مسجل الإزاحة shift registers

لو أتينا بمساكة Latch كالسابق ثم وصلنا خرج الخانة الأولى بدخل الثانية و خرج الثانية بدخل الثالثة وهكذا، نحصل على مسجل إزاحة. طبعا واضح أنه لو كان من نوع قدح المستوى فإنه بمجرد وضع خط التحكم فى وضع التشغيل فإن دخل الأول "سيجرى" عبر كل الوحدات مما يجعل التحكم مستحيلا، لذا يجب أن يكون من النوع ذو قدح الحافة .
عند هذه الحافة المخصصة بالقدح فقط ، تحتفظ كل وحدة بنسخة مما على مدخلها و لا تتأثر بأى تغيير على مدخلها بعد ذلك وتنتقل هذه القيمة نحو خرجها فى بضع نانو ثانية.
طوال زمن باقى النبضة و أيضا خلال العودة للمستوى الأول من القدح، لا تتأثر هذه الوحدة بأى تغيير يحدث على أى مدخل آخر.
جدير بالذكر أن هذا المسجل قد يحتوى أحد الأنظمة مثل مجمع مفتوح Open Collector أو ثلاثى الحالة Tri-State وقد لا تحتوى و طبعا ظهور الخرج على الأطراف من عدمه رهن حالة هذا النظام و طرف تشغيله ولكن فقط تحكم فى الظهور من عدمه وليس تغيير حالته كما أن ظهور الخرج أو عدمه لا يعوق تغيير الخرج تبعا للمداخل.
تأتى مسجلات الإزاحة عادة 4 أو 8 خطوط و بكل التركيبات المحتملة من التوالى و التوازى فيمكن أن يكون الدخول توازى والخروج توالى أو العكس دخول توالى مع خروج توازى مع توالى و نلاحظ هنا ضرورة توفر التوالى فى جميع الأحوال للتمكين من توصيل الوحدات على التتابع أى خرج المتكاملة الأولى يكون دخلا لمتكاملة ثانية لزيادة عدد الأرقام Bits المستخدمة كما أن البعض يوفر خاصية الإزاحة فى الاتجاهين فتسمى إزاحة لليمين وهى من مدخل التوالى ثم الخط الأكبر قيمة Q3 مثلا ثم Q2 ثم Q1 ثم Q0 و إزاحة لليسار وهذا يعنى الاتجاه العكسى.

الشكل يبين واحدة تحتوى عديد من هذه الخواص وهى DM74HC595N وهى طبعا TTL و يكفى 74595 للتعرف عليها.
نظرا لأنها توفر إزاحة فى اتجاه واحد فقط ، فلا فرق أن نقول Q7 هو المدخل أم Q0 فهى فقط مسميات و الإزاحة دوما فى اتجاه ثابت محدد لا يتغير و كما بالرسم سنجد أن شركة أخرى مثل TI تسمى هذه الأطراف QA,QB الخ وهى أقرب للواقع حيث الاستخدام هو ما يعطى الخط قيمته. يجب ألا ننسى أن هذه الخطوط الثمانية قد تعنى رقم من 8 خطوط و قد تعنى مجرد 8 بيانات مستقلة لا علاقة لها ببعض كحالة مفاتيح متصلة بأبواب أو أخطاء تحدث فى أماكن متنوعة من آلة.
هذه المتكاملة لها مدخل تسلسلى Serial In وهو الطرف 14
الطرف 13 هو OE أو G و الخط بأعلاه يعنى أنه يعمى بالمستوى صفر و طالما جهد هذا الخط = صفرا فالخرج متاح و إن كان = 1 فأن خطوط الخرج تكون فى حال عدم التوصيل Hi-Z ولا تتبع التغيرات داخل المتكاملة أما الشقيقة رقم 74596 فتكون فى حال القطع لأنها من طراز OC .
تتميز هذه المتكاملة عن المسجلات الأخرى أن بها طاقمي من المذبذبات المتعدد يعمل كمسجل إزاحة بالإضافة لآخر يعمل كمساكة Latch و لكل منهما نبضة التحكم الخاصة به وبهذا يمكنك أن تنفذ الإزاحة وقتما ينبغى لها الحدوث و تبقى النتيجة مخفية داخلها لحين الحاجة إليها فتنقلها لتبقى متاحة طوال الوقت الذى تريد دون أن يعوق ذلك تحديث الإزاحة.
الطرف 11 هو المسئول عن تنفيذ الإزاحة و هو يعمل على الحرف الموجب للنبضة على هذا الطرف و كما بالصورة نرى أنه متصل بالمجموعة الأولى والتى يتصل خرج الخلية الأولى بدخل الثانية و هكذا لتحقيق الإزاحة و أيضا يتصل بدخول الخلية الأولى للمجموعة الثانية المسئولة عن الإمساك Latch بالنتيجة وقتما نريد.

