تفکیک کننده فرکانسی از دو فلیپ فلاپ به عنوان کانتر باینری استفاده می‌کند تا فرکانس کلاک ورودی را کاهش دهد
در بخش منطق ترتیبی توضیح داده شده که فلیپ‌فلاپ های نوع D به چه صورتی کار می‌کنند و چطور می‌توانند به یکدیگر متصل شوند تا یک لچ داده (Data Latch) به وجود بیاید.
ویژگی‌های مفید دیگر فلیپ‌فلاپ D این است که به عنوان یک تفکیک کننده‌ی باینری یا به عنوان یک کانتر نیز می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد.
در اینجا ترمینال خروجی معکوس شده Q (NOT Q) به طور مستقیم به ترمینال ورودی داده متصل شده و یک فیدبک را به وجود آورده به شکل زیر نگاه کنید.
کانتر تقسیم بر ۲
۱. کانتر تقسیم بر ۲
از شکل موج بالا می‌توان فهمید که با فیدبک گرفتن از نقطه Q به ترمینال ورودی، خروجی به صورت پالسی است که دقیقاً ۱/۲ فرکانس کلاک ورودی می‌باشد.
به عبارتی دیگر این مدار یک نوع تقسیم کننده فرکانس است که ورودی را تقسیم بر ۲ ( یک اکتاو ) می‌کند.
این حالت یک کانتر ریپل را به وجود می آورد و در کانترهای ریپل پالس های سیگنال کلاک اولین فلیپ ـ فلاپ را راه‌اندازی می‌کنند که خروجی‌اش فلیپ‌فلاپ دوم را راه‌اندازی می‌کند و سپس نوبت به فلیپ‌فلاپ سوم می‌رسد و به همین ترتیب یک اثر ریپل به وجود می‌آید.
فلیپ‌فلاپ نوع T
نوع دیگری از المان‌های دیجیتال که می‌توان از آن به عنوان جداگر فرکانس استفاده کرد، فلیپ‌فلاپ نوع T می‌باشد با ایجاد تغییرات کوچکی در یک فلیپ‌فلاپ JK می‌توانیم نوع جدیدی از فلیپ‌فلاپ به نام فلیپ‌فلاپ نوع T را به وجود بیاوریم.
فلیپ‌فلاپ‌های نوع T می‌توانند توسط فلیپ‌فلاپ‌های نوع D نیز به وجود بیایند در این حالت المانی به وجود می‌آید که تنها دارای دو ورودی است ورودی T و ورودی کنترلگر کلاک برای درک بهتر به شکل زیر نگاه کنید.
فلیپ‌فلاپ نوع T 74LS73
2. فلیپ‌فلاپ نوع T 74LS73
یک فلیپ‌فلاپ نوع T می‌تواند بین دو حالت مجزا سوییچینگ داشته باشد : حالت سوییچینگ و حالت حافظه. یک فلیپ‌فلاپ نوع T برای تقسیم فرکانسی و کانتر باینری ایده‌آل می‌باشد. کانترهای ریپل باینری می‌توانند توسط اتصال خروجی یک فلیپ‌فلاپ به ورودی فلیپ‌فلاپ دیگری به وجود بیایند فلیپ‌فلاپ‌های نوع T برای ساخت کانترهای ریپل ایده‌آل هستند چرا که با هر کلاک از یک حالت به حالت دیگر سوییچ می‌کنند ( سطح بالا به پایین ) یا ( سطح پایین به بالا) بنابراین یک تقسیم‌کننده‌ی فرکانسی ساده و مدار کانتر ریپل به راحتی می‌تواند توسط مدارات فلیپ‌فلاپ نوع T ساخته شود.
اگر ما دو فلیپ‌فلاپ نوع T را به یکدیگر بچسبانیم فرکانس ورودی اولیه توسط اولین فلیپ‌فلاپ تقسیم بر دو میشود و سپس توسط دومین فلیپ‌فلاپ دوباره تقسیم بر دو میشود (F/2)/2 ویک فرکانس خروجی به وجود می‌آید که تقسیم بر ۴ شده و بنابراین فرکانس خروجی ۱/۴ فرکانس سیگنال کلاک ورودی است.
