非同期カウンター

カウンターとは？

カウンターは、特定のイベントが発生した回数に基づいて特定のイベントをカウントできるデバイスです。デジタルロジックシステムまたはコンピューターでは、このカウンターは、クロック信号に応じて、特定のイベントまたはプロセスが発生した回数をカウントして保存できます。最も一般的なタイプのカウンタは、単一のクロック入力と複数の出力を備えたシーケンシャルデジタル論理回路です。出力は、2進数または2進数でコード化された10進数を表します。各クロックパルスは、数を増やすか、数を減らします。

非同期とは何ですか？

非同期とは、同期がないことを意味します。存在しない、または同時に発生していないもの。コンピューティングまたは通信ストリームでは、非同期とは、前の操作が完了したときにのみパルスを送信することによって操作のタイミングを制御することを意味し、定期的に送信するのではありません。

非同期カウンター

これで、 カウンター とは何か、 非同期 という言葉の意味は何であるかがわかりました。非同期カウンタは、非同期クロック入力を使用してカウントできます。カウンタはフリップフロップを使用して簡単に作成できます。カウントはクロック信号に依存するため、非同期カウンタの場合、状態変化ビットがクロック信号として後続のフリップフロップに提供されます。これらのフリップフロップは直列に接続されており、クロックパルスはカウンタを介してリップルします。リップルクロックパルスのため、リップルカウンターと呼ばれることがよくあります。非同期カウンタはカウントすることができます2^のn - 1つの可能なカウント状態を。

非同期切り捨てカウンターとディケイドカウンター

MOD-16のような4ビットの分解能を持つ非同期カウンターには最大出力数があるため、カウント状態が最大出力数よりも少なくなる構成で基本的な非同期カウンターを使用することもできます。モジュロまたはMODカウンターは、これらのタイプのカウンターの1つです。カウンターが事前構成された値でゼロにリセットされ、シーケンスが切り捨てられるように構成されています。

したがって、特定の解像度数（nビットの解像度）までカウントアップするカウンターをフルシーケンスカウンターと呼び、最大数より少ない数のカウンターを切り捨てカウンターと呼びます。

フリップフロップの非同期入力を利用するために、非同期切り捨てカウンターを組み合わせロジックで使用できます。

Modulo 16非同期カウンターは、追加の論理ゲートを使用して変更でき、出力が10（10で割った値）のカウンター出力を提供するように使用できます。これは、標準の10進数のカウントや演算回路で役立ちます。このタイプのカウンターは、10年カウンターと呼ばれます。

Decade Countersでは、出力が10進値の10に達したときにゼロにリセットする必要があります。

0〜9（10ステップ）を数えると、2進数は–になります。

数カウント	2進数	10進値
0	0000	0
1	0001	1
2	0010	2
3	0011	3
4	0100	4
5	0101	5
6	0110	6
7	0111	7
8	1000	8
9	1001	9

したがって、出力が1001（BCD = 9）に達したら、カウンターをリセットする必要があります。カウンタをリセットするには、この状態をリセット入力にフィードバックする必要があります。0000（BCD = 0）から1001（BCD = 9）までカウントするカウンターは、BCDまたは2進化10進カウンターと呼ばれます。

非同期ディケイドカウンターのタイミング図とその真理値表

上の画像では、4つのJKフリップフロップと1つのNANDゲート74LS10Dを使用してディケードカウンター構成として使用される基本的な非同期カウンター。非同期カウンターは、0000（BCD = 0）から1001（BCD = 9）までの各クロックパルスでカウントアップします。各JKフリップフロップ出力は2進数を提供し、バイナリ出力はクロック入力として次の後続のフリップフロップに供給されます。 10進数で9である最終出力1001、最上位ビットである出力D、および最下位ビットである出力Aは、どちらもロジック1にあります。これら2つの出力は、74LS10Dの入力に接続されています。次のクロックパルスを受信すると、74LS10Dの出力は状態をロジックハイまたは1からロジックローまたは0に戻します。

74LS10Dが出力を変更するこのような状況では、NANDゲートの出力が74LS73 CLEAR入力の両端に接続されているため、74LS73JKフリップフロップがリセットされます。フリップフロップがリセットされると、DからAへの出力はすべて0000になり、NANDゲートの出力はロジック1にリセットされます。このような構成では、画像に示されている上部回路はModulo-10またはディケードカウンターになります。

