Счетчики звонков

Если выход сдвигового регистра возвращается на вход. результаты счетчика звонков. Шаблон данных, содержащийся в регистре сдвига, будет рециркулировать, пока применяются тактовые импульсы.

Например, образец данных будет повторяться каждые четыре тактовых импульса на рисунке ниже. Однако мы должны загрузить шаблон данных.

Все 0 Или все 1 ‘S не в счет. Полезен ли непрерывный логический уровень из такого условия?

Мы обеспечиваем загрузку данных в сдвиговый регистр параллельного ввода / последовательного вывода, сконфигурированный как кольцевой счетчик ниже.

Может быть загружен любой случайный узор. Чаще всего полезный шаблон - это одиночный 1 .

Загрузка двоичного файла 1000 в кольцевой счетчик, указанный выше, перед перемещением дает видимый узор.

Шаблон данных для одного этапа повторяется каждые четыре тактовых импульса в нашем 4-этапном примере.

Формы сигналов для всех четырех этапов выглядят одинаково, за исключением временной задержки в один такт от одного этапа к другому. См. Рисунок ниже.

Схема выше делится на 4 прилавок. Сравнивая тактовый вход с любым из выходов, показывает соотношение частот 4:1.

В:Какие ступени нам понадобятся для деления счетчика на 10 колец?

О:Десять ступеней рециркулируют 1 каждые 10 тактовые импульсы.

Альтернативный метод инициализации счетчика звонков на 1000 показано выше. Формы сдвига идентичны приведенным выше, повторяются каждый четвертый тактовый импульс.

Требование инициализации является недостатком кольцевого счетчика по сравнению с обычным счетчиком.

Как минимум, он должен быть инициализирован при включении питания, поскольку невозможно предсказать, в каком состоянии сработают триггеры.

Теоретически инициализация больше никогда не потребуется. На практике триггеры в конечном итоге могут быть повреждены шумом, разрушая структуру данных.

«Самокорректирующийся» счетчик, такой как обычный синхронный двоичный счетчик, был бы более надежным.

Вышеупомянутому двоичному синхронному счетчику требуется только два каскада, но требуются вентили декодера.

У счетчика звонков было больше ступеней, но он самодекодировался, сохраняя ворота декодирования выше.

Еще одним недостатком кольцевого счетчика является то, что он не запускается автоматически.

Если нам нужны декодированные выходы, кольцевой счетчик выглядит привлекательно, в частности, если большая часть логики находится в пакете с одним регистром сдвига. В противном случае обычный двоичный счетчик будет менее сложным без декодера.

Сигналы, декодированные синхронным двоичным счетчиком, идентичны сигналам предыдущего кольцевого счетчика.

Последовательность счетчика ( Q _A Q _B ) =( 00 01 10 11 ).

Джонсон противостоит

счетчик переключателя-хвостового кольца , также известный как счетчик Джонсона , преодолевает некоторые ограничения счетчика звонков.

Подобно кольцевому счетчику, счетчик Джонсона представляет собой сдвиговый регистр с обратной связью. Для данного коэффициента деления требуется половина ступеней сопоставимого кольцевого счетчика.

Если дополнительный выход кольцевого счетчика возвращается на вход вместо истинного выхода, получается счетчик Джонсона.

Разница между кольцевым счетчиком и счетчиком Джонсона заключается в том, какой выходной сигнал последней ступени возвращается (Q или Q ’).

Тщательно сравните соединение обратной связи ниже с предыдущим счетчиком звонков.

Эта «обратная» обратная связь оказывает сильное влияние на поведение аналогичных схем.

Рециркуляция одного 1 кольцевой счетчик делит входные часы на коэффициент, равный количеству ступеней.

В то время как счетчик Джонсона делит на коэффициент, равный удвоенному количеству ступеней.

Например, четырехступенчатый кольцевой счетчик делит на 4 . 4-ступенчатый счетчик Джонсона делит на 8 .

