộ đếm đếm từ 0000 (BCD = 0) đến 1001 (BCD = 9), được gọi là bộ đếm BCD hoặc Bộ đếm thập phân được mã hóa nhị phân.

Sơ đồ thời gian của bộ đếm thập kỷ không đồng bộ và bảng chân lý của nó

Trong hình trên, một bộ đếm Không đồng bộ cơ bản được sử dụng làm cấu hình bộ đếm thập kỷ sử dụng 4 JK Flip-Flops và một cổng NAND 74LS10D. Bộ đếm không đồng bộ đếm ngược lên trên mỗi xung đồng hồ bắt đầu từ 0000 (BCD = 0) đến 1001 (BCD = 9). Mỗi đầu ra của flip-flop JK cung cấp chữ số nhị phân và số nhị phân ra được đưa vào flip-flop tiếp theo tiếp theo như một đầu vào đồng hồ. Trong đầu ra cuối cùng 1001, là 9 ở dạng thập phân, đầu ra D là bit Quan trọng nhất và Đầu ra A là bit Ít quan trọng nhất, cả hai đều ở Logic 1. Hai đầu ra này được kết nối qua đầu vào của 74LS10D. Khi nhận được xung clock tiếp theo, đầu ra của 74LS10D sẽ chuyển trạng thái từ Logic High hoặc 1 sang Logic Low hoặc 0.

Trong tình huống như vậy khi 74LS10D thay đổi đầu ra, các Flip-flop 74LS73 JK sẽ được đặt lại vì đầu ra của cổng NAND được kết nối qua đầu vào 74LS73 CLEAR. Khi thiết lập lại flip-flops, đầu ra từ D đến A đều trở thành 0000 và đầu ra của cổng NAND được đặt lại về Logic 1. Với cấu hình như vậy, mạch trên được hiển thị trong hình ảnh trở thành Modulo-10 hoặc một bộ đếm thập kỷ.

Bảng Chân lý của bộ đếm Thập kỷ được hiển thị trong bảng tiếp theo-

Xung đồng hồ	Giá trị thập phân	Đầu ra - D	Đầu ra - C	Đầu ra - B	Đầu ra - 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
số 8	7	0	1	1	1
9	số 8	1	0	0	0
10	9	1	0	0	1
11	0	0	0	0	0

Hình ảnh dưới đây là biểu đồ thời gian và trạng thái 4 đầu ra trên tín hiệu đồng hồ. Xung đặt lại cũng được hiển thị trong sơ đồ.

Tạo bộ đếm không đồng bộ, ví dụ và khả năng sử dụng

Chúng ta có thể sửa đổi chu kỳ đếm cho bộ đếm không đồng bộ bằng phương pháp được sử dụng trong đầu ra bộ đếm cắt ngắn. Đối với các chu kỳ đếm khác, chúng ta có thể thay đổi kết nối đầu vào qua cổng NAND hoặc thêm cấu hình cổng logic khác.

Như chúng ta đã thảo luận trước đó, mô đun tối đa có thể được thực hiện với n số lần lật là 2 ⁿ. Đối với điều này, nếu chúng ta muốn thiết kế một bộ đếm không đồng bộ cắt ngắn, chúng ta nên tìm ra công suất thấp nhất của hai, lớn hơn hoặc bằng với mô đun mong muốn của chúng ta.

Ví dụ: nếu chúng ta muốn đếm 0 đến 56 hoặc mod - 57 và lặp lại từ 0, số lần lật cao nhất được yêu cầu là n = 6, điều này sẽ cho mô đun tối đa là 64. Nếu chúng ta chọn số lần lật ít hơn thì modulus sẽ không đủ để đếm các số từ 0 đến 56. Nếu chúng ta chọn n = 5 thì MOD tối đa sẽ là = 32, không đủ để đếm.

Chúng ta có thể xếp tầng hai hoặc nhiều bộ đếm gợn 4 bit và định cấu hình từng bộ đếm riêng lẻ dưới dạng “ chia cho 16” hoặc “ chia cho 8” để có được bộ đếm được chỉ định MOD-128 trở lên.

Trong phân đoạn 74LS, vi mạch 7493 có thể được cấu hình theo cách đó, giống như nếu chúng ta định cấu hình 7493 làm bộ đếm “ chia cho 16 ” và xếp tầng các chipset 7493 khác làm bộ đếm “ chia cho 8 ”, chúng ta sẽ nhận được tần số “ chia cho 128” dải phân cách.

Các IC khác như 74LS90 cung cấp bộ đếm hoặc bộ chia gợn sóng có thể lập trình có thể được cấu hình như một phép chia cho 2, chia cho 3 hoặc chia cho 5 hoặc các kết hợp khác.

Mặt khác, 74LS390 là một sự lựa chọn linh hoạt khác có thể được sử dụng cho phép chia lớn cho một số từ 2 đến 50,100 và các kết hợp khác.

Bộ phân tần

Một trong những cách sử dụng tốt nhất của bộ đếm không đồng bộ là sử dụng nó như một bộ phân tần. Chúng tôi có thể giảm tần số xung nhịp cao xuống một giá trị ổn định, có thể sử dụng thấp hơn nhiều so với đồng hồ tần số cao thực tế. Điều này rất hữu ích trong trường hợp điện tử kỹ thuật số, các ứng dụng liên quan đến thời gian, đồng hồ kỹ thuật số, bộ tạo nguồn ngắt.

Giả sử chúng ta đang sử dụng IC hẹn giờ NE555 cổ điển là một Bộ điều khiển đa vi mạch có thể thay đổi được / có thể linh hoạt, chạy ở 260 kilohertz và độ ổn định là +/- 2%. Chúng ta có thể dễ dàng thêm bộ đếm gợn sóng 18 bit “ Chia cho 2” và có được đầu ra ổn định 1 Hz có thể được sử dụng để tạo ra 1 giây trễ hoặc 1 giây xung rất hữu ích cho đồng hồ kỹ thuật số.

Đây là một mạch đơn giản để tạo ra tần số hoặc thời gian ổn định từ một nguồn không ổn định bằng cách chia tần số bằng cách sử dụng bộ đếm gợn sóng. Các bộ dao động tinh thể chính xác hơn có thể tạo ra tần số cao chính xác khác với các bộ tạo tín hiệu.

Ưu điểm và nhược điểm của bộ đếm không đồng bộ

Bộ đếm không đồng bộ có thể dễ dàng được xây dựng bằng cách sử dụng dép xỏ ngón Loại D. Chúng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng mạch đếm " chia cho n ", mang lại sự linh hoạt hơn nhiều trên các ứng dụng liên quan đến dải đếm lớn hơn và bộ đếm cắt ngắn có thể tạo ra bất kỳ số lượng mô đun nào.

Tuy nhiên, bất chấp những tính năng đó, bộ đếm không đồng bộ cung cấp một số hạn chế và nhược điểm.

Trong khi sử dụng bộ đếm Không đồng bộ, cần có thêm một flip-flops đầu ra tái đồng bộ hóa bổ sung để đồng bộ hóa lại flipflops. Ngoài ra, đối với số thứ tự bị cắt ngắn, khi nó không bằng, cần thêm logic phản hồi.

Khi đếm một số lượng lớn bit, do hệ thống chuỗi, độ trễ lan truyền của các giai đoạn liên tiếp trở nên quá lớn, rất khó loại bỏ. Trong tình huống như vậy, các bộ đếm đồng bộ nhanh hơn và đáng tin cậy hơn. Cũng có lỗi đếm trong Bộ đếm không đồng bộ khi tần số xung nhịp cao được áp dụng trên nó.