یکی از کاربردهای مهم شمارنده دیجیتال در صنعت الکترونیک این است عمدتا در خطوط تولید صنعتی برای کنترل و شمارش تعداد قطعات مورد استفاده قرار می‌گیرد. شمارنده‌ها نه تنها برای شمارش بلکه برای اندازه گیری فرکانس و زمان نیز استفاده می‌شوند.
شمارنده‌ها مدارهای ترتیبی سنکرون ویژه‌ای هستند که در آنها، وضعیت شمارنده برابر با شمارشی است که فلیپ فلاپ‌ها در مدار نگه می‌دارند. شمارنده‌ها تعداد دفعات وقوع یک رویداد را محاسبه یا یادداشت می‌کنند.
اگر می خواهید با بدانید چرا در صنعت الکترونیک به شمارنده ها نیاز داریم، با آسونیک و تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.
شمارنده‌ها جزو عناصر سخت افزاری مهم هستند و به عنوان «مدار دیجیتالی که برای شمارش تعداد پالس ها» تعریف می‌شوند.
شمارنده حالت یا mod، تعداد حالت‌های شمارنده را به حالت اولیه قرار می‌دهد. برای مثال، یک شمارنده mod-8 باینری دارای 8 حالت قابل شمارش است؛ که باینری از 000 تا 111 شماره گذاری می‌شود.
یک شمارنده mod-4 باینری دارای 4 حالت شمارش است، که از 000 تا 011 می‌باشد. بنابراین شمارندهmod از 0 تا 4 شمارش می کند. به طور کلی یک شمارنده mod-N می‌تواند دارای n تعداد فلیپ فلاپ باشد که در آن n =N 2 است.
چرا به شمارنده‌ها نیاز داریم؟
از زمان‌های قدیم تا قرن بیست و یکم که به سرعت در حال پیشرفت است، شمارنده‌ها چه نسخه دیجیتالی پیچیده و چه مدل‌های ساده توسط انسان باستانی استفاده می‌شد. از شمارنده‌ها برای حفظ زمان، ردیابی سهام یا موارد دیگر توانسته به کمک ما بیاید که تضمین می کنند داده‌ها، نتایج و فرآیندهای بسیار دقیق، قابل اعتماد و سازگار در بازارهای پیچیده، سریع و رقابتی انجام شوند.
مطالب پیشنهادی
علاوه بر شمارش، شمارنده ها نیز برای اندازه گیری فرکانس و زمان استفاده می‌شوند. شمارنده‌ها در حال حاضر در بسیاری از کاربردها مانند فرکانس شمار، ساعت‌های دیجیتال، مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال، مدارهای تقسیم کننده فرکانس و تایمرهای دستگاه های الکترونیکی استفاده می‌شوند.
شمارش به معنای افزایش یا کاهش مقادیر یک اپراتور با توجه به مقدار حالت قبلی آن است. بنابراین برای انجام عملیات ریاضی نمی‌توانیم عمل شمارش را با هیچ ابزار منطقی دیگری به جای شمارنده انجام دهیم.
انواع شمارنده‌ها
دو نوع شمارنده برای مدارهای دیجیتال موجود است که عبارتند از:
- شمارنده‌های سنکرون
- شمارنده‌های آسنکرون
در ادامه مطلب انواع مختلف شمارنده به شما توضیح خواهیم داد.
شمارنده‌های سنکرون
شمارنده‌هایی که از پالس ساعت (کلاک) برای تغییر انتقال خود استفاده می‌کنند، شمارنده سنکرون نامیده می‌شوند. این بدان معناست که شمارنده‌های سنکرون برای تغییر مقادیر حالت به ورودی کلاک خود بستگی دارند و تمام فلیپ فلاپ‌ها در شمارنده‌های سنکرون با سیگنال کلاک یکسانی راه‌اندازی می‌شوند.
امکانات شمارنده‌های سنکرون:
- ساخت آنها از نظر طراحی بسیار ساده است. همه فلیپ فلاپ ها به هم متصل هستند و توسط کلاک یکسان هدایت می‌شوند.
- خروجی حالت فلیپ فلاپ قبلی تغییر حالت فلیپ فلاپ فعلی را تعیین می‌کند.
- از آنجایی که همه فلیپ فلاپ‌ها به صورت همزمان کار می‌کنند، شمارنده‌های سنکرون نیازی به تسویه حساب ندارند.
- برای پیاده سازی شمارنده‌های سنکرون به تعدادی گیت منطقی نیاز داریم.
- عملکرد آنها سریع است.
شمارنده‌های آسنکرون
تعریف: شمارنده‌هایی که تغییر در انتقال در آنها به ورودی کلاک بستگی ندارد، به عنوان شمارنده‌های آسنکرون شناخته می‌شوند. در این شمارنده‌ها، فلیپ فلاپ اول به کلاک خارجی متصل می‌شود و بقیه توسط خروجی‌های حالت (Q’ & Q) فلیپ فلاپ قبلی کلاک می‌شوند.
امکانات شمارنده‌های آسنکرون:
- نام دیگر شمارنده های ناهمزمان، شمارنده های ریپل (Ripple counters) است.
- در طراحی بسیار ساده هستند.
