Zähler
Zählen ist im allgemeinen Sinn das Addieren (Vorwärtszählen) oder Subtrahieren (Rückwärtszählen) einer fortlaufenden 1 bis der Zählvorgang beendet ist.
Zähler unterscheidet man nach dem zu verwendeten Code und nach der Zählrichtung. In der Digitaltechnik werden hauptsächlich Dual-Zähler und BCD-Zähler verwendet. Sie unterscheiden sich nach Vor- und Rückwärtszähler, sowie zwischen synchronen und asynchronen Zählbetrieb.
Zähler werden mit Flip-Flops aufgebaut. Zähleingänge müssen grundsätzlich prellfrei beschaltet werden, um Zählfehler zu vermeiden. Jedes Flip-Flop hat eine Speicherkapazität von einem Bit und steht für eine binäre Stelle. Die binäre Zahl des Zählergebnisses hat so viele Stellen, wie der Zähler Flip-Flops bzw. Ausgänge hat.
Üblicherweise arbeitet man mit 4-Bit- oder 8-Bit-Zählerbausteinen. Braucht man mehr Stellen, dann schaltet man mehrere Zählerbausteine hintereinander.
Flip-Flops und Zählrichtung
Die Zählrichtung ist von den Signalen für die Ansteuerung des jeweils nächsten Flip-Flops abhängig. Außerdem ist die Zählrichtung abhängig von den verwendeten Flip-Flops. Es ist wichtig zu wissen, ob die Flip-Flops mit fallender oder steigender Taktflanke schalten.
Normale RS-Flip-Flops und JK-Flip-Flops schalten mit steigender Taktflanke. Bei der Ansteuerung mit den Q-Ausgängen wird vorwärts gezählt. Bei der Ansteuerung mit /Q-Ausgängen wird rückwärts gezählt.
Bei einem JK-MS-Flip-Flop entsteht ein T-Flip-Flop mit einem negierten Takteingang. Das bedeutet, der Takteingang reagiert auf eine fallende Taktflanke.
| Diskretes T-Flip-Flop | T-Flip-Flop |
|---|---|
 Diskretes T-Flip-Flop mit RS-Flip-Flop |
 |
 Diskretes T-Flip-Flop mit JK-Flip-Flop |
|
 Diskretes T-Flip-Flop mit JK-MS-Flip-Flop |
 |
Asynchrone Zähler
Asynchron arbeitende Zähler haben keinen gemeinsamen Takt. Die Flip-Flops in einen asynchronen Zähler werden zu unterschiedlichen Zeiten geschaltet. Die Steuerung sieht im Prinzip so aus, dass das erste Flip-Flop das zweite steuert, das zweite Flip-Flop das dritte, usw.. D. h., die Flip-Flops schalten nicht gleichzeitig, sondern in Abhängigkeit der Signallaufzeit bzw. Schaltzeit des vorherigen Flip-Flops, zu einem späteren Zeitpunkt.
Bei Flip-Flops aus der Standard-Flip-Flop-Schaltkreisfamilie dauert die Signallaufzeit wenige Nanosekunden. Je höher die zählbare binäre Zahl ist (z. B. 12 Bit), desto länger dauert es, bis der Impuls vom ersten Flip-Flop sich am letzten Flip-Flop auswirkt. Diese lange Laufzeit des Zählimpulses kann zu Störungen und so zu Fehlern beim Zählen führen. Je höher die Zählfrequenz, desto eher treten Probleme auf. Werden nur Sekunden gezählt, dann ist ein Asynchronzähler kein Problem.
Asynchrone Zähler werden mit T-Flip-Flops, JK-Flip-Flops, JK-Master-Slave-Flip-Flops oder RS-Flip-Flops aufgebaut.
Synchrone Zähler
Ist die Zählfrequenz hoch, macht sich die Verschiebung des Zählimpulses von Flip-Flop zu Flip-Flop negativ bemerkbar. Damit die Flip-Flops zur gleichen Zeit kippen ist eine Steuerung mit einem gemeinsamen Takt notwendig. So arbeitende Zähler sind Synchronzähler.
Bevor das Taktsignal an den Flip-Flops anliegt, muss die Information zum Kippen an den Flip-Flops bereits anliegen. Dazu sind weitere Eingänge erforderlich. T-Flip-Flops sind dafür nicht geeignet. RS-Flip-Flops sind auch nur bedingt tauglich, weil der Schaltungsaufbau wegen der Zusatzbeschaltung zu umfangreich wäre. Am besten eignen sich JK-Master-Slave-Flip-Flops.
Zählhöhe
Die Anzahl der Flip-Flops bestimmt die Zählhöhe des Zählers. Die folgende Tabelle und Formel gilt für Dual-Vorwärtszähler.
| Anzahl der Flip-Flops (n) | Zählhöhe (K) |
|---|---|
| 2 | 3 |
| 3 | 7 |
| 4 | 15 |
| 5 | 31 |
| 6 | 63 |
| 7 | 127 |
| 8 | 255 |
| 9 | 511 |
| 10 | 1023 |
Zähler
- Asynchroner 4-Bit-Dual-Vorwärtszähler
- Asynchroner 4-Bit-Dual-Rückwärtszähler
- Asynchroner umschaltbarer Dual-Zähler
- Asynchrone BCD-Zähler
- Modulo-n-Zähler
Weitere verwandte Themen:
- RS-Flip-Flop
- JK-Flip-Flop
- T-Flip-Flop
- Frequenzteiler
- Sonstige digitale Verarbeitungselemente
- Langzeit-Timer-Schaltungen mit den Frequenzteilern CD4020B und CD4040B von Thomas Schaerer
Frag Elektronik-Kompendium.de
Elektronik-Fibel
Elektronik einfach und leicht verständlich
Die Elektronik-Fibel ist ein Buch über die Grundlagen der Elektronik, Bauelemente, Schaltungstechnik und Digitaltechnik.
Elektronik-Set Starter Edition
Elektronik erleben mit dem Elektronik-Set Starter Edition
Perfekt für Einsteiger und Wiedereinsteiger
- Elektronik-Einstieg ohne Vorkenntnisse
- Schnelles Verständnis für Bauteile und Schaltsymbole
- Ohne Lötkolben experimentieren: Bauteile einfach stecken
Keine Lust alleine zu experimentieren?
Dann buche einen Online-Workshop Elektronik Starter zum Elektronik-Set dazu. Unsere Online-Workshops sind praxisorientiert und bietet eine grundlegende und fundierte Einarbeitung in die Elektronik.
Elektronik-Fibel
Elektronik einfach und leicht verständlich
Die Elektronik-Fibel ist ein Buch über die Grundlagen der Elektronik, Bauelemente, Schaltungstechnik und Digitaltechnik.