ในขณะที่สังเกตสายการผลิตขวดแก้วอย่างระมัดระวังซึ่งบรรจุเป็น 10 ขวดต่อบรรจุภัณฑ์ด้วยเครื่องจักรคำถามที่อยากรู้อยากเห็น - เครื่องจะรู้ได้อย่างไรว่าจะนับจำนวนขวดได้อย่างไร? สิ่งที่สอนให้เครื่องนับอย่างไร? การค้นหาคำตอบเพื่อแก้ปัญหาความอยากรู้อยากเห็นนี้จะนำไปสู่สิ่งประดิษฐ์ที่น่าสนใจมากชื่อ -“ เคาน์เตอร์ ”. ตัวนับคือวงจรที่นับเป็นพัลส์นาฬิกาที่ใช้ โดยปกติจะออกแบบโดยใช้รองเท้าแตะ ขึ้นอยู่กับวิธีการใช้นาฬิกาสำหรับตัวนับการทำงานของพวกเขาถูกจัดประเภทเป็น ตัวนับซิงโครนัสและอะซิงโครนัส . ในบทความนี้ให้เราดูตัวนับแบบอะซิงโครนัสซึ่งเป็นที่รู้จักกันในชื่อ ตัวนับระลอก .
Ripple Counter คืออะไร?
ก่อนที่จะข้ามไปที่ Ripple Counter มาทำความคุ้นเคยกับข้อกำหนดกันก่อน ตัวนับซิงโครนัสและอะซิงโครนัส . ตัวนับเป็นวงจรที่สร้างขึ้นโดยใช้รองเท้าแตะ ตัวนับแบบซิงโครนัสตามชื่อที่แนะนำมีทั้งหมด รองเท้าแตะ ทำงานร่วมกับพัลส์นาฬิกาเช่นเดียวกับกันและกัน ที่นี่นาฬิกาพัลส์ใช้กับฟลิปฟล็อปทุกเครื่อง
ในขณะที่ในพัลส์นาฬิกาตัวนับแบบอะซิงโครนัสจะใช้กับฟลิปฟล็อปเริ่มต้นเท่านั้นซึ่งค่านี้จะถือว่าเป็น LSB แทนที่จะเป็นพัลส์นาฬิกาเอาต์พุตของฟลิปฟล็อปแรกจะทำหน้าที่เป็นพัลส์นาฬิกาไปยังฟลิปฟล็อปถัดไปซึ่งเอาต์พุตจะใช้เป็นนาฬิกาไปยังฟลิปฟล็อปในบรรทัดถัดไปและอื่น ๆ
ดังนั้นในตัวนับแบบอะซิงโครนัสหลังจากการเปลี่ยนแปลงของการเปลี่ยนฟล็อปฟล็อปก่อนหน้าของฟลิปฟล็อปถัดไปจะเกิดขึ้นไม่ใช่ในเวลาเดียวกันกับที่เห็นในตัวนับซิงโครนัส ที่นี่รองเท้าแตะเชื่อมต่อในการจัดเรียง Master-Slave
ระลอกคลื่น: Ripple counter คือตัวนับแบบ Asynchronous มันมีชื่อเพราะพัลส์นาฬิกากระเพื่อมผ่านวงจร ตัวนับระลอกคลื่น n-MOD ประกอบด้วย n จำนวนฟลิปฟล็อปและวงจรสามารถนับได้ถึง 2n ค่าก่อนที่จะรีเซ็ตตัวเองเป็นค่าเริ่มต้น
เคาน์เตอร์เหล่านี้สามารถนับได้หลายวิธีตามวงจรของพวกเขา
ขึ้นเคาน์เตอร์: นับค่าจากน้อยไปมาก
ตัวนับลง: นับค่าจากมากไปหาน้อย
ตัวนับขึ้นลง: ตัวนับที่สามารถนับค่าได้ทั้งในทิศทางไปข้างหน้าหรือทิศทางย้อนกลับเรียกว่าตัวนับขึ้นลงหรือตัวนับย้อนกลับได้
แบ่งโดย N COUNTER: แทนที่จะเป็นเลขฐานสองบางครั้งเราอาจต้องนับถึง N ซึ่งเป็นฐาน 10 ตัวนับระลอกซึ่งสามารถนับได้ถึงค่า N ซึ่งไม่ใช่กำลังของ 2 เรียกว่าหารด้วยตัวนับ N
Ripple Counter Circuit Diagram และ Timing Diagram
