Bringtellers

Als de uitgang van een schuifregister wordt teruggekoppeld naar de ingang. een ringteller resulteert. Het datapatroon in het schuifregister zal recirculeren zolang klokpulsen worden toegepast.

Het gegevenspatroon herhaalt zich bijvoorbeeld elke vier klokpulsen in de onderstaande afbeelding. We moeten echter een gegevenspatroon laden.

Alle 0 's of alle 1 's telt niet. Is een continu logisch niveau van een dergelijke toestand nuttig?

We treffen voorzieningen voor het laden van gegevens in het parallel-in/serieel-uit schuifregister, geconfigureerd als een ringteller hieronder.

Elk willekeurig patroon kan worden geladen. Het meest algemeen bruikbare patroon is een enkele 1 .

Binaire 1000 laden in de ringteller hierboven, voorafgaand aan het verschuiven levert een zichtbaar patroon op.

Het gegevenspatroon voor een enkele trap herhaalt zich elke vier klokpulsen in ons voorbeeld met 4 fasen.

De golfvormen voor alle vier de fasen zien er hetzelfde uit, met uitzondering van de tijdvertraging van één fase naar de volgende. Zie onderstaande afbeelding.

Het bovenstaande circuit is een deel door 4 balie. Als de klokingang wordt vergeleken met een van de uitgangen, wordt een frequentieverhouding van 4:1 weergegeven.

V:Hoeveel fasen hebben we nodig voor een teller voor delen door 10 ringen?

A:Tien trappen zouden de 1 . opnieuw laten circuleren elke 10 klok pulsen.

Een alternatieve methode om de belteller te initialiseren op 1000 wordt hierboven getoond. De verschuivingsgolfvormen zijn identiek aan die hierboven en worden elke vierde klokpuls herhaald.

De vereiste voor initialisatie is een nadeel van de ringteller ten opzichte van een conventionele teller.

Het moet minimaal worden geïnitialiseerd bij het opstarten, omdat er geen manier is om te voorspellen in welke staat flip-flops zullen opstarten.

In theorie zou initialisatie nooit meer nodig moeten zijn. In de praktijk kunnen de flip-flops uiteindelijk worden beschadigd door ruis, waardoor het gegevenspatroon wordt vernietigd.

Een "zelfcorrigerende" teller, zoals een conventionele synchrone binaire teller, zou betrouwbaarder zijn.

De bovenstaande binaire synchrone teller heeft slechts twee trappen nodig, maar vereist decoderpoorten.

De ringteller had meer trappen, maar decodeerde zichzelf, waardoor de decodeerpoorten hierboven werden bewaard.

Een ander nadeel van de ringteller is dat deze niet "zelfstartend" is.

Als we de gedecodeerde uitgangen nodig hebben, ziet de ringteller er aantrekkelijk uit, vooral als de meeste logica zich in een enkel schuifregisterpakket bevindt. Zo niet, dan is de conventionele binaire teller minder complex zonder de decoder.

De golfvormen die zijn gedecodeerd van de synchrone binaire teller zijn identiek aan de vorige ringteller-golfvormen.

De tellervolgorde is (Q_A Q_B ) =(00 01 10 11 ).

Johnson Tellers

De switch-tail ring-teller , ook bekend als de Johnson-teller , overwint enkele van de beperkingen van de ringteller.

Net als een ringteller is een Johnson-teller een schuifregister dat op zichzelf wordt teruggekoppeld. Het vereist de helft van de trappen van een vergelijkbare ringteller voor een bepaalde deelverhouding.

Als de complementaire output van een ringteller wordt teruggekoppeld naar de input in plaats van de echte output, ontstaat er een Johnson-teller.

Het verschil tussen een ringteller en een Johnson-teller is welke uitgang van de laatste trap wordt teruggekoppeld (Q of Q').

Vergelijk de onderstaande feedbackverbinding zorgvuldig met de vorige belteller.

Deze "omgekeerde" feedbackverbinding heeft een diepgaand effect op het gedrag van de overigens vergelijkbare circuits.

Recirculeren van een enkele 1 rond een ringteller deelt de ingangsklok met een factor gelijk aan het aantal trappen.

Terwijl een Johnson-teller wordt gedeeld door een factor die gelijk is aan tweemaal het aantal fasen.

Een ringteller met 4 fasen wordt bijvoorbeeld gedeeld door 4 . Een 4-traps Johnson-teller wordt gedeeld door 8 .