Запустите счетчик Джонсона, сбросив все этапы на 0 с до первых часов. Часто это делается во время включения питания.

На рисунке ниже первые часы сдвигают три 0 s из ( Q _A Q _B Q _C ) вправо в ( Q _B Q _C Q _D ). 1 в Q _D ’ (дополнение к Q) сдвигается обратно в Q _A .

Таким образом, мы начинаем сдвигать 1 s вправо, заменив 0 с. Если кольцевой счетчик рециркулировал один 1 , 4-ступенчатый счетчик Джонсона рециркулирует четыре 0 s, затем четыре 1 s для 8-битного шаблона, затем повторяется.

Приведенные выше формы сигналов показывают, что многофазные прямоугольные волны генерируются счетчиком Джонсона.

Вышеупомянутый 4-ступенчатый блок генерирует четыре перекрывающиеся фазы с 50% -ным рабочим циклом. Сколько ступеней потребуется для генерации набора из трех фазовых сигналов?

Например, трехступенчатый счетчик Джонсона, управляемый часами на 360 Гц, будет генерировать три 120 ^o фазированные прямоугольные волны на частоте 60 Гц.

Выходы флоп-флопов счетчика Джонсона легко декодировать в одно состояние.

Ниже, например, восемь состояний 4-ступенчатого счетчика Джонсона декодируются не более чем двумя входными вентилями для каждого из состояний.

В нашем примере восемь из двух входных вентилей декодируют состояния для нашего примера счетчика Джонсона.

Независимо от того, как долго счетчик Джонсона, требуются только двухвходовые вентили декодера.

Обратите внимание:мы могли использовать неинвертированные входные данные для И ворот, изменив входные параметры ворот с истинных на инвертированные в FF, Q на Q ’ , (и наоборот).

Тем не менее, мы стараемся, чтобы диаграмма выше соответствовала паспорту CD4022B, насколько это возможно.

Выше наши четыре фазированных прямоугольных волны Q _A в Q _D декодируются до восьми сигналов ( G ₀ на G ₇ ) активен в течение одного тактового периода из полного 8-тактового цикла.

Например, G ₀ активен на высоком уровне, когда оба Q _A и Q _D низкие. Таким образом, пары различных выходов регистров определяют каждое из восьми состояний нашего примера счетчика Джонсона.

Выше представлена ​​более полная внутренняя схема счетчика CD4022B Johnson. См. Технические характеристики производителя, где незначительные детали опущены.

Основным новым дополнением к диаграмме по сравнению с предыдущими рисунками является детектор запрещенного состояния . состоит из двух НИ ворота.

Взгляните на врезку таблицы состояний. В таблице перечислено 8 допустимых состояний.

Поскольку у нашего переключателя есть четыре триггера, всего имеется 16 состояний, из которых 8 запрещенных состояний. Это будут те, которые не указаны в таблице.

Теоретически мы не попадем ни в одно из запрещенных состояний, пока сдвиговый регистр находится в состоянии СБРОС . перед первым использованием.

Однако в «реальном мире» после многих дней непрерывной работы из-за непредвиденного шума, сбоев в линии электропередач, вблизи ударов молнии и т. Д. Счетчик Джонсона может перейти в одно из запрещенных состояний.

Для приложений с высокой надежностью нам необходимо предусмотреть эту небольшую возможность. Более серьезным является случай, когда цепь не очищается при включении питания.

В этом случае невозможно узнать, в каком из 16 состояний будет включено питание.

Находясь в запрещенном состоянии, счетчик Джонсона не вернется ни в одно из допустимых состояний без вмешательства. Это цель НИ ворота.

Изучите таблицу для последовательности ( Q _A Q _B Q _C ) =( 010 ). Эта последовательность нигде не отображается в таблице допустимых состояний.

