In der digitalen Logik und Informatik ist ein Zähler ein Gerät, das speichert und manchmal anzeigt, wie oft ein bestimmtes Ereignis oder ein bestimmter Prozess aufgetreten ist, oft in Bezug auf eine Uhr. Der gebräuchlichste Typ ist eine sequentielle digitale Logikschaltung mit einer als Takt bezeichneten Eingangsleitung und mehreren Ausgangsleitungen. Die Werte auf den Ausgangsleitungen stellen eine Zahl im Binär- oder BCD-Zahlensystem dar. Jeder an den Takteingang angelegte Impuls erhöht oder verringert die Zahl im Zähler.
Eine Zählerschaltung besteht normalerweise aus mehreren in Kaskade geschalteten Flip-Flops. Zähler sind sehr weit verbreitete Komponenten in digitalen Schaltungen und werden als separate integrierte Schaltungen hergestellt und auch als Teile größerer integrierter Schaltungen eingebaut. Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Zählern:
- Asynchrone Zähler
- Synchrone Zähler
Contents
Was ist ein synchroner Zähler?
Der auch als Serial Counter bezeichnete Synchronzähler enthält Flip-Flops, die alle synchron zueinander sind, dh ihre Takteingänge sind miteinander verbunden und werden durch das gleiche externe Taktsignal getriggert. Gängige Typen von synchronen Zählern sind:
- Binäre Zähler
- Aufwärtszähler
- Abwärtszähler
- Auf/Ab-Zähler
- BCD-Zähler
- 4 Bit synchroner AUF-Zähler
- 4 Bit synchroner DOWN-Zähler
- ladbare Zähler
- Ringzähler
- Johnson-Zähler
Anwendungen des Synchronzählers
Synchrone Zähler werden verwendet in:
- Bewegungssteuerung der Maschine
- Motordrehzahlzähler
- Drehwellen-Encoder
- Digitale Takt- oder Impulsgeneratoren.
- Digitaluhren und Alarmsysteme
- Wird in Digital-Analog-Wandlern verwendet
- Wird häufig in Haushaltsgeräten wie Waschmaschine, Mikrowelle usw. verwendet
Was Sie über den synchronen Zähler wissen müssen
- Synchroner Zähler wird auch als serieller Zähler bezeichnet.
- Der Synchronzähler wird so getaktet, dass jedes Flip-Flop im Zähler gleichzeitig durch das gleiche Taktsignal getriggert wird.
- Beim synchronen Zähler gibt es keine inhärente Ausbreitungsverzögerung.
- Die Einschwingzeit des Synchronzählers ist gleich der höchsten Einschwingzeit aller Flip-Flops.
- Synchroner Zähler erzeugt keine Decodierungsfehler.
- Der Synchronzähler arbeitet in jeder gewünschten Zählsequenz.
- Beim synchronen Zähler ist sowohl das Entwerfen als auch die Implementierung komplex. Das Design beinhaltet eine komplexe Logikschaltung sowie die zunehmende Anzahl von Zuständen.
- Der synchrone Zähler kann mit viel höheren Taktfrequenzen arbeiten als der asynchrone Zähler.
- Alle Flip-Flops im Zähler ändern ihren Zustand gleichzeitig in Übereinstimmung mit dem Eingangstaktsignal.
- Beispiele für asynchrone Zähler sind: Ringzähler, Johnson-Zähler usw.
Was ist ein asynchroner Zähler?
In der Datenverarbeitung oder Telekommunikation bedeutet Asynchron die Steuerung des Operationstimings, indem ein Impuls nur dann gesendet wird, wenn der vorherige Vorgang abgeschlossen ist, anstatt ihn in regelmäßigen Abständen zu senden. Asynchrone Zähler, auch als Welligkeitszähler oder Parallelzähler bezeichnet , verwenden Flip-Flops, die seriell miteinander verbunden sind, so dass der Eingangstaktimpuls durch den Zähler zu wandern scheint.
Es gibt viele Arten von asynchronen Zählern, die in der digitalen Elektronik verfügbar sind. Sie beinhalten:
- 4 Bit synchroner UP-Zähler
- Synchroner DOWN-Zähler mit 4 Bit
- 4 Bit synchroner AUF/AB-Zähler.
- Ripple BCD-Zähler
- Ripple Up/DOWN-Zähler
Was Sie über asynchrone Zähler wissen müssen
- Asynchroner Zähler wird auch als Parallelzähler bezeichnet.
- Beim asynchronen Zähler wird nur das erste Flipflop von einem externen Taktgeber getaktet, der wiederum den Taktausgang des nachfolgenden Flipflops steuert.
- Beim asynchronen Zähler tritt eine nachfolgende inhärente Verzögerung von einem Flip-Flop zum nächsten auf.
- Die Einschwingzeit des asynchronen Zählers ist die kumulative Summe der einzelnen Flip-Flops.
- Asynchroner Zähler erzeugt Decodierungsfehler.
- Der asynchrone Zähler arbeitet nur in einer festen Zählreihenfolge (AUF/AB).
