BCD Sayıcı Devresi / BCD Counter Circuit

BCD sayıcı, bir saat sinyali uygulamasında ona kadar sayabilen özel bir dijital sayaç türüdür.

Geçişli T-tipi flip-floplar ayrı ikiye bölme sayaçları olarak kullanılabileceğini daha önce görmüştük. Bir dizi zincirde birkaç geçişli flip-flopları birbirine bağlarsak, belirli bir sayım dizisinin meydana gelme sayısını saklayan veya görüntüleyen bir dijital sayaç üretebiliriz.

Saatli T-tipi flip-flop’lar ikili ikiye bölme sayıcı olarak işlev görür ve asenkron sayıcılarda, bir sayma aşamasının çıkışı bir sonraki aşama için saat darbesi sağlar. O zaman bir flip-flop sayıcının iki olası çıkış durumu vardır ve daha fazla flip-flop aşaması ekleyerek bir 2ⁿ‘ye bölme sayacı yapabiliriz. Ancak 4 bitlik ikili sayıcılarla ilgili sorun, 0000’dan 1111’e kadar saymalarıdır. Bu, ondalık olarak 0’dan 15’e kadardır.

1’den 10’a kadar sayan bir dijital sayıcı yapmak için, sayıcının sadece 0000’dan 1001’e kadar olan ikili sayıları saymasına ihtiyacımız var. Yani 0’dan 9’a ondalık olarak sayılması gerekir. Neyse ki bazı sayma devreleri, tekli entegre devreler olarak mevcuttur. Örnek olarak: Asenkron 74LS90 onluk sayıcıdır.

Dijital sayıcılar, bir saat sinyalinin uygulanmasında sıfırdan önceden belirlenmiş bir sayım değerine kadar yukarı doğru sayar. Sayım değerine ulaşıldığında, sayıcı sıfırlanır ve yeniden başlamak için sayacı sıfıra döndürür.

Onluk sayıcı onluk bir dizide sayar ve dokuza kadar saydıktan sonra tekrar sıfıra döner. Yani, dokuzluk bir ikili değere kadar saymak için, sayacın gösterildiği gibi her bir ondalık basamağı temsil etmesi için zincirinde en az dört flip-flop olması gerekir.

Onluk sayıcının dört flip-flop ve 16 potansiyel durumu vardır, bunlardan sadece 10 tanesini kullanılırsak ve bir dizi sayacı birbirine bağlarsak 100’e veya 1.000’e kadar ya da seçtiğimiz son sayıya kadar sayabiliriz.

Bir sayacın da sayabileceği toplam sayıya MOD denir. n sayıdan sonra sıfıra dönen sayaca mod-n sayıcı denir, örneğin modulo-8 (MOD-8) veya modulo-16 (MOD-16) sayacı vb. Sayımın tam aralığı 0 ila 2n-1 arasındadır.

Ancak asenkron sayıcılar eğitiminde gördüğümüz gibi, ikili 0000’dan (ondalık “0”) 1001’e (ondalık “9”) kadar bir 10’a bölme sayma dizisiyle on sayımdan sonra sıfırlanan bir sayaca “ikili” denir. “ikili kodlanmış ondalık sayıcı” veya kısaca BCD Sayıcı ya da MOD-10 sayıcı, minimum dört geçişli flip-flop kullanılarak oluşturulabilir.

BCD sayıcının ismi şuradan gelir: on durum dizisi bir BCD kodunun dizisidir ve düz bir ikili sayacın aksine düzenli bir desene sahip değildir. Ardından, 74LS90 gibi tek aşamalı bir BCD sayıcı, ondalık 0’dan ondalık 9’a kadar sayar ve bu nedenle maksimum dokuz darbeye kadar sayabilir. Ayrıca, bir giriş kontrol sinyaline bağlı olarak bir dijital sayacın yukarı veya aşağı sayabileceğini veya yukarı ve aşağı (çift yönlü) sayabileceğini unutmayın.

İkili kodlu ondalık kod, dört ikili basamaktan oluşan bir 8421 kodudur. 8421 gösterimi, kullanılan dört basamak veya bitin ikili ağırlığını ifade eder. Örneğin, 2³ = 8, 2² = 4, 2¹ = 2 ve 2⁰ = 1. BCD kodunun ana avantajı, ondalık ve ikili sayı biçimleri arasında kolay dönüşüme izin vermesidir.

