تایمر، کانتر و کانتر تایمرها (معرفی کامل، کاربردها و انواع مختلف)

تایمرها تایمینگ یا زمان‌بندی را حفظ می‌کنند؛ برای فعال کردن (تریگر کردن) یک عمل، برای شروع حفظ زمان‌بندی، وقتی که یک عمل تریگر شده است.

برخی محصولات قابل برنامه‌ریزی هستند، ولی دیگر محصولات شاید با یک کاربرد و زمان داخلی تنظیم شده ثابت ارائه شوند. علاوه بر تعداد و نوع کاربردها، این دستگاه‌ها از نظر تنظیمات بازه زمان هم متفاوت هستند.
تایمرهای دیجیتال نسبت به تایمرهای مکانیکی، پیچیده‌تر و جمع و جورتر هستند. اگر به کاربردهای کنترل خروجی/بازخورد نیاز است (به شکل یک آلارم یا دیگر رویداد از پیش برنامه‌ریزی‌شده)، یک تایمر دیجیتال، انتخاب بهتری نسبت به یک تایمر الکترو-مکانیکی است.

هر تایمر دیجیتال، دارای قابلیت برنامه‌پذیری دیجیتال است. برخی مدل‌ها دارای آپشن نمایشگر LED یا LCD هستند. برخی به عنوان دستگاه‌های چندکاره کار می‌کنند و دیگر محصولات بازه‌های زمان طولانی را پشتیبانی می‌کنند. تایمرهای برنامه‌پذیر در اشکال بسیاری در بازار عرضه می‌شوند تا نیازهای متفاوتی را محقق کنند: نمایشگرهای زمان، تایمرهای ریست، تایمرهای چرخه تکرار و تایمرهای چندکاره. مدل‌های تایمر دیجیتال ممکن است پیچیده‌تر باشند اما همچنان بادوام و مقاوم بوده و نیازمند نگهداری و تعمیر حداقلی باشند.

انواع تایمر

تامین‌کنندگان تایمرهای دیجیتال، تایمرهای تاخیر فاصله‌ای، میتر، delay-on و delay-off و one-shot و recycle به بازار ارائه می‌کنند.
میترهای تایمر، نمایشگرها یا توتالیزرها در کاربردهایی استفاده می‌شوند که برای نمایش زمان گذشته از فرآیند یا زمان فعالیت اندازه‌گیری شده ماشین‌آلات کارخانه کاربرد دارند.
تایمرهای Delay–on نیازمند یک مدت زمان از پیش‌تعیین‌شده هستند، وقتی که تایمر سیگنال ورودی خود را دریافت کرده و وقتی که خروجی تحریک می‌شود. در پایان تاخیر زمانی، کنتاکت‌ها باز یا بسته می‌شوند. اگر کنتاکت نرمالی اوپن (NO) باشد، بار در پایان تاخیر زمانی، تحریک می‌شود. اگر کنتاکت نرمالی کلوزد (NC) باشد، بار پس از تاخیر زمانی، انرژی از آن گرفته می‌شود. حذف برق، تاخیر زمانی و خروجی را ریست می‌کند. به این قابلیت همچنین on-delay یا delay on make یا delay-on operate یا تاخیر عملیاتی یا pre-purge delay یا تحریک delay-on گفته می‌شود.

عملیات On-delay شامل عملیات on-delay منبع تغذیه و عملیات on-delay سیگنال می‌شود.

عملیات ON-delay یک حالت عملیاتی است که اغلب برای ماشین‌آلات اتوماتیک/خودکار استفاده می‌شود.

کاربرد: سیگنال‌های دکمه فشاری (Push button)

وقتی که دکمه‌ی عابر پیاده برای سیگنال چراغ راهنمایی فشرده می‌شود، بعد از یک تاخیر، چراغ سیگنال از قرمز به سبز تغییر می‌کند.

