DIGITALTECHNIK - Reimann Online

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Fach

Dozent

Digitaltechnik

Urs Reimann

Technikerschule

schweizerische höhere Fachschule HF

Kapitel 8

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DIGITALTECHNIK

08 FREQUENZ-ZÄHLER


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Inhalt

Digitaltechnik

Urs Reimann

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Kapitel 8

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1 FREQUENZ-ZÄHLER ...................................................................................................................... 3

1.1 ÜBERSICHT ................................................................................................................................. 3

1.2 EINLEITUNG................................................................................................................................. 4

2 ASYNCHRONZÄHLER .................................................................................................................... 5

2.1 VORWÄRTSZÄHLER ...................................................................................................................... 5

2.2 RÜCKWÄRTSZÄHLER .................................................................................................................... 7

2.3 ZÄHLER MIT UMSCHALTBAREN ZÄHLRICHTUNGEN .......................................................................... 9

3 BCD- ZÄHLER ............................................................................................................................... 10

3.1 BCD- VORWÄRTSZÄHLER .......................................................................................................... 10

4 SYNCHRONZÄHLER .................................................................................................................... 11

4.1 VORWÄRTSZÄHLER .................................................................................................................... 11

4.2 RÜCKWÄRTSZÄHLER .................................................................................................................. 13

5 ZÄHLER MIT UMSCHALTBAREN ZÄHLRICHTUNGEN ............................................................. 15


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1 Frequenz-Zähler

1.1 Übersicht

Zähler

Asynchronzähler

Synchronzähler

Vorwärtszähler

Zähler

Rückwärtszähler

Rückwärtszähler

Zähler mit umschaltbarer

Zählrichtung

Zähler mit umschaltbarer

Zählrichtung


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1.2 Einleitung

Unter dem Begriff “Zählen“ wird im allgemeinen ein fortlaufendes addieren und speichern

von Zähleinheiten verstanden. Elektronische Zähler haben die Aufgabe

Spannungsimpulse zu zählen. Die Spannungsimpulse, die dem Zähler zugeführt werden,

sind vorher in elektrische, vom Zähler verarbeitbare Signale umgewandelt worden.

Bei jedem Zählschritt muss eine Einheit zu einer schon gespeicherten Summe addiert

und diese Summe dann wieder gespeichert werden. Jeder Zähler muss deshalb folgende

Forderungen erfüllen:

1. Addition jeweils einer Einheit

2. Speichern einer Summe.

Grundbaustein des elektronischen Zählers ist die Bistabile Kippstufe, sie ist in der Lage

Informationen von 1bit zu speichern. Bei Verwendung von 10 Bistabilen Kippstufen kann

man auch Informationen von 10bit speichern.

Für das Zusammenschalten von Flip Flops zu elektronischen Zählern gibt es eine

Vielzahl von Möglichkeiten.

Man unterscheidet dabei:

Nach der Art der Ansteuerung

Zwischen Asynchron- und Synchronzählern

Nach Art der Zählrichtung

Zwischen Vorwärts- und Rückwärtszählern

Nach Art der Zahlensysteme

Zwischen Dual-, Dezimalzählern usw.

Durch diese Unterscheidungsmerkmale von Zählern können beliebige Mischformen

auftreten , z.B. Asynchrone rückwärtszählende Dualzähler.

Bei den Synchronzählern ( synchron = gleichzeitig ) wird das Eingangssignal an jedes

einzelne FF angelegt.

Bei den Asynchronzählern ( asynchron = nicht gleichzeitig ) wird das Eingangssignal nur

an das erste FF angeschlossen. Die anderen werden jeweils von dem davor liegenden

FF versorgt ( Ausgang Q an Clock des darauffolgenden ).

Die Vorwärtszähler beginnen mit der kleinsten Zahl, also die Null und zählen dann

aufwärts bis zur höchstmöglichen Zahl, z.B. 0, 1, 2, 3 usw.

Die Rückwärtszähler dagegen, beginnen mit der Höchstmöglichen Zahl und zählen dann

abwärts bis Null.


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2 Asynchronzähler

Asynchrone Dualzähler arbeiten nach dem dualen Zahlensystem. Sie können mit

verschiedenen Flipfloparten aufgebaut werden. Der einfachste Aufbau ergibt sich mit T-

Flipflops. JK- Flipflops können so geschaltet werden, dass sie wie T-Flipflops arbeiten.

2.1 Vorwärtszähler

Dual- Vorwärtszähler zählen von Null ab bis zu ihrem möglichen Höchstwert, schalten

dann auf Null zurück und beginnen den Zählvorgang erneut.