ディケイドカウンターの真理値表を次の表に示します-

クロックパルス	10進値	出力-D	出力– C	出力– B	出力-A
1	0	0	0	0	0
2	1	0	0	0	1
3	2	0	0	1	0
4	3	0	0	1	1
5	4	0	1	0	0
6	5	0	1	0	1
7	6	0	1	1	0
8	7	0	1	1	1
9	8	1	0	0	0
10	9	1	0	0	1
11	0	0	0	0	0

下の画像は、タイミング図とクロック信号の4つの出力ステータスを示しています。リセットパルスも図に示されています。

非同期カウンター、例、および使いやすさの作成

カウンター出力の切り捨てに使用される方法を使用して、非同期カウンターのカウントサイクルを変更できます。他のカウントサイクルでは、NANDゲート間の入力接続を変更するか、他の論理ゲート構成を追加できます。

我々は最大弾性率がフリップフロップの数Nを用いて実装することができ、前に論じたようである2 ^N。このため、切り捨てられた非同期カウンターを設計する場合は、2の最小の累乗を見つける必要があります。これは、目的のモジュラス以上です。

たとえば、0から56またはmod – 57をカウントし、0から繰り返す場合、必要なフリップフロップの最大数はn = 6であり、最大モジュラスは64になります。選択するフリップフロップの数を少なくすると、モジュラスは、0から56までの数値をカウントするのに十分ではありません。n= 5を選択した場合、最大MODは= 32になり、カウントには不十分です。

2つ以上の4ビットリップルカウンターをカスケードし、各個体を「16で割った」または「8で割った」フォーメーションとして構成して、MOD-128以上の指定されたカウンターを取得できます。

74LSセグメントでは、7493 ICを「16で割った」カウンターとして構成し、別の7493チップセットを「8で割った」カウンターとしてカスケードすると、「128で割った」周波数が得られるように構成できます。仕切り。

他の同様のIC 74LS90として構成することができるオファープログラマブルリップルカウンタまたは分周2分周、3による除算または5で除算又は他の組み合わせも同様。

一方、74LS390は、2から50,100までの数値による大除算やその他の組み合わせにも使用できる、もう1つの柔軟な選択肢です。

周波数分周器

非同期カウンターの最良の使用法の1つは、それを分周器として使用することです。高周波を実際の高周波クロックよりはるかに低い使用可能な安定した値に下げることができます。これは、デジタルエレクトロニクス、タイミング関連アプリケーション、デジタルクロック、割り込みソースジェネレータの場合に非常に役立ちます。

260キロヘルツで動作し、安定性が+/- 2％の単安定/非安定マルチバイブレータである従来のNE555タイマーICを使用しているとします。「Dividedby2」の18ビットリップルカウンターを簡単に追加して、1Hzの安定した出力を取得できます。これは1秒の遅延または1秒のパルスの生成に使用できます。これはデジタル時計に役立ちます。

これは、リップルカウンターを使用して周波数を除算することにより、不安定なソースから安定した周波数またはタイミングを生成する簡単な回路です。より正確な水晶発振器は、信号発生器以外の正確な高周波を生成できます。

非同期カウンターの長所と短所

非同期カウンタは、タイプDフリップフロップを使用して簡単に作成できます。これらは、「nで除算」カウンター回路を使用して実装できます。これにより、より大きなカウント範囲関連のアプリケーションではるかに柔軟性が高まり、切り捨てられたカウンターは任意のモジュラス数カウントを生成できます。

ただし、これらの機能にもかかわらず、非同期カウンターにはいくつかの制限と欠点があります。

非同期カウンターを使用している間、フリップフロップを再同期するために追加の再同期出力フリップフロップが必要です。また、切り捨てられたシーケンスカウントの場合、が等しくない場合は、追加のフィードバックロジックが必要です。

チェーンシステムのため、多数のビットをカウントする場合、連続するステージによる伝搬遅延が大きくなりすぎて、取り除くのが非常に困難になりました。このような状況では、同期カウンターはより高速で信頼性があります。非同期カウンターに高いクロック周波数が適用されると、非同期カウンターにもカウントエラーが発生します。