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BCD-Zählerschaltung mit dem 74LS90-Dekadenzähler

Zähler

Wir haben zuvor gesehen, wie man T-Flip-Flops umschaltetkann als einzelner Teiler durch zwei Zähler verwendet werden. Wenn wir mehrere Toggle-Flip-Flops in einer Serienkette miteinander verbinden, können wir einen digitalen Zähler erzeugen, der die Häufigkeit speichert oder anzeigt, wie oft eine bestimmte Zählfolge aufgetreten ist.

Getaktete T-Flip-Flops fungieren als binärDivision by Two-Zähler und bei asynchronen Zählern liefert der Ausgang einer Zählstufe den Takt für die nächste Stufe. Dann hat ein Flip-Flop-Zähler zwei mögliche Ausgangszustände, und durch Hinzufügen weiterer Flip-Flop-Stufen können wir eine Division durch 2 vornehmenN Zähler. Bei 4-Bit-Binärzählern besteht das Problem jedoch darin, dass sie von 0000 bis 1111 zählen. Das ist Dezimalzahlen von 0 bis 15.

Einen digitalen Zähler erstellen, der von 1 bis zähltIn 10 müssen wir den Zähler nur die Binärzahlen 0000 bis 1001 zählen. Das heißt, dezimal von 0 bis 9, und glücklicherweise sind Zählschaltungen als integrierte Schaltungen leicht verfügbar, wobei eine solche Schaltung die ist Asynchroner 74LS90-Dekadenzähler.

Digitale Zähler zählen von Null auf einige aufwärtsvorbestimmter Zählwert beim Anlegen eines Taktsignals. Sobald der Zählwert erreicht ist, setzt das Zurücksetzen den Zähler auf Null zurück und beginnt erneut.

Ein Zehnerzähler zählt in einer Folge von zehn undkehrt dann nach neun zurück auf null. Um bis zu einem binären Wert von neun zu zählen, muss der Zähler offensichtlich mindestens vier Flip-Flops in seiner Kette haben, um jede Dezimalstelle wie dargestellt darzustellen.

BCD-Zählerzustandsdiagramm

bcd Zählerzustandsdiagramm

Dann hat ein Dekadenzähler vier Flipflops und 16Mögliche Zustände, von denen nur 10 verwendet werden, und wenn wir eine Reihe von Zählern miteinander verbinden, könnten wir bis 100 oder 1.000 zählen, oder auf die endgültige Zählnummer, die wir wählen.

Die Gesamtzahl der Zähler, die ein Zähler zählen kann, wird als seine Anzahl bezeichnet MODUL. Ein Zähler, der nach Null zurückkehrt n zählt als a Modulo-n-ZählerB. ein Modulo-8 (MOD-8) - oder Modulo-16 (MOD-16) -Zähler usw., und für einen "N-Bit-Zähler" reicht der gesamte Zählbereich von 0 bis 2n-1.

Aber wie wir in den asynchronen Zählern gesehen habenTutorial, dass ein Zähler, der nach zehn Zählungen mit einer Zählsequenz durch 10 dividiert von Binär 0000 (dezimal „0“) bis 1001 (dezimal „9“) zurückgesetzt wird, als „binärcodierter Dezimalzähler“ oder bezeichnet wird BCD-Zähler kurz und ein MOD-10-Zähler kann mit mindestens vier Toggle-Flip-Flops aufgebaut werden.

Es wird BCD-Zähler genannt, weil es zehn Zustände hatSequenz ist die eines BCD-Codes und hat im Gegensatz zu einem geraden Binärzähler kein reguläres Muster. Dann zählt ein einstufiger BCD-Zähler wie der 74LS90 von Dezimal 0 bis Dezimal 9 und kann daher bis zu neun Impulse zählen. Beachten Sie auch, dass ein Digitalzähler abhängig von einem Eingangssteuersignal aufwärts oder abwärts oder abwärts (bidirektional) zählen kann.

