링 카운터

시프트 레지스터의 출력이 입력으로 피드백되는 경우. 링 카운터 결과. 시프트 레지스터에 포함된 데이터 패턴은 클럭 펄스가 적용되는 한 재순환됩니다.

예를 들어, 데이터 패턴은 아래 그림에서 4개의 클럭 펄스마다 반복됩니다. 그러나 데이터 패턴을 로드해야 합니다.

모두 0 ' 또는 모두 1 '는 계산되지 않습니다. 이러한 조건의 연속 논리 수준이 유용합니까?

아래에서 링 카운터로 구성된 병렬 입력/직렬 출력 시프트 레지스터에 데이터를 로드하기 위한 준비를 합니다.

임의의 패턴을 로드할 수 있습니다. 가장 일반적으로 유용한 패턴은 단일 1 .

바이너리 1000 로드 중 위의 링 카운터로 이동하기 전에 눈에 띄는 패턴을 생성합니다.

단일 단계의 데이터 패턴은 4단계 예제에서 4클럭 펄스마다 반복됩니다.

한 단계에서 다음 단계로의 하나의 클록 시간 지연을 제외하고 4단계 모두의 파형은 동일하게 보입니다. 아래 그림을 참조하십시오.

위의 회로는 4로 나눈 것입니다. 카운터. 클럭 입력과 출력 중 하나를 비교하면 4:1의 주파수 비율을 보여줍니다.

Q:링 카운터를 10으로 나누려면 단계가 어떻게 필요합니까?

A:10개의 단계는 1을 재순환합니다. 매 10 클록 펄스.

링 카운터를 1000으로 초기화하는 다른 방법 위에 나와 있습니다. 시프트 파형은 위의 파형과 동일하며 4번째 클럭 펄스마다 반복됩니다.

초기화 요구 사항은 기존 카운터에 비해 링 카운터의 단점입니다.

플립플롭의 전원이 켜질 상태를 예측할 수 있는 방법이 없기 때문에 최소한 전원을 켤 때 초기화해야 합니다.

이론적으로 초기화는 다시는 필요하지 않습니다. 실제로 플립플롭은 결국 노이즈에 의해 손상되어 데이터 패턴이 손상될 수 있습니다.

기존 동기 바이너리 카운터와 같은 "자체 수정" 카운터가 더 안정적입니다.

위의 바이너리 동기 카운터는 두 단계만 필요하지만 디코더 게이트가 필요합니다.

링 카운터에는 더 많은 단계가 있지만 자체 디코딩되어 위의 디코딩 게이트를 저장했습니다.

링 카운터의 또 ​​다른 단점은 "자체 시작"이 아니라는 것입니다.

디코딩된 출력이 필요한 경우, 특히 대부분의 로직이 단일 시프트 레지스터 패키지에 있는 경우 링 카운터가 매력적으로 보입니다. 그렇지 않은 경우 기존 바이너리 카운터는 디코더 없이 덜 복잡합니다.

동기 바이너리 카운터에서 디코딩된 파형은 이전 링 카운터 파형과 동일합니다.

카운터 시퀀스는 (Q_A Q_B ) =(00 01 10 11 ).

존슨 카운터

스위치 테일 링 카운터 , 존슨 카운터라고도 함 , 링 카운터의 일부 제한 사항을 극복합니다.

링 카운터와 마찬가지로 Johnson 카운터는 자체적으로 피드백되는 시프트 레지스터입니다. 주어진 분할 비율에 대해 비교 가능한 링 카운터의 절반 단계가 필요합니다.

링 카운터의 보수 출력이 실제 출력 대신 입력으로 피드백되면 Johnson 카운터가 발생합니다.

링 카운터와 존슨 카운터의 차이점은 마지막 단계의 출력이 피드백되는(Q 또는 Q')입니다.

아래의 피드백 연결을 이전 링 카운터와 주의 깊게 비교하십시오.

이 "역" 피드백 연결은 유사한 회로의 동작에 중대한 영향을 미칩니다.

단일 1 재순환 링 카운터 주변은 입력 클럭을 스테이지 수와 동일한 요소로 나눕니다.

반면 Johnson 카운터는 단계 수의 2배에 해당하는 인수로 나눕니다.

예를 들어 4단계 링 카운터는 4로 나눕니다. . 4단계 Johnson 카운터는 8로 나눕니다. .

