Předtím jsme viděli, že přepínací flip flopy typu T lze použít jako jednotlivé čítače s dělením po dvou. Pokud spojíme několik přepínacích flip-flopů do sériového řetězce, můžeme vytvořit digitální čítač, který ukládá nebo zobrazuje počet výskytů určité počítací sekvence.

Taktované flip-flopy typu T fungují jako binární čítač s dělením po dvou a v asynchronních čítačích výstup jednoho počítacího stupně poskytuje hodinový impuls pro další stupeň. Pak má klopný čítač dva možné výstupní stavy a přidáním dalších klopných stupňů můžeme vytvořit čítač dělení po 2N. Problémem 4bitových binárních čítačů je však to, že počítají od 0000 do 1111. To je od 0 do 15 v desítkové soustavě.

Chceme-li vytvořit číslicový čítač, který počítá od 1 do 10, potřebujeme, aby čítač počítal pouze binární čísla 0000 až 1001. To je od 0 do 9 v desítkové soustavě a naštěstí pro nás jsou počítací obvody snadno dostupné jako integrované obvody, přičemž jedním z takových obvodů je asynchronní desítkový čítač 74LS90.

Digitální čítače počítají od nuly po určitou předem stanovenou hodnotu počítání při přivedení hodinového signálu. Po dosažení hodnoty počítání se jejich vynulováním čítač vrátí zpět na nulu a začne znovu.

Dekádový čítač počítá v pořadí po deseti a po napočítání devíti se vrátí zpět na nulu. Je zřejmé, že aby čítač počítal až do binární hodnoty devět, musí mít ve svém řetězci alespoň čtyři klopné obvody, které reprezentují každou desítkovou číslici, jak je znázorněno na obrázku.

Stavový diagram čítače bcd

Dekadický čítač má čtyři flip-flopy a 16 potenciálních stavů, z nichž se používá pouze 10, a pokud bychom spojili řadu čítačů dohromady, mohli bychom počítat do 100 nebo 1000 nebo do libovolného konečného počtu, který si zvolíme.

Celkový počet počtů, které může čítač také počítat, se nazývá jeho MODULUS. Čítač, který se po n počtech vrátí na nulu, se nazývá modulo-n čítač, například modulo-8 (MOD-8) nebo modulo-16 (MOD-16) atd. a u „n-bitového čítače“ je plný rozsah počítání od 0 do 2n-1.

Jak jsme ale viděli v tutoriálu Asynchronní čítače, čítač, který se resetuje po deseti počítáních s posloupností počítání dělení po 10 od binárního 0000 (desítková „0“) do 1001 (desítková „9“), se nazývá „binárně kódovaný desítkový čítač“ nebo zkráceně BCD čítač a čítač MOD-10 lze zkonstruovat pomocí minimálně čtyř přepínacích flip-flopů.

Nazývá se BCD čítač, protože jeho posloupnost deseti stavů je posloupností BCD kódu a nemá pravidelný vzorec, na rozdíl od přímého binárního čítače. Jednostupňový čítač BCD, jako je 74LS90, pak počítá od desítkové 0 do desítkové 9, a je tedy schopen počítat maximálně devět impulsů. Všimněte si také, že číslicový čítač může počítat nahoru nebo dolů nebo počítat nahoru a dolů (obousměrně) v závislosti na vstupním řídicím signálu.

Binárně kódovaný desítkový kód je kód 8421 složený ze čtyř binárních číslic. Označení 8421 odkazuje na binární váhu čtyř použitých číslic nebo bitů. Například 23 = 8, 22 = 4, 21 = 2 a 20 = 1. Hlavní výhodou kódu BCD je, že umožňuje snadný převod mezi desítkovou a dvojkovou formou čísel.

Čítač 74LS90 BCD

Integrovaný obvod 74LS90 je v podstatě dekádový čítač MOD-10, který vytváří výstupní kód BCD. Obvod 74LS90 se skládá ze čtyř interně propojených flip-flopů master-slave JK, které zajišťují čítač MOD-2 (count-to-2) a čítač MOD-5 (count-to-5). 74LS90 má jeden nezávislý přepínací JK flip-flop řízený vstupem CLK A a tři přepínací JK flip-flopy, které tvoří asynchronní čítač řízený vstupem CLK B, jak je znázorněno na obrázku.

