约翰逊戒指计数器的旋转运动和真值表发生器电路

Johnson Ring计数器由连接在一起的多个计数器组成，输出反馈到输入

在上一个移位寄存器教程中，我们看到如果我们应用串行数据信号串行输入到串行输出移位寄存器的输入，相同的数据序列将从寄存器链中的最后一个翻转翻转中退出。

这种数据的串行移动通过电阻器在预定数量的时钟周期之后发生，从而允许SISO寄存器作为原始输入数据信号的一种时间延迟电路。

但是如果我们连接这个输出的话怎么办？移位寄存器返回其输入，以便最后一个触发器 Q D 的输出成为第一个触发器的输入， Q A 。然后，我们将有一个闭环电路，对于其序列的每个状态，围绕连续循环“再循环”相同的DATA位，这是环形计数器的主要操作。

然后通过将输出循环回输入（反馈），我们可以将标准移位寄存器电路转换为环形计数器。考虑下面的电路。

4位环形计数器

同步示例是预设的，以便寄存器中的一个数据位设置为逻辑“1”，所有其他位复位为“0”。为实现此目的，首先将“CLEAR”信号一起施加到所有触发器，以便将它们的输出“复位”到逻辑“0”电平，然后将“PRESET”脉冲施加到第一个翻转的输入。 -flop（ FFA ）在施加时钟脉冲之前。然后将一个逻辑“1”值放入环形计数器的电路中。

因此，在每个连续的时钟脉冲上，计数器一遍又一遍地在四个触发器之间循环相同的数据位。每隔四个时钟周期“响铃”。但是为了在计数器周围正确地循环数据，我们必须首先用适当的数据模式“加载”计数器，因为在每个时钟周期输出的所有逻辑“0”或所有逻辑“1”将使环形计数器无效。

这种类型的数据移动称为“旋转”，与前一个移位寄存器一样，数据位从左到右通过环形计数器的移动效果可以如下图形显示，如下所示图：

环形计数器的旋转运动

由于上面显示的振铃计数器示例有四种不同的状态，因此它也被称为“模4”或“mod-4”计数器，每次翻转触发输出的频率值等于主时钟频率的四分之一或四分之一（1/4）。

计数器的“MODULO”或“MODULUS”是状态的数量计数器计数或序列通过重复自身和a环形计数器可以输出任何模数。 “mod-n”环形计数器将需要连接在一起的“n”个触发器来循环提供“n”个不同输出状态的单个数据位。

例如，mod-8环形计数器需要8个触发器，mod-16环形计数器需要16个触发器。但是，如上面的示例中所示，只使用了16种可能的状态中的4种，这使得环形计数器的输出状态使用效率非常低。

Johnson Ring Counter

Johnson Ring Counter或“Twisted Ring Counters”，是另一个移位寄存器，其反馈与上面的标准 Ring Counter 完全相同，不同之处在于此次反转输出 Q 最后一个触发器现在连接回第一个触发器的输入 D ，如下所示。

这种类型的环形计数器的主要优点是，与标准环形计数器相比，它只需要一半数量的触发器，然后其模数减半。因此，“n级”约翰逊计数器将循环一个数据位，给出 2n 不同状态的序列，因此可以被视为“mod-2n计数器”。

4 -bit Johnson Ring Counter

Q 的反转在反馈之前输入 D 会使计数器以不同的方式“计数”。而不是通过一组固定的模式计数，例如普通的环形计数器，例如4位计数器，“0001”（1），“0010”（2），“0100”（4），“1000”（8）然后重复，约翰逊计数器向上计数然后向下计数，因为初始逻辑“1”通过它向右移动，取代前面的逻辑“0”。

一个4位约翰逊环形计数器通过四个块逻辑“0”然后四个逻辑“1”从而产生8位模式。当反向输出 Q 连接到输入 D 时，这个8位模式不断重复。例如，“1000”，“1100”，“1110”，“1111”，“0111”，“0011”，“0001”，“0000”，这在下表中进行了说明。

4位Johnson Ring计数器的真值表

除了围绕连续循环计数或旋转数据外，环形计数器还可用于检测或识别一组数据中的各种模式或数值。通过将诸如 AND 或 OR 门之类的简单逻辑门连接到触发器的输出，可以使电路检测设定的数字或值。

标准的2,3或4级约翰逊环计数器也可以用来通过改变它们的反馈连接来划分时钟信号的频率并除以3或除以-5输出也是可用的。

例如，通过连接到的数据输出，可以将3级Johnson Ring计数器用作3相120度相移方波发生器A ， B 和 NOT-B 。

标准的5级Johnson计数器，例如常用的CD4017，通常用作同步十进制计数器/分频器电路。

其他组合，例如较小的2级电路，也称为“正交”（正弦/余弦）振荡器或发生器，可用于产生四个单独的输出，每个输出均为90度“异相”彼此相互产生如下所示的4相定时信号。

2位正交发生器

步进电机控制作为四个输出， A 到 D 相互相移90度，它们可与附加电路一起使用，驱动2相全步进步电机进行位置控制或将电机旋转到特定位置的能力位置如下图所示。

2相（单极）全步进步器电机电路

步进电机的旋转速度主要取决于时钟频率，并且需要额外的电路来驱动电源电路的“功率”要求。发动机。由于本节仅旨在让读者对Johnson Ring Counters及其应用有基本的了解，其他优秀网站将更详细地解释步进电机的类型和驱动要求。

Johnson Ring Counters提供标准TTL或CMOS IC形式，例如CD4017 5阶段，十年Johnson环计数器，具有10个有效HIGH解码输出或CD4022 4阶段，除以8强生计数器，具有8个有效的高解码输出。