การทำงานของตัวนับระลอกคลื่น สามารถเข้าใจได้ดีที่สุดด้วยความช่วยเหลือของตัวอย่าง ขึ้นอยู่กับจำนวนของรองเท้าแตะที่ใช้มี 2-bit, 3-bit, 4-bit … .. สามารถออกแบบตัวนับระลอกคลื่นได้ ให้เราดูการทำงานของ 2 บิต ตัวนับระลอกไบนารี เพื่อทำความเข้าใจแนวคิด
ถึง ตัวนับไบนารี สามารถนับค่าได้สูงสุด 2 บิตเช่น ตัวนับ 2-MOD สามารถนับ 2สอง= 4 ค่า ดังที่นี่ค่า n คือ 2 เราจึงใช้ 2 flip-flop ในขณะที่เลือกประเภทของรองเท้าแตะควรจำไว้ว่าตัวนับ Ripple สามารถออกแบบได้โดยใช้รองเท้าแตะที่มีเงื่อนไขในการสลับเหมือนใน รองเท้าแตะ JK และ T .
Binary Ripple Counter โดยใช้ JK Flip Flop
การจัดเรียงวงจรของ ตัวนับระลอกไบนารี ดังแสดงในรูปด้านล่าง ที่นี่สอง รองเท้าแตะ JK ใช้ J0K0 และ J1K1 อินพุต JK ของฟลิปฟล็อปมาพร้อมกับสัญญาณไฟฟ้าแรงสูงโดยรักษาสถานะไว้ที่ 1 สัญลักษณ์ของพัลส์นาฬิกาแสดงถึงพัลส์นาฬิกาที่กระตุ้นเป็นลบ จากรูปจะสังเกตได้ว่าเอาต์พุต Q0 ของฟลิปฟล็อปตัวแรกถูกนำไปใช้เป็นพัลส์นาฬิกากับฟลิปฟล็อปตัวที่สอง
Binary Ripple Counter โดยใช้ JK Flip Flop
ที่นี่เอาต์พุต Q0 คือ LSB และเอาต์พุต Q1 คือบิต MSB การทำงานของเคาน์เตอร์สามารถเข้าใจได้ง่ายโดยใช้ Truth Table ของ JK flip flop
| เจn | ถึงn | ถามn + 1 |
| 0 1 0 1 | 0 0 1 1 | ถามn 1 0 ถามn |
ดังนั้นตามตารางความจริงเมื่ออินพุตทั้งสองเป็น 1 สถานะถัดไปจะเป็นส่วนเติมเต็มของสถานะก่อนหน้า เงื่อนไขนี้ใช้ในรองเท้าแตะแบบกระเพื่อม เนื่องจากเราได้ใช้แรงดันไฟฟ้าสูงกับอินพุต JK ทั้งหมดของฟลิปฟล็อปพวกเขาจึงอยู่ที่สถานะ 1 ดังนั้นพวกเขาจึงต้องสลับสถานะที่ด้านลบจะสิ้นสุดของพัลส์นาฬิกานั่นคือ ที่การเปลี่ยนแปลง 1 ถึง 0 ของพัลส์นาฬิกา แผนภาพเวลาของตัวนับระลอกไบนารีอธิบายการทำงานอย่างชัดเจน
แผนภาพเวลาของ Binary Ripple Counter
จากแผนภาพเวลาเราสามารถสังเกตได้ว่า Q0 จะเปลี่ยนสถานะเฉพาะในช่วงขอบลบของนาฬิกาที่ใช้เท่านั้น ในขั้นต้นฟลิปฟล็อปจะอยู่ที่สถานะ 0 ฟลิปฟล็อปจะอยู่ในสถานะจนกว่านาฬิกาที่ใช้จะเปลี่ยนจาก 1 เป็น 0 เนื่องจากค่า JK คือ 1 ฟลิปฟล็อปควรสลับ ดังนั้นจึงเปลี่ยนสถานะจาก 0 เป็น 1 กระบวนการจะดำเนินต่อไปสำหรับพัลส์ทั้งหมดของนาฬิกา
จำนวนพัลส์อินพุต | ถาม1 | ถาม0 |
| 0 1 สอง 3 4 | - 0 0 1 1 | - 0 1 0 1 |
