Compteurs de sonneries
Si la sortie d'un registre à décalage est renvoyée à l'entrée. un compteur de sonneries en résulte. Le modèle de données contenu dans le registre à décalage recirculera tant que les impulsions d'horloge seront appliquées.
Par exemple, le modèle de données se répétera toutes les quatre impulsions d'horloge dans la figure ci-dessous. Cependant, nous devons charger un modèle de données.
Tous 0 's ou tous 1 ça ne compte pas. Un niveau logique continu à partir d'une telle condition est-il utile ?
Nous prenons des dispositions pour charger les données dans le registre à décalage entrée parallèle/sortie série configuré comme un compteur en anneau ci-dessous.
Tout motif aléatoire peut être chargé. Le modèle le plus généralement utile est un seul 1 .
Chargement binaire 1000 dans le compteur de sonnerie, ci-dessus, avant de changer de vitesse donne un motif visible.
Le modèle de données pour une seule étape se répète toutes les quatre impulsions d'horloge dans notre exemple à 4 étapes.
Les formes d'onde des quatre étages sont identiques, à l'exception du délai d'horloge d'un étage à l'autre. Voir la figure ci-dessous.
Le circuit ci-dessus est divisé par 4 compteur. La comparaison de l'entrée d'horloge à l'une des sorties montre un rapport de fréquence de 4:1.
Q :De combien d'étapes aurions-nous besoin pour un compteur d'anneaux divisé par 10 ?
R :Dix étapes feraient recirculer le 1 tous les 10 impulsions d'horloge.
Autre méthode d'initialisation du compteur de sonneries à 1000 est montré ci-dessus. Les formes d'onde de décalage sont identiques à celles ci-dessus, se répétant toutes les quatre impulsions d'horloge.
L'exigence d'initialisation est un inconvénient du compteur de sonnerie par rapport à un compteur conventionnel.
Au minimum, il doit être initialisé à la mise sous tension car il n'y a aucun moyen de prédire dans quel état les bascules seront mises sous tension.
En théorie, l'initialisation ne devrait plus jamais être requise. Dans la pratique, les bascules pourraient éventuellement être corrompues par le bruit, détruisant le modèle de données.
Un compteur « auto-correcteur », comme un compteur binaire synchrone classique serait plus fiable.
Le compteur synchrone binaire ci-dessus n'a besoin que de deux étages, mais nécessite des portes de décodeur.
Le compteur d'anneaux avait plus d'étages, mais était auto-décodé, économisant les portes de décodage ci-dessus.
Un autre inconvénient du compteur de sonneries est qu'il n'est pas « autodémarrant ».
Si nous avons besoin des sorties décodées, le compteur en anneau semble attrayant, en particulier si la majeure partie de la logique se trouve dans un seul boîtier de registre à décalage. Sinon, le compteur binaire conventionnel est moins complexe sans le décodeur.
Les formes d'onde décodées à partir du compteur binaire synchrone sont identiques aux formes d'onde précédentes du compteur en anneau.
La séquence du compteur est (QA QB ) =(00 01 10 11 ).
Compteurs Johnson
Le compteur d'anneaux à queue d'interrupteur , également connu sous le nom de compteur Johnson , surmonte certaines des limitations du compteur de sonneries.
Comme un compteur en anneau, un compteur Johnson est un registre à décalage réinjecté sur lui-même. Il nécessite la moitié des étapes d'un compteur annulaire comparable pour un rapport de division donné.
Si la sortie complémentaire d'un compteur en anneau est renvoyée à l'entrée au lieu de la vraie sortie, un compteur Johnson en résulte.
La différence entre un compteur en anneau et un compteur Johnson est la sortie du dernier étage qui est renvoyée (Q ou Q').
Comparez soigneusement la connexion de retour ci-dessous avec le compteur de sonneries précédent.
Cette connexion de rétroaction « inversée » a un effet profond sur le comportement des circuits par ailleurs similaires.
Faire recirculer un seul 1 autour d'un compteur annulaire divise l'horloge d'entrée par un facteur égal au nombre d'étages.
Alors qu'un compteur Johnson divise par un facteur égal à deux fois le nombre d'étages.
