機械で1パッケージあたり10本ずつ詰められていたガラスびんの生産ラインを注意深く観察しながら、好奇心旺盛な質問–機械はどうやってびんの数を数えるのかを知るのですか？何が機械に数える方法を教えますか？この好奇心を解決するための答えを探すことは、次のような非常に興味深い発明につながります。 カウンターの 」。カウンタは、適用されたクロックパルスをカウントする回路です。これらは通常、フリップフロップを使用して設計されています。機能しているカウンターにクロックが適用される方法に基づいて、次のように分類されます。 同期および非同期カウンター 。この記事では、次のように知られている非同期カウンターを見てみましょう。 リップルカウンター 。
リップルカウンターとは何ですか？
リップルカウンターにジャンプする前に、用語を理解しましょう 同期および非同期カウンター 。カウンタは、フリップフロップを使用して作成された回路です。名前が示すように、同期カウンターにはすべてがあります フリップフロップ クロックパルスと同期して動作します。ここでは、クロックパルスがすべてのフリップフロップに適用されます。
一方、非同期カウンタークロックパルスは、値がLSBと見なされる最初のフリップフロップにのみ適用されます。クロックパルスの代わりに、最初のフリップフロップの出力は次のフリップフロップへのクロックパルスとして機能し、その出力は次のインラインフリップフロップへのクロックとして使用されます。
したがって、非同期カウンタでは、前のフリップフロップの遷移後、次のフリップフロップの遷移が発生しますが、同期カウンタで見られるのと同時に発生しません。ここでは、フリップフロップがマスタースレーブ構成で接続されています。
リップルカウンター： リップルカウンターは非同期カウンターです。クロックパルスが回路を波打つことからその名前が付けられました。 n-MODリップルカウンタにはn個のフリップフロップが含まれており、回路は最大2つまでカウントできます。n 初期値にリセットされる前の値。
これらのカウンターは、回路に基づいてさまざまな方法でカウントできます。
アップカウンター： 値を昇順でカウントします。
ダウンカウンター： 値を降順でカウントします。
アップダウンカウンター： 順方向または逆方向のいずれかで値をカウントできるカウンターは、アップダウンカウンターまたはリバーシブルカウンターと呼ばれます。
Nカウンターで除算： 2進数の代わりに、10を底とするNまでカウントする必要がある場合があります。2の累乗ではない値Nまでカウントできるリップルカウンターは、Divide byNカウンターと呼ばれます。
リップルカウンタ回路図とタイミング図
ザ・ リップルカウンターの働き 例の助けを借りて最もよく理解することができます。使用されるフリップフロップの数に基づいて、2ビット、3ビット、4ビット…..リップルカウンターを設計できます。 2ビットの動作を見てみましょう バイナリリップルカウンター 概念を理解する。
に バイナリカウンター 最大2ビットの値をカウントできます。 2-MODカウンター 2を数えることができます二= 4つの値。ここでn値は2なので、2つのフリップフロップを使用します。フリップフロップのタイプを選択する際、リップルカウンターは、次のようにトグルする条件を持つフリップフロップを使用してのみ設計できることに注意してください。 JKおよびTフリップフロップ 。
JKフリップフロップを使用したバイナリリップルカウンター
の回路配置 バイナリリップルカウンター 下図のようになります。ここに2つ JKフリップフロップ J0K0とJ1K1が使用されます。フリップフロップのJK入力には、状態1を維持する高電圧信号が供給されます。クロックパルスの記号は、負にトリガーされたクロックパルスを示します。この図から、第１のフリップフロップの出力Ｑ０がクロックパルスとして第２のフリップフロップに印加されていることが分かる。
JKフリップフロップを使用したバイナリリップルカウンター
ここで、出力Q0はLSBであり、出力Q1はMSBビットです。カウンタの機能は、JKフリップフロップの真理値表を使用して簡単に理解できます。
| Jn | にn | Qn + 1 |
| 0 1 0 1 | 0 0 1 1 | Qn 1 0 Qn |
したがって、真理値表によれば、両方の入力が1の場合、次の状態は前の状態の補数になります。この条件は、リップルフリップフロップで使用されます。フリップフロップのすべてのJK入力に高電圧を印加したため、それらは状態1にあるため、クロックパルスの負方向の端で状態を切り替える必要があります。クロックパルスの1から0への遷移時。バイナリリップルカウンタのタイミング図は、動作を明確に説明しています。
バイナリリップルカウンタのタイミング図
タイミング図から、Q0は印加されたクロックの立ち下がりエッジの間だけ状態が変化することがわかります。最初、フリップフロップは状態0にあります。フリップフロップは、適用されたクロックが1から0になるまで状態に留まります。JK値が1であるため、フリップフロップはトグルする必要があります。したがって、状態は0から1に変わります。このプロセスは、クロックのすべてのパルスに対して続行されます。