الطرف 12 هو المسئول عن الإمساك بالنتيجة Latch و هو أيضا يعمل على الحرف الموجب للنبضة على هذا الطرف.

ما يهمنا التأكد منه فى هذه الوحدات بعد فهم نظرية عمل المتكاملة التى نريد استخدامها هو ما يلى
أقصى تردد لنبضات Clock وهو هنا طرف الإزاحة رقم 11 فمثلا العائلة LS تعمل حتى تردد أقصى 20 ميجا هرتز بينما العائلة HCT تعمل حتى 47 ميجا و العائلة HC تعمل حتى 100 ميجا .
زمن نبضة الإزاحة وهو أقل عرض لنبضة Clock
الزمن اللازم للثبات Setup Time وهو الزمن الذى يجب أن يمر من تغيير الدخول قبل تطبيق نبضة التحكم وهو من 20 إلى 40 نانو ثانية حسب الرقم و أى نبضة نود تطبيقها وهو ضرورى لتحقيق استجابة صحيحة و إلا قد تفشل المتكاملة فى قراءة البيان الصحيح.

مثال آخر المرة القادمة إن شاء الله

مثال آخر مسجل الإزاحة SN74LS194
نلاحظ فى الطراز السابق أن الإزاحة كانت فى اتجاه واحد فقط ولذا سميت المخارج من جهة الدخول QA ثم QB وهكذا، ولكن لو أردنا أن نمكن من الإزاحة فى الاتجاهين، يجب أن نتفق على بعض المسميات مثل ما اسم الإزاحة فى أحد الاتجاهين وما اسم الاتجاه الآخر.
أبسط الأسماء تلك التى تتفق مع المنطق فيسهل تذكرها، والمنطق هنا يقول لننظر لأى رقم ثنائى سنجد مثلا 00000100 للسهولة، فلو حركنا الأرقام لليمين ستصبح 00000010 وهو بمثابة القسمة على 2 و لو حركناه يسارا سنجد أنه أصبح 00001000 وهو بمثابة الضرب × 2 وهذا يسهل لنا الأمور. باستخدام هذه الفكرة سميت الإزاحة لليمين فى اتجاه الرقم الأقل قوة وهو ما يحقق ما سبق و بنفس المنطق سميت الإزاحة لليسار فى اتجاه الرقم الأكثر قوة بصرف النظر عن تسمية الطرف QA أو خلافه ولكن يجب ألا ننسى هنا أن المسمى Q0,Q1 تشير لترتيب القوة حيث صفر ترفق بالرقم الأدنى مرتبة ثم باقى الأرقام ترتيبا.
المتكاملة SN74LS194 مثال لهذا النوع من مسجلات الإزاحة حيث تمكن المستخدم من الإزاحة لليمين أو اليسار أو التحميل المتوازى (العرضى) و إلغاء البيانات، نلاحظ أيضا انه لا يحتوى Enable وهو لذلك يجب ألا يجمع مع غيره من المخارج على خط البيانات، ولكن هناك أرقام أخرى توفر هذه الخاصية أيضا.
لكى نفهم أداء هذه المتكاملة ندرس تركيبها من الداخل.


نلاحظ أنها تتكون من 4 مذبذبات SR معدلة لتصبح D-Type بواسطة عاكس و هى من نوع قدح الحافة Edge Trigger ونلاحظ المثلث الصغير على طرفها بجوار اسمها Clock، و تدخل نبضة التشغيل Clock للوحدات الأربع من خلال عاكس (أسفل يسار الصورة برمز Clock الطرف 11 أى نبضة الساعة أو التشغيل) ليغذى مداخل معكوسة، أى ببساطة نقول عاكسين أو معزز، لماذا لم يدخل الطرف مباشرة للمذبذبات؟

