شمارنده دو جهته — راهنمای جامع

شمارنده دو جهته (Bidirectional Counter) دارای این توانایی است که برای هر دنباله داده شده، هم به صورت بالا شمار (Up Direction) و هم به صورت پایین شمار (Down Direction) شمارش را انجام دهد. در این مطلب قصد داریم به بررسی یک شمارنده دو جهته بپردازیم و با اصول و نحوه کار آن آشنا شویم.

بر خلاف شمارش رو به بالا که در آن هر بار به اندازه یک عدد از پیش تعیین شده به صفر اضافه می‌شود، گاهی لازم است که از یک عدد از پیش مشخص شده تا صفر شمارش را به صورت معکوس انجام داد. در این شمارنده، هرگاه مقدار شمارش به صفر یا عدد دیگری برسد که کاربر تعیین کرده است، می‌توان یک خروجی را فعال کرد.

این شمارنده، معمولا با عنوان شمارنده پایین شمار (Down Counter) یا CTD شناخته می‌شود. در یک شمارنده BCD و یا باینری پایین شمار، مقدار شمارش با دریافت هر پالس ساعت خارجی، به اندازه یک واحد از عدد از پیش تعیین شده کاسته می‌شود. آی‌سی‌های دو هدفه مخصوص مانند TTL 74LS193 و یا CMOS CD4510 شمارنده‌های باینری چهار بیتی هستند که هم بالا شمار هستند و هم پایین شمار. در این آی‌سی‌ها، یک پین ورودی اضافه برای انتخاب مود شمارش (بالا شمار یا پایین شمار) در نظر گرفته شده است.

فیلم آموزش مدارهای منطقی یا سیستم های دیجیتال ۱ در فرادرس

کلیک کنید

نمایی از مدار داخلی یک شمارنده پایین شمار ۴ بیتی در تصویر زیر نمایش داده شده است.

در شمارنده چهار بیتی شکل بالا، خروجی هر فلیپ فلاپ در لبه بالا رونده (تغییر از سطح صفر منطقی به یک منطقی) سیگنال پالس ساعت تغییر حالت می‌دهد. سیگنال پالس ساعت توسط خروجی $$\overline{Q}$$ فلیپ فلاپ طبقه قبل از خود تریگر می‌شود. در واقع این اتفاق دقیقا برعکس آن چه است که در یک پیکربندی شمارنده نوع بالا شمار اتفاق می‌افتد که در آن پالس ساعت توسط سیگنال خروجی $$ Q $$ از فلیپ فلاپ قبلی تغییر حالت می‌دهد. در نتیجه در یک خروجی پایین شمار، هر فلیپ فلاپ زمانی تغییر حالت می‌دهد که فلیپ فلاپ قبلی از سطح صفر منطقی به یک منطقی تغییر وضعیت یابد، اما در نوع بالا شمار، این تغییر حالت زمانی اتفاق می‌افتد که از ۱ منطقی به ۰ منطقی تغییر وضعیت ایجاد شود.

شمارنده دو جهته

هر دو نوع شمارنده آسنکرون (Asynchronous) و سنکرون (Synchronous) قادر هستند که هم به سمت بالا و هم به سمت پایین، شمارش را انجام دهند. اما همان طور که در قسمت قبل نیز به آن اشاره شد، یک نوع شمارنده دیگر هم وجود دارد که عمومی‌تر است و شمارش را در هر دو مود انجام می‌دهد. نوع مود عملکرد شمارنده بستگی به حالت پین کنترل ورودی دارد.

فیلم آموزش مدارهای منطقی یا سیستم های دیجیتال ۱ در فرادرس

کلیک کنید

شمارنده‌های دو جهته که با نام شمارنده بالا/پایین شمار (Up/Down Counter) نیز شناخته می‌شوند، قادر هستند که در هر دو جهت شمارش را در هر دنباله دلخواهی انجام دهند. همچنین این امکان وجود دارد که شمارش را در هر نقطه از دنباله شمارش معکوس کرد و این کار با استفاده از یک ورودی کنترلی اضافه، همانند شکل زیر انجام‌پذیر است.

شکل بالا، یک شمارنده سنکرون سه بیتی ساده بالا/پایین شمار است و با استفاده از فلیپ فلاپ‌های JK ایجاد شده که در پیکربندی فلیپ فلاپ نوع T قرار دارند و بیشینه عد شمارش در این شمارنده از صفر (۰۰۰) تا هفت (۱۱۱) است و سپس دوباره شمارش به مقدار صفر باز می‌گردد. بنابراین رشته شمارش در این شمارنده، در مود بالا شمار به صورت ۰،۱،۲،۳،۴،۵،۶،۷ و در مود پایین شمار به صورت ۷،۶،۵،۴،۳،۳،۲،۱،۰ است.

معمولا اکثر چیپ‌های شمارنده‌های دو جهته دارای این امکان هستند که در هر نقطه از دنباله شمارش، مود را به بالا شمار یا پایین شمار عوض کنند. این عمل با استفاده از یک پین کنترلی اضافی انجام می‌گیرد که جهت شمارش را مشخص می‌کند. در دیاگرام زمان‌بندی شکل بالا، مثالی از نحوه عملکرد شمارنده در این دو مود و نحوه تغییر مقادیر مختلف ورودی و خروجی دیده می‌شود.

در نتیجه می‌توان گفت که امروزه هر دو نوع شمارنده در یک آی‌سی واحد موجود هستند و دارای قابلیت برنامه ریزی هستند تا از یک مقدار از پیش تعیین شده شمارش را در هر دو جهت انجام دهند. یکی از این آی‌سی‌های مشهور، 74HC190 است که یک شمارنده BCD ده دهی محسوب می‌شود و دو جهته شمارش را انجام می‌دهد. 74F569 نیز یک شمارنده دو جهته نوع سنکرون به حساب می‌آید. CMOS 4029  نیز نوع دیگری از این آی‌سی‌ها است.

اگر علاقه‌مند به یادگیری مباحث مشابه مطلب بالا هستید، آموزش‌هایی که در ادامه آمده‌اند نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

• مجموعه آموزش‌‌های مهندسی الکترونیک
• آموزش مدارهای منطقی (طراحی دیجیتال)
• مجموعه آموزش‌های نرم‌افزارهای مهندسی برق و الکترونیک
• آموزش مدار منطقی (مرور – تست کنکور ارشد)
• منطق دیجیتال — از صفر تا صد
• آموزش سیستم‌های باینری — مجموعه مقالات جامع وبلاگ فرادرس
• شیفت رجیستر — از صفر تا صد

^^