Johnson Counter คืออะไร: Circuit Diagram, Truth Table & Applications

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลเคาน์เตอร์ของจอห์นสันใช้เพื่อจัดเก็บหรือประมวลผลหรือนับจำนวนเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นภายใน วงจร . เป็นหนึ่งในวงจรลอจิกตามลำดับแบบดิจิทัลที่นับหลายพัลส์ ได้รับการออกแบบให้มีกลุ่มรองเท้าแตะพร้อมสัญญาณนาฬิกาเพิ่มเติม ในลอจิกดิจิทัลและการคำนวณทุกครั้งสิ่งเหล่านี้จะใช้เพื่อนับเหตุการณ์เฉพาะหรือพัลส์ที่เกิดขึ้นในวงจรและยังเป็นไปตามลำดับที่แน่นอนหรือลำดับสุ่มตามการออกแบบ มีหลายประเภทเช่น Synchronous เคาน์เตอร์ , Asynchronous / Ripple counter, Up / Down Counter, Ring counter, Johnson counter, Decade counter, Modulus counter, Cascaded counter

Johnson Counter คืออะไร?

คำจำกัดความ: เป็นที่รู้จักกันว่าแหวนดัดแปลง เคาน์เตอร์ . ได้รับการออกแบบมาพร้อมกับกลุ่มของรองเท้าแตะโดยที่เอาต์พุตกลับด้านจากฟลิปฟล็อปสุดท้ายจะเชื่อมต่อกับอินพุตของฟลิปฟล็อปตัวแรก โดยทั่วไปจะใช้งานโดยใช้ D flip-flop หรือ JK flip-flop เรียกอีกอย่างว่าตัวนับตอบกลับแบบผกผันหรือตัวนับวงแหวนบิด สิ่งนี้เป็นไปตามลำดับของรูปแบบบิต เมื่อเทียบกับตัวนับแหวนจะใช้เพียงครึ่งหนึ่งของจำนวนฟลิปฟล็อป ดังนั้น MOD จะเป็น 2n หากมี n flip-flop

แผนภูมิวงจรรวม

แผนภาพวงจรเคาน์เตอร์ของจอห์นสัน คือการจัดเรียงแบบเรียงซ้อนของ 'n' รองเท้าแตะ . ในการออกแบบดังกล่าวเอาต์พุตของฟลิปฟล็อปที่กำลังดำเนินการจะถูกป้อนกลับเป็นอินพุตไปยังฟลิปฟล็อปถัดไป ตัวอย่างเช่นเอาต์พุตกลับด้านของฟลิปฟล็อปสุดท้าย ‘Q̅n’ จะถูกป้อนกลับไปที่ฟลิปฟล็อปตัวแรกในรูปแบบบิตลำดับ ตัวนับจะลงทะเบียนรอบในวงปิดนั่นคือหมุนเวียนภายในวงจร

เคาน์เตอร์วงจร

พิจารณาเคาน์เตอร์จอห์นสัน 4 บิตซึ่งประกอบด้วยรองเท้าแตะ 4 มิติซึ่งเรียกว่าเคาน์เตอร์จอห์นสัน 4 บิต มีหมุดที่ตั้งไว้ล่วงหน้าและชัดเจนเพื่อเริ่มต้นหรือเริ่มต้นและรีเซ็ตการนับ

รีเซ็ตพินทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิด / ปิด ดังนั้นสามารถเปิดใช้งานรองเท้าแตะได้โดยคลิกที่สวิตช์รีเซ็ต

พิน CLK ใช้เพื่อสังเกตการเปลี่ยนแปลงเอาต์พุตของฟลิปฟล็อป

ตัวนับจอห์นสันมาตรฐาน 2,3 และ 4 ขั้นตอนใช้เพื่อแบ่งความถี่ของสัญญาณนาฬิกาด้วยความช่วยเหลือของการเชื่อมต่อแบบป้อนกลับที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นตัวนับจอห์นสัน 3 ขั้นตอนสามารถใช้เป็นเครื่องกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยม 3 เฟสและ 120 องศา ตัวนับจอห์นสัน 5 ขั้นตอนใช้เป็นตัวนับทศวรรษแบบซิงโครนัส (CD4017) หรือวงจรแบ่ง 2 ขั้นตอนทำหน้าที่เป็นออสซิลเลเตอร์แบบสี่เหลี่ยมจัตุรัสหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่สร้างสัญญาณเอาต์พุตแต่ละตัวที่ 90 องศาซึ่งเกี่ยวข้องกับสัญญาณอินพุต

