BCD-tællerkredsløbsdiagram, arbejds-, sandhedstabel og applikationer
2026-04-03 1014

BCD-tæller er et digitalt kredsløb, der tæller fra 0 til 9 ved hjælp af binære tal.BCD-tæller bruges i elektroniske enheder, hvor tal skal vises tydeligt, såsom ure og displays.Denne artikel forklarer, hvad en BCD-tæller er, hvordan den fungerer, og hvordan den anvendes i faktiske kredsløb.

Katalog

Figur 1. BCD-tællerkredsløb med 7-segmentdisplay på brødbræt

Hvad er en BCD-tæller?

A BCD tæller (Binærkodet decimaltæller) er et digitalt kredsløb, der tæller fra 0 til 9 ved hjælp af en 4-bit binær output (0000 til 1001).Det fungerer med en ur signal og øger dets antal med én for hver urimpuls.Det kaldes også en årti tæller (mod-10 tæller), fordi den har 10 gyldige stater kun.I modsætning til en normal binær tæller, det fortsætter ikke til 10-15.Når tællingen når 9 (1001), nulstilles den automatisk til 0 (0000) og gentager cyklussen.En BCD-tæller kan implementeres ved hjælp af flip-flops og logiske porte eller ved at bruge dedikerede IC'er.

Sådan fungerer en BCD-tæller

BCD-tælleren virker af reagerer på et ursignal, hvor hver impuls får tælleren til at øge sit output med et trin.Outputtet er repræsenteret i en 4-bit binært format, svarende til decimalværdier fra 0 til 9.Optællingen starter kl 0000 (0).Med hver indkommende urimpuls fortsætter tælleren sekventielt gennem gyldige tilstande, indtil den når 1001 (9).Efter dette punkt fortsætter tælleren ikke til den næste binære værdi.I stedet vender det tilbage til 0000 og gentager cyklussen.Dette kontrollerede tælleområde sikrer, at kun decimaltal (0-9) produceres, hvilket gør BCD-tælleren velegnet til digitale systemer, der kræver menneskelæselige numeriske output.Hele processen er kontinuerlig, hvor tælleren cykler gennem sin sekvens, så længe der påføres urimpulser.

Truth Table of Decade Counter

Tabellen nedenfor viser, hvordan en BCD-tæller ændrer sit output for hver clock-impuls.Den tæller fra 0 til 9 ved hjælp af 4-bit binære værdier, hvor hver række repræsenterer et trin i tællesekvensen.

Ur Puls (tæller)	QD	QC	QB	QA	Decimal
0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	1	1
2	0	0	1	0	2
3	0	0	1	1	3
4	0	1	0	0	4
5	0	1	0	1	5
6	0	1	1	0	6
7	0	1	1	1	7
8	1	0	0	0	8
9	1	0	0	1	9

BCD Counter State Diagram

Figur 2. BCD tællertilstandsdiagram (0-9 tællesekvens)

Diagram viser det visuelle flow af optælling i en BCD-tæller.Hver tilstand repræsenterer en binær værdi fra 0000 (0) til 1001 (9), forbundet med pile, der angiver overgangen mellem tilstande.Efterhånden som hver clock-impuls påføres, flytter tælleren til den næste tilstand i rækkefølge.Efter at have nået 1001 (9), vender den tilbage til 0000 og danner en kontinuerlig løkke.Det hjælper dig med hurtigt at se, hvordan tælleren skrider frem trin for trin, og hvordan tællecyklussen gentages.

BCD tællerkredsløbsdiagram

Figur 3. BCD-tællerkredsløb, der bruger 74LS90 med LED-udgang

BCD-tæller er fysisk bygget ved hjælp af komponenter.BCD-tælleren bruger fire flip-flops forbundet i rækkefølge, hvor hver flip-flop repræsenterer en outputbit (QA, QB, QC, QD).Flip-flopsene er forbundet, således at outputtet fra et trin driver det næste trin og danner en tællekæde.Et fælles kloksignal anvendes til at styre, hvornår flip-flops skifter tilstand.For at styre tællegrænsen tilføjes logiske porte for at overvåge specifikke outputkombinationer.Når denne tilstand detekteres, genereres et klart signal, der tvinger alle flip-flops tilbage til deres oprindelige tilstand.