لو نذكر الجدول الخاص بتيار الدخول والخروج و الاتفاق على أن يكون Fan Out أو التشعب للخارج =10 أى أن كل مخرج قياسى يستطيع تشغيل 10 مداخل قياسية؟ حسنا هنا لن يكون من المنطقى أن نقوم بعد كل مدخل و إنشاء جدول آخر نقول فيه هذا المدخل يعادل خمسة مداخل قياسية وذالك يعادل ثمانية (كما بالخط الأحمر وسيلى شرحه لاحقا) لذا يوضع هذا المعزز حتى يقوم بالتغذية الداخلية لعدد الأطراف المطلوبة فى حين يظل يبدو كطرف قياسى واحد لمدخل المتكاملة.
نفس المبدأ لطرف الإلغاء أسفل الطرف السابق و يرمز له Clear أى إلغاء عام، ونلاحظ أنه متصل مباشرة بالمذبذب مما يجعله ذو سيادية عليا أى أنه يقوم بدورة دون اعتبار لباقى الأطراف.
من الطبيعى أن نحتاج مدخلين مختلفين أحدهما للإزاحة لليمين وهو المبين بمربع أصفر ذو إطار أحمر يسار الصورة والآخر لليسار وهو المبين بمربع أصفر ذو إطار أحضر يمين الصورة حتى نتمكن من ربط الوحدات لزيادة عدد خطوط البيانات من أربعة خطوط لثمانية أو 12 أو 16 للحد المطلوب.
للإزاحة لليمين يجب أن نجعل خرج كل مذبذب يتصل بمدخل جاره الأيمن و للإزاحة لليسار يجب أن نجعل خرج كل مذبذب يتصل بمدخل جاره الأيسر، و نحقق ذلك بأربع بوابات AND مجموعة بواحدة NOR و لا تسأل لماذا لم يستخدم OR حتى لا أقول أنك نسيت ما سبق حيث أن الأساس هو هذه الوحدة وتضيف لها عاكس لتحصل على OR – حسنا ماذا يصبح لدينا الآن؟
بالتحليل بواحد وصفر ستجد أن أى مدخل لأى AND منهم يكون صفر سيفرض صفر على خرجها وهو دخل لبوابة NOR فيجعل خرجها يسير حسب باقى المداخل، إذن الشرط الوحيد ليكون خرج البوابة NOR = واحد هو أن يكون مداخلها = صفر أى جميع مخارج الأربع بوابات AND = صفر ،وليكون مخرج AND = صفر يكفى أن يكون أي مدخل = صفر.
لدينا أربع مداخل بيانات D0,D1,D2,D3 وكل منها يدخل لبوابة من الأربع والمميزة باللون الأصفر.
لدينا أعلى يسار الصورة خطين S1,S2 للتحكم فى أداء المسجل حسب جدول. لفهم الجدول وضعت بعض الألوان حيث القسم الأيسر باللون الأصفر للمداخل و الأيمن بالأرجوانى للمخارج.


السطر الأول: سنجد خط Clear أى إلغاء فى وضع صفر و مهما كانت حالة باقى المداخل (تذكر أن العلامة × تعنى لا يهم) فكل المخارج تصبح أصفارا.
السطر الثانى: سنجد خط Clear أى إلغاء فى وضع واحد وهذا يسمح بتشغيل الوظائف و سيستمر فى باقى الأوضاع فلن نكرره، و سنجد وضع نبضة التشغيل Clock فى وضع صفر و بصرف النظر عن الباقى سيظل الخرج كما هو و يستدل على ذلك أنك تجد تحت عنوان QA القيمة QA0 والصفر هنا يعنى الحالة السابقة أى عند الزمن صفر و بالمثل فى الباقى تحت QD تجد QD0

المجموعة داخل المستطيل الأخضر: مع انتقال النبضة Clock من صفر إلى واحد يتم التغيير وهو حدث لازم و متكرر من السطر الثالث وحتى السابع لذا سيكتفى بالقول "عند النبضة".

