Bộ đếm Johnson, còn được gọi là bộ đếm creeping, là một ví dụ về bộ đếm đồng bộ. Trong bộ đếm Johnson, đầu ra bổ sung của flip-flop cuối cùng được kết nối với đầu vào của flip-flop đầu tiên, và để thực hiện bộ đếm Johnson n-bit, chúng ta cần n flip-flop. Đây là một trong những loại bộ đếm thanh ghi dịch chuyển quan trọng nhất. Nó được hình thành bằng cách phản hồi đầu ra với đầu vào của chính nó. Bộ đếm Johnson là một vòng có đảo ngược. Các tên gọi khác của bộ đếm Johnson là bộ đếm creeping, bộ đếm vòng xoắn, bộ đếm đi bộ, bộ đếm di động và bộ đếm đuôi chuyển mạch. 

Johnson Counter là gì?

Bộ đếm Johnson là một loại bộ đếm đồng bộ với một mô hình đếm đặc biệt, trong trường hợp này là bộ đếm Johnson. Nó hoạt động bằng cách đưa tín hiệu đầu ra bổ sung của flip-flop cuối cùng trở lại đầu vào của  flip-flop đầu tiên. Kết quả của thiết lập này là một chuỗi các trạng thái tạo thành một chuỗi không đặc trưng của bộ đếm vòng thông thường .

Bộ đếm Johnson có thể được triển khai bằng cách sử dụng n flip-flop để đếm 2n trạng thái riêng biệt – một tính năng giúp nó tốt hơn bộ đếm vòng sử dụng cùng số lượng flip-flop, vì nó phục vụ số lượng trạng thái gấp đôi. Bộ đếm này được sử dụng trong các ứng dụng mà số lượng trạng thái cao hơn số lượng flip-flop; bên cạnh đó, nó còn có một đặc điểm nổi bật là khả năng tự giải mã.

Tổng số trạng thái đã sử dụng và chưa sử dụng trong bộ đếm Johnson n-bit: ‍

số trạng thái được sử dụng = 2n 

số trạng thái chưa sử dụng = 2n - 2*n 

Ví dụ: 

Nếu n=4 

Bộ đếm Johnson 4 bit 

Ban đầu, giả sử tất cả các flip-flop đều được thiết lập lại. 

Bảng chân lý

Ở đâu, 

CP là xung nhịp đồng hồ và 

Q1, Q2, Q3, Q4 là các trạng thái. 

Câu hỏi: Xác định tổng số trạng thái đã sử dụng và chưa sử dụng trong bộ đếm Johnson 4 bit. 

Trả lời: Tổng số trạng thái đã sử dụng = 2*n 

= 2*4 

= 8 

Tổng số trạng thái chưa sử dụng = 2n - 2*n 

= 24-2*4 

= 8 

Sự khác biệt giữa Ring Counter và Johnson Counter

Ưu điểm của máy đếm Johnson

• Bộ đếm Johnson có cùng số lượng flip-flop nhưng có thể đếm được số trạng thái gấp đôi bộ đếm vòng.
• Có thể thực hiện bằng cách sử dụng flip flop D và JK.
• Máy đếm vòng Johnson được sử dụng để đếm dữ liệu theo vòng lặp liên tục.
• Bộ đếm Johnson là mạch tự giải mã.

Nhược điểm của máy đếm Johnson

• Bộ đếm Johnson không tính theo chuỗi nhị phân.
• Theo Johnson, số lượng các tiểu bang chưa được sử dụng nhiều hơn số lượng các tiểu bang đang được sử dụng.
• Số lượng flip-flop cần thiết bằng một nửa số tín hiệu thời gian.
• Nó có thể được xây dựng cho bất kỳ số lượng trình tự thời gian nào.

Ứng dụng của máy đếm Johnson

• Bộ đếm Johnson được sử dụng như một bộ đếm thập phân đồng bộ hoặc mạch chia.
• Nó được sử dụng trong thiết kế logic phần cứng để tạo ra máy trạng thái hữu hạn phức tạp. Ví dụ: thiết kế ASIC và FPGA.
• Bộ đếm Johnson 3 giai đoạn được sử dụng như một máy phát sóng vuông 3 pha tạo ra độ lệch pha 1200.
• Nó được sử dụng để chia tần số của tín hiệu đồng hồ bằng cách thay đổi phản hồi của chúng.

Kết luận

Bài viết này đã đề cập đến một số khía cạnh của bộ đếm Johnson, từ cách thức hoạt động của hệ thống đến những lợi ích của việc sử dụng công nghệ cũng như những hạn chế của bộ đếm Johnson. Bộ đếm Johnson là một phân nhóm của bộ đếm thanh ghi dịch và có khả năng đếm số trạng thái gấp đôi so với bộ đếm vòng với các flip-flop tương tự. Có thể thấy rằng những khác biệt cơ bản giữa bộ đếm vòng và bộ đếm Johnson đã được thảo luận ở trên, có thể được sử dụng để lựa chọn mạch đếm phù hợp cho một số ứng dụng mạch số.