شمارنده‌ها اغلب در رایانه‌های دیجیتال و سایر سیستم‌های دیجیتال برای ثبت تعداد رویدادهایی که در یک بازه زمانی مشخص رخ می‌دهند مورد استفاده قرار می‌گیرند.مانند سایر مدارهای منطقی ترتیبی شمارشگر دیجیتال می تواند سنکرون یا آسنکرون باشد. به طور کلی، این مدارها با فلیپ فلاپ‌هایی طراحی می‌شوند که به صورت آبشاری به هم متصل می‌شوند. در این مطلب قصد داریم شما را در مورد انواع مختلف شمارنده‌ها به آشنا کنیم؛ پس با ما همراه باشید.معمولاً یک شمارنده الکترونیکی برای شمارش تعداد پالس‌هایی که در یک بازه زمانی مشخص به خط ورودی می آیند استفاده می شود. شمارنده باید حافظه داشته باشد زیرا باید حالات گذشته خود را به خاطر بسپارد.
انواع مختلف شمارنده‌ها
انواع شمارنده دیجیتال را می توان براساس کاربرد و نوع مدار آن ها به موارد زیر تقسیم کرد:
- شمارنده‌های آسنکرون
- شمارنده‌های سنکرون
- شمارنده MOD با فلیپ فلاپ نوع D
- شمارنده مقسم بر دو
- شمارنده MOD-4
- شمارنده MOD-10
شمارنده آسنکرون
شمارنده های آسنکرون آن دسته از شمارنده‌هایی هستند که در زمان بندی همزمان کار نمی‌کنند. در شمارنده آسنکرون، فقط اولین فلیپ فلاپ به صورت خارجی با استفاده از پالس ساعت کلاک می‌شود در حالی که ورودی ساعت برای فلیپ فلاپ‌های متوالی خروجی فلیپ فلاپ قبلی خواهد بود. این بدان معناست که تنها یک پالس ساعت، تمام فلیپ فلاپ‌ها را در آرایش شمارنده هدایت نمی‌کند.
شمارنده‌های آسنکرون به عنوان شمارنده‌های موج دار نیز شناخته می‌شوند و از ترکیب متوالی فلیپ فلاپ‌های لبه‌های انتهایی تشکیل می‌شوند. به این دلیل نامیده می شود که داده ها بین خروجی یک فلیپ فلاپ به ورودی فلیپ فلاپ بعدی موج می‌زند.
شمارنده سنکرون
شمارنده سنکرون نوعی شمارنده است که در آن سیگنال ساعت به طور همزمان به هر فلیپ فلاپ موجود در مدار شمارنده ارائه می شود. به طور دقیق تر، می توان گفت که هر فلیپ فلاپ همزمان با ورودی ساعت راه اندازی می‌شود.برخلاف شمارنده ناهمزمان که از پالس های ساعت جداگانه برای راه اندازی فلیپ فلاپ استفاده می‌شود. تمام فلیپ فلاپ‌ها در شمارنده‌های سنکرون با استفاده از یک پالس ساعت راه اندازی می‌شوند.
با توجه به اینکه طراحی یک شمارنده آسنکرون آسان است، پس دلیل طراحی شمارنده سنکرون چیست؟ پاسخ به این سوال این است که شمارنده آسنکرون دارای محدودیت در حداکثر فرکانس کاری وجود دارد.بنابراین برای غلبه بر این محدودیت، شمارنده های سنکرون طوری طراحی شده‌اند که در آن‌ها کلاک همزمان ارائه می‌شود. همچنین به دلیل کلاک همزمان، خروجی در هماهنگی با ورودی کلاک متفاوت است.همگام سازی منجر به تغییر در هر بیت خروجی در همان زمان با یک سیگنال ساعت مشترک می‌شود. بدین ترتیب اثرات موج دار شدن و در نتیجه تاخیر انتشار از بین می‌رود.
شمارنده MOD با فلیپ فلاپ نوع D
شمارنده‌های MOD با استفاده از فلیپ فلاپ ساخته می‌شوند و یک فلیپ فلاپ می‌تواند تعداد ۰ یا ۱ را تولید کند که حداکثر تعداد ۲ را می‌دهد. انواع مختلفی از طرح‌های فلیپ فلاپ وجود دارد که می‌توانیم از فلیپ فلاپ‌های S-R،J-K ، J-K Master-slave، نوع D یا حتی فلیپ فلاپ نوع T برای ساخت شمارنده استفاده کنیم.برای اینکه پیاده سازی مدارما ساده‌تر شود از فلیپ فلاپ نوع D، (DFF) که به عنوان Data Latch نیز شناخته می شود، استفاده خواهیم کرد، زیرا از یک ورودی داده واحد و سیگنال ساعت خارجی استفاده می شود، و همچنین لبه مثبت فعال می‌شود.