تایمرهای Delay-off قابلیت‌های زمان‌بندی خود را زمانی شروع می‌کنند که منبع تغذیه متوقف شود. وقتی که قدرت ابتدا تغذیه می‌شود، کنتاکت‌های رله خروجی بلافاصله واکنش نشان می‌دهند. وقتی که منبع تغذیه حذف شود، کنتاکت‌های رله خروجی در موقعیت فعال‌شده باقی می‌ماند و مدت زمانی شروع می‌شود. وقتی که این زمان بگذرد، کنتاکت‌های رله خروجی آزاد می‌شوند. به این قابلیت همچنین تاخیر در رهایی/آزادی (delay on release)، تاخیر در ترمز (delay on break)، تاخیر رهایی (release delay) و تاخیر post-purge و تاخیر در انرژی‌زدایی (delay on de-energization) گفته می‌شود.

عملیات off-delay شامل عملیات off-delay منبع تغذیه و عملیات off-delay سیگنال می‌شود.

کاربرد: نورهای سقف ماشین

وقتی که سوار ماشین خود می‌شوید، با باز شدن در ماشین، نور سقفی روشن می‌شود. تا سوار شوید و در را ببندید، تا چند ثانیه چراغ روشن می‌ماند.

تایمرهای وان شات (one shot timers) به شکلی طراحی شده‌اند که وقتی به آن‌ها برق اعمال شود، کنتاکت‌ها فورا تغییر وضعیت دهند و بعد از آنکه تایمر برق را دریافت کرد، برای مدت زمانی تعیین‌شده، در حالت تغییریافته باقی می‌ماند. بعد از آنکه این مدت زمان مشخص تمام شد، کنتاکت‌ها به وضعیت نرمال خود برمی‌گردند. به این دستگاه‌ها همچنین شکل‌دهندگان پالس یا پالس فورمرها (pulse formers) هم گفته می‌شود.
تایمرهای تاخیر فاصله (interval delay timers) برعکس دستگاه‌های delay-on هستند، از این نظر که رله بلافاصله بعد از اعمال تغذیه برق یا بسته شدن ورودی سوییچ، تحریک می‌شود و در پایان این مدت زمان، خاموش می‌شود. گاهی اوقات به تاخیر فاصله delay pulse گفته می‌شود.

کاربرد: سواری‌های تفریحی پارک‌های تفریحی و شهربازی‌ها

این سواری زمانی شروع به کار می‌کند که مبلغ ۱۰۰ یِن داخل ورودی آن قرار گیرد و تا پنج دقیقه بعد فعال خواهد بود.

تایمرهای بازیافتی (Recycle timers) به شکلی عمل می‌کنند که بسته شدن سوییچ کنترل، قابلیت cycling (چرخش) را شروع می‌کند. تا زمانی که سوییچ کنترل بسته باشد، بار به روشن شدن و خاموش شدن در فواصل زمانی منظم ادامه می‌دهد. وقتی که سوییچ کنترل باز می‌شود، قابلیت cycling متوقف می‌شود. گاهی اوقات به این قابلیت فلشر یا فلیکر (flasher / flicker) یا ژنراتور پالس (pulse generator) گفته می‌شود.

عملیات فلشر، شامل عملیات فلشر OFF-start و عملیات فلشر ON-start می‌شود.

کاربرد: کنترل اتوماتیک آب‌نما

آب به شکل مکرر در فواصل زمانی دو دقیقه‌ای باز و بسته می‌شود.

دیگر قابلیت‌های مهم تایمرهای دیجیتال عبارتند از چرخه‌های تاخیر، نشانگرهای موقعیت، پریست کانترها (کانترهای از پیش تنظیم شده)، قابلیت‌های حسابی (شاخه‌ای از ریاضیات)، کنترلرها و ترکیباتی از کانتر و تایمر.

کاربردها

تایمرهای دیجیتال، هم کاربرد در سطح مصرف‌کننده دارند و هم کاربرد در سطوح بزرگ صنعتی. تایمرها در تجهیزات کنترل فرآیند استفاده می‌شوند تا در رگولاسیون فرآیند کمک کنند، در تجهیزات صنعتی نصب می‌شوند تا استفاده و عمر آن را ثبت و ضبط کنند و همچنین در دستگاه‌های الکترونیکی روزمره و در سطح مصرف‌کننده برای مصارف خانگی و تفریحی نیز کاربرد دارند.

اصطلاحات مرتبط با تایمرها

زمان پریست (Preset Time)

زمان پریست، زمان کنترل تنظیم شده با تنظیم کردن یک تایمر متغیر-زمان (time-variable) است.