ตารางความจริง

พิจารณาตารางความจริงของตัวนับจอห์นสัน 3 บิต เอาต์พุตของฟลิปฟล็อปที่กำลังดำเนินการเชื่อมต่อเป็นอินพุตของฟลิปฟล็อปถัดไป สัญญาณนาฬิกา (CLK) ใช้เพื่อทราบการเปลี่ยนแปลงของเอาต์พุต ประกอบด้วย 3 flip-flop, Q0, Q1, Q2 เป็นเอาต์พุตของ flip-flop ตัวนับจะนับสถานะของรอบในวงปิดที่ต่อเนื่อง

อินพุต D อยู่ก่อนขอบที่เพิ่มขึ้นของนาฬิกา (CLK) ซึ่งแสดงเป็น Q0

เมื่อเกิดขอบที่เพิ่มขึ้นของ CLK เอาต์พุต Q1 คือค่าของ Q0

เมื่อไม่มีพัลส์นาฬิกา (0) เอาต์พุตของตัวนับคือ 000

เมื่อ CLK = 1 ผลลัพธ์ของตัวนับคือ 100

เมื่อ CLK = 2 เอาต์พุตของตัวนับคือ 110

เมื่อ CLK = 3 ผลลัพธ์ของตัวนับคือ 111

เมื่อ CLK = 4 ผลลัพธ์ของตัวนับคือ 011

เมื่อ CLK = 5 ผลลัพธ์ของตัวนับคือ 001

MOD ของตัวนับจอห์นสัน 3 บิตคือ 6 ดังนั้นจึงมี 6 สถานะที่ไม่ซ้ำกัน กระบวนการที่สมบูรณ์อยู่ในรูปแบบบิตลำดับ

รหัส Johnson Counter Verilog

ถ้าจำนวนบิตหรือฟลิปฟล็อปเป็น 'n' จอห์นสันจะนับเหตุการณ์หรือสถานะหรือรอบ 2n

รหัส verilog HDL ของตัวนับ Johnson 3 บิตแสดงอยู่ด้านล่าง

/////// Verilog Code Johnson

โมดูล johnson_counter (ออกรีเซ็ต clk)

อินพุต clk รีเซ็ต

เอาท์พุท [3: 0] ออก

reg [3: 0] q

เสมอ @ (posedge clk)

เริ่ม

ถ้า (รีเซ็ต)

q = 4’d0

อื่น

เริ่ม
q [3]<=q[2]

q [2]<=q[1]

q [1]<=q[0]

q [0]<=(~q[3])
จบ

จบ

กำหนดออก = q

endmodule

////// จบ ////

เคาน์เตอร์จอห์นสัน 4 บิต

ตัวนับจอห์นสัน 4 บิตประกอบด้วยรองเท้าแตะ 4 D และนับได้ 8 รอบ เอาต์พุตกลับด้านของฟลิปฟล็อปสุดท้ายจะถูกป้อนกลับเป็นอินพุตไปยังฟลิปฟล็อปตัวแรก

• จากรูป ABCD คือเอาต์พุตของฟลิปฟล็อปในรูปแบบ 4 บิต
• ค่าอินพุตของ 'D' คือเอาต์พุตแบบกลับด้านของฟลิปฟล็อปสุดท้าย
• 'CLK' ใช้เพื่อนับสถานะหรือรอบของตัวนับซึ่งอยู่ในวงปิด
• พินรีเซ็ตใช้เป็นสวิตช์เปิด / ปิด
• เนื่องจากข้อมูลจะหมุนรอบวงปิดที่ต่อเนื่องกันจึงสามารถใช้ตัวนับเพื่อตรวจจับรูปแบบหรือค่าต่างๆภายในข้อมูลได้
• ตัวอย่างเช่นเมื่อมีพัลส์นาฬิการูปแบบเอาต์พุตของรองเท้าแตะจะเป็น 1,000, 1100, 1110, 1111, 0111, 0011, 0001
• เมื่อไม่มีพัลส์นาฬิกาเอาต์พุตจะเป็น 0000

ความแตกต่างระหว่าง Ring Counter และ Johnson Counter

ความแตกต่างระหว่างตัวนับแหวนและตัวนับจอห์นสันคือเอาต์พุตอินเวอร์เตอร์ของฟลิปฟล็อปสุดท้ายจะเชื่อมต่อกลับเป็นอินพุตไปยังฟลิปฟล็อปตัวแรก