74LS90 som et årti-tællereksempel

Figur 4. 74LS90 IC-pinkonfiguration

Pin beskrivelser

Pin Nej	Navn	Funktion
1	Input2 (CLKB)	Urindgang 2
2	R1	Nulstil 1
3	R2	Nulstil 2
4	NC	Ikke forbundet
5	VCC	Forsyningsspænding (4,75V – 5,25V)
6	R3	Nulstil 3
7	R4	Nulstil 4
8	QB	Udgang 2 (BCD-udgang bit 1)
9	QC	Udgang 3 (BCD-udgang bit 2)
10	GND	Jord (0V)
11	QD	Udgang 4 (BCD-udgang bit 3)
12	QA	Udgang 1 (BCD-udgang bit 0)
13	NC	Ikke forbundet
14	Input1 (CLKA)	Urindgang 1

Design af en BCD-tæller ved hjælp af JK flip-flops

Figur 5. BCD tællerkredsløbsdiagram

Dette kredsløb viser, hvordan en BCD-tæller kan bygges ved hjælp af fire JK-flip-flops forbundet i rækkefølge.Hver flip-flop repræsenterer en bit af outputtet (QA, QB, QC, QD), og danner en 4-bit tæller.J- og K-indgangene er indstillet til logisk HØJ, hvilket gør det muligt for hver flip-flop at skifte, når der anvendes et clock-signal.Udgangen af ​​en flip-flop er forbundet til clock-indgangen på det næste trin, hvilket skaber en bølgetælleeffekt.For at begrænse tællingen til 0–9, bruges en logisk gate til at detektere en specifik udgangstilstand.Når denne betingelse er opfyldt, sendes et nulstillingssignal til alle flip-flops, hvilket tvinger udgangen tilbage til den oprindelige tilstand.

BCD tæller vs binær tæller

BCD-tæller og en binær tæller bruges begge til at tælle, men de adskiller sig i, hvordan de repræsenterer tal, og hvordan de fungerer i digitale systemer.Her er en simpel sammenligning:

Feature	BCD Tæller	Binær Tæller
Tælleområde	Kun 0 til 9	0 til 15 (for 4-bit)
Outputformat	Decimal (0000-1001)	Ren binær (0000-1111)
Nulstil adfærd	Nulstilles efter 9	Fortsætter til max værdi
Ugyldige stater	1010–1111 er ubrugte	Alle stater er gyldige
Kompleksitet	Mere kompleks (ekstra logik nødvendig)	Enklere design
Kredsløbsdesign	Kræver nulstillingslogik	Direkte flip-flop kæde
Hastighed	Lidt langsommere	Hurtigere
Strømforbrug	Højere (på grund af ekstra logik)	Lavere
Ansøgning	Skærme, ure, lommeregnere	Timere, tællere, processorer
Nem visning	Nemt (direkte til 7-segment)	Trænger til konvertering
Hardwarekrav	Flere komponenter	Færre komponenter
Fleksibilitet	Begrænset til decimal tæller	Fleksibel til enhver tælle

Fordele og ulemper ved BCD-tællere

Fordele ved BCD-tællere:

• Let at vise - Output matcher decimaltal (0–9), hvilket gør dem ideelle til 7-segment displays.

• Menneskelæsbart output - Intet behov for kompleks konvertering ved visning af tal.

• Velegnet til decimalsystemer - Fungerer godt i ure, lommeregnere og tællere.

• Nøjagtig cifferrepræsentation - Hver optælling svarer direkte til en decimalværdi.

• Fleksibel med skærmdrivere - Nem grænseflade med IC'er som 7-segments dekodere.

Ulemper ved BCD-tællere:

- Kræver yderligere logik for at nulstille efter 9.

- Binære tilstande fra 1010 til 1111 bruges ikke.

- Ekstra logik kan introducere forsinkelse sammenlignet med binære tællere.

- Flere komponenter betyder mere strømforbrug.

- Ikke egnet til applikationer, der kræver fuld binær rækkevidde.

Anvendelser af BCD tæller

Figur 6. BCD tællerapplikation med 7-segment display

Digitale ure - Bruges til at tælle sekunder, minutter og timer i tidtagningssystemer.

7-segment displaysystemer - Driver displays for at vise tal tydeligt i decimalform.

Frekvenstællere - Tæller signalimpulser og viser resultatet som cifre.

Hændelsestællere - Sporer hændelser som f.eks. personer, der tæller eller tæller varer.

Digitale målere - Bruges i enheder som voltmetre og tællere til at vise aflæsninger.

Lommeregnere - Hjælper med at repræsentere decimaltal under beregninger.

Resultattavler og timere - Viser scores eller nedtællingsværdier i læsbart format.

Digitale omdrejningstællere - Viser rotationshastighed i maskiner.

Automater - Sporer antal og viser varenumre eller kreditter.

Parkeringssystemer - Viser tilgængelige pladser eller tæller køretøjer.

Systemer til pulstælling - Tæller impulser fra sensorer i automationssystemer.

Konklusion

BCD-tæller er fantastisk til at tælle og vise tal på en enkel måde.BCD-tælleren er nem at bruge med displaysystemer og fungerer godt i mange applikationer.Selvom det er lidt mere komplekst end en binær tæller, er det meget nyttigt, når du har brug for klare og læsbare tal.