Johnson Ring計(jì)數(shù)器由連接在一起的多個(gè)計(jì)數(shù)器組成，輸出反饋到輸入

在上一個(gè)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(hào)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(gè)翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)中退出。

這種數(shù)據(jù)的串行移動(dòng)通過電阻器在預(yù)定數(shù)量的時(shí)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(hào)的一種時(shí)間延遲電路。

但是如果我們連接這個(gè)輸出的話怎么辦？移位寄存器返回其輸入，以便最后一個(gè)觸發(fā)器 Q D 的輸出成為第一個(gè)觸發(fā)器的輸入， Q A 。然后，我們將有一個(gè)閉環(huán)電路，對(duì)于其序列的每個(gè)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(jì)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(jì)數(shù)器。考慮下面的電路。

4位環(huán)形計(jì)數(shù)器

同步示例是預(yù)設(shè)的，以便寄存器中的一個(gè)數(shù)據(jù)位設(shè)置為邏輯“1”，所有其他位復(fù)位為“0”。為實(shí)現(xiàn)此目的，首先將“CLEAR”信號(hào)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(gè)翻轉(zhuǎn)的輸入。 -flop（ FFA ）在施加時(shí)鐘脈沖之前。然后將一個(gè)邏輯“1”值放入環(huán)形計(jì)數(shù)器的電路中。

因此，在每個(gè)連續(xù)的時(shí)鐘脈沖上，計(jì)數(shù)器一遍又一遍地在四個(gè)觸發(fā)器之間循環(huán)相同的數(shù)據(jù)位。每隔四個(gè)時(shí)鐘周期“響鈴”。但是為了在計(jì)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(jì)數(shù)器，因?yàn)樵诿總€(gè)時(shí)鐘周期輸出的所有邏輯“0”或所有邏輯“1”將使環(huán)形計(jì)數(shù)器無效。

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

環(huán)形計(jì)數(shù)器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

由于上面顯示的振鈴計(jì)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(jì)數(shù)器，每次翻轉(zhuǎn)觸發(fā)輸出的頻率值等于主時(shí)鐘頻率的四分之一或四分之一（1/4）。

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

例如，mod-8環(huán)形計(jì)數(shù)器需要8個(gè)觸發(fā)器，mod-16環(huán)形計(jì)數(shù)器需要16個(gè)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(jì)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(gè)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(gè)觸發(fā)器現(xiàn)在連接回第一個(gè)觸發(fā)器的輸入 D ，如下所示。

這種類型的環(huán)形計(jì)數(shù)器的主要優(yōu)點(diǎn)是，與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)形計(jì)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(jí)”約翰遜計(jì)數(shù)器將循環(huán)一個(gè)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(jì)數(shù)器”。

4 -bit Johnson Ring Counter

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

一個(gè)4位約翰遜環(huán)形計(jì)數(shù)器通過四個(gè)塊邏輯“0”然后四個(gè)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(shí)，這個(gè)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(jì)數(shù)器的真值表

除了圍繞連續(xù)循環(huán)計(jì)數(shù)或旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)外，環(huán)形計(jì)數(shù)器還可用于檢測(cè)或識(shí)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(jiǎn)單邏輯門連接到觸發(fā)器的輸出，可以使電路檢測(cè)設(shè)定的數(shù)字或值。

標(biāo)準(zhǔn)的2,3或4級(jí)約翰遜環(huán)計(jì)數(shù)器也可以用來通過改變它們的反饋連接來劃分時(shí)鐘信號(hào)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(jí)Johnson Ring計(jì)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(jí)Johnson計(jì)數(shù)器，例如常用的CD4017，通常用作同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/分頻器電路。

其他組合，例如較小的2級(jí)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(gè)單獨(dú)的輸出，每個(gè)輸出均為90度“異相”彼此相互產(chǎn)生如下所示的4相定時(shí)信號(hào)。

2位正交發(fā)生器

步進(jìn)電機(jī)控制作為四個(gè)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(dòng)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(shí)鐘頻率，并且需要額外的電路來驅(qū)動(dòng)電源電路的“功率”要求。發(fā)動(dòng)機(jī)。由于本節(jié)僅旨在讓讀者對(duì)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(dòng)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(jì)數(shù)器，具有10個(gè)有效HIGH解碼輸出或CD4022 4階段，除以8強(qiáng)生計(jì)數(shù)器，具有8個(gè)有效的高解碼輸出。