زمان عملیات

زمان عملیاتی یعنی زمانی که بین افزودن ورودی از پیش تعیین‌شده مدار منبع تغذیه و مدار ورودی و کامل شدن عملیات برای زمان پریست می‌گذرد.

زمان Hold (نگه داشتن)

به معنی زمانی است که بین کامل شدن عملیات برای زمان پریست و شروع ریست کردن، می‌گذرد.

زمان Pause (پاز)

به معنی زمانی است بین شروع عملیات زمان پریست و افزوده شدن ورودی مورد نیاز برای مدار منبع تغذیه یا مدار ورودی، می‌گذرد. تایمر به شکل نرمال عمل نمی‌کند مگر آنکه زمان Pause طولانی‌تر از زمان ریست تایمر تنظیم شود.

ریست شدن (Resetting)

ریست به معنی بازگشت عملیات به وضعیتی پیش از شروع (استارت) است، در زمانی که تایمر در حال عملیات در زمان پریست است یا بعد از آنکه عملیات را در زمان پریست به پایان رسانده است. به ریست در میانه‌ی عملیات با زمان پریست، ریست نصفه (halfway resetting) گفته می‌شود.

زمان ریست (Reset Time)

زمان ریست، زمانی است که بین بسته شدن ورودی به مدار منبع تغذیه یا ورودی سیگنال ریست و تمام شدن ریست شدن، می‌گذرد. قابلیت ریست شدن تایمر، ریستِ کنتاکت، ریستِ قطعات مکانیکی همچون پوینتر و …، ریستِ قطعات در مدارات داخلی همچون خازن و … و مقداری را مشترک می‌دارد که در این مقدار، تمام این قطعات، عملیات ریست شدن خود را کامل می‌کنند که به آن زمان ریست گفته می‌شود. اگر تایمر برای یک زمان pause کوتاه‌تر از زمان ریست تعیین‌شده استفاده شود، زمان عملیات زودتر از پریست منقضی می‌شود، عملیاتِ فوریِ غیرمنتظره انجام می‌شود یا عملیات شکست می‌خورد، در نتیجه انتظار اینکه عملیات نرمال انجام شود، غیرممکن است. در نتیجه، اطمینان حاصل کنید که زمان pause تایمر طولانی‌تر از زمان ریست تعیین‌شده است.

حداقل زمان کاربرد توان

به معنی حداقل زمانی است که توان (برق) باید تغذیه شود تا تایمر به شکل نرمال کار کند، در مورد تایمر off-delay منبع تغذیه.

نوسان زمان عملیاتی

به معنی نامنظمی در زمان عملیاتی است که زمانی ایجاد می‌شود که تایمر در یک زمان مشخص تعیین شده و عملیات در شرایط یکسان تکرار می‌شود. همچنین به آن خطای تکرارشونده یا مکرر (repetitive error) هم گفته می‌شود.

خطای ولتاژ

به معنی تفاوت بین زمان عملیاتی در ولتاژ اعلام‌شده و در بازه ولتاژ مجاز است.

خطای دما

به معنی تفاوت بین زمان عملیاتی در دمای ۲۰°C±۲°C و بازه مجاز دما است.

خطای Set

به معنی تفاوت بین زمان Set و زمانی است که واقعا می‌گذرد. همچنین به آن خطای تنظیم (setting error) هم گفته می‌شود.

خطای Pause Time

به معنی تفاوت بین زمان عملیاتی به یک زمان pause ثابت و زمان عملیاتی به یک زمان pause است که متغیر است.

خصیصه‌های زمان pause، خصیصه‌های اصلی تایمر CR هستند (تایمر با استفاده از شارژ و تخلیه خازن C و مقاومت R).

اگر تایمر کانتر نوسانی (تایمری که از یک مدار نوسانی استفاده می‌کند که از CR و کوارترز تشکیل شده است و با یک مدار شمارشی داخل IC یا میکرو-کامپیوتر کار می‌کند که سیگنال مرجع را می‌شمارد) استفاده شود، خطای زمان pause تقریبا به خاطر اصول عملیاتی آن، ناچیز است. بر همین اساس، توضیح در مورد خصیصه‌ها شاید برای تایمر شمارشگر نوسانی حذف شود.