74LS90 BCD čítač

Čtyři výstupy čítače jsou označeny písmenným symbolem Q s číselným indexem rovným binární váze příslušného bitu v kódu obvodů BCD čítače. Tedy například QA, QB, QC a QD. Počítací sekvence 74LS90 se spouští při záporné hraně hodinového signálu, tj. když hodinový signál CLK přejde z logické 1 (HIGH) do logické 0 (LOW).

Přídavné vstupní piny R1 a R2 jsou piny „reset“ čítače, zatímco vstupy S1 a S2 jsou piny „set“. Když jsou vstupy Reset R1 a R2 připojeny k logické 1, resetují čítač zpět na nulu, 0 (0000), a když jsou vstupy Set S1 a S2 připojeny k logické 1, nastaví čítač na maximum, neboli 9 (1001), bez ohledu na aktuální počet nebo pozici čítače.

Jak jsme již řekli, čítač 74LS90 se skládá z čítače s dělením po 2 a čítače s dělením po 5 v rámci jednoho pouzdra. Pak můžeme použít kterýkoli z těchto čítačů k výrobě pouze čítače frekvence s dělením po 2, pouze čítače frekvence s dělením po 5 nebo oba dohromady k výrobě našeho požadovaného čítače BCD s dělením po 10.

Při vypnutých čtyřech klopných obvodech tvořících sekci čítače s dělením po 5, pokud je na vstupní pin 14 (CLKA) přiveden hodinový signál a výstup je odebrán z pinu 12 (QA), můžeme vyrobit standardní binární čítač s dělením po 2 pro použití v obvodech pro dělení frekvence, jak je znázorněno na obrázku.

74LS90 čítač dělení po 2

Chceme-li vyrobit standardní čítač dělení po 5, můžeme vypnout první výše uvedený flip-flop a vstupní signál hodin přivést přímo na pin 1 (CLKB), přičemž výstupní signál bude odebrán z pinu 11 (QD), jak je znázorněno na obrázku.

74LS90 dělicí čítač po 5

Všimněte si, že při této konfiguraci dělicího čítače po 5 není výstupní průběh symetrický, ale má poměr značek 4:1. To znamená, že výstupní signál je symetrický. To znamená, že čtyři vstupní hodinové signály vytvářejí výstupní signál LOW nebo logickou „0“ a pátý vstupní hodinový signál vytváří výstupní signál HIGH nebo logickou „1“.

Pro vytvoření dekádového čítače BCD s dělením po 10 se používají oba vnitřní obvody čítače, což dává hodnotu dělení 2 krát 5. Protože první výstup QA z flip-flopu „A“ není interně připojen k následujícím stupňům, lze čítač rozšířit a vytvořit 4bitový BCD čítač připojením tohoto výstupu QA na vstup CLKB, jak je znázorněno na obrázku.

74LS90 čítač dělení po 10

Tak vidíme, že čítače BCD jsou binární čítače, které počítají od 0000 do 1001 a pak se resetují, protože mají možnost po devátém počítání vymazat všechny své flip-flopy. Pokud připojíme tlačítkový spínač (SW1) na hodinový vstup CLKA, bude čítač při každém uvolnění tlačítkového spínače počítat o jedničku. Pokud bychom k výstupním svorkám QA, QB, QC a QD připojili světelné diody (LED), jak je znázorněno na obrázku, můžeme sledovat průběh binárně kódovaného desítkového počítání.

74LS90 BCD dekadický čítač

Při dalším použití tlačítkového spínače, SW1 se počet zvýší až na devět, tedy 1001. Při desátém použití se výstupy ABCD vynulují a začne nová posloupnost počítání. S takovým kulatým počtem impulsů MOD-10 můžeme dekádový čítač použít k řízení digitálního displeje.