모든 단계를 0으로 지우고 Johnson 카운터를 시작하세요. s는 첫 번째 시계 전입니다. 이것은 종종 전원을 켤 때 수행됩니다.

아래 그림을 참조하면 첫 번째 시계가 세 번 0 이동합니다. ( Q_A의 s Q_B Q_C ) 오른쪽으로 ( Q_B Q_C Q_D ). 1 Q_D에서 ' (Q의 보수)는 다시 Q_A로 이동합니다. .

따라서 1 이동을 시작합니다. s는 오른쪽으로, 0 대체 에스. 링 카운터가 단일 1을 재순환한 경우 , 4단계 Johnson 카운터는 4개의 0을 재순환합니다. s 다음 4 1 8비트 패턴에 대해 s를 입력한 다음 반복합니다.

위의 파형은 다상 구형파가 Johnson 카운터에 의해 생성됨을 보여줍니다.

위의 4단계 장치는 50% 듀티 사이클의 4개의 중첩 위상을 생성합니다. 3상 파형 세트를 생성하려면 몇 단계가 필요합니까?

예를 들어 360Hz 시계로 구동되는 3단계 Johnson 카운터는 3개의 120 ^o 를 생성합니다. 60Hz에서 위상 구형파.

Johnson 카운터의 플롭플롭 출력은 단일 상태로 쉽게 디코딩됩니다.

예를 들어 아래에서 4단계 Johnson 카운터의 8개 상태는 각 상태에 대해 2개 이하의 입력 게이트로 디코딩됩니다.

이 예에서 2개의 입력 게이트 중 8개는 Johnson 카운터 예의 상태를 디코딩합니다.

Johnson 카운터의 길이에 상관없이 2입력 디코더 게이트만 필요합니다.

AND에 반전되지 않은 입력을 사용할 수 있음을 참고하세요. FF, Q에서 게이트 입력을 참에서 역으로 변경하여 게이트 Q'로 , (또는 그 반대).

그러나 위의 다이어그램이 CD4022B의 데이터 시트와 최대한 일치하도록 하려고 합니다.

위의 4단계 구형파 Q_A Q_D로 8개의 신호로 디코딩됩니다(G₀ G₇로 ) 완전한 8클록 주기 중 1클록 주기 동안 활성화됩니다.

예:G₀ 둘 다 Q_A일 때 활성 높음 및 Q_D 낮다. 따라서 다양한 레지스터 출력의 쌍은 Johnson 카운터 예제의 8가지 상태 각각을 정의합니다.

위는 CD4022B Johnson 카운터의 보다 완전한 내부 다이어그램입니다. 생략된 사소한 세부 사항은 제조업체의 데이터 시트를 참조하십시오.

이전 그림과 비교하여 다이어그램에 새로 추가된 주요 기능은 허용되지 않는 상태 감지기입니다. 두 개의 NOR로 구성 게이트.

삽입 상태 테이블을 살펴보십시오. 표에 나열된 대로 8가지 허용 상태가 있습니다.

시프터에는 4개의 플립플롭이 있으므로 총 16개의 상태가 있으며 그 중 8개의 허용되지 않는 상태가 있습니다. 그것은 표에 나열되지 않은 것들입니다.

이론적으로 시프트 레지스터가 RESET인 한 허용되지 않는 상태에 들어가지 않습니다. 처음 사용하기 전에.

그러나 예상치 못한 소음, 전력선 교란, 낙뢰에 가까운 낙뢰 등으로 인해 여러 날 동안 계속 작동한 후 "현실 세계"에서는 Johnson 카운터가 허용되지 않는 상태 중 하나가 될 수 있습니다.

고신뢰성 애플리케이션의 경우 이러한 희박한 가능성에 대한 계획이 필요합니다. 더 심각한 것은 전원을 켤 때 회로가 지워지지 않는 경우입니다.

이 경우 회로의 전원이 켜질 16개 상태 중 어느 상태인지 알 수 있는 방법이 없습니다.

허용되지 않는 상태가 되면 Johnson 카운터는 개입 없이 허용되는 상태로 돌아가지 않습니다. 이것이 NOR의 목적입니다. 게이트.

시퀀스에 대한 테이블을 검사합니다(Q_A Q_B Q_C ) =(010 ). 이 시퀀스는 허용된 상태 테이블에 나타나지 않습니다.

따라서 (010 )는 허용되지 않습니다. 절대 발생해서는 안됩니다. 그렇다면 Johnson 카운터는 허용되지 않는 상태에 있으므로 허용된 상태로 종료해야 합니다.