入力パルス数 | Q1 | Q0 |
| 0 1 二 3 4 | - 0 0 1 1 | - 0 1 0 1 |
2番目のフリップフロップに来ると、ここではフリップフロップ1によって生成された波形がクロックパルスとして与えられます。したがって、タイミング図でわかるように、Q0が1から0に遷移すると、Q1の状態が変化します。ここでは、上記のクロックパルスは考慮せず、Q0の波形のみに従ってください。 Q0の出力値はLSBと見なされ、Q1はMSBと見なされることに注意してください。タイミング図から、カウンタが値00,01,10,11をカウントし、それ自体をリセットして、クロックパルスがJ0K0フリップフロップに適用されるまで00,01、…から再開することがわかります。
JKフリップフロップを使用した3ビットリップルカウンター–真理値表/タイミング図
3ビットリップルカウンタでは、3つのフリップフロップが回路で使用されます。ここでの「n」値は3であるため、カウンターは最大2つまでカウントできます。3= 8つの値.i.e。 000,001,010,011,100,101,110,111。回路図とタイミング図を以下に示します。
JKフリップフロップを使用したバイナリリップルカウンター
3ビットリップルカウンターのタイミング図
ここで、Q1の出力波形は、フリップフロップJ2K2にクロックパルスとして与えられます。したがって、Q1が1から0に遷移すると、Q2の状態が変化します。 Q2の出力はMSBです。
パルス数 | Q二 | Q1 | Q0 |
0 1 二 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 |
JKフリップフロップを使用した4ビットリップルカウンター–回路図とタイミング図
4ビットリップルカウンタでは、n値が4であるため、4つのJKフリップフロップが使用され、カウンタは最大16パルスをカウントできます。下 回路図とタイミング図 真理値表と一緒に与えられます。
JKフリップフロップを使用した4ビットリップルカウンター
4ビットリップルカウンターのタイミング図
Dフリップフロップを使用した4ビットリップルカウンター
リップルカウンタのフリップフロップを選択する場合、考慮すべき重要な点は、フリップフロップに状態を切り替えるための条件が含まれている必要があるということです。この条件は、TおよびJKフリップフロップによってのみ満たされます。
の真理値表から Dフリップフロップ 、トグル状態が含まれていないことがはっきりとわかります。したがって、リップルカウンタとして使用される場合、Dフリップフロップの初期値は1です。クロックパルスが1から0に遷移すると、フリップフロップの状態が変化するはずです。しかし、真理値表によれば、D値が1の場合、D値が0に変更されるまで1のままです。したがって、D0フリップフロップの波形は常に1のままであり、カウントには役立ちません。したがって、Dフリップフロップはリップルカウンターの構築には考慮されません。
Nカウンターで除算
リップルカウンターは2までの値をカウントしますn。したがって、2の累乗ではない値をカウントすることはできません 回路 今まで見てきたこと。しかし、変更することで、2の累乗として表現できない値をカウントするリップルカウンターを作成できます。このようなカウンターは、 Nカウンターで除算 。
ディケイドカウンター
この設計で使用されるフリップフロップの数nは、2が次のように選択されます。n> Nここで、Nはカウンターのカウントです。フリップフロップに加えて、フィードバックゲートが追加され、カウントNですべてのフリップフロップがゼロにリセットされます。このフィードバック回路は単に NANDゲート その入力は、カウントNで出力Q = 1であるフリップフロップの出力Qです。
N値が10のカウンタの回路を見てみましょう。このカウンタは、 ディケイドカウンター 10までカウントするので、ここではフリップフロップの数は2であるため、4になるはずです。4= 16>10。N= 10のカウントでは、出力Q1とQ3は1になります。したがって、これらはNANDゲートへの入力として与えられます。 NANDゲートの出力はすべてのフリップフロップに適用され、それによってそれらをゼロにリセットします。
リップルカウンターの欠点
キャリー伝搬時間は、カウンタが特定の入力パルスへの応答を完了するのにかかる時間です。リップルカウンタと同様に、クロックパルスは非同期であるため、応答を完了するのにより多くの時間が必要です。
リップルカウンターの応用
これらのカウンタは、時間の測定、周波数の測定、距離の測定、速度の測定、波形生成、周波数分割、デジタルコンピュータ、直接カウントなどに頻繁に使用されます。
したがって、これはすべてについてです リップルカウンターに関する簡単な情報、 回路図とともにJK-フリップフロップを使用したバイナリ、3ビットおよび4ビットカウンタ構築の動作、 リップルカウンターのタイミング図 、および真理値表。 D-フリップフロップを備えたリップルカウンターの構築の背後にある主な理由、不利な点とリップルカウンターのアプリケーション。ここにあなたへの質問があります、何ですか 8ビットリップルカウンター ？