السطر الثالث عند النبضة: لو كل من S0,S1 فى الوضع واحد هذا يجعل ما على المداخل (التوازى) D0-D4 ينتقل للمخارج QA-QD بالتناظر فتجد تحت خط المداخل Parallel أى توازى تحت QA القيمة a وهكذا و تجد المخارج أصبحت تحت QA القيمة a أى أن الخرج أصبح يساوى الدخل المناظر له.
لنتحقق من ذلك على الدائرة السابقة سنجد أن المدخل S0 بعد عاكس يصبح الخط المميز باللون السماوى و بعد عاكس آخر يعود لأصله مميزا باللون الأزرق فعندما يكون S0 بقيمة واحد سيكون الأزرق = واحد و السماوى = صفر
و بالمثل سنجد أن المدخل S1 بعد عاكس يصبح الخط المميز باللون الأحمر و بعد عاكس آخر يعود لأصله مميزا باللون الأسود فعندما يكون S1 بقيمة واحد سيكون الأسود = واحد و الأحمر = صفر
نظرا لأن S0 = واحد، فالخط السماوى = صفر معطلا كل البوابات السماوية والبيضاء ولكون الأزرق = واحد فتكون كل البوابات الحمراء والصفراء ممكنه. نأخذ الآن S1 بقيمته واحد تجعل الخط الأحمر = صفر معطلا كل البوابات الحمراء و لكون الخط الأسود = واحد فهذا يجعل البوابات الصفراء فقط متاحة وهى التى تأخذ البيانات من التوازى أى أن المخرج الوحيد المؤثر هو البوابة الصفراء وهو الذى يتم تسجيله بالمذبذب.
السطر الرابع أو الخامس عند النبضة: حيث S0= واحد و S1 = صفر، سنجد S0 =1 جاعلا الخط السماوى = صفر معطلا كل البوابات السماوية و البيضاء ماعدا الأولى من اليسار وكل الحمراء والصفراء ممكنه، و كون S1 = صفر فاخط الأسود = صفر معطلا الصفراء و الحط الأحمر = واحد متيحا الحمراء و البيضاء الأولى أقصى اليسار فقط، فالحمراء الأولى تأخذ من مدخل الإزاحة لليمين و الحمراء الثانية تأخذ من خرج المذبذب الأول و الثالثة من خرج الثانى وهكذا فلو كان مدخل الإزاحة واحد يدخل واحد فى الأول أو كان صفر يدخل صفر و ما كان فى الأول ينتقل للثانى وهكذا.
باقى الأسطر بنفس الطريقة و أتركها كتمرين لذكاء القارئ، وبهذه المعلومات نستطيع أن نفهم تصرف كل مسجلات الإزاحة الأخرى حيث الفروق تكون بسيطة.

مولدات الشفرة و فك الشفرة هو موضوع المرة القادمة إن شاء الله

مولدات الشفرة و فك الشفرة Decoders, Encoders

فى الحقيقة مولدات الشفرة و فك الشفرة هما نفس الشيء، بمعنى أن كلاهما تحول من كود لآخر ولكن اتفق على أن تكون مولدات الشفرة encoders هى التى تحول من دائرة موائمة مثل لوحة مفاتيح أو حساس ميكانيكى إلى كود ثنائى و فك الشفرة Decoders هى العكس أى تأخذ من كود ثنائى إلى لوحة عرض للقراءة أو تحريك ريلاى أو آلة من نوع ما أو حتى مجموعة من الثنائيات الضوئية LED.

تعتمد هذه الوحدات فى أبسط صورها على مجموعة من البوابات تحلل المداخل المتنوعة إلى مخارج مطلوبة و حينما تتعقد الأمور بزيادة عدد المداخل و المتطلبات ، يكون من الأفضل استخدام الذاكرة حيث تستخدم أنواع ثابتة سيأتى شرحها لاحقة لإعطاء مجموعة من المخارج مقابل كل مجموعة من المداخل.


مثال لهذا هى الدائرة SN74ls138 وهى تفك الشفرة الثنائية أو توزعها من ثمانى Octal (أى ثلاث خطوط) إلى ثمانية خطوط أى واحد من ثمانية لذا تسمى 1-8 Decoder – demultiplexer
لتنفيذ هذه المهمة نحتاج 8 بوابات كل منها ذو ثلاث مداخل يدخل لها التركيب المناسب من قيم الدخل و أخرى "رابعة" للتحكم فى الخرج فمثلا تكون القيمة 7 من الثلاث مداخل معا ولكن المخرج صفر يجب أن يدخل "عكس" المداخل الثلاث، إذن سنحتاج لثلاث عاكسات للثلاث مداخل.
للتوضيح وضعت المداخل فى الإطار الأصفر و تسمى A0,A1,A2 وهى تقبل العد من واحد إلى 7 ثم تدخل لثلاث عاكسات باللون الأزرق وللتسهيل وضعت ألوان سماوى وازرق ز أخضر لخطوط هذه المخارج، الهدف الرئيسى منها جعل المداخل السابقة كل منها يساوى حمل واحد من هذه العائلة لأن مثلا المدخل A0 يغذى البوابات التى تعطى المخارج Q0,Q2,Q4,Q6 أى أربع أحمال ولكن بفضل هذا العاكس يصبح الدخول موحد و الآن وضعـنا ثلاث عاكسات للحصول على قيمة مطابقة للمداخل بعد أن تجنبنا زيادة التحميل وللتسهيل وضعت ألوان متدرجة من الأحمر.
طبعا نزيد مدخلا رابعا للتحكم فى الدائرة بمعنى أن نجعلها تعمل أو تتوقف لنتمكن من التوسع و استخدام أكثر من متكاملة لتحليل أكثر من 3 خطوط دخول، لذا ستكون البوابات ذات أربع مداخل بدلا من ثلاث. هنا وضعنا ثلاث خطوط تحكم وهى فى الإطار الأزرق أحدهما يجب أن يكون فى مستوى "واحد" ليعمل (الطرف رقم 6) و اثنان فى مستوى "صفر" (الطرفان 4،5)
البوابات من نوع NAND ولذا يكون الخرج المختار = "صفر" وهو منطقى فى عائلة TTL التى تقبل التيار من الحمل بدلا من تغذيته للحمل.
فى حال عدم تفعيل خطوط التحكم الثلاث، يكون كل المخارج الثمانية فى وضع = واحد