مقاومت در برابر لرزش، کاربردی

یعنی یک لرزش در بازه‌ای رخ می‌دهد که کنتاکت با لرزش بسته شده است، در زمان استفاده از تایمر برای حداقل مدت مشخصی بسته بماند (۳ تا ۱ میلی‌ثانیه).

مقاومت در برابر لرزش، تخریبی

به معنی لرزشی است که در بازه‌ای رخ می‌دهد که به هیچ قطعه‌ای با آن لرزش آسیب وارد نمی‌شود، در زمان حمل و جابجایی یا در زمان استفاده از تایمر.

مقاومت در برابر شوک، کاربردی

به معنی شوک یا ضربه‌ای است که در بازه‌ای رخ می‌دهد که کنتاکت با آن شوک بسته می‌شود، در زمان استفاده از تایمر برای حداقل مدت مشخصی (۱ ms) بسته می‌ماند.

مقاومت در برابر شوک، تخریبی

به معنی شوکی است که در بازه‌ای رخ می‌دهد که به هیچ قطعه‌ای با آن شوک آسیب وارد نمی‌شود، در زمان حمل و جابجایی یا در زمان استفاده از تایمر و خصیصه‌های عملیاتی حفظ می‌شوند.

عمر مکانیکی

به معنی دوام و عمری است که محقق می‌شود، وقتی که خروجی کنترل در وضعیت بدون بار (no-load) انجام می‌شود.

عمر الکتریکی

به معنی دوام و عمری است محقق می‌شود، وقتی که ولتاژ تعیین‌شده و بارهای جریان به شکل منفرد به خروجی کنترل اعمال می‌شود، وقتی که ON و OFF (خاموش و روشن) می‌شود.
معملا، عمر تایمر با تعداد دفعاتی بیان می‌شود که خروجی کنترل انجام شده است.
وقتی که یک بار به خروجی کنترل وصل می‌شود، اصطلاح «عمر الکتریکی» استفاده می‌شود.
وقتی که هیچ باری به خروجی کنترل متصل نباشد، اصطلاح «عمر مکانیکی» استفاده می‌شود.
عمر الکتریکی کوتاه‌تر از عمر مکانیکی است و با کاهش بار، طولانی‌تر می‌شود.
عمر تایمر با اتصال یک رله ی یا قطعه‌ی مشابهی طولانی‌تر می‌شود، به جای آنکه مستقیما یک بار بزرگ با خروجی کنترل را سوییچ کند.

مصرف برق اعلام‌شده / درجه‌بندی‌شده

به معنی توان یا میزان برقی است که مصرف می‌شود، وقتی که ولتاژ عملیاتی اعلام‌شده به مدار برق اعلام می‌شود.
(مصرف برق اعلام‌شده = ولتاژ اعلام‌شده x مصرف جریان)

ظرفیت کنترل اعلام‌شده

به معنی مقدار مرجعی است که برای تعیین عملکرد قسمتِ سوییچینگ بار استفاده می‌شود.
این مقدار با ترکیبی از ولتاژ و جریان، بیان می‌شود.

مقاومت کنتاکت

به معنی مقاومتی است که ترکیبی از مقاومت کنتاکت بین کنتاکت‌ها و مقاومت رسانای پین‌ها و فنرهای کنتاکت است.

مقاومت عایق

به معنی مقاومت بین یک کنتاکت یا یک پین رسانا، مثل پینی که ولتاژ عملیاتی به آن اعمال می‌شود، و یک پین مُرده (dead pin) یا یک بخش فلزی غیررسانا مثل کیس زمان، پایه یا پیچ نگهدارنده است؛ یا مقاومت بین کنتاکت‌ها.

ولتاژ تحمل (Withstand Voltage)

به معنی مقدار محدوده‌ای است که وقتی ولتاژ بالا برای یک دقیقه به یک نقطه وارد شود که برای مقاومت عایق اندازه‌گیری شده است، دچار شکست نمی‌شود.
جریان نشتی قابل شناسایی/تشخیص، به شکل نرمال ۱۰ mA است.
البته در موارد خاص می‌تواند ۱ mA یا ۳ mA باشد.

ولتاژ جهش تحمل (Withstand Surge Voltage)

به معنی مقدار محدوده‌ای است که مقاومت و دوام در برابر ولتاژ آنرمالِ لحظه‌ای را نشان می‌دهد، جهشِ ولتاژی که حاصل از رعد برق یا سوییچ کردن یک بار رسانا است.
شکل موج جهش، با شکل موج ولتاژ تکانشی استاندارد نشان داده می‌شود.