Par exemple, un compteur de sonneries à 4 niveaux se divise par 4 . Un compteur Johnson en 4 étapes se divise par 8 .
Démarrez un compteur Johnson en effaçant toutes les étapes à 0 s avant la première horloge. Cela se fait souvent au moment de la mise sous tension.
En se référant à la figure ci-dessous, la première horloge décale de trois 0 s de ( QA QB QC ) vers la droite dans ( QB QC QD ). Le 1 à QD ' (le complément de Q) est replacé dans QA .
Ainsi, nous commençons à décaler 1 s à droite, remplaçant le 0 s. Où un compteur d'anneaux faisait recirculer un seul 1 , le compteur Johnson à 4 étages fait recirculer quatre 0 s puis quatre 1 s pour un motif de 8 bits, puis se répète.
Les formes d'onde ci-dessus illustrent que les ondes carrées multiphasées sont générées par un compteur Johnson.
L'unité à 4 étages ci-dessus génère quatre phases superposées d'un cycle de service de 50 %. Combien d'étages seraient nécessaires pour générer un ensemble de formes d'onde triphasées ?
Par exemple, un compteur Johnson à trois étages, piloté par une horloge de 360 hertz générerait trois 120 o ondes carrées phasées à 60 Hertz.
Les sorties des flop-flops dans un compteur Johnson sont faciles à décoder en un seul état.
Ci-dessous par exemple, les huit états d'un compteur Johnson à 4 étages sont décodés par pas plus d'une porte à deux entrées pour chacun des états.
Dans notre exemple, huit des deux portes d'entrée décodent les états de notre exemple de compteur Johnson.
Quelle que soit la durée du compteur Johnson, seules des portes de décodeur à 2 entrées sont nécessaires.
Remarque, nous aurions pu utiliser des entrées non inversées pour le ET portes en changeant les entrées de porte de vrai à inversé au niveau des FF, Q à Q’ , (et vice versa).
Cependant, nous essayons de faire en sorte que le schéma ci-dessus corresponde à la fiche technique du CD4022B, aussi étroitement que possible.
Ci-dessus, nos quatre ondes carrées phasées QA à QD sont décodés en huit signaux (G0 à G7 ) actif pendant une période d'horloge sur un cycle complet de 8 horloges.
Par exemple, G0 est actif haut lorsque les deux QA et QD sont faibles. Ainsi, des paires des différentes sorties de registre définissent chacun des huit états de notre exemple de compteur Johnson.
Ci-dessus se trouve le schéma interne plus complet du compteur CD4022B Johnson. Voir la fiche technique des fabricants pour les détails mineurs omis.
La principale nouveauté du diagramme par rapport aux figures précédentes est le détecteur d'état non autorisé composé des deux NOR portes.
Jetez un œil à la table d'état en médaillon. Il existe 8 états autorisés comme indiqué dans le tableau.
Étant donné que notre levier de vitesses a quatre bascules, il y a un total de 16 états, dont 8 états non autorisés. Ce sont ceux qui ne figurent pas dans le tableau.
En théorie, nous n'entrerons dans aucun des états interdits tant que le registre à décalage est RESET avant la première utilisation.
Cependant, dans le « monde réel » après plusieurs jours de fonctionnement continu en raison de bruits imprévus, de perturbations sur les lignes électriques, de près d'éclairs, etc., le compteur Johnson pourrait entrer dans l'un des états non autorisés.
Pour les applications à haute fiabilité, nous devons prévoir cette possibilité mince. Plus grave est le cas où le circuit n'est pas effacé à la mise sous tension.
Dans ce cas, il n'y a aucun moyen de savoir dans lequel des 16 états le circuit s'allumera.
Une fois dans un état non autorisé, le compteur Johnson ne reviendra à aucun des états autorisés sans intervention. C'est le but du NOR portes.
Examinez le tableau pour la séquence (QA QB QC ) =(010 ). Nulle part cette séquence n'apparaît dans le tableau des états autorisés.
Par conséquent (010 ) est interdit. Cela ne devrait jamais se produire. Si c'est le cas, le compteur Johnson est dans un état non autorisé, qu'il doit quitter dans n'importe quel état autorisé.