Binärcodierter Dezimalcode ist ein 8421 Code bestehend aus vier binären Ziffern. Die Bezeichnung 8421 bezieht sich auf die binäre Gewichtung der vier verwendeten Ziffern oder Bits. Zum Beispiel 23 = 8, 22 = 4, 21 = 2 und 20 = 1. Der Hauptvorteil des BCD-Codes besteht darin, dass er eine einfache Konvertierung zwischen dezimalen und binären Zahlenformen ermöglicht.

Der 74LS90 BCD-Zähler

Die integrierte Schaltung 74LS90 ist im Grunde eineMOD-10 Dekadenzähler, der einen BCD-Ausgangscode erzeugt. Der 74LS90 besteht aus vier Master-Slave-JK-Flip-Flops, die intern miteinander verbunden sind, um einen MOD-2-Zähler (Count-to-2) und einen MOD-5-Zähler (Count-to-5) bereitzustellen. Der 74LS90 hat ein unabhängiges Toggle-JK-Flipflop, das vom Eingang CLK A angesteuert wird, und drei Toggle-JK-Flipflops, die einen asynchronen Zähler bilden, der vom Eingang CLK B wie gezeigt angesteuert wird.

74LS90 BCD-Zähler

74ls90 bcd zähler

Die vier Ausgänge der Zähler werden durch das Buchstabensymbol Q mit einem numerischen Index bezeichnet, der der binären Gewichtung des entsprechenden Bits im Code der BCD-Zählerschaltungen entspricht. Also zum Beispiel QEIN, QB, QC und QD. Die 74LS90-Zählsequenz wird bei der negativen Flanke des Taktsignals ausgelöst, dh wenn das Taktsignal CLK von logisch 1 (HIGH) auf logisch 0 (LOW) geht.

Die zusätzlichen Eingangspins R1 und R2 sind Zähler-Reset-Pins, während die Eingänge S1 und S2 sind "gesetzte" Pins. Bei Anschluss an Logik 1 sind die Rücksetzeingänge R1 und R2 Setzen Sie den Zähler auf Null zurück, 0 (0000) und wenn die Set-Eingänge S1 und S2 mit logisch 1 verbunden sind, setzen sie den Zähler auf Maximum oder 9 (1001), unabhängig von der tatsächlichen Zählnummer oder Position.

Wie gesagt, der 74LS90-Zähler besteht ausein Divide-by-2-Zähler und ein Divide-by-5-Zähler innerhalb desselben Pakets. Dann können wir entweder einen Zähler verwenden, um nur einen Frequenzzähler durch 2 zu teilen, einen Frequenzzähler nur durch 5, oder die beiden zusammen, um unseren gewünschten 10-Teiler-BCD-Zähler zu erzeugen.

Wenn die vier Flip-Flops, die den Teiler durch 5-Zähler bilden, deaktiviert sind, wird ein Taktsignal an den Eingangspin 14 angelegt (CLKEIN) und der Ausgang von Pin 12 (QEIN), können wir einen standardmäßigen binären Teiler-durch-2-Zähler zur Verwendung in Frequenzteilungsschaltungen wie gezeigt erzeugen.

74LS90 Division-by-2-Zähler

74/90 durch 2 Zähler teilen

Um einen Standard-Divide-by-5-Zähler zu erzeugen, können wir das erste Flip-Flop oben deaktivieren und das Takteingangssignal direkt an Pin 1 (CLK) anlegenB), wobei das Ausgangssignal von Pin 11 (QD) wie gezeigt.

74LS90 Divide-by-5-Zähler

74/90 durch 5 Zähler teilen

Beachten Sie dies bei diesem Divide-by-5-ZählerIn dieser Konfiguration ist das Ausgangssignal nicht symmetrisch, hat jedoch ein Markierungsabstand von 4: 1. Das heißt, vier Eingangstaktsignale erzeugen einen niedrigen oder logischen "0" -Ausgang, und das fünfte Eingangstaktsignal erzeugt einen HIGH- oder logischen "1" -Ausgang.