Pokud chceme zobrazit posloupnost počítání pomocí sedmisegmentového displeje, musí být výstup BCD před zobrazením vhodně dekódován. Digitální obvod, který dokáže dekódovat čtyři výstupy našeho čítače 74LS90 BCD a rozsvítit požadované segmenty displeje, se nazývá dekodér.

Řízení displeje

Naštěstí pro nás již někdo navrhl a vyvinul integrovaný obvod dekodéru BCD na sedmisegmentový displej, například 74LS47, který právě toto dokáže. Modul 74LS47 má čtyři vstupy pro číslice BCD A, B, C a D a výstupy pro každý ze segmentů sedmisegmentového displeje.

Všimněte si, že standardní 7segmentový displej LED má obvykle osm vstupních připojení, jedno pro každý segment LED a jedno, které slouží jako společná svorka nebo připojení pro všechny vnitřní segmenty displeje. Některé displeje mají také volitelnou desetinnou tečku (DP).

74LS47 BCD na 7segmentový ovladač

Dekodér displeje 74LS47 přijímá kód BCD a generuje potřebné signály pro aktivaci příslušných segmentů LED odpovědných za zobrazení počtu aplikovaných impulsů. Protože dekodér 74LS47 je určen pro řízení displeje se společnou anodou, výstup LOW (logická 0) rozsvítí segment LED, zatímco výstup HIGH (logická 1) jej „vypne“. Pro normální provoz musí být výstupy LT (Lamp test), BI/RBO (Blanking Input/Ripple Blanking Output) a RBI (Ripple Blanking Input) otevřené nebo připojené na logiku 1 (HIGH).

Všimněte si, že zatímco 74LS47 má aktivní výstupy LOW a je určen k dekódování 7segmentového LED displeje se společnou anodou, dekodér/řidič IC 74LS48 je naprosto stejný, pouze má aktivní výstupy HIGH určené k dekódování 7segmentového displeje se společnou katodou. Takže v závislosti na typu 7segmentového LED displeje, který máte, můžete potřebovat dekodér IC 74LS47 nebo 74LS48.

Dekódované binární desítkové vstupy 74LS47 lze připojit k odpovídajícím výstupům čítače 74LS90 BCD pro zobrazení posloupnosti počítání na 7segmentovém displeji, jak se zobrazí při každém stisknutí tlačítka SW1. Změnou polohy tlačítka a rezistoru 1kΩ lze docílit toho, aby se počítání měnilo při aktivaci nebo uvolnění tlačítkového spínače SW1.

Závěrečný 4bitový obvod čítače BCD

Všimněte si, že 7segmentový displej je tvořen sedmi jednotlivými světelnými diodami, které tvoří displej. Nejlepší metodou omezení proudu procházejícího sedmisegmentovým displejem je použití proudového omezovacího rezistoru v sérii s každou ze sedmi LED diod, jak je znázorněno na obrázku. Můžeme to však provést dvěma způsoby.

Omezovací rezistory proudu

Jediný rezistor – zde je použit jediný sériový omezovací rezistor proudu, R . Pokud vám nijak zvlášť nezáleží na konstantním jasu displeje, pak je to nejjednodušší a nejsnadnější možnost řízení 7segmentového displeje.

Množství světla vyzařovaného LED diodou se mění s proudem procházejícím zařízením, přičemž proud protékající rezistorem se rozděluje mezi počet segmentů displeje. Jas displeje pak nyní závisí na tom, kolik segmentů svítí současně.

Více rezistorů – zde má každý segment svůj vlastní proudový omezovací rezistor, jak je uvedeno v našem jednoduchém zapojení BCD čítače výše.

Obvykle 7segmentové displeje potřebují k rozsvícení segmentů asi 12 až 20 miliampérů, takže hodnota odporu omezujícího proudu rezistoru (všechny budou stejné) se volí tak, aby omezovala proud v rámci těchto hodnot. Všimněte si, že některé displeje se mohou zničit, pokud jsou napájeny proudem 40 mA a více.