Следовательно ( 010 ) запрещено. Этого никогда не должно происходить. Если это так, счетчик Джонсона находится в запрещенном состоянии, и ему необходимо перейти в любое разрешенное состояние.

Предположим, что ( Q _A Q _B Q _C ) =( 010 ). Второй НИ гейт заменит Q _B = 1 с 0 на D ввод в FF Q _C .

Другими словами, оскорбительный 010 заменяется на 000 . И 000 , который появляется в таблице, будет сдвинут вправо.

В таблице могут быть последовательности тройных нулей. Вот как НИ ворота переводят счетчик Джонсона из запрещенного состояния в разрешенное состояние.

Не все запрещенные состояния содержат 010 последовательность. Однако через несколько часов эта последовательность появится, так что любые запрещенные состояния в конечном итоге будут экранированы.

Если на схему подано питание без СБРОСА , выходные данные будут непредсказуемыми в течение нескольких часов, пока не будет достигнуто разрешенное состояние.

Если это проблема определенного приложения, обязательно нажмите СБРОС . при включении.

Устройства счетчика Джонсона

Доступна пара счетчиков Джонсона на интегральных схемах с декодированными выходными состояниями.

Мы уже рассмотрели внутреннюю логику CD4017 при обсуждении счетчиков Джонсона.

Устройства серии 4000 могут работать от источников питания от 3 до 15 В. Деталь 74HC ’, разработанная для совместимости с TTL, может работать от источника питания от 2 В до 6 В, рассчитывать быстрее и обладает большей выходной мощностью.

Чтобы ознакомиться с полными техническими характеристиками устройства, перейдите по ссылкам.

• Счетчик Джонсона CD4017 с 10 декодированными выходами CD4022 Счетчик Джонсона с 8 декодированными выходами
• 74HC4017 Счетчик Джонсона, 10 декодированных выходов.

Символы ANSI для по модулю Счетчики Джонсона -10 (разделить на 10) и по модулю 8 показаны выше.

Символ приобретает характеристики счетчика, а не производной из сдвигового регистра, как это и есть.

Формы сигналов для CD4022 по модулю 8 и работы были показаны ранее. Десятилетний счетчик CD4017B / 74HC4017 представляет собой 5-ступенчатый счетчик Джонсона с десятью декодированными выходами.

Работа и формы сигналов аналогичны CD4017. Фактически, CD4017 и CD4022 подробно описаны в одном листе данных.

74HC4017 - это более современная версия счетчика декад.

Эти устройства используются там, где необходимы декодированные выходы вместо двоичных или BCD (двоично-десятичных) выходов, имеющихся на обычных счетчиках.

Под декодированием мы подразумеваем, что для «4017» активна только одна строка из десяти, а не четырехбитный двоично-десятичный код обычных счетчиков.

См. Предыдущие осциллограммы для декодирования 1-из-8 для восьмеричного счетчика Джонсона 4022

Практическое применение

Вышеупомянутый счетчик Джонсона перемещает горящий светодиод каждую пятую секунды по кругу из десяти.

Обратите внимание, что 74HC4017 используется вместо «40017», потому что у прежней части больше возможностей привода.

Из таблицы данных (по ссылке выше), работающей в V _CC =5 В, V _OH =4,6 В при 4 мА.

Другими словами, на выходы могут подаваться 4 мА при 4,6 В для управления светодиодами. Имейте в виду, что светодиоды обычно получают ток от 10 до 20 мА.

Хотя видны они с точностью до 1 мА. Эта простая схема иллюстрирует применение HC4017.

Нужна яркая экспозиция для выставки? Затем используйте инвертирующие буферы для возбуждения катодов светодиодов, подтянутых к источнику питания анодными резисторами меньшего номинала.

Таймер 555, служащий нестабильным мультивибратором, генерирует тактовую частоту, определяемую R ₁ R ₂ С ₁ .

При этом 74HC4017 заставляет 74HC4017 шаг за такт, на что указывает один светодиод на кольце.