(Q_A Q_B Q_C ) =(010 ). 두 번째 NOR 게이트가 Q_B를 대체합니다. =1 0 D에서 FF Q_C에 입력 .

즉, 문제가 되는 010 000으로 대체됨 . 그리고 000 , 표에 나타나는 는 오른쪽으로 이동됩니다.

테이블에 트리플 0 시퀀스가 ​​있을 수 있습니다. 이것이 NOR gates는 Johnson 카운터를 허용되지 않은 상태에서 허용된 상태로 만듭니다.

모든 허용되지 않는 상태에 010이 있는 것은 아닙니다. 순서. 그러나 몇 시간 후에 이 시퀀스가 ​​나타나 허용되지 않는 상태가 결국 이스케이프됩니다.

RESET 없이 회로에 전원이 공급되는 경우 , 출력은 허용된 상태에 도달할 때까지 몇 클록 동안 예측할 수 없습니다.

특정 애플리케이션에 문제가 있는 경우 재설정하세요. 전원을 켤 때.

존슨 카운터 장치

출력 상태가 디코딩된 한 쌍의 집적 회로 Johnson 카운터 장치를 사용할 수 있습니다.

우리는 이미 Johnson 카운터에 대한 논의에서 CD4017 내부 논리를 살펴보았습니다.

4000 시리즈 장치는 3V ~ 15V 전원 공급 장치에서 작동할 수 있습니다. TTL 호환성을 위해 설계된 74HC' 부품은 2V ~ 6V 전원에서 작동할 수 있고 더 빠르게 카운트할 수 있으며 더 큰 출력 드라이브 기능을 제공합니다.

전체 장치 데이터 시트를 보려면 링크를 따르십시오.

<울>

10개의 디코딩된 출력이 있는 CD4017 Johnson 카운터 8개의 디코딩된 출력이 있는 CD4022 Johnson 카운터

74HC4017 Johnson 카운터, 디코딩된 출력 10개

모듈로의 ANSI 기호 -10(10으로 나누기) 및 modulo-8 Johnson 카운터가 위에 표시됩니다.

기호는 시프트 레지스터 도함수가 아닌 카운터의 특성을 취합니다.

CD4022 modulo-8 및 작동에 대한 파형은 이전에 표시되었습니다. CD4017B/74HC4017 디케이드 카운터는 10개의 디코딩된 출력이 있는 5단계 Johnson 카운터입니다.

동작 및 파형은 CD4017과 유사합니다. 실제로 CD4017과 CD4022는 동일한 데이터 시트에 자세히 설명되어 있습니다.

74HC4017은 ​​디케이드 카운터의 최신 버전입니다.

이 장치는 일반 카운터에서 볼 수 있는 바이너리 또는 BCD(Binary Coded Decimal) 출력 대신 디코딩된 출력이 필요한 곳에 사용됩니다.

디코딩된다는 것은 기존 카운터의 4비트 BCD 코드 대신 '4017'에 대해 10개 라인 중 한 라인이 한 번에 활성화된다는 의미입니다.

'4022 Octal Johnson 카운터에 대한 1/8 디코딩에 대한 이전 파형을 참조하십시오.

실용적 응용

위의 Johnson 카운터는 10개의 링 주위로 1/5초마다 조명이 켜진 LED를 이동합니다.

74HC4017이 '40017' 대신에 사용된다는 점에 유의하세요. 전자가 더 많은 전류 구동 능력을 가지고 있기 때문입니다.

V_CC에서 작동하는 데이터 시트(위 링크)에서 =5V, V_OH =4mA에서 4.6V.

즉, 출력은 LED를 구동하기 위해 4.6V에서 4mA를 공급할 수 있습니다. LED는 일반적으로 10~20mA의 전류로 구동된다는 점에 유의하십시오.

그러나 그들은 1ma까지 볼 수 있습니다. 이 간단한 회로는 'HC4017'의 응용 프로그램을 보여줍니다.

전시회에 밝은 디스플레이가 필요하십니까? 그런 다음 반전 버퍼를 사용하여 더 낮은 값의 양극 저항기에 의해 전원 공급 장치로 당겨진 LED의 음극을 구동합니다.

불안정 멀티바이브레이터 역할을 하는 555 타이머는 R₁에 의해 결정된 클록 주파수를 생성합니다. R₂ C₁ .