74LS90 BCD Sayıcı

74LS90 entegre devresi temel olarak bir BCD çıkış kodu üreten bir MOD-10 sayıcıdır. 74LS90, bir MOD-2 (2’ye kadar sayma) ve bir MOD-5 (5’e kadar sayma) sayacı sağlamak için dahili olarak bağlı dört master-slave JK flip-flop’tan oluşur. 74LS90’da, CLK A girişi tarafından sürülen bir bağımsız geçişli JK flip-flop’u ve gösterildiği gibi CLK B girişi tarafından çalıştırılan asenkron bir sayaç oluşturan üç geçişli JK flip-flop’u vardır.

Sayaçların dört çıkışı, BCD sayaç devreleri kodundaki karşılık gelen bitin ikili ağırlığına eşit bir sayısal alt simge ile Q harfi sembolü ile gösterilir. Örneğin, Q_A, Q_B, Q_C ve Q_D. 74LS90 sayma dizisi, saat sinyalinin negatif giden kenarında tetiklenir, yani CLK saat sinyali mantık 1’den (YÜKSEK) mantık 0’a (DÜŞÜK) geçtiğinde.

Ek giriş pinleri R₁ ve R₂ sayacın “reset” pinleridir, S₁ ve S₂ girişleri ise “set” pinleridir. Mantık 1’e bağlandığında, R₁ ve R₂ Sıfırlama girişleri sayacı sıfıra, 0’a (0000) sıfırlar ve Set girişleri S₁ ve S₂ mantık 1’e bağlandığında, sayacı maksimuma veya 9’a (1001) ayarlarlar. O an ki sayım numarası veya konumundan bağımsız olarak.

Daha önce de söylediğimiz gibi, 74LS90 sayıcı aynı paket içinde 2’ye bölme ve 5’e bölme sayacından oluşur. Ardından, yalnızca 2’ye bölme frekans sayacını üretmek için ya da, yalnızca 5’e bölme frekans sayacını veya istenen 10’a bölme BCD sayacımızı üretmek için ikisini birlikte kullanabiliriz.

5’e bölme sayıcı bölümünü oluşturan dört flip-flop devre dışıyken, giriş pini 14’e (CLK_A) bir saat sinyali uygulanırsa, pin 12’den (Q_A) alınan çıkış, standart bir bölme işlemi uygulanmış sinyaldir.

74LS90 2’ye Bölme Sayıcı

Standart bir 5’e bölme sayıcı üretmek için, yukarıdaki ilk flip-flop’u devre dışı bırakabilir ve çıkış sinyali gösterildiği gibi pin 11’den (Q_D) alınarak saat giriş sinyalini doğrudan pin 1’e (CLK_B) uygulayabiliriz.

74LS90 5’e Bölme Sayıcı

Bu 5’e bölme sayıcı konfigürasyonuyla, çıkış dalga biçiminin simetrik olmadığını, ancak 4:1 çizgi-boşluk oranına sahip olduğunu unutmayın. Yani dört girişli saat sinyali DÜŞÜK veya mantık “0” çıkışı oluşturur ve beşinci giriş saat sinyali YÜKSEK veya mantıksal “1” çıkış üretir.

Bir 10’a bölme BCD onluk sayıcı yapmak için, her iki dahili sayaç devresi de 2 çarpı 5 bölme değeri vererek kullanılır. Flip-flop “A”dan gelen ilk Q_A çıkışı sonraki aşamalara dahili olarak bağlı olmadığından, bu Q_A çıkışı gösterildiği gibi CLK_B girişine bağlanarak sayaç 4 bitlik bir BCD sayacı oluşturacak şekilde genişletilebilir.

74LS90 10’a Bölme Sayacı

BCD sayaçlarının 0000’dan 1001’e kadar sayan ikili sayaçlar olduğunu ve dokuzuncu sayımdan sonra tüm flip-floplarını temizleme yeteneğine sahip olduğu için sıfırlandığını biliyoruz. CLK_A saat girişine bir buton anahtarı (SW₁) bağlarsak, buton anahtarı her bırakıldığında sayaç birer birer sayacaktır. Işık yayan diyotları (LED’leri) Q_A, Q_B, Q_C ve Q_D çıkış terminallerine gösterildiği gibi bağlarsak, ikili kodlu ondalık sayımı gerçekleştiği gibi görebiliriz.

74LS90 BCD Onluk Sayım

Butona bastıkça sayım dokuza, 1001’e çıkacaktır. Onuncu uygulamada, ABCD çıkışları yeni bir sayım dizisi başlatmak için sıfıra sıfırlanacaktır. Böyle bir MOD-10 darbe sayısıyla, bir dijital ekranı sürmek için onluk sayıcıyı kullanabiliriz.