هناك العديد من هذه الوحدات منها 2 إلى 4 و منها 4 إلى 16 و منها BCD وهو النظام المشفر عشرى إلى شاشات الأرقام المسماة ذات السبعة أجزاء 7segment
فى عائلة CMOS تجد نوعين أحدهما مماثل للسابق شرحه والآخر الذى يعطى خرج =1

المجمعات و الموزعات - Multiplexer / De-Multiplexer موضوع المرة القادمة إن شاء الله

المجمعات و الموزعات - Multiplexer / Encoders
رغم أن النظرية واحدة و هذه مثل السابقة من حيث التركيب، إلا أن الوظائف قد تضيف أشياء ذات أهمية خاصة.
لنبدأ أولا بالوظيفة التقليدية وهى معك الوظيفة السابقة مباشرة، سنجد مثلا عدد من المداخل نختار منها واحد فقط للظهور على الخرج، منها 16 دخل و 8 و 4 وحتى 2 و كما سبق الشرح، كلما قل عدد المداخل يمكن تكرار الوحدة داخل نفس المتكاملة تماما كما سبق القول فى البوابات و المفاتيح التماثلية Analog Switches ولهذا سنشرح SN74S151 ذات 8 مداخل بدلا من SN74S150 ذات 16 مدخل.


كثير من المبادئ سبق شرحها فنجد مثلا المداخل A,B,C التى تحدد أى من الثمانية يظهر فى الخرج وهى أسفل يسار الصورة باسم Data Select تدخل إلى عاكس مزدوج و يخرج منه العكس و المثل و العكس من الخرج المميز بالدائرة التى ترمز للعكس، و يجدر بنا هنا ذكر أن هذا الرمز المختلف يختلف عن الرمز السابق استخدامه وهو عاكسين متتابعين فى أن فى السابق يظهر المنطق المعكوس أولا بعد زمن عبور أول بوابة ثم يظهر المنطق المماثل بعد زمن عبور البوابة الثانية أما فى هذه البوابة فيراعى أن يكون الزمن متقارب لأقصى حد لمنع ظهور نتائج خاطئة بالخرج مرحليا حتى تمام الاستقرار، كما نلاحظ أيضا أن هناك مخرجين أحدهما عكس الآخر لتحصل على ما تريد.

هناك نوع آخر مثل SN74LS348/SN74LS848 يؤدى وظيفة هامة وتسمى Eight In to 3 Binary Priority Encoder أى 8 مدخل إلى 3 خرج شفرة ثنائية مع الأولوية. الأولوية هنا تعطى للرقم الأعلى حيث المدخل 7 له أعلى أولوية وتعنى أنه لو تحقق مدخلان أو أكثر معا، فالخرج يمثل أعلاها رقما ، فمثلا لو تحقق 2،4،5 فالخرج يكون 5 وذلك لمنع الخطأ.



نلاحظ هنا عدة نقاط، أولا الدخل يتحقق بالمستوى صفر. طبعا سيكون السؤال لماذا حيث المتوقع أن يكون واحد!!
الإجابة ببساطة أن مدخل TTL فى حال عدم التوصيل سيكون واحد و عادة هذه المتكاملة تتصل مداخلها بمفاتيح أو حساسات أو مصادر إشارة قد تكون بعيدة مما يفرض احتمال قطع مسار التوصيل (سلك أو خلافه) و من الخطر أن يكون نتيجة انقطاع المصدر أن تفرض إشارته فى وقت قد يكون غير مناسب أو حتى خطر، أما عدم وصول إشارته فهذا أقل خطر غالبا.
هذه المتكاملة لها خرج الطرف 14 أعلى يمين الصورة يعطى خرج عند تحقق أى من المداخل لتنبيه باقى الدائرة أن هناك بيانات مطلوب معالجتها و لها خرج الطرف 15 أعلى يمين الصورة لربط مجموعة معا للحصول على حتى 46 مدخل كما بالصورة


أيضا لها مدخل EI لتمكين المتكاملة أو المجموعة لتكرار هذه الدوائر فى حال الحاجة لأكثر من ذلك.
يجب ألا ننسى أن هناك العديد من الدوائر المختلفة لتحقيق هذه الوظيفة حسب متطلبات التصميم ولا يشترط أن تستخدم هذه المتكاملات فالحاجة لتكويد أو تشفير أو التحويل للنظام الرقمى متنوعة و متعددة.