هر بار که یک فلیپ‌فلاپ جدید به زنجیره افزوده میشود فرکانس خروجی دوباره تقسیم بر ۲ میشود و به ازای n فلیپ‌فلاپ، فرکانس خروجی 1/2n سیگنال کلاک ورودی میشود.
بنابراین فلیپ‌فلاپ نوع T یک نوع فلیپ‌فلاپ است که در نوک پالس راه‌اندازی میشود و از یک فلیپ‌فلاپ JK ساخته شده که در قسمت بالا رونده‌ی سیگنال تحریک میشود و در نتیجه هر بیت توسط یک فلیپ‌فلاپ به سمت راست حرکت می‌کند.
تمام فلیپ‌فلاپ ها می‌توانند به صورت غیرسنکرون ریست شوند و در نوک بالا رونده یا نوک پایین رونده سیگنال کلاک ورودی راه‌اندازی شوند. این شرایط فلیپ‌فلاپ‌ها را برای استفاده به عنوان تقسیم‌کننده فرکانسی ایده‌آل می‌کند.
این نوع از مداز کانتر که برای تقسیم فرکانسی استفاده میشود، کانتر باینری ۳ بیتی غیرسنکرون می‌باشد.
در یک کانتر غیرسنکرون، سیگنال کلاک تنها به یک فلیپ‌فلاپ اعمال میشود و فلیپ‌فلاپ اول سیگنال کلاک را برای فلیپ‌فلاپ بعدی فراهم می‌کند و به همین ترتیب در هر مرحله فرکانس سینال خروجی نصف فرکانس سیگنال ورودی است.
این ترکیب، ترکیب غیرسنکرون می‌باشد چرا که هر کلاک به صورت جداگانه اتفاق می‌افتد و تمام بیت‌های کانتر در یک زمان تغییر نمی‌کنند هنگامی که کانتر از ۰ تا ۷ را شمارش می‌کند، کانتر (CTU) ( Up Counter) محسوب میشود. کانتر غیرسنکرون ۳ بیتی از فلیپ‌فلاپ در مد T استفاده می‌کند. البته کانترها با شمارش معکوس (CTD) (Down Counter) نیز در دسترس می‌باشند.
جدول ارزشی برای یک کانتر بالارونده غیرسنکرون ۳ بیتی
الگوی بیت خروجی
سیکل کلاک | QC | QB | QA |
۰ | ۰ | ۰ | ۰ |
۱ | ۰ | ۰ | ۱ |
۲ | ۰ | ۱ | ۰ |
۳ | ۰ | ۱ | ۱ |
۴ | ۱ | ۰ | ۰ |
۵ | ۱ | ۰ | ۱ |
۶ | ۱ | ۱ | ۰ |
۷ | ۱ | ۱ | ۱ |
بنابراین می‌بینیم که فرکانس خروجی از یک فلیپ‌فلاپ نوع D، نصف فرکانس ورودی است و بنابراین می‌تواند تا ۲ بشمارد. حال اگر فلیپ‌فلاپ های نوع D یا نوع T بیشتری را به یکدیگر متصل کنیم می‌توان سیگنال خروجی با فرکانس های مختلفی را به وجود آورد و به این وسیله مدار کانتر باینری ساخته میشود.
کانترهای باینری
بنابراین می‌بینیم که یک کانتر یک ثبات تخصصی یا یک الگو ساز است که با اعمال یک پالس ورودی که به آن کلاک گفته میشود یک الگوی خروجی منحصر به فرد یا ترتیبی از مقادیر باینری را تولید می‌کند.
در این شرایط از کلاک برای انتقال اطلاعات استفاده میشود به طور کلی کانترها مدارات منطقی هستند که می‌توانند به صورت افزایشی یا کاهشی شمارش کنند حال در کانتر های غیرسنکرون تقسیم سیگنال کلاک نیز رخ میدهد.