Start een Johnson-teller door alle fasen te wissen naar 0 s voor de eerste klok. Dit wordt vaak gedaan tijdens het opstarten.

Verwijzend naar de onderstaande afbeelding, verschuift de eerste klok drie 0 s van ( Q_A Q_B Q_C ) naar rechts in ( Q_B Q_C Q_D ). De 1 op Q_D ’ (het complement van Q) wordt terug verschoven naar Q_A .

Dus beginnen we met het verschuiven van 1 s naar rechts, ter vervanging van de 0 s. Waar een ringteller een enkele 1 . opnieuw deed circuleren , de 4-traps Johnson-teller recirculeert vier 0 s dan vier 1 s voor een 8-bits patroon en herhaalt zich vervolgens.

De bovenstaande golfvormen illustreren dat meerfasige blokgolven worden gegenereerd door een Johnson-teller.

De bovenstaande 4-traps unit genereert vier overlappende fasen van 50% inschakelduur. Hoeveel fasen zijn er nodig om een ​​set van driefasige golfvormen te genereren?

Een Johnson-teller met drie fasen, aangedreven door een klok van 360 Hertz, zou bijvoorbeeld drie 120 ^o genereren gefaseerde blokgolven bij 60 Hertz.

De uitgangen van de flop-flops in een Johnson-teller zijn eenvoudig te decoderen naar een enkele toestand.

Hieronder worden bijvoorbeeld de acht toestanden van een 4-traps Johnson-teller gedecodeerd door niet meer dan een poort met twee ingangen voor elk van de toestanden.

In ons voorbeeld decoderen acht van de twee ingangspoorten de toestanden voor ons voorbeeld Johnson-teller.

Hoe lang de Johnson-teller ook duurt, er zijn slechts 2-ingangsdecoderpoorten nodig.

Let op, we hadden niet-geïnverteerde invoer kunnen gebruiken voor de AND gates door de gate-ingangen te wijzigen van true naar inverted bij de FF's, Q naar Q' , (en vice versa).

We proberen echter het bovenstaande diagram zo goed mogelijk overeen te laten komen met het gegevensblad voor de CD4022B.

Hierboven onze vier gefaseerde vierkante golven Q_A naar Q_D worden gedecodeerd tot acht signalen (G₀ tot G₇ ) actief gedurende één klokperiode van een volledige cyclus van 8 klokken.

Bijvoorbeeld G₀ is actief hoog wanneer zowel Q_A en Q_D zijn laag. Zo definiëren paren van de verschillende registeruitgangen elk van de acht toestanden van ons Johnson-tellervoorbeeld.

Hierboven ziet u het meer complete interne diagram van de CD4022B Johnson-teller. Zie het gegevensblad van de fabrikant voor kleine details die zijn weggelaten.

De belangrijkste nieuwe toevoeging aan het diagram in vergelijking met eerdere figuren is de niet-toegestane statusdetector samengesteld uit de twee NOR poorten.

Bekijk de tabel met de inzetstatus. Er zijn 8 toegestane toestanden zoals vermeld in de tabel.

Omdat onze shifter vier flip-flops heeft, zijn er in totaal 16 toestanden, waarvan er 8 niet-toegestane toestanden zijn. Dat zouden degenen zijn die niet in de tabel staan.

In theorie komen we niet in een van de niet-toegestane toestanden zolang het schuifregister RESET is voor het eerste gebruik.

In de "echte wereld" kan de Johnson-teller echter, na vele dagen continu gebruik als gevolg van onvoorziene ruis, stroomstoringen, bijna blikseminslagen, enz., in een van de niet-toegestane toestanden terechtkomen.

Voor toepassingen met een hoge betrouwbaarheid moeten we rekening houden met deze kleine mogelijkheid. Ernstiger is het geval wanneer het circuit niet wordt gewist bij het opstarten.

In dit geval is er geen manier om te weten in welke van de 16 toestanden het circuit zal opstarten.

Eenmaal in een niet-toegestane staat, zal de Johnson-teller zonder tussenkomst niet terugkeren naar een van de toegestane staten. Dat is het doel van de NOR poorten.

Bekijk de tabel voor de reeks (Q_A Q_B Q_C ) =(010 ). Nergens komt deze volgorde voor in de tabel met toegestane toestanden.

