Asynchronní čítač je digitální obvod, který počítá hodinové pulzy pomocí připojených klopných obvodů. Hlavní hodiny dostanou pouze první klopný obvod, zatímco další stupně se mění jeden po druhém. Tento ripple efekt jej činí jednoduchým a užitečným pro počítání při nízké rychlosti a dělení frekvence. Tento článek poskytuje informace o jeho fungování, typech, načasování, použití a srovnání.
Základy asynchronního čítače
Asynchronní čítač je digitální počítací obvod, který mění svůj výstup podle příchodu hodinových impulzů. Pouze první klopný obvod přijímá externí hodiny přímo. Každý následující klopný obvod je spuštěn výstupem předchozího stupně, takže signál prochází čítačem v pořadí.
Tato krok za krokem akce je důvodem, proč se tomu také říká ripple counter. Konstrukce je jednoduchá a vhodná pro základní počítání v nízkorychlostních digitálních obvodech.
Jak funguje asynchronní čítač?
Vstup hodin a řetězec spouště
První klopný obvod změní stav, když přijme vstupní hodinový impuls. Poté se výstup stává spouštěčem dalšího flip-flopu. Tento proces pokračuje v dalších fázích, přičemž každá fáze se mění až po předchozí fázi.
Formování binárních výstupů
Každý flip-flop produkuje jeden výstupní bit. Když jsou výstupy čteny společně, tvoří binární počet. První stupeň představuje nejnižší bit, zatímco pozdější fáze představují vyšší bity. S přidáváním více klopných obvodů může počítadlo produkovat více stavů počtu.
Hlavní typy asynchronních čítačů
Asynchronní up-counter
Asynchronní počítadlo nahoru zvyšuje svůj počet o jeden pro každý hodinový pulz. Jeho výstupy následují přední binární sekvenci, začínající od nejnižší hodnoty počtu a směřující k nejvyšší hodnotě. Po dosažení posledního stavu počítání se čítač vrátí do výchozího stavu a sekvenci opakuje.
Asynchronní čítač dolů
Asynchronní downčítač snižuje svůj počet o jeden pro každý hodinový pulz. Jeho výstupy následují obrácenou binární sekvenci, která se pohybuje od vyšší hodnoty počtu k nižší hodnotě počtu. Tento reverzní odpočet závisí na tom, jak jsou výstupy klopných obvodů propojeny mezi jednotlivými stupni.
Doplňkové využití výstupů
Klopné obvody často poskytují jak normální, tak doplňkové výstupy. Normální výstup a doplňkový výstup lze použít v různých cestách připojení k podpoře opačných směrů počítání. Při výběru výstupu, který řídí další fázi, lze počítadlo nastavit na odpočítávání nahoru nebo dolů.
Časování chování v asynchronním čítači
Vlnový efekt
Řetězový efekt znamená, že výstupní bity se neaktualizují současně. Změna začíná prvním flip-flopem a postupně prochází zbývajícími fázemi.
Zpoždění šíření
Zpoždění šíření je krátká doba odezvy každého klopného obvodu po přijetí spouštěcího signálu. S přibývajícími fázemi se tyto malé zpoždění spojují, takže počítadlo trvá déle, než dosáhne stabilního konečného počtu.
Falešné mezistavy
Během některých změn počtu mohou výstupy krátce ukazovat nesprávné dočasné stavy, než se ustálí na správném počtu. Tyto stavy se objevují, když signál stále prochází řetězcem, a mohou ovlivnit obvody, které odečtou výstup příliš brzy.
Základní pracovní postup návrhu
→ Definovat, zda musí počítadlo počítat nahoru, odpočítávat dolů nebo dělit frekvenci.
→ Vyberte požadovaný počet bitů.
→ Spojte žabky v kaskádě.
→ Potvrďte typ spouště a výstupní cestu.
→ Odhadnout celkové zpoždění zvlnění.
→ Zkontrolujte, zda připojená logika dokáže tolerovat dočasné stavy.
→ Přidat stroboskop nebo povolit ovládání, pokud je potřeba.
→ Otestujte celou sekvenci počítání.
Běžné aplikace asynchronních čítačů
Počítání pulzů
Počítání pulzů znamená, že asynchronní počítadlo počítá příchozí pulzy jeden po druhém. Každý hodinový pulz změní počet o jeden krok.
Počítání událostí
Počítání událostí zaznamenává, kolikrát signál nebo akce nastane. Čítač se zvyšuje nebo snižuje s každým přijímáním signálu události.
Frekvenční dělení
Frekvenční dělení snižuje vstupní frekvenci na nižší výstupní frekvenci. Každá fáze klopného obvodu dále rozděluje signál.
Hodinová divize
Dělení hodin vytváří pomalejší hodinové signály z rychlejšího vstupu hodin. To je užitečné, když obvod potřebuje pomalejší časovací signál.
Časové obvody
Časové obvody používají asynchronní čítače k počítání hodinových pulzů v čase. Hodnota počtu může podporovat jednoduché časové operace.
LED displeje pro počítání
LED displeje s počítáním zobrazují hodnoty počtu pomocí digitálních výstupů. Výstupní bity lze připojit k zobrazovacím obvodům, aby zobrazovaly měnící se stavy počtu.
Srovnání: Asynchronní vs. synchronní čítače
| Funkce | Asynchronní čítač | Synchronní čítač |
|---|---|---|
| Metoda blokování | Vlna skrz fáze | Společné hodiny pro všechny fáze |
| Časování výstupu | Ne současně | Téměř současně |
| Rychlost | Nižší | Vyšší |
| Složitost | Jednodušší | Složitější |
| Zpožděný efekt | Výraznější | Lépe řízené |
| Nejlepší využití | Počítání při nízkých rychlostech | Rychlejší digitální systémy |
Závěr
Asynchronní čítače jsou jednoduché počítací obvody, které fungují tak, že předávají hodinové změny z jednoho klopného obvodu na druhý. Jsou užitečné pro počítání pulzů, počítání událostí, dělení frekvence, dělení hodin, časovače, LED displeje a logiku řízení při nízkých rychlostech. Jejich hlavními limity jsou zpoždění vlnění, dočasné falešné stavy a nižší rychlost. Pro obvody, které potřebují výměnu výstupů společně, jsou obvykle vhodnější synchronní čítače.
Často kladené otázky [FAQ]
Kolik stavů může mít asynchronní čítač?
Asynchronní čítač může mít 2ⁿ stavy, kde n je počet klopných obvodů.
Co je to protibit?
Počítadlo je jeden výstup z jednoho klopného obvodu.
Co je to stav počítání?
Stav počtu je plná binární hodnota tvořená všemi výstupy flip-flopů.
Může asynchronní čítač začít nad nulou?
Ano. Přednastavené nebo clear vstupy mohou nastavit čítač na zvolenou počáteční hodnotu.
9,5 Co se stane po nejvyšším početí?
Počítadlo se převalí a vrátí se na počáteční počet.
Proč je první klopný obvod nejnižší bit?
Mění se s každým hodinovým pulzem, takže představuje nejmenší binární hodnotu.
