تستخدم النطاطات في العديد من التطبيقات كلبنة بناء كما هو الحال في العدادات والمسجلات باعتبارها عنصر الذاكرة للدارة المنطقية التتابعية.

1. مسجلات الإزاحة

يعد المسجل من التطبيقات المهمة لاستخدام النطاطات، حيث يبنى باستخدام مجموعة من نطاطات D أو نطاطات JK (في الحالة المكافئة لعمل نطاط D) بهدف حفظ البيانات الرقمية.

1- تصنيف المسجلات

تتميز جميع المسجلات بأنها تحتاج إلى نبضة ساعة تعمل على تسجيل القيمة الموجودة على مدخل النطاط D إلى مخرجه Q. يمكن تصور هذه العملية بأنها بمثابة انزياح للرقم الثنائي من المدخل إلى المخرج. وبناء على ذلك أطلقت تسمية مسجلات الإزاحة على هذه المسجلات.

اعتماداً على طريقة دخول البيانات إلى مسجل الإزاحة وطريقة خروجها تم تصنيف المسجلات إلى أربعة أنواع هي، انظر الشكل التالي:

1. مسجل إدخال متوال / إخراج متوال SISO.
2. مسجل إدخال متوال/ إخراج متواز SIPO.
3. مسجل إدخال متواز/ إخراج متوال PISO.
4. مسجل إدخال متواز/ إخراج متواز PIPO.

- مسجل الإزاحة ذو الإدخال التوالي الإخراج المتوازي SIPO

لنتعرف على مبدأ عمل المسجلات بشكل عام سوف نتناول في دراستنا هذه مثالاً لمسجل إزاحة ذي إدخال متوال وإخراج متواز يتكون من أربع خانات.

1- لنبدأ بتصفير محتويات المسجل لتصبح «0000»، كما في الشكل ومن خلال إعطاء جهد V5 على مدخل التصفير CL لجميع النطاطات نحصل على قيم لتصبح صفرا.

2- على افتراض أننا نرغب في تسجيل البيانات «0111» داخل المسجل سوف نبدأ بإدخال الرقم الثنائي الأول «البت الأولى» من اليمين عبر المدخل ثم تطبيق نبضة ساعة.

3- نضع البت الثانية وهي 1 على المدخل ونطبق نبضة الساعة الثانية.

4 - نضع البت الثالثة وهي 1 على المدخل ونطبق نبضة الساعة الثالثة.

5- وأخيراً، لإدخال البت الرابعة والأخيرة، نضعها على المدخل، ونطبق نبضة الساعة الرابعة.

نلاحظ بعد تطبيق أربع نبضات أننا تمكنا من إدخال العدد «0111» إلى المسجل. الآن نستطيع قراءة محتوى المسجل بشكل إخراج متواز.

هذا النوع من المسجلات يستخدم عادة لإحداث توافق في شكل البيانات بين وحدتين أو جهازين، كما هو الحال مثلا في لوحة المفاتيح، التي ترسل بياناتها إلى جهاز الكمبيوتر بشكل متوال، ثم يتم استقبالها من خلال مسجل إزاحة إدخال متوال موجود على اللوحة الأم يعمل على إخراجها إلى المعالج على شكل بيانات متوازية. يمكن تمثيل عمل المسجل أعلاه من خلال جدول كما يلي:

استخدامات المسجلات

تعد المسجلات جزءاً أساسياً في تركيب المعالجات المايكروية، والعديد من الرقاقات المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية. كما يمكن أن تتواجد المسجلات بشكل منفرد؛ لتستخدم في العديد من التطبيقات الإلكترونية المختلفة. الرقاقة 7495 تمثل مسجل إزاحة من أربع منازل مثل إدخال متواز/ إخراج متواز PIPO والرقاقة 4014 تمثل مسجل إزاحة من ثماني منازل مثل إدخال متواز/ إخراج متوال PISO.

1. العدادات

يعد العداد من التطبيقات المهمة للنطاطات. حيث يبنى العداد باستخدام نطاطات T أو نطاطات JK في الحالة المكافئة لعمل نطاط T بهدف العد من قيمة معينة تصاعدياً أو تنازلياً إلى قيمة أخرى.

1- تصنيف العدادات

اعتماداً على وجود تزامن أو عدم تزامن في وصول نبضة الساعة إلى البوابات المكونة للعداد تم تصنيف العدادات إلى:

1- العدادات غير المتزامنة Asynchronous Counters: في هذا النوع من العدادات التغير في مخرج النطاط يستخدم كمصدر بنبضة للنطاط التالي ما عدا النطاط الأول فيحصل على نبضة ساعة خارجية. من مساوئ هذا العداد أنه يؤدي إلى حدوث تأخير delay في عملية العد خاصة عندما يكون عدد النطاطات المستخدمة كبيراً.

