Bộ đếm là đơn vị logic kỹ thuật số cơ bản và có nhiều ứng dụng.

Bộ đếm di chuyển theo một chuỗi số liên tiếp — lên hoặc xuống — mỗi khi xung nhịp đồng hồ được truyền đi. Bộ đếm được sử dụng để chia tín hiệu xung nhịp tần số cao thành tín hiệu xung nhịp tần số thấp cho máy trạng thái và đếm sự kiện cơ bản. Bạn có thể thiết kế một bộ đếm từ đầu bằng bảng chân trị sử dụng logic Boolean.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ thảo luận về cách sử dụng dăm gỗ ốp mặt bàn đúc sẵn để tận dụng các khối xây dựng đúc sẵn.

Họ logic 7400 có nhiều loại chip đếm 4 bit khác nhau. 4 bit là kích thước phổ biến nhất vì bộ đếm đủ nhỏ để vừa với gói 16 chân và có thể dễ dàng xếp chồng lên nhau để tạo ra chiều rộng dài hơn. Hai bộ đếm 4 bit cung cấp bộ đếm một byte.

Bộ đếm nhị phân 4 bit thường di chuyển từ 00002 đến 11112 hoặc từ 0 đến 15 chữ số thập phân. Trình tự đếm lũy thừa tự nhiên theo hai này hữu ích trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Tuy nhiên, một số ứng dụng phù hợp hơn với bộ đếm thập phân di chuyển từ 00002 đến 10012 hoặc bộ đếm thập phân từ 0 đến 9. Bộ đếm thập phân thường được sử dụng khi đếm các sự kiện mà mọi người cần giải thích. Bởi vì mọi người có xu hướng nghĩ theo số thập phân

Thuật ngữ số thập phân mã hóa nhị phân, hay BCD, dùng để chỉ số nhị phân được đóng gói từ 10012 đến 00002, thay vì tiếp tục với chuỗi đếm nhị phân thông thường.

Bộ đếm thập kỷ 74LS190

Một bộ đếm thập kỷ nổi tiếng là 74LS190, đã có từ rất lâu. Như bạn có thể thấy từ ngày ban đầu là tháng 12 năm 1972 trên bảng dữ liệu tôi tải xuống từ trang web 'LS190 là bộ đếm đồng bộ'. Điều này có nghĩa là những thay đổi chỉ được truyền đi ở cạnh thấp đến cạnh cao của tín hiệu xung nhịp. Điều này làm cho bộ đếm hoạt động theo cách rất dễ đoán.

Hình 1 hiển thị cách chỉ định chân 'LS190'.

Hình 1. Sơ đồ chân cắm 74LS190.

Ngoài hai chân nguồn, chip còn có bốn đầu vào đếm, bốn đầu ra đếm, một xung nhịp và nhiều tín hiệu điều khiển. Đầu vào đếm DN cho phép tải trước các giá trị cụ thể vào bộ đếm. Cung cấp cho bạn tùy chọn không phải lúc nào cũng bắt đầu đếm từ số không.

Tín hiệu LOAD truyền trạng thái DN bên trong chip, được phản ánh tại đầu ra QN ở cạnh xung nhịp tiếp theo. Chúng ta sẽ sử dụng tính năng này để thiết lập lại chip để bắt đầu đếm từ số 0.

Tiếp theo là tín hiệu DOWN yêu cầu chip đếm ngược khi DOWN = 1 hoặc bắt đầu đếm khi DOWN = 0.

Ngoài xung nhịp CLK, còn có tín hiệu cho phép đếm CTEN để kích hoạt CLK. Khi CTEN = 0, chip tăng hoặc giảm bình thường theo cạnh tăng của xung nhịp. Khi CTEN = 1, bộ đếm không tăng và giữ nguyên giá trị hiện tại. Trừ khi các giá trị mới được tải thông qua tín hiệu LOAD.

CTEN và hai đầu ra của nó, RCO (gợn sóng thực hiện) và MAXMIN, cho phép kết nối nhiều bộ đếm theo chuỗi để tạo ra bộ đếm có hầu như mọi kích thước.

Quầy xếp chồng

Vậy mọi việc diễn ra thế nào? Hình 2 cho thấy một bộ đếm xếp chồng byte đầy đủ được tạo thành từ hai chip 74LS190.

Hình 2. Bộ đếm byte toàn bộ

Lưu ý rằng cả hai chip đều chia sẻ cùng một tín hiệu CLK và LOAD, điều này có nghĩa là cả hai chip có thể di chuyển về phía trước đồng thời trên cùng một cạnh tăng của tín hiệu xung nhịp. Điều này cũng có nghĩa là cả hai chip có thể được nạp lại cùng lúc.

Ví dụ này có DN được gắn ở mức thấp để bộ đếm đặt lại về 0 khi LOAD = 0 và CLK được điều khiển từ THẤP lên CAO. Tín hiệu DOWN được đặt ở mức thấp trên cả hai chip để chỉ ra trình tự đếm tăng dần từ 0 đến 9 cho mỗi chip.