Um einen 10er-BCD-Dekadenzähler zu erzeugen, werden beide interne Zählerschaltungen verwendet, wodurch sich ein 2-mal-5-Teilungswert ergibt. Seit dem ersten Ausgang QEIN Wenn das Flip-Flop "A" nicht intern mit den nachfolgenden Stufen verbunden ist, kann der Zähler zu einem 4-Bit-BCD-Zähler erweitert werden, indem dieses Q angeschlossen wirdEIN Ausgabe an den CLKB Eingabe wie gezeigt.

74LS90 Divide-by-10-Zähler

74s90 durch 10 Zähler teilen

Dann können wir sehen, dass BCD-Zähler binär sindZähler, die von 0000 bis 1001 zählen und dann zurückgesetzt werden, da sie nach dem neunten Zähler alle Flip-Flops löschen können. Wenn wir einen Drucktaster anschließen (SW1), um den Eingang CLK zu taktenEINJedes Mal, wenn der Druckknopf losgelassen wird, zählt der Zähler um eins. Wenn wir Leuchtdioden (LEDs) an die Ausgangsklemmen angeschlossen haben, QEIN, QB, QC und QD Wie gezeigt, können wir die binärcodierte Dezimalzahl anzeigen, während sie stattfindet.

74LS90 BCD Dekadenzähler

74s90 bcd dekadenzähler

Aufeinander folgende Anwendungen des Druckknopfschalters, SW1 erhöht die Zahl auf neun, 1001. Bei der zehnten Anwendung werden die Ausgänge ABCD auf Null zurückgesetzt, um eine neue Zählfolge zu starten. Mit einer solchen MOD-10-Anzahl von Impulsen können wir den Dekadenzähler verwenden, um eine digitale Anzeige anzusteuern.

Wenn wir die Zählfolge mit a anzeigen möchtenAnzeige mit sieben Segmenten, die BCD-Ausgabe muss entsprechend dekodiert werden, bevor sie angezeigt werden kann. Ein digitaler Schaltkreis, der die vier Ausgänge unseres 74LS90 BCD-Zählers decodieren kann und die erforderlichen Segmente des Displays aufleuchten lässt, wird als Decoder bezeichnet.

Ein Display fahren

Glücklicherweise hat jemand schon eine entworfen und entwickelt BCD zu 7-Segment Display Decoder IC wie der 74LS47 macht genau das. Der 74LS47 verfügt über vier Eingänge für die BCD-Ziffern A, B, C und D sowie Ausgänge für jedes der Segmente der Sieben-Segment-Anzeige.

Beachten Sie, dass eine standardmäßige 7-Segment-LED-Anzeige angezeigt wirdhat normalerweise acht Eingangsanschlüsse, einen für jedes LED-Segment und einen, der als gemeinsamer Anschluss oder als Verbindung für alle internen Anzeigesegmente dient. Einige Anzeigen verfügen auch über eine Dezimalpunkt-Option (DP).

74LS47 BCD zu 7-Segment-Treiber

74ls47 bcd bis 7-Segment-Treiber

Der 74LS47-Anzeigedecoder empfängt den BCD-Codeund erzeugt die notwendigen Signale, um die entsprechenden LED-Segmente zu aktivieren, die für die Anzeige der Anzahl der angelegten Impulse verantwortlich sind. Da der 74LS47-Decoder für das Ansteuern einer Anzeige mit gemeinsamer Anode ausgelegt ist, leuchtet ein LOW-Ausgang (Logik-0) ein LED-Segment auf, während ein HIGH-Ausgang (Logik-1) ihn auf „AUS“ schaltet. Für den Normalbetrieb müssen der LT (Lampentest), der BI / RBO (Austastausgang / Ripple-Austastausgang) und der RBI (Ripple-Austastungseingang) alle offen oder an logisch-1 (HIGH) angeschlossen sein.