±(۱٫۲x50)μs یا ±(۱x40)μs

نحوه کارکرد تایمرهای دیجیتال

اصول و مبانی دیجیتال‌تایمرها

دیجیتال‌تایمرها یا تایمرهای دیجیتال انواع مختلفی دارند. تایمرهای کوارتز (quartz) نسبتا ارزان هستند و بسیار دقیق‌تر از سایر سیستم‌ها هستند و به همین دلیل تبدیل به استاندارد شده‌اند. تایمرهای کوارتز در بسیاری از دستگاه‌ها همچون مایکروفرها، کامپیوترها و … استفاده می‌شوند.

کوارتز پیزوالکتریکی

بلور یا کریستالِ کوارتز، یک ویژگی بسیار مفید به اسم پیزوالکتریکی دارد. وقتی که یک جریان الکتریکی به یک کریستال کوارتز اعمال می‌شود، این کریستال خم می‌شود. وقتی که کریستال به حالت قبل برمی‌گردد، یک مقدار کمی برق (الکتریسیته) رها می‌کند. اینکه کریستال چقدر سریع به حالت قبلی بپرد، به ابعاد و شکل آن بستگی دارد.

اسیلاتور یا نوسان‌ساز

یکی از مهم‌ترین بخش‌های هر تایمر دیجیتال، یک کریستال کوارتز بسیار کوچک است که با دقت برش خورده و طراحی شده تا در فرکانسی مشخص بلرزد. کریستال به شکل مکرر، خم شده و دوباره به حالت اول برمی‌گردد و این کار به یک جریان نوسانی – جریان الکتریکی منجر می‌شود که با موج‌هایی منظم افزایش و کاهش پیدا می‌کند. از آنجایی که کریستالِ کوارتز بسیار دقیق برش خورده، جریان الکترونیکی با سرعتی قابل پیش‌بینی نوسان می‌کند.

استفاده از نوسان‌ساز

مدار تایمر دیجیتال، پالس‌های نوسان‌ساز را می‌شمرد و وقتی تعداد مشخصی پالس بگذرد، یک عمل مشخصی را محقق می‌کند. به طور مثال، یک مدار تایمر در یک ساعت پالس‌ها را می‌شمرد تا زمانی که یک ثانیه بگذرد، سپس یک سیگنال ارسال می‌کند تا ثانیه بعدی نمایش داده شود و شمارش را دوباره از اول شروع می‌کند (ریستارت می‌کند).

یک بخش دیگر از مدار می‌تواند ثانیه‌ها را بشمرد تا زمانی که یک دقیقه بگذرد و سپس کانتر دقیقه را یک واحد افزایش می‌دهد. تایمرها همچنین می‌توانند سیگنال‌هایی را به دیگر دستگاه‌ها بفرستند.

به طور مثال، یک تایمر در زنگ خطر ضد سرقت، حدود ۲۰ ثانیه به فرد زمان می‌دهد تا زنگ خطر را غیر فعال کند (بعد از آنکه کلید را داخل قفل گذاشت و در را باز کرد)، در غیر این صورت زنگ خطر یا آژیر را به صدا درآورده و با شرکت امنیتی مرتبط تماس می‌گیرد.

پنج مزیت استفاده از تایمرهای دیجیتال LED

اگر برای خانه یا دفتر کار خود نیاز به یک تایمر دارید، دو انتخاب کلی دارید. می‌توانید یک مدل آنالوگ انتخاب کنید یا یک واحد دیجیتال که دارای دیود نورگسیل (همان LED) برای نمایش اعداد است. واقعیت این است که تایمرهای دیجیتال، عملکرد و امکانات بهتری را نسبت به مدل‌های آنالوگ ارائه می‌کنند. اینجا به پنج مورد از مزایای تایمرهای دیجیتال LED می‌پردازیم:

دقت و صحت

یکی از مزایای اصلی استفاده از تایمرهای دیجیتال LED، دقت آن‌هاست. این تایمرها اغلب از کریستال‌های کوارتز برای ایجاد پالس‌های الکتریکی استفاده می‌کنند که بسیار دقیق‌تر از دستگاه‌های مکانیکی غیرگران‌قیمت هستند.