العداد موضوع المرة القادمة إن شاء الله

العداد Counter
العداد الإلكترونى أتاح الدخول لعالم رقمى لا حدود له لأنه فتح آفاق الحساب و إن كانت عمليات الحساب تتم بواسطة دوائر متخصصة للجمع سيأتى شرحها لكن لو تخيلنا بداية عصر الإلكترونيات و استخدام الصمامات قبل الترانزيستور قد نتخيل استجابة العدادات أسهل من تصنيع بوابات الخ كما أن هناك العديد من التطبيقات تبنى على عداد فقط مثل عد منتج على سير ناقل للحركة أو عدد من يعبر بوابة أو عد لفات محول أثناء تصنيعه والتوقف عند الرقم المطلوب الخ.

بداية سنجد أن ألمذبذب المتعدد ثنائى الاستقرار BSMV هو أساس العد فلو كان مصنوع من الترانزيستور فإن نبضة لقاعدتى الترانزستورين تجعله يقلب وضعه، ولو مصنوع من بوابات فالنوع المسمى JK-FF فى وضع كلا من J و K يساوى واحد تجعله يقلب مع كل نبضه

كما بالرسم نجد أن النبضة الأولى تجعل المذبذب الأول فى وضع Q=1 و هو يجعل العد 001 لاحظ أن Q0 هو اليسار، لاحظ أيضا أن انتقال الخرج Q0 من صفر إلى واحد لا يؤثر على المرحلة التالية لأن مدخل النبضة يعمل بالحد السالب وليس الموجب.
النبضة الثانية تجعله يعود لوضعه الأصلى و هذا الانتقال فى الخرج من واحد إلى صفر يؤثر على المذبذب الثانى ويجعله ينتقل إلى وضع Q=1 فيصبح الخرج 010 وهو العد الثنائى المقابل للرقم 2 .
النبضة الثالثة تجعل المذبذب الأول فى وضع Q=1 و هو يجعل العد 011 ، لاحظ أن انتقال الخرج Q0 من صفر إلى واحد لا يؤثر على المرحلة التالية، وهو العد الثنائى المقابل للرقم 3 .
النبضة الرابعة تجعل الأول يعود لوضعه الأصلى Q=0 و هذا الانتقال فى الخرج Q0من واحد إلى صفر يؤثر على المذبذب الثانى ويجعله ينتقل إلى الوضع الأصلى Q=0 فيصبح الخرج 100 وهو العد الثنائى المقابل للرقم 4 وهكذا.
نرى مما سبق أن هذه التركيبة تجعل المذبذبات تعمل كعداد ثنائى، و نلاحظ أيضا أن الأخير لا يستجيب إلا بعد استجابة السابق له والذى بدوره لا يستجيب إلا باستجابة السابق وهكذا مما يجعل الانتقال يسير كموجة عبر الوحدات لذا سمى Ripple Counter . يتميز هذا النوع بالبساطة لكن الأخير ينتظر كل ما سبقه، لذا لو افترضنا أن زمن تأخير استجابة الواحد منها هو "ز" نانو ثانية و لدينا مثلا 16 وحدة، فطوال الزمن 16 × "ز" الخرج متغير وغير مستقر ولا يصلح لقراءته كبيان صحيح، لذا فاستخدام هذا النوع مناسب لقسمة التردد الداخل على قيمة محددة للحصول على نبضة كل عدد من نبضات الدخول أو حيثما يكون هذا التأخير غير مؤثر فى أداء الدائرة.
أمثلة على هذا المذبذب CD4020,CD4024,CD4040,CD4060 وكلها تشترك فى عدة سمات منها أنها موجية Ripple وتشمل عدد كبير من المراحل حتى 14 مرحلة و مرحلة دخول شميت Schmitt لتسمح بالتغيرات البطيئة كأن تغذى من 50 ذ/ث للحصول على زمن طويل يصل لأكثر من 327 ثانية أى قرابة خمسة دقائق ونصف وأيضا لكل منها طرف إلغاء RESET لفرض القيمة صفر على المخارج مع إيقاف العد.