Supposons que (QA QB QC ) =(010 ). Le deuxième NI porte remplacera QB =1 avec un 0 au D entrée à FF QC .
En d'autres termes, le 010 incriminé est remplacé par 000 . Et 000 , qui apparaît dans le tableau, sera décalé vers la droite.
Il y a peut-être des séquences triple-0 dans le tableau. C'est ainsi que le NOR les portes font passer le compteur Johnson d'un état interdit à un état autorisé.
Tous les états non autorisés ne contiennent pas un 010 séquence. Cependant, après quelques horloges, cette séquence apparaîtra de sorte que tous les états non autorisés finiront par être échappés.
Si le circuit est mis sous tension sans RESET , les sorties seront imprévisibles pendant quelques horloges jusqu'à ce qu'un état autorisé soit atteint.
S'il s'agit d'un problème pour une application particulière, assurez-vous de RESET à la mise sous tension.
Appareils de compteur Johnson
Une paire de compteurs Johnson à circuit intégré avec les états de sortie décodés est disponible.
Nous avons déjà examiné la logique interne du CD4017 dans la discussion sur les compteurs Johnson.
Les appareils de la série 4000 peuvent fonctionner avec des alimentations de 3V à 15V. La partie 74HC', conçue pour une compatibilité TTL, peut fonctionner à partir d'une alimentation de 2 V à 6 V, compte plus rapidement et a une plus grande capacité d'entraînement de sortie.
Pour les fiches techniques complètes des appareils, suivez les liens.
- Compteur CD4017 Johnson avec 10 sorties décodées Compteur CD4022 Johnson avec 8 sorties décodées
- Compteur Johnson 74HC4017, 10 sorties décodées
Les symboles ANSI pour le modulo Les compteurs Johnson -10 (diviser par 10) et modulo-8 sont indiqués ci-dessus.
Le symbole prend les caractéristiques d'un compteur plutôt que d'une dérivée de registre à décalage, ce qu'il est.
Les formes d'onde pour le CD4022 modulo-8 et son fonctionnement ont été présentées précédemment. Le compteur à décades CD4017B/74HC4017 est un compteur Johnson à 5 étages avec dix sorties décodées.
Le fonctionnement et les formes d'onde sont similaires à ceux du CD4017. En fait, les CD4017 et CD4022 sont tous deux détaillés sur la même fiche technique.
Le 74HC4017 est une version plus moderne du compteur à décades.
Ces dispositifs sont utilisés lorsque des sorties décodées sont nécessaires à la place des sorties binaires ou BCD (décimales codées binaires) trouvées sur les compteurs normaux.
Par décodé, nous entendons qu'une ligne sur dix est active à la fois pour le '4017 à la place du code BCD à quatre bits des compteurs conventionnels.
Voir les formes d'onde précédentes pour le décodage 1 sur 8 pour le compteur '4022 Octal Johnson.
Applications pratiques
Le compteur Johnson ci-dessus déplace une LED allumée tous les cinquièmes de seconde autour de l'anneau de dix.
Notez que le 74HC4017 est utilisé à la place du '40017 car la première partie a une capacité d'entraînement plus actuelle.
De la fiche technique, (au lien ci-dessus) opérant à VCC =5V, le VOH =4,6V à 4ma.
En d'autres termes, les sorties peuvent fournir 4 ma à 4,6 V pour piloter les LED. Gardez à l'esprit que les LED sont normalement alimentées par 10 à 20 ma de courant.
Cependant, ils sont visibles jusqu'à 1 ma. Ce circuit simple illustre une application du 'HC4017.
Besoin d'un affichage lumineux pour une exposition? Ensuite, utilisez des tampons inverseurs pour conduire les cathodes des LED tirées vers l'alimentation par des résistances d'anode de valeur inférieure.
Le temporisateur 555, servant de multivibrateur astable, génère une fréquence d'horloge déterminée par R1 R2 C1 .
Cela entraîne le 74HC4017 un pas par horloge, comme indiqué par une seule LED allumée sur l'anneau.