کانترها از اتصال فلیپ‌فلاپ ها به یکدیگر به وجود می‌آیند و هر تعداد از فلیپ‌فلاپ ها که به یکدیگر اتصال می‌یابد، یک کانتر باینری را تشکیل میدهد تعداد فلیپ‌فلاپ تعداد ماژول های کانتر را معین می‌کند و MOD یک کانتر تعداد وضعیت‌های خروجی یک کانتر که پس از آن دوباره به سطح صفر بازمی گردد ( یک سیکل کامل ) را نشان میدهد.
بنابراین یک کانتر ۸ وضعیت مجزا در خروجی دارد که هر کدام بیانگر مقادیر دسیمال از ۰ تا ۷ می‌باشد این کانتر یک کانتر MOD-8 می‌باشد یک کانتر با ۴ فلیپ‌فلاپ می‌تواند از ۰ تا ۱۵ را بشمارد و بنابراین MOD-16 می‌باشد و به همین ترتیب :
کانتر باینری ۳ بیتی: ۸=۲۳ (MOD-8)
کانتر باینری ۴ بیتی ۱۶=۲۴ (MOD-16)
کانتر باینری ۸ بیتی ۲۵۶=۲۸ (MOD-256)
و…
اگر تعداد بیشتری فلیپ‌فلاپ را به کانتر اضافه کنیم، عدد MOD بالا می‌رود و به طور کلی عدد MOD به صورت ۲n نشان داده میشود.
کانتر MOD-16 چهاربیتی
3. کانتر MOD-16 چهاربیتی
کانترهای غیرسنکرون چند‌بیتی که به صورت بالا به یکدیگر اتصال می‌یابند، کانترهای ریپل نیز نامیده می‌شوند چرا که تغییر در هر مرحله به صورت ریپل از خروجی LSB به خروجی MSB انتقال می‌یابد. کانترهای ریپل به صورت IC های استاندارد در دسترس می‌باشند از جمله کانتر ۴ بیتی 74LS393 و 74HC4060 که یک کانتر ریپل ۱۴ بیتی می‌باشد و در داخلش یک اسیلاتور کلاک تعیه شده و یک تقسیم‌کننده فرکانس عالی محسوب میشود.
خلاصه‌ی تقسیم کننده‌های فرکانسی
برای تقسیم فرکانسی از فلیپ‌فلاپ‌های نوع T استفاده میشود هر کدام از فلیپ‌فلاپ‌ها فرکانس پالس کلاک ورودی را تقسیم بر ۲ می‌کند یکی از مزایای استفاده از فلیپ‌فلاپ برای تقسیم فرکانسی این است که خروجی در هر نقطه دارای دیوتی سایکل 50% می‌باشد.
کلاک خروجی نهایی دارای مقدار فرکانسی برابر با کلاک فرکانس ورودی تقسیم بر عدد MOD کانتر می‌باشد کانترها می‌توانند بر اساس روشی که سیگنال کلاک به آن‌ها اعمال میشود، طبقه‌بندی شوند.
در یک کانتر غیرسنکرون ( کانتر ریپل ) اولین فلیپ‌فلاپ توسط یک پالس کلاک خارجی راه‌اندازی میشود سپس هر فلیپ‌فلاپ توسط خروجی فلیپ‌فلاپ قبلی راه‌اندازی میشود در کانترهای سنکرون ورودی کلاک به تمام فلیپ‌فلاپ ها متصل میشود تا به صورت همزمان راه‌اندازی شوند.
در مقاله‌ی بعدی کانترهای غیرسنکرون مورد بررسی قرار می‌گیرد و مهم‌ترین ویژگی یک کانتر غیر سنکرون این است که هر فلیپ‌فلاپ سیگنال کلاک خود را از فلیپ‌فلاپ قبلی دریافت می‌کند و بنابراین مستقل از سیگنال ورودی است.
دیدگاه خود را بنویسید