تتميز المتكاملة CD4060 بأنها توفر ثلاث أطراف لعاكسات داخليه، الأولى NAND و إن رسمت هنا بطريقة مختلفة ولكن سبق شرحها حيث تستخدم أحد أطرافها كبوابة للطرف الآخر و يمكن استخدام هذه المداخل لعمل مذبذب م س أى RC Oscillator أو كريستال.


الصورة توضح التوصيل و التفاصيل الأكثر فى صفحة البيانات Data Sheet طبعا.
إن أردت أن يكون التردد قابل للضبط، يمكنك استخدام مقاومة متغيرة كجزء من المقاومة Rx وهكذا تستطيع ضبط التردد المناسب لخمسة دقائق فقط دون كسور. يجب أن تتذكر هنا أن Rx تستبدل بمقاومة ثابتة على التوالى مع مقاومة متغيرة و يجب ألا تستخدم مقاومة متغيرة فقط لأن المذبذب سيتوقف عن الاهتزاز عندما تقل قيمة المقاومة كثيرا مما يجعلها تفقد جزء من فاعليتها كما أن كلما كانت قيمة المقاومة المتغيرة أقل كانت دقة الضبط أعلى و مدى التردد أضيق. يجب ألا تنسى الشرط المكتوب فى الصورة وهو أن قيمة Rs من ضعف إلى 10 أمثال Rx والتى تحسب هنا بقيمة المقاومة الثابتة مجموعة على أكبر قيمة للمتغيرة.
يمكن استخدام خرج واحدة وليكن Q14 لتغذية مرحلة تالية لزيادة الزمن أو نسبة قسمة التردد.

فى عائلة TTL نجد أن غالبيتها من أربعة أرقام فقط مثل 7490 ولا تجد ما يوازى وحدات CMOS السابق شرحها 14 رقم وهذا طبعا عائد لعدة أسباب تقنية منها الحاجة لعدد أكثر من الترانزستورات لنفس الوظيفة و الضوضاء التى تسببها على خطوط التغذية ستبقى لفترة أطول وغيرها.

العداد المتزامن موضوع المرة القادمة إن شاء الله

العداد المتزامن

الآن نريد أن نستجيب بأقصى سرعة ممكنه،أين المشكلة لنجد لها حلا؟!
ببساطة زمن التأخير أو استجابة الوحدات! فلكى نحصل على القيمة السليمة بعد كل نبضة، يجب أن ننتظر حتى تتجاوب كل المراحل- خاصة وأن الدوائر لا تعرف من منها سيتغير.
حسنا فى أى لحظة و بالنظر لحالة كل مذبذب نعلم إن كان التالى له يجب أن يتغير أم لا والشرط بسيط وسهل.
إن كان السابق فى وضع Q=1 فالتالى يجب أن يتغير إن تغير السابق له من واحد إلى صفر، كيف هذا؟
لو فرضنا عدد من الوحدات والعد عليها هو 0101 أى خمسة و أتت النبضة السادسة، فالمفروض أن يكون الناتج هو 0110، ولو دققنا النظر سنجد الرقم الأقل (أقصى اليمين) دائم التغير.
التالى له كان يمينه واحد فتغير من صفر إلى واحد مع تغير سابقه.
التالى لهما كان يمينه صفر فبقي على حاله.
الأخير كان يمينه واحد و سيتغير عندما يتغير السابق، لذا فهو لن يتغير هذه المرة طالما السابق لم يتغير.
قاعدة العد التنازلى لو تغير يمينه من صفر إلى واحد يتغير معه الرقم، وهكذا نحتاج لنبضة واحدة تطبق على كل الوحدات معا و ننتظر زمن تأخير واستجابة وحدة واحدة فقط للوصول للإجابة. أيضا لا توجد قيم بينية خاطئة كما فى النوع السابق بين تطبيق النبضة و الحصول على النتيجة وهذا يجعل التحميل بقيمة ابتدائية أسهل تحقيقا لأن التغيير يعتمد على تطبيق النبضة وليس تغيير المذبذب السابق.
أمثلة هذا النوع عديدة لأنها تعمل بأقصى سرعة ممكنة حتى لو تواصلت الوحدات لتكوين عداد ذو خانات عديدة جدا، دوما زمن نبضة واحدة تكفى للحصول على خرج دقيق و نهائى.

تشترك هذه النوعية فى عدة خواص مثل أن تحتوى مداخل للتحميل Load أو مدخل إلغاء RESET أو المدخلين معا. ألمدخل Reset تعنى أن يصبح الخرج صفرا ، بينما التحميل يعنى أن لديك أربع مداخل للقيمة المراد تحميلها و خط "تحميل" Load لفرض هذه القيمة على الخرج عند الحاجة وهذه القيمة تكون صفر أو أى شيء آخر. عند تفعيل أى من هاتين الوظيفتين يتوقف العد آليا.