2- العدادات المتزامنة Synchronous Counters: في هذا النوع تصل نبضة الساعة إلى جميع النطاطات المكونة للعداد في اللحظة نفسها. التغير في حالة النطاط تعتمد على الحالة الحالية لجميع النطاطات الأخرى. وعليه فإن مشكلة التأخير التي تحدث في العدادات غير المتزامنة غير موجودة هنا.

الشكل (14/أ): عداد ثنائي غير متزامن مكون من أربع خانات

الشكل (14/ب): عداد ثنائي متزامن مكون من أربع خانات

الشكل (14) يوضح طريقة بناء عدادين ثنائيين يقومان بالعد من «0000» إلى «1111» أحدهما عداد متزامن والآخر عداد غير متزامن.

اعتمادا على مبدأ عمل العداد والهدف المطلوب تحقيقه يمكن بناء الأشكال التالية من العدادات:

1- العداد الثنائي: يتكون العداد الثنائي من مجموعة من النطاطات كل نطاط يمثل أحد خانات العدد الثنائي. بعد تصفير العداد. يبدأ العداد بالعد من القيمة الدنيا تصاعدياً بزيادة مقدارها «1» في كل مرة، يتلقى العداد فيها نبضة ساعة، حتى يصل إلى القيمة العظمى؛ ليعود تلقائيا إلى القيمة الدنيا، مكملا نمطه في العد. الشكل (14) يمثل عدادين ثنائيين مكونين من أربع خانات.

يمكن استخدام العداد الثنائي كعداد تنازلي في حالة استخدام Q بدلا من Q لتمثل قيم خانات العدد. أو يمكن استخدام لإعطاء النبضة للنطاط التالي بدلا من Q للحصول على النتيجة نفسها.

2- العداد المرمز عشريا BCD Counter: يعمل هذا العداد تماماً مثل العداد الثنائي التصاعدي، ولكن عند الوصول إلى القيمة «1001» التي تكافئ الرقم (9) في النظام العشري يعود إلى أدنى قيمة «0000» وهكذا فإن الأعداد التي يعدها هذا العداد تمثل الأرقام في النظام العشري من «0» إلى «9»، الشكل (15) يوضح مخطط الحالة لهذا العداد.

الشكل (15): مخطط الحالة للعداد المركز عشرياً

العداد التصاعدي / التنازلي: هو عداد يمكن التحكم فيه بطريقة العد لتكون تصاعدية أو تنازلية باستخدام المخارج نفسها مع إضافة بعض البوابات، الشكل (16) يوضح مخططات الحالة لهذا النوع من العدادات.

2- مبدأ عمل العداد الثنائي

عندما ترغب في بناء عداد ما علينا أن نحدد الأمور التالية:

- عدد الخانات التي تمثل عدد النطاطات اللازمة.

- العدد الأول والعدد النهائي للعد.

الشكل (17) يمثل عدادين ثنائيين مكونين من أربع خانات الأول غير متزامن والثاني متزامن. لفهم مبدأ عمل العداد سوف نتناول العداد غير المتزامن المكون من أربعة نطاطات، ولنحدد العدد الأول لبدء العد «0000» والعدد النهائي (1111».

1- عند تصفير العداد نحصل على قيمة «0000».

الشكل (17): تصفير العداد

2- عندما يتلقى مدخل النبضة A نبضة ساعة ذات الحافة السالبة (التغير من «1» إلى «0») يؤدي إلى تغيير قيمة CA من 0 إلى 1.

3- عندما تأتي النبضة الثانية على مدخل نبضة ساعة للنطاط A سوف يؤدي ذلك إلى تغيير QA من 1 إلى 0. هذا التغير ينعكس على مدخل الساعة للنطاط B وهو بمثابة تلقي نبضة ساعة ذات حافة سالبة مؤدياً إلى تغير قيمة QB من 0 إلى 1.

4- عندما تأتي نبضة الساعة الثالثة على مدخل الساعة للنطاط A سوف يؤدي ذلك إلى تغير قيمة QA من 0 إلى 1 فقط.

5- عند وصول نبضة الساعة الرابعة سوف يؤدي ذلك إلى تغير قيمة A من 1 إلى 0، وبالتالي إلى تغير قيمة QB من 1 إلى 0 مؤدياً إلى تغيير قيمة QC من 0 إلى 1.

والجدول التالي يوضح ما يحدث عند ورود النبضات الأخرى:

وتستمر هذه العملية حتى نصل إلى إعادة تصفير العداد كما يظهر في الشكل (17) السابق .

3- استخدامات العدادات

يوجد تطبيقات كثيرة ومتنوعة للعدادات مثل تتبع الأحداث وعدها، وتوليد الذبذبات، وقسمة التردد.

الشكل (18): قسمة التردد

وتصنع العدادات على شكل رقاقة مثل: 7449، 7448، 7447، 7446، 7445.