Ringzähler

4 Bit Ringzähler mit Reset

Ein Ringzähler, auch Ringschieberegister genannt, ist eine elektronische Schaltung und dabei eine Sonderform eines Schieberegisters, bei dem der Ausgang des letzten Registers (Flipflops) auf den Eingang des ersten zurückgeführt wird.

Bei jedem Takt wird die im Schieberegister anliegende Information um eine Stelle weitergeschoben. Nachdem die Information das letzte Register erreicht hat, erreicht sie beim nächsten Takt wieder das erste. Das in die Schieberegister eingespeicherte Bitmuster bewegt sich also zyklisch durch den Ringzähler.

Wenn man eine Eingangsfrequenz an den Takteingang legt, wird als Ausgangsinformation entsprechend der Länge des Ringzählers und des eingespeicherten Bitmusters eine entsprechende Ausgangsinformation gebildet.

Ringzähler als Frequenzteiler

Man kann einen Ringzähler als Frequenzteiler verwenden. Dabei lassen sich sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Kurvenformen am Ausgang erzielen. Wenn ein Ringzähler dabei aus n Registern (Flipflops) besteht und ein einzelnes Signal eingespeichert ist, wird eine Frequenzteilung 1:n erreicht.

Bei einem vierstufigen Zähler ergibt sich das in folgenden Beispielen dargestellte Verhalten:

Beispiel: Voreinstellung 1000

Takt 1: 1000 (Beginn des ersten Zyklus)

Takt 2: 0100

Takt 3: 0010

Takt 4: 0001 (Ende des ersten Zyklus)

Takt 5: 1000 (Beginn eines neuen Zyklus)

Das Tastverhältnis ist in diesem Fall unsymmetrisch. Man kann es durch geeignete Wahl des Bitmusters auch symmetrisch gestalten:

Beispiel: Voreinstellung 1100

Takt 1: 1100 (Beginn des ersten Zyklus)

Takt 2: 0110

Takt 3: 0011

Takt 4: 1001 (Ende des ersten Zyklus)

Takt 5: 1100 (Beginn eines neuen Zyklus)

Durch geeignete Wahl des Bitmusters und der Anzahl der Register, sowie durch Zusammenschaltung mehrerer Ringzähler, lassen sich sehr unterschiedliche Übertragungsfunktionen erreichen. Bei einem Bitmuster 1010 wird eine Frequenzteilung 1:2 statt 1:4 erzielt.

Johnson-Zähler

4-Bit-Johnson-Zähler als Animation

5-Bit-Johnson-Zähler als Animation

Beim Johnson-Zähler (auch Möbius-Zähler genannt) wird der Wert vom Ausgang invertiert auf den Eingang übertragen. Daraus ergibt sich ein anderes Verhalten als beim nichtinvertierten Ringzähler.

Wenn alle Schieberegister am Anfang mit „0“ initialisiert sind, ergibt sich folgender Zyklus:

Takt 1: 0000 (Beginn des ersten Zyklus)

Takt 2: 1000

Takt 3: 1100

Takt 4: 1110

Takt 5: 1111

Takt 6: 0111

Takt 7: 0011

Takt 8: 0001 (Ende des ersten Zyklus)

Takt 9: 0000 (Beginn eines neuen Zyklus)

Dies ist der Johnson-Code.

Die Taktfrequenz am Ausgang ist in diesem Fall symmetrisch, und das Teilungsverhältnis beträgt bei einem vierstufigen Zähler 1:8.