أيضا تشترك فى كونها أربع خانات فتكون بالتالى إما ثنائية Binary أى تعد من صفر إلى 15 أو عشرية Decimal من صفر إلى 9 أو مزدوجة حيث يكون لها مدخل تحكم لتكون إما ثنائى أو عشرى و غالبا فى النوع المزدوج ما يتم تثبيت هذا الخط على أحد الخيارين لأن تغييره لا يحول الرقم من ثنائى لعشرى أو العكس ولكن يغير فقط نظام العد مما يسبب فقد الفرق بين النظامين مسببا خطأ فى النتيجة. قد تتساءل إذن ما جدواه؟ الحقيقة الجدوى اقتصادية فالتعامل مع رقم واحد يؤدى كل الوظائف أسهل من عدة أرقام كل له وظيفة مختلفة.


فى صورة CD4029B سنجد المدخل UP/DOWN والخط فوق كلمة DOWN أى أن العداد يعد تصاعديا طالما كان هذا الطرف مساويا واحد و سيعد تنازليا عندما يكون صفرا و هذا يجعله ذو فائدة عظيمة حينما تريد أن تعد فى اتجاهين متضادين كأن تعد لفات ملف فى ماكينة أو عدد الأشخاص فى مكان ما مثلا فتجعل حساس الاتجاه يحكم العد بالزيادة أو النقصان بينما حساس العبور أو العد يدخل إلى طرف العد Clock ، و أيضا طرف Binary/Decade و الخط فوق Decade أى أنه يعد بالنظام العشرى عندما يكون هذا الطرف متصل بالأرضى.
أطراف الدخول هنا تسمى JAM INPUTS حيث أنها تفرض ما عليها على الخرج و يلغى العد عندما يكون Preset Enable فى وضع واحد و يعود لوضع العد من حيث تم التحميل عندما يكون هذا الطرف = صفر. هذه الخاصية تتيح قسمة التردد على أى قيمة ولو متغيرة حيث توضع على المداخل J1-J4 ثم نبضه على Preset Enable ثم العد للنهاية و التكرار.
أيضا لكى يكون العد متاحا يجب أن يكون طرف Carry IN فى وضع صفر وذلك لتمكين الامتداد لأكثر من رقم بتوصيله لطرف Carry Out للعداد الأدنى مرتبة والذى يعطى خرج = صفر لزمن نبضة واحدة فقط من Clock و بذلك فتوصيل نبضة العد Clock لجميع العدادات معا لا يوثر إلا على العداد الذى يجب أن يستجيب فقط لوصول الأدنى منه مرتبة للحد الأقصى و ستجعله النبضة ينقلب إلى صفر وبهذا تكون المجموعة كلها متزامنة وليس الأول فقط.

يجب أن نراجع الخواص جيدا لنتأكد من ألخواص، فذكر كلمة متزامن Synchronous Counter تعنى أن العد متزامن لكن هل باقى الخواص أيضا متزامنة أم لا نقطة بالغة الأهمية فمثلا لو كان التحميل Clear أيضا متزامن، فوصول نبضة على هذا المدخل ثم انتهاؤها لا يسبب تصفير العداد لأن طوال دوام هذه النبضة لم تأتى نبضة Clock وهذا فارق جوهرى يسبب خطأ فى الاستجابة لو تطلب الأداء أن يكون التصفير فوريا. نفس المبدأ لمدخلPRESET و باقى الوظائف.

هل يصلح مسجل الإزاحة كعداد؟ موضوعنا المرة القادمة إن شاء الله.

السلام عليكم

جزاك الله الف خير مهندسنا الغالي ماجد عباس .. ونفع بك الاسلام والمسلمين اجمعين في كل زمان ومكان ... لقد اطلعت على بعض المشاركات بشكل عام وانا اتفقد مسار الموضوع .. الحقيقة مواضيع عملية مميزة ساقوم بقراءة المواضيع على مهل واستفسر منك عنها ( خصوصا ما يتعلق latch ,buffer ,...etc ) فاجدها في الكثير من الدارات ولا اعرف سببها ..بعد قراءة الموضوع ساحاول ان اسستفسر منك عنها ان شاء الله ... غفر الله لك ولوالديك وجمعنا جميعا في جنة الخلد ان شاء الله ..

واخر دعوانا ان الحمدلله رب العالمين .. وصلى الله على سيدنا محمد وعلى اله وصحبه وسلم..

وعليكم السلام ورحمة الله و بركاته
اسعدى مروركم الكريم وفى انتظار أى استفسار