เมื่อมาถึงฟลิปฟล็อปที่สองรูปคลื่นที่สร้างโดยฟลิปฟล็อป 1 จะได้รับเป็นพัลส์นาฬิกา ดังที่เราเห็นในแผนภาพเวลาเมื่อ Q0 เปลี่ยนจาก 1 เป็น 0 สถานะของการเปลี่ยนแปลง Q1 ที่นี่อย่าพิจารณาชีพจรนาฬิกาข้างต้นเพียงทำตามรูปคลื่นของ Q0 โปรดทราบว่าค่าเอาต์พุตของ Q0 ถือเป็น LSB และ Q1 ถือเป็น MSB จากแผนภาพเวลาเราสามารถสังเกตได้ว่าตัวนับนับค่า 00,01,10,11 จากนั้นรีเซ็ตตัวเองและเริ่มต้นอีกครั้งจาก 00,01, …จนกว่าพัลส์ของนาฬิกาจะถูกนำไปใช้กับฟลิปฟล็อป J0K0
ตัวนับ Ripple 3 บิตโดยใช้ JK flip-flop - ตารางความจริง / แผนภาพเวลา
ในตัวนับระลอก 3 บิตจะใช้ฟลิปฟล็อปสามตัวในวงจร เนื่องจากที่นี่ค่า ‘n’ คือสามตัวนับจึงสามารถนับได้ถึง 23= 8 ค่าเช่น. 000,001,010,011,100,101,110,111. แผนภาพวงจรและแผนภาพเวลาแสดงไว้ด้านล่าง
Binary Ripple Counter โดยใช้ JK Flip Flop
แผนภาพเวลาตัวนับระลอก 3 บิต
ที่นี่รูปคลื่นเอาต์พุตของ Q1 จะถูกกำหนดเป็นพัลส์นาฬิกาให้กับฟลิปฟล็อป J2K2 ดังนั้นเมื่อ Q1 เปลี่ยนจาก 1 เป็น 0 การเปลี่ยนสถานะของ Q2 จะเปลี่ยนไป ผลลัพธ์ของ Q2 คือ MSB
จำนวนพัลส์ | ถามสอง | ถาม1 | ถาม0 |
0 1 สอง 3 4 5 6 7 8 | - 0 0 0 0 1 1 1 1 | - 0 0 1 1 0 0 1 1 | - 0 1 0 1 0 1 0 1 |
4-bit Ripple Counter โดยใช้ JK Flip flop - Circuit Diagram และ Timing Diagram
ในตัวนับระลอก 4 บิตค่า n คือ 4 ดังนั้นจึงใช้รองเท้าแตะ JK 4 ตัวและตัวนับสามารถนับได้สูงสุด 16 พัลส์ ใต้ แผนภาพวงจรและแผนภาพเวลา จะได้รับพร้อมกับตารางความจริง
4 บิต Ripple Counter โดยใช้ JK Flip Flop
แผนภาพการจับเวลา Ripple Counter 4 บิต
ตัวนับ Ripple 4 บิตโดยใช้ D Flip Flop
เมื่อพูดถึงการเลือก Flip Flop สำหรับตัวนับ Ripple การออกแบบจุดสำคัญที่ต้องพิจารณาคือ Flip Flop ควรมีเงื่อนไขสำหรับการสลับสถานะ เงื่อนไขนี้เป็นที่พอใจของรองเท้าแตะ T และ JK เท่านั้น
จากตารางความจริงของ D รองเท้าแตะ จะเห็นได้ชัดเจนว่าไม่มีเงื่อนไขการสลับ ดังนั้นเมื่อใช้เป็น Ripple counter D flip flop มีค่าเริ่มต้นเป็น 1 เมื่อพัลส์นาฬิกาผ่านการเปลี่ยนจาก 1 เป็น 0 ฟลิปฟล็อปควรเปลี่ยนสถานะ แต่ตามตารางความจริงเมื่อค่า D เป็น 1 มันจะอยู่ที่ 1 จนกว่าค่า D จะเปลี่ยนเป็น 0 ดังนั้นรูปคลื่นของ D0-flip flop จะคงอยู่ที่ 1 เสมอซึ่งไม่เป็นประโยชน์สำหรับการนับ ดังนั้น D flip flop จึงไม่ได้รับการพิจารณาสำหรับการสร้าง Ripple Counters
หารด้วยตัวนับ N
ตัวนับ Ripple นับค่าได้ถึง 2n. ดังนั้นการนับค่าที่ไม่ใช่พาวเวอร์ของ 2 จึงเป็นไปไม่ได้ด้วย วงจร ที่เราได้เห็นจนถึงตอนนี้ แต่โดยการปรับเปลี่ยนเราสามารถสร้างตัวนับระลอกเพื่อนับค่าซึ่งไม่สามารถแสดงเป็นกำลังของ 2 ตัวนับดังกล่าวเรียกว่า หารด้วยตัวนับ N .
