Johnson Ring計數器由連接在一起的多個計數器組成，輸出反饋到輸入

在上一個移位寄存器教程中，我們看到如果我們應用串行數據信號串行輸入到串行輸出移位寄存器的輸入，相同的數據序列將從寄存器鏈中的最后一個翻轉翻轉中退出。

這種數據的串行移動通過電阻器在預定數量的時鐘周期之后發生，從而允許SISO寄存器作為原始輸入數據信號的一種時間延遲電路。

但是如果我們連接這個輸出的話怎么辦？移位寄存器返回其輸入，以便最后一個觸發器 Q D 的輸出成為第一個觸發器的輸入， Q A 。然后，我們將有一個閉環電路，對于其序列的每個狀態，圍繞連續循環“再循環”相同的DATA位，這是環形計數器的主要操作。

然后通過將輸出循環回輸入（反饋），我們可以將標準移位寄存器電路轉換為環形計數器?？紤]下面的電路。

4位環形計數器

同步示例是預設的，以便寄存器中的一個數據位設置為邏輯“1”，所有其他位復位為“0”。為實現此目的，首先將“CLEAR”信號一起施加到所有觸發器，以便將它們的輸出“復位”到邏輯“0”電平，然后將“PRESET”脈沖施加到第一個翻轉的輸入。 -flop（ FFA ）在施加時鐘脈沖之前。然后將一個邏輯“1”值放入環形計數器的電路中。

因此，在每個連續的時鐘脈沖上，計數器一遍又一遍地在四個觸發器之間循環相同的數據位。每隔四個時鐘周期“響鈴”。但是為了在計數器周圍正確地循環數據，我們必須首先用適當的數據模式“加載”計數器，因為在每個時鐘周期輸出的所有邏輯“0”或所有邏輯“1”將使環形計數器無效。

這種類型的數據移動稱為“旋轉”，與前一個移位寄存器一樣，數據位從左到右通過環形計數器的移動效果可以如下圖形顯示，如下所示圖：

環形計數器的旋轉運動

由于上面顯示的振鈴計數器示例有四種不同的狀態，因此它也被稱為“模4”或“mod-4”計數器，每次翻轉觸發輸出的頻率值等于主時鐘頻率的四分之一或四分之一（1/4）。

計數器的“MODULO”或“MODULUS”是狀態的數量計數器計數或序列通過重復自身和a環形計數器可以輸出任何模數。 “mod-n”環形計數器將需要連接在一起的“n”個觸發器來循環提供“n”個不同輸出狀態的單個數據位。

例如，mod-8環形計數器需要8個觸發器，mod-16環形計數器需要16個觸發器。但是，如上面的示例中所示，只使用了16種可能的狀態中的4種，這使得環形計數器的輸出狀態使用效率非常低。

Johnson Ring Counter

Johnson Ring Counter或“Twisted Ring Counters”，是另一個移位寄存器，其反饋與上面的標準 Ring Counter 完全相同，不同之處在于此次反轉輸出 Q 最后一個觸發器現在連接回第一個觸發器的輸入 D ，如下所示。

這種類型的環形計數器的主要優點是，與標準環形計數器相比，它只需要一半數量的觸發器，然后其模數減半。因此，“n級”約翰遜計數器將循環一個數據位，給出 2n 不同狀態的序列，因此可以被視為“mod-2n計數器”。

4 -bit Johnson Ring Counter

Q 的反轉在反饋之前輸入 D 會使計數器以不同的方式“計數”。而不是通過一組固定的模式計數，例如普通的環形計數器，例如4位計數器，“0001”（1），“0010”（2），“0100”（4），“1000”（8）然后重復，約翰遜計數器向上計數然后向下計數，因為初始邏輯“1”通過它向右移動，取代前面的邏輯“0”。

一個4位約翰遜環形計數器通過四個塊邏輯“0”然后四個邏輯“1”從而產生8位模式。當反向輸出 Q 連接到輸入 D 時，這個8位模式不斷重復。例如，“1000”，“1100”，“1110”，“1111”，“0111”，“0011”，“0001”，“0000”，這在下表中進行了說明。

4位Johnson Ring計數器的真值表

除了圍繞連續循環計數或旋轉數據外，環形計數器還可用于檢測或識別一組數據中的各種模式或數值。通過將諸如 AND 或 OR 門之類的簡單邏輯門連接到觸發器的輸出，可以使電路檢測設定的數字或值。

標準的2,3或4級約翰遜環計數器也可以用來通過改變它們的反饋連接來劃分時鐘信號的頻率并除以3或除以-5輸出也是可用的。

例如，通過連接到的數據輸出，可以將3級Johnson Ring計數器用作3相120度相移方波發生器A ， B 和 NOT-B 。

標準的5級Johnson計數器，例如常用的CD4017，通常用作同步十進制計數器/分頻器電路。

其他組合，例如較小的2級電路，也稱為“正交”（正弦/余弦）振蕩器或發生器，可用于產生四個單獨的輸出，每個輸出均為90度“異相”彼此相互產生如下所示的4相定時信號。

2位正交發生器

步進電機控制作為四個輸出， A 到 D 相互相移90度，它們可與附加電路一起使用，驅動2相全步進步電機進行位置控制或將電機旋轉到特定位置的能力位置如下圖所示。

2相（單極）全步進步器電機電路

步進電機的旋轉速度主要取決于時鐘頻率，并且需要額外的電路來驅動電源電路的“功率”要求。發動機。由于本節僅旨在讓讀者對Johnson Ring Counters及其應用有基本的了解，其他優秀網站將更詳細地解釋步進電機的類型和驅動要求。

Johnson Ring Counters提供標準TTL或CMOS IC形式，例如CD4017 5階段，十年Johnson環計數器，具有10個有效HIGH解碼輸出或CD4022 4階段，除以8強生計數器，具有8個有效的高解碼輸出。