ตัวนับในวงแหวนหมายเลขของพัลส์นาฬิกาอินพุตที่กำหนดให้กับฟลิปฟล็อปจะเท่ากับหมายเลขของสเตจ นั่นหมายความว่า MOD ของตัวนับวงแหวน n-bit คือ 'n'

ในตัวนับของจอห์นสันจำนวนพัลส์นาฬิกาอินพุตหารด้วยตัวคูณสองเท่าของจำนวนขั้นตอน นั่นหมายความว่า MOD ของตัวนับ n-bit johnson คือ '2n'

ข้อดี / ข้อเสียของ Johnson Counter

ข้อดีและข้อเสียมีดังต่อไปนี้

ข้อดี

ข้อดีคือ

• ตัวนับจอห์นสันจะนับเลขที่ของขั้นตอนสองครั้งเท่ากับเลขที่ของพัลส์นาฬิกาที่กำหนดให้กับ รองเท้าแตะ .
• นับเหตุการณ์ในวงปิดที่ต่อเนื่องภายในวงจร
• สามารถออกแบบได้โดยใช้รองเท้าแตะ D และ JK
• สามารถใช้เป็นวงจรถอดรหัสตัวเอง

ข้อเสีย

ข้อเสียคือ

• ไม่สามารถใช้เพื่อนับเลขฐานสอง ลำดับ
• มันไม่ได้ใช้ทุกขั้นตอนเท่ากับจำนวนขั้นตอนในเคาน์เตอร์
• ต้องการเพียงครึ่งหนึ่งของจำนวนรองเท้าแตะในครึ่งหนึ่งของเวลา สัญญาณ
• ใช้ในลำดับเวลาใดก็ได้

การใช้งาน

แอพพลิเคชั่นของจอห์นสันเคาน์เตอร์ คือ

• เคาน์เตอร์ Johnson ใช้เป็นตัวแบ่งความถี่และตัวระบุรูปแบบ
• มันถูกใช้เป็นทศวรรษที่ซิงโครนัส เคาน์เตอร์ และวงจรแบ่ง
• สามารถใช้เพื่อสร้างเครื่องสเตท จำกัด ที่ซับซ้อนในการออกแบบตรรกะฮาร์ดแวร์
• ตัวนับจอห์นสัน 3 บิตใช้เป็นเครื่องกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยม 3 เฟสเพื่อสร้างการกะระยะ 120 องศา
• ความถี่ของสัญญาณนาฬิกาแบ่งตามความคิดเห็นที่แตกต่างกัน

คำถามที่พบบ่อย

1). เคาน์เตอร์แหวนกับเคาน์เตอร์จอห์นสันต่างกันอย่างไร?

MOD ของตัวนับ n-bit ring คือ 'n' ในขณะที่ MOD ของตัวนับ n-bit Johnson คือ '2n'

2). D flip flop คืออะไร?

D-FLIP FLOP เรียกอีกอย่างว่าฟลิปฟล็อปแบบโอเวอร์คล็อกหรือฟลิปฟล็อปแบบหน่วงเวลาซึ่งติดตามอินพุตและทำให้การเปลี่ยนเท่ากับอินพุต D

3). ตัวนับแบบอะซิงโครนัสคืออะไร?

อินพุตบนฟลิปฟล็อปและมีการควบคุมเอาต์พุตโดยไม่คำนึงถึงพัลส์นาฬิกาอินพุตที่ใช้

4). จุดประสงค์ของตารางความจริงคืออะไร?

ตารางความจริงประกอบด้วยหลายแถวและคอลัมน์ที่มีตัวแปรลอจิคัลและชุดค่าผสมเพื่อให้ทราบถึงการทำงานเชิงตรรกะของวงจร ให้ค่าที่เป็นไปได้ทั้งหมดในฟังก์ชันลอจิคัลของวงจร

5). D flip flop คืออะไร?

รูปแบบเต็มของ d-flip flop คือ Data-flip flop ซึ่งเก็บค่าที่อยู่บนสายข้อมูล

ดังนั้นทั้งหมดนี้จึงเกี่ยวกับตารางการทำงานวงจรและความจริงของเคาน์เตอร์จอห์นสัน จุดประสงค์ของตัวนับจอห์นสันคือการนับหรือจัดเก็บจำนวนเหตุการณ์เมื่อเอาต์พุตกลับด้านถูกกำหนดให้เป็นอินพุตไปยังฟลิปฟล็อปตัวแรกและเรียกอีกอย่างว่าเป็นการปรับเปลี่ยน นี่คือคำถามสำหรับคุณ 'Johnson Counter 8 บิตคืออะไร'