موسسه ملی فناوری و استانداردها (یا NIST) حتی مقرراتی را برای نظارت بر تایمرهای دیجیتال وضع کرده که بر طبق آن، باید تا نیمی از کم‌اهمیت‌ترین رقم مهم نمایش داده شده روی LED، دقیق باشند. این دقت بسیار تاثیرگذار است چون شما همیشه می‌توانید به تایمر خود تکیه کنید.

میدان دید

یک مزیت دیگر استفاده از تایمر LED، میدان دید آن است. نمایشگر LED روشن و چراغ‌دار است. این یعنی شما می‌توانید نمایشگر را از آن سوی اتاق هم ببینید، یا حتی در تاریکی و از هر زاویه‌ای قابل دیدن است.

ولی بسیاری از تایمرهای آنالوگ این قابلیت را ندارند و اعداد و ارقام روی آن‌ها هم معمولا بسیار کوچک است. در زمان شمارش معکوس، همیشه موقعیت عددی را دقیق دریافت خواهید کرد، برخلاف تایمرهای آنالوگ که باید بر اساس موقعیت عقربه ساعت یا پیکان بین اعداد، عدد را حدس بزنید.

جمع و جور و بادوام

امروزه اکثر تایمرهای دیجیتال LED، جمع و جور و بادوام هستند. میزان فضای مورد نیاز برای قطعات الکترونیکی داخلی بسیار کوچک است. ابعاد برخی تایمرهای دیجیتال به اندازه یک کارت بانکی است و پهنای خیلی بیشتری هم ندارند.

مدل‌هایی وجود دارد که کف دست شما جا می‌شود. ولی تایمرهای آنالوگ اینطور نیستند چون قطعات مکانیکی بزرگی باید داخل این تایمرها وجود داشته باشند. تایمرهای دیجیتال جای کمتری می‌گیرند، بیشتر قابل حمل هستند و عمر و دوام بیشتری هم دارند.

کنترل‌های ساده و سریع

تنظیم کردن یک تایمر آنالوگ می‌تواند گاهی اوقات مشکل باشد. معمولا برای تنظیم کردن دستگاه آنالوگ، لازم است که به شکل فیزیکی، یک نوع ناب (دستگیره کنترلی چرخشی) یا عقربه را حرکت دهید.

این مساله می‌تواند به مشکلاتی منجر شود، به خصوص با مستهلک شدن قطعات. تایمرهای دیجیتال، کنترل‌هایی ساده و سریع دارند. هر موقع که لازم بود، فقط کافی است دکمه تنظیم دقیقه و ساعت را بزنید. به این شکل، بدون نیاز به اینکه با عقربه و ناب‌ها سر و کله بزنید، می‌توانید سریعا تایمر را تنظیم کنید.

برخی از دستگاه‌ها، چندین تایمر دارند

مدارات و قطعات الکترونیکی داخلی به برخی تایمرهای LED این امکان را می‌دهند که چندین برنامه را به صورت همزمان بپذیرند. این یعنی می‌توانید روی یک دستگاه، دو یا سه شمارش معکوس جداگانه داشته باشید که همزمان فعالیت کنند. این قابلیت تنظیم چندین شمارش معکوس روی یک واحد دستگاه، می‌توانید کارهایی مثل پخت و پز یا رهگیری کارهای روزمره شما را بسیار ساده‌تر کند.

انواع مختلف تایمرهای برنامه‌پذیر (programmable)

تایمر برنامه‌پذیر یا قابل برنامه‌ریزی (programmable) برای اندازه‌گیری، نمایش و کنترل در کاربردهایی استفاده می‌شود که متغیرهایی دارند. یک تایمر برنامه‌پذیر می‌تواند همچنین با یک ورودی منفرد یا در برخی موارد، با یک جفت سیگنال کار کند.

دلیل وجود تایمرها این است که فرآیندهای بسیاری بر اساس رویدادهای زمان‌بندی‌شده کار می‌کنند. تایمرهای برنامه‌پذیر معمولا الکترونیکی هستند و از نمایشگرهای دیجیتال، قابلیت تنظیم دیجیتال دقیق، دقت بالا و زمان‌های ریست سریع بهره می‌برند. تایمرهای دیجیتال از نمایشگر LCD یا LED استفاده می‌کنند و بازه‌های زمان طولانی را ارائه می‌کنند و چندین نوع مختلف دارند.