Cuối cùng, các bộ đếm được xếp chồng lên nhau để tạo thành một bộ đếm duy nhất bằng cách truyền tín hiệu CTEN của một bộ đếm với tín hiệu RCO của bộ đếm kia. RCO của chữ số ít quan trọng nhất sẽ gửi một xung thấp mỗi khi số đếm đạt đến 9, khiến bộ đếm của chữ số quan trọng nhất chạy một chu kỳ xung nhịp để có thể tiến tới cạnh CLK tiếp theo.

Sau cạnh tiếp theo, chữ số ít quan trọng nhất sẽ được trả về 0, điều này sẽ đưa RCO về trạng thái tối đa của nó. Và vô hiệu hóa các bộ đếm chính quan trọng nhất cho đến khi đến lúc tiến lên lần nữa.

Kiểm soát đầu vào

Bây giờ chúng ta đã có lõi của mạch đếm. Nhưng có hai đầu vào treo là CLK và LOAD. Các đầu vào này có thể là các nút nhấn thủ công để bạn có thể kiểm soát thời điểm bộ đếm tải lại bằng 0 và thời điểm bộ đếm di chuyển về phía trước. LOAD có thể được kết nối trực tiếp với nút nhấn.

Tuy nhiên, CLK không đơn giản như vẻ bề ngoài. Vì tín hiệu CLK kiểm soát hành vi của toàn bộ mạch nên nó phải là tín hiệu sạch với sự chuyển đổi mượt mà từ mức cao xuống mức thấp. Để đảm bảo rằng quầy hoạt động bình thường

Nếu chúng ta kết nối nút nhấn trực tiếp với CLK, bộ đếm có thể bị trục trặc.

Nguyên nhân là các nút bấm cơ học tạo ra tiếng ồn điện khi các bề mặt bên trong chạm vào nhau và triệt tiêu tiếng ồn. Những âm thanh như vậy có thể không được con người nghe thấy. Nhưng mạch logic đồng bộ phản ứng rất nhanh. Mạch chống dội (như mạch được hiển thị trong Hình 3) có thể giải quyết vấn đề này.

‍Hình 3. Mạch chống xung nhịp đồng hồ.

Đúng như tên gọi, mạch chống nhiễu loại bỏ hiện tượng chống nhiễu hoặc nhiễu từ đầu vào và tạo ra đầu ra sạch. Có nhiều kỹ thuật để loại bỏ nút bị dội. Kỹ thuật được trình bày ở đây sử dụng bộ lọc RC kết hợp với bộ biến tần kích hoạt shimming (làm từ cổng NAND) để lọc tín hiệu xung nhịp nút nhấn có nhiễu. Hằng số thời gian RC là 100 ms khi xả từ 5V xuống 0V và 200 ms khi sạc lại lên 5V.

Bạn có thể điều chỉnh hằng số thời gian cao hơn hoặc thấp hơn để phù hợp với nhu cầu cụ thể của mình.

Sau khi kết nối phần mạch này, bộ đếm sẽ tăng đáng kể mỗi lần bạn nhấn nút CLK và tải lại khi bạn giữ phím LOAD và nhấn nút CLK.

Hãy nhìn và tin vào điều đó

Bộ đếm hiện đã có sẵn. Nhưng điều đó không có nghĩa là máy đếm vẫn hoạt động như ngày nay.

Chúng ta cần kết nối chỉ báo trực quan để xem các giá trị đếm được tạo ra. Cách dễ nhất là kết nối đèn LED với cả tám đầu ra và quan sát mẫu BCD thay đổi mỗi khi nhấn CLK.

Tuy nhiên, việc ghi nhớ chuỗi số từ 0-99 sẽ thú vị hơn. Đối với vấn đề này, chúng tôi chuyển sang bộ giải mã/trình điều khiển BCD-to-7-seven-segment 74LS47

Bạn có thể đã thấy màn hình 7 đoạn xuất hiện khắp nơi xung quanh mình, chẳng hạn như trong lò vi sóng, đồng hồ kỹ thuật số, dàn âm thanh và đầu máy VCR. Mỗi màn hình được tạo thành từ 7 thành phần phát sáng độc lập, thường là đèn LED, có thể kết hợp để tạo thành một số thập phân có thể nhận dạng được. 74LS47 chuyển đổi đầu ra BCD của 74LS190 thành định dạng 7 đoạn mà con người có thể đọc được.

Hình 4 cho thấy cách kết nối chip 74LS47 với chữ số ít quan trọng nhất của bộ đếm mà chúng ta đã tạo.

Hình 4. Mạch hiển thị 7 đoạn

(Màn hình 74LS47 và màn hình 7 đoạn giống hệt nhau thứ hai được kết nối với chữ số quan trọng nhất.)

Đây là một kết nối đơn giản. Chỉ sử dụng ba tín hiệu điều khiển để kết nối với đầu ra cao cấp, 74LS47 có đầu ra chủ động mức thấp được thiết kế cho màn hình LED anode chung.

Màn hình anode chung có tất cả các anode LED được kết nối với một chân duy nhất. Mỗi cực âm được kết nối với chip giải mã thông qua một điện trở giới hạn dòng điện. Điện trở ngăn chặn dòng điện quá mức chạy qua đèn LED vào 74LS47, có thể làm hỏng từng linh kiện. Mỗi phân đoạn của màn hình bảy đoạn được ký hiệu từ "a" đến "g".

‍