Výhodou je, že jas určitého segmentu LED nezávisí na stavu ostatních šesti LED, což dává displeji konstantní jas. Hodnoty proudových omezovacích rezistorů lze volit tak, aby poskytovaly správnou míru jasu, protože množství okolního světla bude také určovat požadovanou intenzitu LED.

Náš obvod ukazuje jednoduchý digitální čítač 0 až 9 s použitím BCD čítače 74LS90 a ovladače 7segmentového displeje 74LS47. Abychom mohli počítat nad 10 a vytvořit dvoumístný čítač se základnou deset a displej, museli bychom kaskádovat dva samostatné čítače s dělením po deseti dohromady. Dvoumístný čítač BCD by počítal v desítkové soustavě od 00 do 99 (0000 0000 až 1001 1001) a pak by se resetoval zpět na 00. Všimněte si, že ačkoli se bude jednat o dvoumístný čítač, hodnoty představující šestnáctková čísla od A do F nejsou v tomto kódu platné.

Podobně, pokud bychom chtěli počítat od 0 do 999 (0000 0000 0000 až 1001 1001), pak jsou potřeba tři kaskádované dekadické čítače. Ve skutečnosti lze více dekádových čítačů zkonstruovat jednoduše kaskádováním jednotlivých obvodů BCD čítačů, jednoho pro každou dekádu, jak je znázorněno na obrázku.

Dvoumístný čítač BCD od 00 do 99

Čítač BCD Shrnutí

V tomto návodu jsme viděli, že čítač BCD je zařízení, které při taktování prochází posloupností deseti stavů a po napočítání 9 se vrací do stavu 0. V tomto případě se jedná o čítač BCD. V našem jednoduchém příkladu výše jsou vstupní hodinové impulsy z tlačítkového spínače, ale čítače lze použít k počítání mnoha reálných událostí, například k počítání pohybujících se objektů.

Pro generování elektrických impulzů pro každou počítanou událost však mohou být zapotřebí vhodné obvody, protože tyto události se mohou vyskytovat v diskrétních časových intervalech nebo mohou být zcela náhodné.

V mnoha číslicových elektronických obvodech a aplikacích jsou číslicové čítače realizovány pomocí Toggle flip-flopu nebo pomocí jiného typu flip-flopu, který lze zapojit tak, aby poskytoval požadovanou spínací funkci, nebo pomocí speciálních počítacích integrovaných obvodů, jako je 74LS90. Binární čítače jsou čítače, které procházejí binární posloupností a n-bitový binární čítač je tvořen „n“ počtem klopných obvodů, které počítají od 0 do 2n-1.

BCD čítače sledují posloupnost deseti stavů a počítají pomocí BCD čísel od 0000 do 1001 a pak se vrací na 0000 a opakuje se. Takový čítač musí mít nejméně čtyři flip-flopy, aby reprezentoval každou desítkovou číslici, protože desítková číslice je reprezentována binárním kódem s nejméně čtyřmi bity, které dávají počet MOD-10.

Viděli jsme také, že výstup s kódem BCD lze zobrazit pomocí čtyř LED nebo pomocí digitálního displeje. Zobrazení každého čísla od 0 do 9 však vyžaduje dekódovací obvod, který převádí binárně kódovanou reprezentaci čísla na příslušné logické úrovně na každém ze segmentů displeje.

Dekódovací obvody displeje lze sestavit z kombinačních logických prvků a na trhu existuje mnoho specializovaných integrovaných obvodů pro tuto funkci, jako je například integrovaný obvod 74LS47 BCD to 7-segment decoder/driver IC.

Většina 7segmentových displejů se obvykle používá ve vícemístných počítacích aplikacích, takže kaskádováním více BCD čítačů lze zkonstruovat 4místné čítače poskytující displeje s maximální hodnotou 9999.

BCD čítač 74LS90 je velmi flexibilní počítací obvod a lze jej použít jako děličku kmitočtu nebo k dělení libovolného celočíselného počtu od 2 do 9 přivedením příslušných výstupů zpět na vstupy Reset a Set integrovaného obvodu.

.