เคาน์เตอร์ทศวรรษ
จำนวนรองเท้าแตะ n ที่จะใช้ในการออกแบบนี้จะถูกเลือกในลักษณะที่ 2n> N โดยที่ N คือจำนวนของตัวนับ นอกจากรองเท้าแตะแล้วยังมีการเพิ่มประตูป้อนกลับเพื่อให้เมื่อนับ N รองเท้าแตะทั้งหมดจะถูกรีเซ็ตเป็นศูนย์ วงจรป้อนกลับนี้เป็นเพียงไฟล์ ประตู NAND ซึ่งอินพุตเป็นเอาต์พุต Q ของฟลิปฟล็อปเหล่านั้นซึ่งเอาต์พุต Q = 1 ที่จำนวน N
ให้เราดูวงจรของตัวนับซึ่งค่า N เท่ากับ 10 ตัวนับนี้เรียกอีกอย่างว่า เคาน์เตอร์ทศวรรษ เนื่องจากนับได้ถึง 10 ที่นี่จำนวนรองเท้าแตะควรเป็น 4 เนื่องจาก 24= 16> 10 และเมื่อนับ N = 10 เอาต์พุต Q1 และ Q3 จะเป็น 1 ดังนั้นสิ่งเหล่านี้จะถูกกำหนดให้เป็นอินพุตไปยังเกต NAND เอาต์พุตของเกต NAND ถูกนำไปใช้กับฟลิปฟล็อปทั้งหมดดังนั้นการรีเซ็ตให้เป็นศูนย์
ข้อเสียของ Ripple Counter
เวลาแพร่กระจายของการดำเนินการคือเวลาที่ตัวนับดำเนินการเพื่อตอบสนองต่อพัลส์อินพุตที่กำหนด เช่นเดียวกับในตัวนับระลอกคลื่นนาฬิกาเป็นแบบอะซิงโครนัสจึงต้องใช้เวลามากขึ้นในการตอบสนอง
การใช้งานของ Ripple Counter
ตัวนับเหล่านี้มักใช้สำหรับการวัดเวลา, การวัดความถี่, การวัดระยะทาง, การวัดความเร็ว, การสร้างรูปคลื่น, การแบ่งความถี่, คอมพิวเตอร์ดิจิทัล, การนับโดยตรง ฯลฯ ...
ทั้งหมดนี้เป็นข้อมูลเกี่ยวกับ ข้อมูลสั้น ๆ เกี่ยวกับตัวนับระลอกคลื่น การทำงานของการสร้างตัวนับไบนารี 3 บิตและ 4 บิตโดยใช้ JK-Flip Flop พร้อมกับแผนภาพวงจร แผนภาพเวลาตัวนับระลอก และตารางความจริง เหตุผลหลักที่อยู่เบื้องหลังการสร้างตัวนับระลอกด้วย D-Flip Flop ข้อเสียและการใช้งาน Ripple Counter นี่คือคำถามสำหรับคุณคืออะไร ตัวนับ Ripple 8 บิต เหรอ?