Beachten Sie, dass der 74LS47 aktive LOW-Ausgänge hatDer 74LS48-Decodierer / Treiber-IC ist für die Decodierung einer gemeinsamen 7-Segment-LED-Anzeige mit gemeinsamer Anode ausgelegt, abgesehen davon, dass er über aktive HIGH-Ausgänge verfügt, die für die Decodierung einer gemeinsamen 7-Segment-Kathodendarstellung ausgelegt sind. Abhängig von der Art der 7-Segment-LED-Anzeige benötigen Sie möglicherweise einen 74LS47- oder einen 74LS48-Decoder-IC.

Die 74LS47-binär codierten dezimalen Eingänge können seinan die entsprechenden Ausgänge des BCD-Zählers 74LS90 angeschlossen ist, um die Zählfolge bei jedem Drücken der Taste SW1 auf der 7-Segment-Anzeige anzuzeigen. Durch Ändern der Position des Druckknopfs und des 10 kΩ-Widerstands kann die Zählung bei Aktivierung oder Freigabe des Druckknopfschalters SW1 geändert werden.

Letzte 4-Bit-BCD-Zählerschaltung

74ls90 bcd zählerschaltung

Beachten Sie, dass eine 7-Segment-Anzeige aus sieben bestehteinzelne Leuchtdioden bilden die Anzeige. Die beste Methode zur Begrenzung des Stroms durch eine Sieben-Segment-Anzeige besteht darin, einen Strombegrenzungswiderstand in Reihe mit jeder der sieben LEDs zu verwenden (siehe Abbildung). Wir können dies auf zwei Arten tun.

Strombegrenzungswiderstände

einzelner Strombegrenzungswiderstand

Einzelwiderstand - hier ein einzelner Reihenbegrenzungswiderstand,R wird verwendet. Wenn Sie sich nicht besonders um eine konstante Displayhelligkeit kümmern, ist dies die einfachste und einfachste Möglichkeit, die 7-Segment-Anzeige zu steuern.

Die von einer LED ausgestrahlte Lichtmenge variiert mitStrom durch das Gerät, wobei der durch den Widerstand fließende Strom zwischen der Anzahl der Anzeigesegmente aufgeteilt wird. Dann hängt die Helligkeit der Anzeige jetzt davon ab, wie viele Segmente gleichzeitig beleuchtet werden.

Mehrfachstrombegrenzungswiderstand

Mehrere Widerstände - Hier hat jedes Segment seinen eigenen Strombegrenzungswiderstand, wie in unserer einfachen BCD-Zählerschaltung oben gezeigt.

Im Allgemeinen benötigen 7-Segment-Anzeigen ungefähr 12 bis20 Milliampere, um die Segmente zu beleuchten, so wird der Widerstandswert des Strombegrenzungswiderstands (alle sind identisch) so gewählt, dass der Strom auf diese Werte begrenzt wird. Beachten Sie, dass einige Anzeigen zerstört werden können, wenn sie mit 40 mA oder mehr betrieben werden.

Der Vorteil hierbei ist, dass die Helligkeit von aEin bestimmtes LED-Segment hängt nicht vom Zustand der anderen sechs LEDs ab, sodass der Bildschirm konstant hell bleibt. Die Werte der Strombegrenzungswiderstände können so gewählt werden, dass sie die korrekte Helligkeit liefern, da die Menge des Umgebungslichts auch die erforderliche LED-Intensität bestimmt.