Notez que si le 555 ne pilote pas de manière fiable la broche d'horloge du '4015, faites-le passer par un seul étage tampon entre le 555 et le '4017.
Une variable R2 pourrait changer le taux de pas. La valeur du condensateur de découplage C2 n'est pas critique. Un condensateur similaire doit être appliqué sur les broches d'alimentation et de masse du '4017.
Le compteur Johnson ci-dessus génère des ondes carrées triphasées, phasées 60 o à part par rapport à (QA QB QC ).
Cependant, nous avons besoin de 120 o formes d'onde phasées des applications de puissance (voir Volume II, AC).
Choisir P1 =QA P2 =QC P3 =QB ' donne le 120 o phasage souhaité. Voir la figure ci-dessous.
Si ces (P1 P2 P3 ) sont filtrés passe-bas aux ondes sinusoïdales et amplifiés, cela pourrait être le début d'une alimentation triphasée.
Par exemple, avez-vous besoin de piloter un petit moteur d'avion triphasé 400 Hz ?
Ensuite, alimentez 6x 400Hz au circuit ci-dessus HORLOGE . Notez que toutes ces formes d'onde ont un rapport cyclique de 50 %.
Le circuit ci-dessous produit des formes d'onde triphasées sans chevauchement, avec un facteur de marche inférieur à 50 %, pour l'entraînement de moteurs pas à pas triphasés.
Ci-dessus, nous décodons les sorties qui se chevauchent QA QB QC aux sorties sans chevauchement P0 P1 P2 comme indiqué ci-dessous.
Ces formes d'onde entraînent un moteur pas à pas triphasé après une amplification appropriée du niveau milliampère au niveau fractionnaire d'ampères en utilisant les pilotes ULN2003 illustrés ci-dessus, ou le pilote de paire Darlington à composants discrets illustré dans le circuit qui suit.
Sans compter le pilote de moteur, ce circuit nécessite trois boîtiers IC (circuit intégré) :deux boîtiers FF de type « D » double et une porte NAND quadruple.
Un seul CD4017, ci-dessus, génère les formes d'onde pas à pas triphasées requises dans le circuit ci-dessus en effaçant le compteur Johnson au compte 3 .
Comptez 3 persiste moins d'une microseconde avant de s'effacer. L'autre compte (Q0 =G0 Q1 =G1 Q2 =G2 ) restent chacun pendant une période d'horloge complète.
Les pilotes de transistor bipolaire Darlington illustrés ci-dessus remplacent les circuits internes de l'ULN2003.
La conception des pilotes dépasse le cadre de ce chapitre sur l'électronique numérique. L'un ou l'autre pilote peut être utilisé avec l'un ou l'autre des circuits générateurs de signaux.
Les formulaires ci-dessus ont le plus de sens dans le contexte de la logique interne du CD4017 présentée plus haut dans cette section.
Cependant, le ET les équations de déclenchement pour le décodeur interne sont affichées. Les signaux QA QB QC les sorties du registre à décalage direct du compteur Johnson ne sont pas disponibles sur les broches.
Le QD la forme d'onde montre la réinitialisation du '4017 toutes les trois horloges. Q0 Q1 Q2 , etc. sont des sorties décodées qui sont réellement disponibles sur les broches de sortie.
Ci-dessus, nous générons des formes d'onde pour piloter un moteur pas à pas unipolaire , qui ne nécessite qu'une seule polarité de signal de conduite.
C'est-à-dire que nous n'avons pas à inverser la polarité de l'entraînement aux enroulements. Cela simplifie le pilote d'alimentation entre le '4017 et le moteur.
Les paires Darlington d'un schéma précédent peuvent être remplacées par l'ULN3003.
Une fois de plus, le CD4017B génère les formes d'onde requises avec une réinitialisation après le décompte final.
Les sorties décodées Q0 Q1 Q2 Q3 entraîner successivement les enroulements du moteur pas à pas, avec Q4 remise à zéro du compteur à la fin de chaque groupe de quatre impulsions.
FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :
- Feuille de travail des compteurs
- Feuille de travail des registres à décalage
Technologie industrielle