Daarom (010 ) is niet toegestaan. Het mag nooit voorkomen. Als dit het geval is, bevindt de Johnson-teller zich in een niet-toegestane status, die hij moet verlaten naar een toegestane status.

Stel dat (Q_A Q_B Q_C ) =(010 ). De tweede NOR gate vervangt Q_B =1 met een 0 op de D invoer naar FF Q_C .

Met andere woorden, de beledigende 010 wordt vervangen door 000 . En 000 , die wel in de tabel staat, wordt naar rechts verschoven.

Er zijn mei triple-0 sequenties in de tabel. Dit is hoe de NOR poorten halen de Johnson-teller uit een niet-toegestane staat naar een toegestane staat.

Niet alle niet-toegestane staten bevatten een 010 volgorde. Na een paar klokken zal deze reeks echter verschijnen, zodat aan alle niet-toegestane toestanden uiteindelijk zal worden ontsnapt.

Als het circuit is ingeschakeld zonder een RESET , zullen de uitgangen een paar klokken onvoorspelbaar zijn totdat een toegestane status is bereikt.

Als dit een probleem is voor een bepaalde toepassing, zorg er dan voor dat u RESET bij opstarten.

Johnson Teller-apparaten

Een paar Johnson-tellerapparaten met geïntegreerde schakelingen met gedecodeerde uitgangsstatussen is beschikbaar.

We hebben al gekeken naar de interne logica van de CD4017 bij de bespreking van Johnson-tellers.

De apparaten uit de 4000-serie kunnen werken van 3V tot 15V voedingen. Het onderdeel van de 74HC, ontworpen voor TTL-compatibiliteit, kan werken van een voeding van 2 V tot 6 V, telt sneller en heeft een grotere output-drive-capaciteit.

Volg de links voor volledige apparaatgegevensbladen.

• CD4017 Johnson-teller met 10 gedecodeerde uitgangen CD4022 Johnson-teller met 8 gedecodeerde uitgangen
• 74HC4017 Johnson-teller, 10 gedecodeerde uitgangen

De ANSI-symbolen voor de modulo -10 (delen door 10) en modulo-8 Johnson-tellers worden hierboven weergegeven.

Het symbool krijgt de kenmerken van een teller in plaats van een afgeleide van het schuifregister, wat het ook is.

Golfvormen voor de CD4022 modulo-8 en bediening werden eerder getoond. De CD4017B/ 74HC4017 decadeteller is een 5-traps Johnson-teller met tien gedecodeerde uitgangen.

De werking en golfvormen zijn vergelijkbaar met die van de CD4017. In feite staan ​​de CD4017 en CD4022 beide op hetzelfde gegevensblad.

De 74HC4017 is een modernere versie van de decenniumteller.

Deze apparaten worden gebruikt waar gedecodeerde uitgangen nodig zijn in plaats van de binaire of BCD (Binary Coded Decimal) uitgangen die op normale tellers worden gevonden.

Met gedecodeerd bedoelen we dat één regel van de tien regels tegelijk actief is voor de '4017 in plaats van de vier bits BCD-code van conventionele tellers.

Zie eerdere golfvormen voor 1-van-8-decodering voor de '4022 Octal Johnson-teller.

Praktische toepassingen

De bovenstaande Johnson-teller verschuift een brandende LED elke vijfde van een seconde rond de ring van tien.

Merk op dat de 74HC4017 wordt gebruikt in plaats van de '40017 omdat het eerste deel meer huidige aandrijfmogelijkheden heeft.

Uit het gegevensblad (via de link hierboven) werkend bij V_CC =5V, de V_OH =4,6V bij 4ma.

Met andere woorden, de uitgangen kunnen 4 ma leveren bij 4,6 V om de LED's aan te sturen. Houd er rekening mee dat LED's normaal gesproken worden aangedreven met 10 tot 20 ma stroom.

Ze zijn echter zichtbaar tot 1 ma. Deze eenvoudige schakeling illustreert een toepassing van de 'HC4017.

Een helder display nodig voor een tentoonstelling? Gebruik vervolgens inverterende buffers om de kathodes van de LED's aan te drijven die naar de voeding worden getrokken door anodeweerstanden met een lagere waarde.

De 555 timer, die dienst doet als astabiele multivibrator, genereert een klokfrequentie bepaald door R₁ R₂ C₁ .

