تعریف شمارنده دو جهته در مدار الکترونیک

تعریف شمارنده دو جهته در مدار الکترونیک:
شمارنده دو جهته (Bidirectional Counter) دارای این توانایی است که برای هر دنباله داده شده، هم به صورت بالا شمار (Up Direction) و هم به صورت پایین شمار (Down Direction) شمارش را انجام دهد.

در این مطلب قصد داریم به بررسی یک شمارنده دو جهته بپردازیم و با اصول و نحوه کار آن آشنا شویم.

بر خلاف شمارش رو به بالا که در آن هر بار به اندازه یک عدد از پیش تعیین شده به صفر اضافه می شود، گاهی لازم است که از یک عدد از پیش مشخص شده تا صفر شمارش را به صورت معکوس انجام داد.

در این شمارنده، هرگاه مقدار شمارش به صفر یا عدد دیگری برسد که کاربر تعیین کرده است، می توان یک خروجی را فعال کرد.

این شمارنده، معمولا با عنوان شمارنده پایین شمار (Down Counter) یا CTD شناخته می شود. در یک شمارنده BCD و یا باینری پایین شمار، مقدار شمارش با دریافت هر پالس ساعت خارجی، به اندازه یک واحد از عدد از پیش تعیین شده کاسته می شود.

آی سی های دو هدفه مخصوص مانند TTL 74LS193 و یا CMOS CD4510 شمارنده های باینری چهار بیتی هستند که هم بالا شمار هستند و هم پایین شمار. در این آی سی ها، یک پین ورودی اضافه برای انتخاب مود شمارش (بالا شمار یا پایین شمار) در نظر گرفته شده است.

نمایی از مدار داخلی یک شمارنده پایین شمار 4 بیتی در تصویر زیر نمایش داده شده است.

در شمارنده چهار بیتی شکل بالا، خروجی هر فلیپ فلاپ در لبه بالا رونده (تغییر از سطح صفر منطقی به یک منطقی) سیگنال پالس ساعت تغییر حالت می دهد. سیگنال پالس ساعت توسط خروجی¯¯¯¯Q فلیپ فلاپ طبقه قبل از خود تریگر می شود.

در واقع این اتفاق دقیقا برعکس آن چه است که در یک پیکربندی شمارنده نوع بالا شمار اتفاق می افتد که در آن پالس ساعت توسط سیگنال خروجیQ از فلیپ فلاپ قبلی تغییر حالت می دهد.

در نتیجه در یک خروجی پایین شمار، هر فلیپ فلاپ زمانی تغییر حالت می دهد که فلیپ فلاپ قبلی از سطح صفر منطقی به یک منطقی تغییر وضعیت یابد، اما در نوع بالا شمار، این تغییر حالت زمانی اتفاق می افتد که از 1 منطقی به 0 منطقی تغییر وضعیت ایجاد شود.

شمارنده دو جهته:
هر دو نوع شمارنده آسنکرون (Asynchronous) و سنکرون (Synchronous) قادر هستند که هم به سمت بالا و هم به سمت پایین، شمارش را انجام دهند.

اما همان طور که در قسمت قبل نیز به آن اشاره شد، یک نوع شمارنده دیگر هم وجود دارد که عمومی تر است و شمارش را در هر دو مود انجام می دهد. نوع مود عملکرد شمارنده بستگی به حالت پین کنترل ورودی دارد.

شمارنده های دو جهته که با نام شمارنده بالا/پایین شمار (Up/Down Counter) نیز شناخته می شوند، قادر هستند که در هر دو جهت شمارش را در هر دنباله دلخواهی انجام دهند.

همچنین این امکان وجود دارد که شمارش را در هر نقطه از دنباله شمارش معکوس کرد و این کار با استفاده از یک ورودی کنترلی اضافه، همانند شکل زیر انجام پذیر است.

شکل بالا، یک شمارنده سنکرون سه بیتی ساده بالا/پایین شمار است و با استفاده از فلیپ فلاپ های JK ایجاد شده که در پیکربندی فلیپ فلاپ نوع T قرار دارند و بیشینه عد شمارش در این شمارنده از صفر (000) تا هفت (111) است و سپس دوباره شمارش به مقدار صفر باز می گردد.

بنابراین رشته شمارش در این شمارنده، در مود بالا شمار به صورت 0، 1، 2، 3، 4، 5، 6، 7 و در مود پایین شمار به صورت 7، 6، 5، 4، 3، 3، 2، 1، 0 است.

معمولا اکثر چیپ های شمارنده های دو جهته دارای این امکان هستند که در هر نقطه از دنباله شمارش، مود را به بالا شمار یا پایین شمار عوض کنند.

این عمل با استفاده از یک پین کنترلی اضافی انجام می گیرد که جهت شمارش را مشخص می کند. در دیاگرام زمان بندی شکل بالا، مثالی از نحوه عملکرد شمارنده در این دو مود و نحوه تغییر مقادیر مختلف ورودی و خروجی دیده می شود.

در نتیجه می توان گفت که امروزه هر دو نوع شمارنده در یک آی سی واحد موجود هستند و دارای قابلیت برنامه ریزی هستند تا از یک مقدار از پیش تعیین شده شمارش را در هر دو جهت انجام دهند.

یکی از این آی سی های مشهور، 74HC190 است که یک شمارنده BCD ده دهی محسوب می شود و دو جهته شمارش را انجام می دهد.

74F569 نیز یک شمارنده دو جهته نوع سنکرون به حساب می آید. CMOS 4029 نیز نوع دیگری از این آی سی ها است.