- از آنجایی که طراحی آن ساده است، از تعداد گیت‌های منطقی کمتری برای ساخت یک شمارنده آسنکرون استفاده می‌کنند.
- عملکرد شمارنده‌های ناهمزمان در مقایسه با شمارنده‌های سنکرون بسیار کند است.
تفاوت شمارنده‌های آسنکرون در مقابل شمارنده‌های سنکرون
بیایید عملکرد و ویژگی های شمارنده‌های سنکرون و آسنکرون را با هم مقایسه کنیم. تفاوت آنها در زیر ذکر شده است.
شمارنده‌های سنکرون:
- تاخیر انتشار بسیار کم است.
- فرکانس عملیاتی آن بسیار بالاست.
- اینها سریعتر از ریپل شمارنده ها هستند.
- برای طراحی به تعداد زیادی گیت منطقی نیاز است
- هزینه بالا
- طراحی مدارهای سنکرون آسان است
- بسته های منطقی استاندارد در دسترس برای همزمان
شمارنده‌های آسنکرون:
- تأخیر انتشار بیشتر از شمارنده‌های سنکرون است.
- حداکثر فرکانس عملیات بسیار کم است.
- کند عمل می‌کنند.
- تعداد کمتری از گیت‌های منطقی مورد نیاز است.
- کم هزینه
- طراحی پیچیده‌ای دارد.
- برای شمارنده های آسنکرون، بسته‌های منطقی استاندارد در دسترس نیستند.
کاربردهای شمارنده دیجیتال در صنعت الکترونیک
شمارنده‌های دیجیتال کاربردهای بسیاری در صنعت الکترونیک دیجیتال پیدا کرد که برخی از برنامه‌های کاربردی را در زیر ذکر شده است:
- فرکانس شمار
- ساعت های دیجیتال
- مبدل های آنالوگ به دیجیتال
- شمارنده ها می‌توانند به عنوان مدارهای تقسیم کننده فرکانس مورد استفاده قرار گیرند. مدار تقسیم کننده فرکانس مداری است که فرکانس ورودی را دقیقا بر 2 تقسیم می‌کند.
- در اندازه گیری زمان این به معنای محاسبه زمان در تایمرها مانند دستگاه های الکترونیکی مانند اجاق گاز و ماشین لباسشویی است.
- می‌توانیم به کمک شمارنده، مولد امواج مثلثی دیجیتال طراحی کنیم.
بسیاری از انواع دیگر شمارنده ها به جای شمارنده های سنکرون و آسنکرون مانند شمارنده ده، شمارنده باینری، شمارنده حلقه، شمارنده جانسون، شمارنده بالا/پایین و غیره وجود دارد.
مزایای استفاده از شمارنده ها در کسب و کار
انعطاف‌پذیری نصب: شمارنده‌های مدرن به روش‌های مختلفی با سیستم‌ها ادغام می‌شوند، از جمله با قاب‌های بستن، پانل جلویی و ریل‌های دینامی.
انعطاف‌پذیری هزینه: با توجه به تقاضای بالا، دامنه فعلی شمارنده‌های الکترونیکی به میزان قابل‌توجهی افزایش‌یافته است، که به کسب و کارها در سراسر طیف بودجه امکان دسترسی به فن‌آوری قابل‌اعتماد در انواع، پیکربندی‌ها و مشخصات مختلف را می‌دهد.
تولید هوشمندتر: همه انواع اولیه شمارشگر دیجیتال شامل دهه شمارشگر دهدهی، شمارشگر جانسون، شمارشگر حلقه‌ای، شمارشگر بالا رونده و غیره به ویژه برای فرآیندهای تولیدی یکپارچه مانند تنظیم اندازه دسته، ضروری شده‌اند.
تعمیر و نگهداری کم: بدون قطعات متحرک شمارنده‌های مکانیکی، می توان به شمارنده دیجیتالی صنعتی قوی برای ادامه کار بدون تعمیر و نگهداری در طول عمر طولانی اعتماد کرد.
اتوماسیون کامل: همان طور که دنیای صنعتی به سمت اتوماسیون کامل پیش می‌رود، شمارنده‌های دیجیتال نسل آینده می‌توانند در حالت های کاملا اتوماتیک ادغام کرد.
به طور کلی، از فعالیت‌های سودآور گرفته تا مهم‌ترین جایگاه صنعت در تولید، مهندسی، ساخت‌وساز، تولید برق و غیره، شمارنده‌های دیجیتال دنیا را بر پایه پیشرفت‌های نوآورانه جدید به سازمان‌ها کمک می‌کنند.
سخن پایانی
شمارنده های دیجیتال از زمان پیدایش دستگاه های الکترونیکی و رایانه ها، یکی از قسمت های مهم این دستگاه ها شده اند. شمارنده ها در سیستم های مختلفی مانند ساعت ها، متر ها، ماشین لباس شویی، دستگاه های تولیدی و… استفاده می شوند و علاوه بر این ها در صنعت الکترونیک برای محاسبه توان ها یا ولتاژ های مختلف به کار می رود.
در این مطلب از سایت آسونیک برای شما توضیح دادیم که چرا در صنعت الکترونیک به شمارنده های دیجیتال نیاز داریم. اگر نظر یا پیشنهاد یا مطالب مرتبطی در مورد این نوشته در نظر دارید می توانید برای ما ارسال کنید.