Sayım sırasını yedi segment bir ekran kullanarak görüntülemek istiyorsak, görüntülenmeden önce BCD çıktısının uygun şekilde kodunun çözülmesi gerekir. 74LS90 BCD sayıcımızın dört çıkışının kodunu çözebilen ve ekranın gerekli bölümlerini aydınlatabilen dijital devrelere dekoder denir.

7-Segment Ekran Kullanımı

Neyse ki bizim için birileri zaten bunu yapmak için 74LS47 gibi bir BCD ila 7-segment Ekran Kod Çözücü entegresini tasarladı ve geliştirdi. 74LS47, BCD rakamları A, B, C ve D için dört girişe ve yedi segmentli ekranın her bir segmenti için bir çıkışa sahiptir.

Standart 7 segmentli bir LED ekranın genellikle, her LED segmenti için bir tane ve tüm dahili ekran segmentleri için ortak bir terminal veya bağlantı görevi gören sekiz giriş bağlantısına sahip olduğunu unutmayın. Ayrıca bazı ekranlarda ondalık nokta (DP) seçeneği de bulunur.

74LS47 ekran dekoderi, BCD kodunu alır ve uygulanan darbe sayısını görüntülemekten sorumlu uygun LED segmentlerini etkinleştirmek için gerekli sinyalleri üretir. 74LS47 kod çözücü ortak anotlu bir ekranı sürmek için tasarlandığından, bir DÜŞÜK (mantık-0) çıkışı bir LED segmentini aydınlatırken, bir YÜKSEK (mantık-1) çıkışı onu “KAPALI” konuma getirecektir. Normal çalışma için, LT (Lamba testi), BI/RBO (Körleme Girişi/Dalgalanma Karartma Çıkışı) ve RBI (Dalgalanma Karartma Girişi) açık veya lojik-1’e (YÜKSEK) bağlı olmalıdır.

74LS47’nin aktif DÜŞÜK çıkışları olmasına ve ortak bir anot 7 segmentli LED ekranının kodunu çözmek için tasarlanmasına rağmen, 74LS48 kod çözücü/sürücü entegresinin, ortak katot 7 segmentli bir ekranın kodunu çözmek için tasarlanmış aktif YÜKSEK çıkışlara sahip olması dışında tamamen aynı olduğunu unutmayın. Bu nedenle, sahip olduğunuz 7 segmentli LED ekranın türüne bağlı olarak 74LS47 veya 74LS48 kod çözücü entegreye ihtiyacınız olabilir.

74LS47: Anot Ekranlar , 74LS48 Katot Ekranlar içindir.

74LS47 ikili kodlu ondalık girişler, SW1 düğmesine her basıldığında gösterildiği gibi 7 segmentli ekranda sayım sırasını görüntülemek için 74LS90 BCD Sayacının karşılık gelen çıkışlarına bağlanabilir. Basmalı düğmenin ve 1kΩ direncin konumunu değiştirerek, basmalı düğme anahtarı SW1’in etkinleştirilmesinde veya bırakılmasında değişiklik yaparak sayım yapılabilir.

7 segmentli bir ekranın, ekranı oluşturmak için yedi ayrı ışık yayan diyottan yapıldığını unutmayın. Akımı yedi segmentli bir ekran aracılığıyla sınırlamanın en iyi yöntemi, gösterildiği gibi yedi LED’in her biri ile seri olarak bir akım sınırlama direnci kullanmaktır. Ama bunu iki şekilde yapabiliriz.

Akım Limitleme Dirençleri

Tekli Direnç İle

Burada tek bir seri akım sınırlama direnci, R kullanılır. Özellikle sabit bir ekran parlaklığı sizin için önemli değilse ,bu yöntem 7 segmentli ekranı kontrol etmek için en kolay ve en basit seçenektir.

Bir LED tarafından yayılan ışığın miktarı, dirençten akan akımın, ekran bölümlerinin sayısı arasında paylaşılmasıyla, cihazdan geçen akıma göre değişir. O zaman ekranın parlaklığı artık aynı anda kaç segmentin aydınlatıldığına bağlıdır. Kısacası ne kadar fazla segment aktifse o kadar çok akım çekilir ve o kadar çok parlak olur.

Çoklu Direnç İle

Burada her segment, yukarıdaki basit BCD sayaç devremizde gösterildiği gibi kendi akım sınırlama direncine sahiptir. Genellikle 7 segmentli ekranlar, segmentleri aydınlatmak için yaklaşık 12 ila 20 mili-amper gerektirir, bu nedenle akımı bu değerler içinde sınırlamak için akım sınırlama direncinin direnç değeri (tümü aynı olacaktır) seçilir.

