Johnson Ring計數(shù)器由連接在一起的多個計數(shù)器組成，輸出反饋到輸入

在上一個移位寄存器教程中，我們看到如果我們應(yīng)用串行數(shù)據(jù)信號串行輸入到串行輸出移位寄存器的輸入，相同的數(shù)據(jù)序列將從寄存器鏈中的最后一個翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)中退出。

這種數(shù)據(jù)的串行移動通過電阻器在預(yù)定數(shù)量的時鐘周期之后發(fā)生，從而允許SISO寄存器作為原始輸入數(shù)據(jù)信號的一種時間延遲電路。

但是如果我們連接這個輸出的話怎么辦？移位寄存器返回其輸入，以便最后一個觸發(fā)器 Q D 的輸出成為第一個觸發(fā)器的輸入， Q A 。然后，我們將有一個閉環(huán)電路，對于其序列的每個狀態(tài)，圍繞連續(xù)循環(huán)“再循環(huán)”相同的DATA位，這是環(huán)形計數(shù)器的主要操作。

然后通過將輸出循環(huán)回輸入（反饋），我們可以將標(biāo)準(zhǔn)移位寄存器電路轉(zhuǎn)換為環(huán)形計數(shù)器?？紤]下面的電路。

4位環(huán)形計數(shù)器

同步示例是預(yù)設(shè)的，以便寄存器中的一個數(shù)據(jù)位設(shè)置為邏輯“1”，所有其他位復(fù)位為“0”。為實現(xiàn)此目的，首先將“CLEAR”信號一起施加到所有觸發(fā)器，以便將它們的輸出“復(fù)位”到邏輯“0”電平，然后將“PRESET”脈沖施加到第一個翻轉(zhuǎn)的輸入。 -flop（ FFA ）在施加時鐘脈沖之前。然后將一個邏輯“1”值放入環(huán)形計數(shù)器的電路中。

因此，在每個連續(xù)的時鐘脈沖上，計數(shù)器一遍又一遍地在四個觸發(fā)器之間循環(huán)相同的數(shù)據(jù)位。每隔四個時鐘周期“響鈴”。但是為了在計數(shù)器周圍正確地循環(huán)數(shù)據(jù)，我們必須首先用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)模式“加載”計數(shù)器，因為在每個時鐘周期輸出的所有邏輯“0”或所有邏輯“1”將使環(huán)形計數(shù)器無效。

這種類型的數(shù)據(jù)移動稱為“旋轉(zhuǎn)”，與前一個移位寄存器一樣，數(shù)據(jù)位從左到右通過環(huán)形計數(shù)器的移動效果可以如下圖形顯示，如下所示圖：

環(huán)形計數(shù)器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動

由于上面顯示的振鈴計數(shù)器示例有四種不同的狀態(tài)，因此它也被稱為“模4”或“mod-4”計數(shù)器，每次翻轉(zhuǎn)觸發(fā)輸出的頻率值等于主時鐘頻率的四分之一或四分之一（1/4）。

計數(shù)器的“MODULO”或“MODULUS”是狀態(tài)的數(shù)量計數(shù)器計數(shù)或序列通過重復(fù)自身和a環(huán)形計數(shù)器可以輸出任何模數(shù)。 “mod-n”環(huán)形計數(shù)器將需要連接在一起的“n”個觸發(fā)器來循環(huán)提供“n”個不同輸出狀態(tài)的單個數(shù)據(jù)位。

例如，mod-8環(huán)形計數(shù)器需要8個觸發(fā)器，mod-16環(huán)形計數(shù)器需要16個觸發(fā)器。但是，如上面的示例中所示，只使用了16種可能的狀態(tài)中的4種，這使得環(huán)形計數(shù)器的輸出狀態(tài)使用效率非常低。

Johnson Ring Counter

Johnson Ring Counter或“Twisted Ring Counters”，是另一個移位寄存器，其反饋與上面的標(biāo)準(zhǔn) Ring Counter 完全相同，不同之處在于此次反轉(zhuǎn)輸出 Q 最后一個觸發(fā)器現(xiàn)在連接回第一個觸發(fā)器的輸入 D ，如下所示。

