Что такое счетчик Джонсона?

Счетчик Джонсона, также известный как счетчик с витыми кольцами или счетчик ходячего кольца , представляет собой тип синхронной последовательной логической схемы, которая создает уникальную последовательность выходных состояний. Вот описание его основных функций и того, как он работает:

Основные особенности:

* Регистр смены с обратной связью: По сути, это сдвиговый регистр, в котором последний выходной бит подается обратно на первый вход, но к обратной связи применяется инверсия.

* Циклическая последовательность: Выходные состояния образуют циклическую последовательность, то есть она повторяется после определенного количества тактов.

* Самозапуск: В отличие от некоторых других схем счетчиков, счетчик Джонсона не требует определенного начального состояния; он запускается самостоятельно и начинает генерировать свою уникальную последовательность.

* Длина подсчета: Число уникальных состояний в последовательности вдвое меньше количества триггеров в счетчике. Например, 4-битный счетчик Джонсона создает 8 уникальных состояний (2^4/2).

Как это работает:

1. Исходное состояние: Счетчик запускается в произвольном состоянии. Предположим, что все триггеры изначально сброшены (все нули).

2. Тактовый импульс: При первом тактовом импульсе данные сдвигаются вправо, при этом последний бит (инвертированный) возвращается на первый триггер. Это инвертирует значение первого триггера.

3. Сдвиг и инверсия: Последующие тактовые импульсы продолжают сдвигать данные, а петля обратной связи постоянно инвертирует выходной сигнал первого триггера.

4. Уникальные государства: Этот процесс смещения и инверсии генерирует уникальную последовательность состояний. Для 4-битного счетчика Джонсона последовательность будет такой:

```

0000 -> 1000 -> 1100 -> 1110 -> 1111 -> 0111 -> 0011 -> 0001 -> 0000...

```

Приложения:

Счетчики Джонсона используются в различных цифровых приложениях, в том числе:

* Частотное разделение: Их можно использовать для деления частоты тактового сигнала на коэффициент, равный количеству триггеров в счетчике.

* Цифровые системы управления: Они могут генерировать временные последовательности для управления различными цифровыми операциями.

* Генерация сигналов: Они могут генерировать прямоугольные сигналы с определенными рабочими циклами и шириной импульса.

* Преобразование данных: Их можно использовать в аналого-цифровых преобразователях для формирования сигналов синхронизации.

Преимущества:

* Простота: По сравнению с другими типами счетчиков, счетчикам Джонсона требуется меньше логических элементов.

* Самозапуск: Они не требуют определенного начального состояния, что упрощает их реализацию.

* Гибкость: Их можно легко модифицировать для создания различных последовательностей.

Недостатки:

* Ограниченный диапазон количества: Длина счета всегда равна половине количества триггеров.

* Интерпретация вывода: Выходная последовательность не может быть простым двоичным числом.

Понимание последовательности и того, как работает цикл обратной связи, имеет решающее значение для эффективного использования счетчиков Джонсона в различных цифровых приложениях.