جدول درستی فلیپ فلاپ نوع D
عملکرد یک فلیپ فلاپ نوع D (DFF) بسیار ساده است زیرا فقط یک ورودی داده به نام D و یک ورودی ساعت اضافی CLK دارد. این اجازه می‌دهد تا یک بیت داده واحد (۰ یا ۱) تحت کنترل سیگنال ساعت ذخیره شود و بنابراین فلیپ فلاپ نوع D به یک دستگاه همزمان تبدیل می‌شود زیرا داده‌های ورودی‌ها فقط به خروجی فلیپ فلاپ در لبه محرک پالس ساعت متصل است.بنابراین در جدول درستی، اگر یک منطق “۱” (HIGH) در ورودی داده درهنگام اعمال پالس ساعت مثبت وجود داشته باشد، با SET شدن فلیپ فلاپ یک منطق را درخروجی Q ومقدار صفر را در خروجی ذخیره می‌کند. به همین ترتیب، اگر هنگام اعمال پالس ساعت مثبت دیگری، یک LOW در ورودی داده وجود داشته باشد، فلیپ فلاپ RESET است و یک “۰” را در “Q” و یک “۱” را در Q ذخیره می کند.سپس خروجی Q فلیپ فلاپ نوع D به مقدار ورودی D زمانی که ورودی ساعت (CLK) HIGH باشد پاسخ می‌دهد. وقتی ورودی ساعت LOW است، شرط Q، “۱” یا “۰” تا دفعه بعد که سیگنال ساعت به سطح منطقی “۱” بالا برود، حفظ می‌شود.
مدار فلیپ فلاپ
شمارنده مقسم بر دو
عملکرد این شمارنده به این شکل است که مدار تقسیم فرکانس را تولید می‌کند و فرکانس ورودی را بر ضریب دو (یک اکتاو) تقسیم می‌کند.تقسیم کننده فرکانس مداری است که یک فرکانس معین را بر ضریب n تقسیم می کند که n یک عدد صحیح است. به عنوان مثال، اگر فرکانس سیگنال ورودی به یک تقسیم‌کننده فرکانس FIN باشد، فرکانس خروجی تولید شده توسط مدار تقسیم‌کننده فرکانس به‌دست می‌آید. FOUT = FIN / n، که در آن n یک عدد صحیح است.
شمارنده تقسیم بر N چیست؟
شمارنده تقسیم بر N نشان می‌دهد که فرکانس ساعت ورودی را بر N تقسیم می‌کند. اگر چهار فلیپ فلاپ را آبشاری کنید، خروجی هر مرحله بر ۲ تقسیم می‌شود، اگر خروجی را از فلیپ فلاپ چهارم بگیرید، فرکانس خروجی آن فرکانس ساعت ۱۶ است (۲۴).
شمارنده MOD-4
از نظر فنی و همچنین یک دستگاه ذخیره سازی ۱ بیتی، یک فلیپ فلاپ به تنهایی می‌تواند به عنوان یک شمارنده MOD-2 در نظر گرفته شود، زیرا دارای یک خروجی است که منجر به تعداد دو عدد ۰ یا ۱ می‌شود. اگر بتوان یک فلیپ فلاپ را به عنوان یک شمارنده MOD-2 در نظر گرفت، با افزودن فلیپ فلاپ دوم یک شمارنده MOD-4 به ما می‌دهد که به آن اجازه می‌دهد در چهار مرحله مجزا شمارش کند. اثر کلی تقسیم سیگنال ورودی ساعت اصلی بر چهار خواهد بود. سپس دنباله باینری برای این شمارنده ۲ بیتی MOD-4 برابر ۰۰، ۰۱، ۱۰ و ۱۱ خواهد بود.
شمارنده MOD-10
یک مثال خوب از مدار شمارنده mod-m که از مدارهای ترکیبی خارجی برای تولید شمارنده با mod-10 استفاده می‌کند، شمارنده دهدهی است. شمارنده های دهدهی (تقسیم بر ۱۰) مانند TTL 74LS90، دارای ۱۰ حالت در دنباله شمارش خود هستند که آن را برای رابط انسانی در جایی که صفحه نمایش دیجیتال مورد نیاز است، مناسب می‌کند.شمارنده دهدهی دارای چهار خروجی است که یک عدد باینری ۴ بیتی تولید می کند و با استفاده از گیت های AND و OR خارجی می توانیم وقوع نهمین حالت شمارش را برای بازنشانی شمارنده به صفر تشخیص دهیم. مانند سایر شمارنده‌های مد، یک پالس ساعت ورودی را یکی یکی دریافت می‌کند و به طور مکرر از ۰ تا ۹ شمارش می‌کند.
نتیجه گیری
شمارنده های دیجیتال در بخش های مختلف صنایع کاربرد دارند و با توجه به نیاز هر کدام، از شمارنده به خصوصی استفاده می شود. در این مطلب با هم با انواع مختلف شمارنده های دیجیتال آشنا شدیم. اگر قصد دارید برای کسب و کار یا دستگاه های تولیدی خود شمارنده دیجیتال خریداری کنید یا درباره آن مشاوره رایگان دریافت کنید، کافی است به سایت آسونیک مراجعه کرده و با شماره تلفن های درج شده تماس بگیرید