- Beim asynchronen Zähler ist sowohl das Entwerfen als auch die Implementierung sehr einfach. Die Logikschaltung ist selbst für eine zunehmende Anzahl von Zuständen sehr einfach.
- Der asynchrone Zähler ist im Betrieb relativ langsamer als der synchrone Zähler.
- Der Takteingang der Flip-Flops wird nicht vom gleichen Taktsignal bewegt.
- Beispiele für asynchrone Zähler sind: Ripple UP-Zähler, Ripple DOWN-Zähler usw.
Unterschied zwischen synchronem und asynchronem Zähler in Tabellenform
| VERGLEICHSGRUNDLAGE | SYNCHRONER ZÄHLER | ASYNCHRONER ZÄHLER |
| Alternativer Name | Synchroner Zähler wird auch als serieller Zähler bezeichnet. | Asynchroner Zähler wird auch als Parallelzähler bezeichnet. |
| Taktung | Er wird so getaktet, dass jedes Flip-Flop im Zähler gleichzeitig durch das gleiche Taktsignal getriggert wird. | Dabei wird nur das erste Flipflop von einem externen Taktgeber getaktet, der wiederum den Taktausgang des nachfolgenden Flipflops ansteuert. |
| Ausbreitungsverzögerung | Es gibt keine inhärente Ausbreitungsverzögerung. | Eine nachfolgende inhärente Verzögerung wird von einem Flip-Flop zum nächsten angetroffen. |
| Einschwingzeit | Die Einschwingzeit des Synchronzählers ist gleich der höchsten Einschwingzeit aller Flip-Flops. | Die Einschwingzeit des asynchronen Zählers ist die kumulative Summe der einzelnen Flip-Flops. |
| Decodierungsfehler | Erzeugt keine Decodierungsfehler. | Erzeugt Decodierungsfehler. |
| Betrieb | Er arbeitet in jeder gewünschten Zählreihenfolge. | Er arbeitet nur in fester Zählreihenfolge (UP/DOWN). |
| Konzeption & Umsetzung | Sowohl die Konzeption als auch die Umsetzung sind komplex. Das Design beinhaltet eine komplexe Logikschaltung sowie die zunehmende Anzahl von Zuständen. | Sowohl die Gestaltung als auch die Umsetzung sind denkbar einfach. Die Logikschaltung ist selbst für eine zunehmende Anzahl von Zuständen sehr einfach. |
| Betriebsgeschwindigkeit | Er kann mit viel höheren Taktfrequenzen arbeiten als der asynchrone Zähler. | Er ist im Betrieb relativ langsamer als der Synchronzähler. |
| Wirkung des Taktsignals | Alle Flip-Flops im Zähler ändern ihren Zustand gleichzeitig in Übereinstimmung mit dem Eingangstaktsignal. | Der Takteingang der Flip-Flops wird nicht vom gleichen Taktsignal bewegt. |
| Beispiel | Ringzähler Johnson-Zähler usw. | Ripple UP-Zähler Ripple DOWN-Zähler usw. |
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Vor- und Nachteile von synchronen und asynchronen Zählern
Vorteile des synchronen Zählers
- Es sind keine Ausbreitungsverzögerungen damit verbunden.
- Mit Synchronzähler können wir für alle Gatter den gleichen Takt einstellen.
- Seine Bedienung ist schneller
- Die Fehlerwahrscheinlichkeit ist minimal, da die Zählsequenz unter Verwendung von Logikgattern gesteuert wird.
Nachteile des synchronen Zählers
- Alle Flipflops im Synchronzähler werden von einem einzigen gemeinsamen Taktimpuls angesteuert.
- Sie erfordern größere Komponenten und Schaltungen als asynchrone Zähler.
- Das Design beinhaltet eine komplexe Logikschaltung sowie die zunehmende Anzahl von Zuständen.
Vorteile des asynchronen Zählers
- Sie sind einfach und leicht durch Toggle-Flip-Flop oder D-Flip-Flop zu entwerfen.
- Sie können in langsamen Schaltungen verwendet werden.
- Sie sind am zuverlässigsten, weil sie für alle Flip-Flops dasselbe Taktsignal verwenden.
- Sie können als abgeschnittene Zähler verwendet werden. Abgeschnittene Zähler können jede Moduluszahl-Zählung erzeugen.
- Jeder Ausgang in der Kette hängt von einer Zustandsänderung gegenüber dem vorherigen Flipflop-Ausgang ab.
- Sie können unter Verwendung einer “Divide-by-n”-Zählerschaltung implementiert werden, wobei n eine ganze Zahl ist.
Nachteile von asynchronen Zählern
- Sie stoßen bei hohen Taktraten auf Zählfehler
- Es sind mit Ausbreitungsverzögerungen verbunden
- Wenn es darum geht, eine abgeschnittene Sequenz zu zählen, die nicht gleich 2 n ist , wird eine zusätzliche Rückkopplungslogik benötigt.
- Während des Betriebs kann eine zusätzliche Wiederholung des synchronisierenden Ausgangs-Flip-Flops erforderlich sein.