이렇게 하면 링에 조명이 켜진 단일 LED로 표시된 대로 74HC4017이 클록당 한 단계씩 이동합니다.

555가 '4015'의 클럭 핀을 안정적으로 구동하지 않는 경우 555와 '4017 사이의 단일 버퍼 단계를 통해 실행합니다.

변수 R₂ 단계 속도를 변경할 수 있습니다. 디커플링 커패시터 C₂의 값 중요하지 않습니다. '4017'의 전원 및 접지 핀에 유사한 커패시터를 적용해야 합니다.

위의 Johnson 카운터는 60 ^o 위상의 3상 구형파를 생성합니다. (Q_A Q_B Q_C ).

그러나 120 ^o 가 필요합니다. 전력 애플리케이션의 위상 파형(2권, AC 참조).

P₁ 선택 =Q_A P₂ =Q_C P₃ =Q_B ' 120 ^o 산출 원하는 단계. 아래 그림을 참조하십시오.

이러한 경우(P₁ P₂ P₃ ) 사인파로 저역 통과 필터링되고 증폭되며, 이는 3상 전원 공급 장치의 시작일 수 있습니다.

예를 들어 소형 3상 400Hz 항공기 모터를 구동해야 합니까?

그런 다음 위의 회로 CLOCK에 6x 400Hz를 공급합니다. . 이 모든 파형은 50% 듀티 사이클입니다.

아래 회로는 3상 스테퍼 모터를 구동하기 위한 50% 미만의 듀티 사이클, 3상 비중첩 파형을 생성합니다.

위에서 중복 출력을 디코딩합니다. Q_A Q_B Q_C 겹치지 않는 출력으로 P₀ P₁ P₂ 아래와 같습니다.

이 파형은 위에 표시된 ULN2003 드라이버 또는 다음 회로에 표시된 개별 부품 Darlington 쌍 드라이버를 사용하여 밀리암페어 수준에서 분수 암페어 수준으로 적절한 증폭 후 3상 스테퍼 모터를 구동합니다.

모터 드라이버를 제외하고 이 회로에는 3개의 IC(집적 회로) 패키지가 필요합니다. 이중 유형 "D" FF 패키지 2개와 쿼드 NAND 게이트 1개입니다.

위의 단일 CD4017은 ​​3 카운트에서 Johnson 카운터를 지워 위의 회로에서 필요한 3상 스테퍼 파형을 생성합니다. .

3 카운트 자체를 지우기 전에 마이크로초 미만 동안 지속됩니다. 다른 카운트(Q₀ =G₀ Q₁ =G₁ 질문₂ =G₂ )는 각각 전체 시계 기간 동안 유지됩니다.

위에 표시된 Darlington 바이폴라 트랜지스터 드라이버는 ULN2003의 내부 회로를 대체합니다.

드라이버 설계는 이 디지털 전자 장의 범위를 벗어납니다. 두 드라이버는 파형 발생기 회로 중 하나와 함께 사용할 수 있습니다.

위의 waceform은 이 섹션의 앞부분에 표시된 CD4017의 내부 논리 컨텍스트에서 가장 의미가 있습니다.

하지만 AND 내부 디코더에 대한 게이팅 방정식이 표시됩니다. 신호 Q_A Q_B Q_C 핀아웃에서 사용할 수 없는 Johnson 카운터 직접 시프트 레지스터 출력입니다.

Q_D 파형은 '4017의 재설정을 보여줍니다. 세 시계마다. Q₀ Q₁ 질문₂ 등은 실제로 출력 핀에서 사용할 수 있는 디코딩된 출력입니다.

위에서 단극 스테퍼 모터를 구동하기 위한 파형을 생성합니다. , 구동 신호의 한 극성만 필요합니다.

즉, 드라이브의 극성을 권선으로 바꿀 필요가 없습니다. 이것은 '4017과 모터 사이의 파워 드라이버를 단순화합니다.

이전 다이어그램의 Darlington 쌍은 ULN3003을 대체할 수 있습니다.

다시 한 번, CD4017B는 단자 카운트 후 재설정으로 필요한 파형을 생성합니다.

디코딩된 출력 Q₀ Q₁ 질문₂ 질문₃ Q₄로 스테퍼 모터 권선을 연속적으로 구동 4개의 펄스로 구성된 각 그룹의 끝에서 카운터를 재설정합니다.

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<울>

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