3-Bit Vorwärtszähler

Zeitablaufdiagramm


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4-Bit Vorwärtszähler

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Zeitablaufdiagramm

Nach dem 10. Impuls, ist der Zähler auf : 0101 (2) => 10 (10)

Nach dem 15. Impuls, ist der Zähler auf : 1111 (2) => 15 (10)


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2.2 Rückwärtszähler

Dual-Rückwärtszähler zählen von ihrem möglichen Höchstwert ab rückwärts bis auf Null,

springen dann wieder auf den Höchstwert und zählen erneut zurück.

4-Bit Rückwärtszähler

Zeitablaufdiagramm


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4-Bit Rückwärtszähler

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Zeitablaufdiagramm


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2.3 Zähler mit umschaltbaren Zählrichtungen

Die Zählrichtung eines Dualzählers ist davon abhängig, welche Signale für die

Ansteuerung der jeweils folgenden Flipflops verwendet werden. Man kann mit des

Ausgangssignalen Q oder mit den Ausgangssignalen Q steuern.

Die Zählrichtung ist weiterhin von der Art der verwendeten Flipflops abhängig –

insbesondere davon, ob diese Flipflops mit der ansteigenden oder mit der abfallenden

Signalflanke schalten.

Verwendet man für einen Zähler T-Flipflops, die mit der abfallenden Signalflanke

schalten, so führt eine Ansteuerung mit Q-Signalen zu einem Vorwärtszähler.

Bei Ansteuerung mit Q-Signalen ergibt sich ein Rückwärtszähler.

Kennt man diese zusammenhänge, so ist es leicht, einen Dualzähler mit umschaltbarer

Zählrichtung zu entwerfen.

Schaltung:


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3 BCD- Zähler

BCD- Zähler sind grundsätzlich 4-Bit-Zähler. An ihren Ausgängen müssen Signale des

BCD- Kodes abnehmbar sein.

3.1 BCD- Vorwärtszähler

Schaltung:

Zeitablaufdiagramm


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4 Synchronzähler

Bei den bisher betrachteten Zählern, den sogenannten Asynchronzählern, steuert ein

Ausgang des 1.Flipflops das 2. Flipflop.

Ein Ausgang des 2. Flipflops steuert das 3. Flipflop und so weiter. Die Flipflops schalten

also nicht zum gleichen Zeitpunkt, sondern zeitlich nacheinander. Die Schaltverzögerung

ist durch die Signal-Laufzeit der Flipflops gegeben. Bei Flipflops die zur TTL-

Schaltkreisfamilie gehören, beträgt die Signallaufzeit 30 ns bis 50 ns.

Diese Verzögerung setzt sich von Flipflop zu Flipflop fort. Diese asynchrone Schaltungen

können aus diesem Grund bei hohen Schaltfrequenzen zu Störungen und sogar zu

Fehlern führen.

Will man für hohe Zählfrequenzen geeignete Zähler bauen, muss die Verschiebung der

Impulsreihen von Flipflop zu Flipflop vermieden werden. Dies ist nur zu erreichen, wenn

alle Flipflops, die kippen sollen, im gleichen Augenblick kippen.

Man erreicht ein gleichzeitiges, synchrones Kippen durch Steuerung mit einem

gemeinsamen Taktsignal. Zähler die so kippen, heissen Synchronzähler.

Die Information, ob ein Flipflop kippen soll oder nicht, muss den Flipflops vor Eintreffen

des Schaltbefehls gegeben werden. Hierzu sind ausser dem Takteingang weitere

Eingänge erforderlich. Synchronzähler können also nicht mit T-Flipflops aufgebaut

werden.

4.1 Vorwärtszähler

Dual- Vorwärtszähler zählen von Null ab bis zu ihrem möglichen Höchstwert, schalten

dann auf Null zurück und beginnen den Zählvorgang erneut.

4-Bit Vorwärtszähler

Schaltung:


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4.2 Rückwärtszähler

Dual-Rückwärtszähler zählen von ihrem möglichen Höchstwert ab rückwärts bis auf Null,

springen dann wieder auf den Höchstwert und zählen erneut zurück.

4-Bit Rückwärtszähler

Schaltung:


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5 Zähler mit umschaltbaren Zählrichtungen

Die Zählrichtung eines Dualzählers ist davon abhängig, welche Signale für die

Ansteuerung der jeweils folgenden Flipflops verwendet werden. Man kann mit des

Ausgangssignalen Q oder mit den Ausgangssignalen Q steuern.

Die Zählrichtung ist weiterhin von der Art der verwendeten Flipflops abhängig –

insbesondere davon, ob diese Flipflops mit der ansteigenden oder mit der abfallenden

Signalflanke schalten.

Schaltung:

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