Обратите внимание:если 555 не управляет надежно тактовым выводом «4015», пропустите его через единственный буферный каскад между 555 и «4017».

Переменная R ₂ может изменить скорость шага. Величина развязывающего конденсатора C ₂ не критично. Аналогичный конденсатор необходимо подключить к выводам питания и заземления «4017».

Счетчик Джонсона выше генерирует трехфазные прямоугольные волны, фазированные 60 ^o отдельно относительно ( Q _A Q _B Q _C ).

Однако нам нужно 120 ^o фазированные формы сигналов силовых приложений (см. Том II, переменный ток).

Выбор P ₁ =Q _A P ₂ =Q _C P ₃ =Q _B ’ дает 120 ^o желаемая фазировка. См. Рисунок ниже.

Если эти ( P ₁ P ₂ P ₃ ) фильтруются нижними частотами до синусоид и усиливаются, это может быть началом трехфазного источника питания.

Например, вам нужно управлять небольшим трехфазным авиационным двигателем 400 Гц?

Затем подайте 6x 400 Гц на указанную выше схему ЧАСЫ . . Обратите внимание, что все эти формы сигналов имеют рабочий цикл 50%.

В приведенной ниже схеме вырабатываются 3-фазные неперекрывающиеся, менее 50% рабочего цикла формы сигналов для управления 3-фазными шаговыми двигателями.

Выше мы декодируем перекрывающиеся выходы Q _A Q _B Q _C к неперекрывающимся выходам P ₀ P ₁ P ₂ как показано ниже.

Эти формы сигналов приводят в действие 3-фазный шаговый двигатель после соответствующего усиления от уровня миллиампера до уровня дробного усилителя с использованием драйверов ULN2003, показанных выше, или драйвера пары Дарлингтона для дискретных компонентов, показанного в следующей схеме.

Не считая драйвера двигателя, для этой схемы требуются три пакета IC (интегральных схем):два блока FF двойного типа «D» и четырехканальный вентиль NAND.

Один CD4017, показанный выше, генерирует необходимые трехфазные сигналы с шаговым двигателем в приведенной выше схеме, сбрасывая счетчик Джонсона на счетчике 3 . .

Подсчитайте 3 сохраняется менее микросекунды, прежде чем очистится. Остальные подсчитываются ( Q ₀ =G ₀ Q ₁ =G ₁ Q ₂ =G ₂ ) остаются на полный тактовый период каждый.

Показанные выше драйверы биполярных транзисторов Дарлингтона заменяют внутреннюю схему ULN2003.

Дизайн драйверов выходит за рамки этой главы, посвященной цифровой электронике. Любой драйвер может использоваться с любой схемой генератора сигналов.

Вышеупомянутые waceforms имеют наибольший смысл в контексте внутренней логики CD4017, показанной ранее в этом разделе.

Тем не менее, И Показаны уравнения стробирования для внутреннего декодера. Сигналы Q _A Q _B Q _C выходы регистра прямого сдвига счетчика Джонсона недоступны на распиновке.

Q _D осциллограмма показывает сброс ‘4017 каждые три часа. Q ₀ Q ₁ Q ₂ и т. д. являются декодированными выходами, которые фактически доступны на выходных контактах.

Выше мы генерируем формы сигналов для управления униполярным шаговым двигателем . , для которого требуется только одна полярность управляющего сигнала.

То есть нам не нужно менять полярность привода на обмотки. Это упрощает подключение силового привода между «4017» и двигателем.

Пары Дарлингтона из предыдущей диаграммы можно заменить на ULN3003.

И снова CD4017B генерирует необходимые формы сигналов со сбросом после конечного отсчета.

Декодированные выходы Q ₀ Q ₁ Q ₂ Q ₃ успешно управлять обмотками шагового двигателя, с Q ₄ сброс счетчика в конце каждой группы из четырех импульсов.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Рабочий лист счетчиков
• Таблица регистров сдвига