Dit stuurt de 74HC4017 een stap per klok aan, zoals aangegeven door een enkele LED die op de ring brandt.

Let op, als de 555 de klokpen van de '4015 niet betrouwbaar aanstuurt, laat hem dan door een enkele buffertrap tussen de 555 en de '4017 lopen.

Een variabele R₂ zou de stapsnelheid kunnen veranderen. De waarde van ontkoppelcondensator C₂ is niet kritisch. Een vergelijkbare condensator moet worden toegepast over de voedings- en aardingspinnen van de '4017.

De Johnson-teller hierboven genereert driefasige blokgolven, gefaseerd 60 ^o uit elkaar met betrekking tot (Q_A Q_B Q_C ).

We hebben echter 120 ^o . nodig gefaseerde golfvormen van stroomtoepassingen (zie Volume II, AC).

P₁ . kiezen =Q_A P₂ =Q_C P₃ =Q_B ’ levert de 120 ^o . op fasering gewenst. Zie onderstaande afbeelding.

Als deze (P₁ P₂ P₃ ) worden laagdoorlaat gefilterd tot sinusgolven en versterkt, dit zou het begin kunnen zijn van een driefasige voeding.

Moet u bijvoorbeeld een kleine driefasige 400 Hz vliegtuigmotor aandrijven?

Voer vervolgens 6x 400Hz in op het bovenstaande circuit CLOCK . Merk op dat al deze golfvormen 50% inschakelduur hebben.

Het onderstaande circuit produceert driefasige niet-overlappende golfvormen met een inschakelduur van minder dan 50% voor het aandrijven van driefasige stappenmotoren.

Hierboven decoderen we de overlappende uitgangen Q_A Q_B Q_C naar niet-overlappende uitgangen P₀ P₁ P₂ zoals hieronder weergegeven.

Deze golfvormen drijven een driefasige stappenmotor aan na geschikte versterking van het milliampère-niveau naar het fractionele amp-niveau met behulp van de hierboven getoonde ULN2003-stuurprogramma's, of de afzonderlijke Darlington-paarstuurprogramma's die in het onderstaande circuit worden getoond.

De motordriver niet meegerekend, vereist dit circuit drie IC-pakketten (Integrated Circuit):twee dual-type "D" FF-pakketten en een quad NAND-poort.

Een enkele CD4017 hierboven genereert de vereiste driefasige stepper-golfvormen in het bovenstaande circuit door de Johnson-teller te wissen bij telling 3 .

Tel 3 houdt minder dan een microseconde aan voordat het zichzelf opruimt. De andere telt (Q₀ =G₀ Q₁ =G₁ Q₂ =G₂ ) blijven elk voor een volledige klokperiode.

De hierboven getoonde Darlington bipolaire transistordrivers zijn een vervanging voor de interne circuits van de ULN2003.

Het ontwerp van drivers valt buiten het bestek van dit hoofdstuk over digitale elektronica. Elke driver kan worden gebruikt met beide golfvormgeneratorcircuits.

De bovenstaande waceforms zijn het meest logisch in de context van de interne logica van de CD4017 die eerder in deze sectie is getoond.

Hoewel, de EN poortvergelijkingen voor de interne decoder worden getoond. De signalen Q_A Q_B Q_C zijn Johnson counter directe schuifregisteruitgangen niet beschikbaar op pin-outs.

De Q_D golfvorm toont het resetten van de '4017 elke drie klokken. Q₀ Q₁ Q₂ , etc. zijn gedecodeerde uitgangen die daadwerkelijk beschikbaar zijn op de uitgangspinnen.

Hierboven genereren we golfvormen voor het aandrijven van een unipolaire stappenmotor , waarvoor slechts één polariteit van het stuursignaal nodig is.

Dat wil zeggen, we hoeven de polariteit van de aandrijving naar de wikkelingen niet om te draaien. Dit vereenvoudigt de power driver tussen de '4017 en de motor.

Darlington-paren uit een eerder diagram kunnen worden vervangen door de ULN3003.

Nogmaals, de CD4017B genereert de vereiste golfvormen met een reset na het tellen van de teminal.

De gedecodeerde uitgangen Q₀ Q₁ Q₂ Q₃ achtereenvolgens de wikkelingen van de stappenmotor aandrijven, met Q₄ resetten van de teller aan het einde van elke groep van vier pulsen.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad Tellers
• Werkblad Ploegregisters