Buradaki avantaj, belirli bir LED segmentinin parlaklığının, ekrana sabit bir parlaklık veren diğer altı LED’in durumuna bağlı olmamasıdır. Ortam ışığının miktarı da gerekli LED yoğunluğunu belirleyeceğinden, akım sınırlama dirençlerinin değerleri doğru miktarda parlaklık sağlayacak şekilde seçilebilir.

Devremiz, 74LS90 BCD Sayıcı ve 74LS47 7-segment ekran sürücüsü kullanan basit bir 0 ila 9 dijital sayacı gösterir. 10’un üzerinde saymak ve 2 basamaklı bir on tabanlı sayaç ve ekran üretmek için, iki ayrı onluk sayacı birlikte basamaklandırmamız gerekir. 2 basamaklı bir BCD sayacı 00’dan 99’a (0000 0000 ila 1001 1001) ondalık olarak sayılır ve ardından tekrar 00’a sıfırlanır. 2 basamaklı bir sayaç olmasına rağmen, A’dan F’ye kadar onaltılık sayıları temsil eden değerlerin bu kodda geçerli değildir.

Aynı şekilde, 0’dan 999’a (0000 0000 0000 – 1001 1001 1001) kadar saymak istiyorsak, o zaman üç basamaklı onluk sayıcı gereklidir. Aslında çoklu onlu sayaçlar, gösterildiği gibi her onluk için bir tane olmak üzere bireysel BCD sayaç devrelerini bir araya getirerek basitçe oluşturulabilir.

Özetle

Bu öğreticide, bir BCD Sayacının, saat ayarlandığında on durum dizisinden geçen ve 9’a kadar saydıktan sonra 0’a dönen bir cihaz olduğunu gördük. Yukarıdaki basit örneğimizde, giriş saati darbeleri bir basma düğmesindendir. ancak sayaçlar, hareketli nesneleri saymak gibi birçok gerçek dünya olayını saymak için kullanılabilir.

Bununla birlikte, bu olaylar ayrık zaman aralıklarında meydana gelebileceğinden veya tamamen rastgele olabileceğinden, sayılacak her olay için elektrik darbeleri üretmek için uygun devre gerekebilir.

Birçok dijital elektronik devre ve uygulamada, dijital sayaçlar, Toggle flip-flop’lar kullanılarak veya gerekli anahtarlama işlevini vermek için bağlanabilen diğer herhangi bir flip-flop türüyle veya 74LS90 gibi özel sayma entegre’lerinin kullanımıyla uygulanır. İkili sayaçlar, ikili bir diziden geçen sayaçlardır ve n-bitlik bir ikili sayaç, 0’dan 2n-1’e kadar sayan “n” sayıda flip-floptan oluşur.

BCD sayaçları on durumlu bir diziyi takip eder ve 0000’dan 1001’e kadar olan BCD sayılarını kullanarak sayar ve ardından 0000’a döner ve tekrarlar. Böyle bir sayaç, her bir ondalık basamağı temsil etmek için en az dört flip-flop’a sahip olmalıdır, çünkü bir ondalık basamak, bir MOD-10 sayımı veren en az dört bit içeren bir ikili kod ile temsil edilir.

Ayrıca BCD kodlu çıkışın dört adet LED veya dijital gösterge ile görüntülenebildiğini gördük. Ancak, 0’dan 9’a kadar olan her sayıyı görüntülemek için, ikili kodlanmış bir sayı gösterimini her bir ekran segmentinde uygun mantık seviyelerine çeviren bir kod çözücü devresi gerekir.

Ekran kod çözücü devreleri, kombinasyonel mantık elemanlarından oluşturulabilir ve piyasada bu işlevi gerçekleştirmek için 74LS47 BCD’den 7 segmentli kod çözücü/sürücü entegreye kadar birçok özel entegre devre vardır.

7 segmentli ekranların çoğu genellikle çok basamaklı sayma uygulamalarında kullanılır, bu nedenle daha fazla BCD sayacını bir araya getirerek, maksimum 9999 okumalı ekranlar veren 4 basamaklı sayaçlar oluşturulabilir.

74LS90 BCD Sayıcı çok esnek bir sayma devresidir ve frekans bölücü olarak kullanılabilir veya uygun çıkışları entegrenin Reset ve Set girişlerine geri besleyerek 2’den 9’a kadar herhangi bir tam sayı sayımını bölmek için yapılabilir.