這種類型的環(huán)形計數(shù)器的主要優(yōu)點(diǎn)是，與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形計數(shù)器相比，它只需要一半數(shù)量的觸發(fā)器，然后其模數(shù)減半。因此，“n級”約翰遜計數(shù)器將循環(huán)一個數(shù)據(jù)位，給出 2n 不同狀態(tài)的序列，因此可以被視為“mod-2n計數(shù)器”。

4 -bit Johnson Ring Counter

Q 的反轉(zhuǎn)在反饋之前輸入 D 會使計數(shù)器以不同的方式“計數(shù)”。而不是通過一組固定的模式計數(shù)，例如普通的環(huán)形計數(shù)器，例如4位計數(shù)器，“0001”（1），“0010”（2），“0100”（4），“1000”（8）然后重復(fù)，約翰遜計數(shù)器向上計數(shù)然后向下計數(shù)，因為初始邏輯“1”通過它向右移動，取代前面的邏輯“0”。

一個4位約翰遜環(huán)形計數(shù)器通過四個塊邏輯“0”然后四個邏輯“1”從而產(chǎn)生8位模式。當(dāng)反向輸出 Q 連接到輸入 D 時，這個8位模式不斷重復(fù)。例如，“1000”，“1100”，“1110”，“1111”，“0111”，“0011”，“0001”，“0000”，這在下表中進(jìn)行了說明。

4位Johnson Ring計數(shù)器的真值表

除了圍繞連續(xù)循環(huán)計數(shù)或旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)外，環(huán)形計數(shù)器還可用于檢測或識別一組數(shù)據(jù)中的各種模式或數(shù)值。通過將諸如 AND 或 OR 門之類的簡單邏輯門連接到觸發(fā)器的輸出，可以使電路檢測設(shè)定的數(shù)字或值。

標(biāo)準(zhǔn)的2,3或4級約翰遜環(huán)計數(shù)器也可以用來通過改變它們的反饋連接來劃分時鐘信號的頻率并除以3或除以-5輸出也是可用的。

例如，通過連接到的數(shù)據(jù)輸出，可以將3級Johnson Ring計數(shù)器用作3相120度相移方波發(fā)生器A ， B 和 NOT-B 。

標(biāo)準(zhǔn)的5級Johnson計數(shù)器，例如常用的CD4017，通常用作同步十進(jìn)制計數(shù)器/分頻器電路。

其他組合，例如較小的2級電路，也稱為“正交”（正弦/余弦）振蕩器或發(fā)生器，可用于產(chǎn)生四個單獨(dú)的輸出，每個輸出均為90度“異相”彼此相互產(chǎn)生如下所示的4相定時信號。

2位正交發(fā)生器

步進(jìn)電機(jī)控制作為四個輸出， A 到 D 相互相移90度，它們可與附加電路一起使用，驅(qū)動2相全步進(jìn)步電機(jī)進(jìn)行位置控制或?qū)㈦姍C(jī)旋轉(zhuǎn)到特定位置的能力位置如下圖所示。

2相（單極）全步進(jìn)步器電機(jī)電路

步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度主要取決于時鐘頻率，并且需要額外的電路來驅(qū)動電源電路的“功率”要求。發(fā)動機(jī)。由于本節(jié)僅旨在讓讀者對Johnson Ring Counters及其應(yīng)用有基本的了解，其他優(yōu)秀網(wǎng)站將更詳細(xì)地解釋步進(jìn)電機(jī)的類型和驅(qū)動要求。

Johnson Ring Counters提供標(biāo)準(zhǔn)TTL或CMOS IC形式，例如CD4017 5階段，十年Johnson環(huán)計數(shù)器，具有10個有效HIGH解碼輸出或CD4022 4階段，除以8強(qiáng)生計數(shù)器，具有8個有效的高解碼輸出。