Unsere Schaltung zeigt einen einfachen 0 bis 9 Digitalzähler mit einem 74LS90 BCD-Zähler und einen 74LS47 7-Segment-Anzeigetreiber. Um über 10 zu zählen und einen zweistelligen Basis-10-Zähler und eine Anzeige zu erzeugen, müssten wir zwei getrennte Zerlegen-Zehn-Zähler in Kaskade schalten. Ein 2-stelliger BCD-Zähler würde dezimal von 00 bis 99 (0000 0000 bis 1001 1001) zählen und dann auf 00 zurückgesetzt werden. Beachten Sie, dass es sich zwar um einen 2-stelligen Zähler handelt, Hexadezimalzahlen von A bis F jedoch nicht gültig in diesem Code.

Ebenso, wenn wir von 0 bis 999 zählen wollten(0000 0000 0000 bis 1001 1001 1001), dann sind drei kaskadierte Dekadenzähler erforderlich. Tatsächlich können mehrere Dekadenzähler einfach durch Kaskadieren einzelner BCD-Zählerschaltungen aufgebaut werden, eine für jede Dekade wie gezeigt.

2-stelliger BCD-Zähler von 00 bis 99

2-stelliger bcd-zähler

BCD-Zählerzusammenfassung

In diesem Tutorial haben wir gesehen, dass a BCD-Zähler ist ein Gerät, das eine Folge von zehn durchläuftWenn es getaktet ist und nach dem Zählerstand von 9 auf 0 zurückkehrt. In unserem einfachen Beispiel oben stammen die Eingangstakte von einem Drucktastenschalter. Mit Zählern können jedoch viele reale Ereignisse gezählt werden, z.

Es kann jedoch eine geeignete Schaltung erforderlich sein, um die elektrischen Impulse für jedes zu zählende Ereignis zu erzeugen, da diese Ereignisse in diskreten Zeitintervallen auftreten können oder völlig zufällig sein können.

In vielen digitalen elektronischen Schaltungen undBei Anwendungen werden Digitalzähler mit Toggle-Flip-Flops oder mit einem beliebigen anderen Flip-Flop-Typ implementiert, der für die erforderliche Schaltfunktion angeschlossen werden kann, oder mit dedizierten Zähl-ICs, z. Binärzähler sind Zähler, die eine binäre Sequenz durchlaufen, und ein n-Bit-Binärzähler besteht aus einer Anzahl von "n" Flip-Flops, die von 0 bis 2n-1 zählen.

BCD-Zähler folgen einer Folge von zehn Zuständen undzählen mit BCD-Nummern von 0000 bis 1001 und kehren dann zu 0000 zurück und wiederholen sich. Ein solcher Zähler muss mindestens vier Flip-Flops aufweisen, um jede Dezimalstelle darzustellen, da eine Dezimalstelle durch einen Binärcode dargestellt wird, wobei mindestens vier Bits einen MOD-10-Zähler ergeben.

Wir haben auch gesehen, dass der BCD-codierte Ausgang das kannmit vier LEDs oder mit einer Digitalanzeige angezeigt werden. Um jede Zahl von 0 bis 9 anzuzeigen, ist jedoch eine Decodierschaltung erforderlich, die eine binär codierte Zahlendarstellung in die entsprechenden Logikpegel in jedem Anzeigesegment übersetzt.

Anzeigedecoder-Schaltungen können daraus aufgebaut werdenEs gibt viele dedizierte integrierte Schaltungen auf dem Markt, die diese Funktion ausführen, wie beispielsweise der 74LS47-BCD-7-Segment-Decoder / Treiber-IC.

Die meisten 7-Segment-Anzeigen werden normalerweise in verwendetMehrstellige Zählanwendungen Durch Kaskadieren mehrerer BCD-Zähler können 4-stellige Zähler mit Anzeigen mit einem maximalen Anzeigewert von 9999 aufgebaut werden.

Der 74LS90 BCD Counter ist sehr flexibelZählschaltung und kann als Frequenzteiler verwendet werden oder zur Division einer ganzen Zahl von 2 auf 9 durch Rückführen der entsprechenden Ausgänge an die Eingänge Reset und Set des IC.

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