کانتر یا کانترهای پریست (preset counter)

کانترهای پریست یا Preset Counterها یا کانترهای از پیش‌تعیین‌کننده، اساسا توتالیزرهایی هستند که می‌توانند یک مدار خارجی را کنترل کنند، وقتی که کل محدوده‌های پریست واردشده توسط کاربر شمارش شده است.

یک یا دو پریست رایج است، اما برخی مدل‌ها تا ۵۰ پریست را هم شامل می‌شوند. این کانتر های برنامه‌پذیر در کاربردهای تولیدی و فرآیند برای کنترل ابعاد batch (بَچ یا دسته)، طول برش متریال، پانچینگ یا سوراخ کردن، روی هم چیدن (استکینگ) و بسیاری کاربردهای دیگر مرتبط با شمارش، موقعیت و طول مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نسخه‌ی برنامه‌پذیر کانتر پریست، حداکثر انعطاف‌پذیری را از طریق امکانات پیشرفته به انتخاب کاربر ارائه می‌کنند، همچون: کالیبراتورهای ورودی، نقطه اعشاری قابل انتقال، حالات (modeهای) شمارش دو طرفه و قابلیت‌های منطق خروجی. در برخی کاربردها، کانترهای برنامه‌پذیر شاید جایگزین دو یا چند کانتر بیشتر شود و به این شکل راه حل‌های مقرون به صرفه و سفارشی را برای چالش‌های شمارشی و کنترلی پیش روی شما ارائه می‌کنند.

موقع تعیین این نوع خاص تایمر برنامه‌پذیر، موارد زیر را در نظر بگیرید:

ورودی – آنچه که شمرده می‌شود و جایی که ورودی به دست می‌آید
سرعت شمارش
تعداد ارقام – بر اساس حداکثر مقدار شمارش
نوع و ابعاد نمایشگر
بسته بندی – نیازمندی‌ها و ابعاد محفظه

محیط

موارد دیگری را نیز باید برای این تایمرهای برنامه‌پذیر در نظر بگیرید: تعداد محدوده‌های پریست، دستگاه خروجی و عمل خروجی.

کنترلرها و نمایشگرهای نرخ

گروه دوم تایمرهای برنامه‌پذیر عبارتند از نمایشگر نرخ و کنترلر نرخ. نمایشگرهای نرخ، یک نمایش دیجیتال از فرآیند ارائه می‌کنند. نسخه‌های ساده، به یک سنسور وصل می‌شوند و یک خوانش مستقیم فرکانس یا ولتاژ را ارائه می‌کنند که نشانگر نرخ یا سرعت است.

این دستگاه‌ها می‌توانند متغیرهایی مثل چرخش موتور در دقیقه یا متریال فوت در دقیقه را نشان دهند. برخی نرخ‌مترها کالیبراسیونی دارند که سیگنال ورودی را مقیاس‌بندی کرده یا با استفاده از یک سنسور، به واحدهای مهندسی تبدیل می‌کند. کنترلرهای نرخ، قابلیت مقایسه‌ی ورودی با یک یا چند مقدار یا «آلارم» را اضافه می‌کنند.

این «آلارم‌ها» می‌توانند خروجی‌های کنترل یا رله‌ها را فعال کنند تا از عملیات «خارج از محدوده» تحمل جلوگیری کنند یا عملی تصحیح‌کننده انجام دهند تا فرآیند دوباره به محدوده‌های نرمال خود بازگردد.

برخی محصولات نرخ‌متر برنامه‌پذیر می‌توانند تایمرهای فرآیند را اندازه‌گیری کنند. این یک اندازه‌گیری است که نشان می‌دهد یک فرآیند چقدر طول می‌کشد، نه آنکه سرعت آن چقدر است. شاید از آن‌ها روی تسمه‌های نقاله و خطوط انتقالی (کانوایرها) استفاده شود تا نشان دهد که یک محصول چه مدت زمانی را در یک تانک گالوانیزه یا فرِ پخت و پز طی می‌کند.

موارد دیگری که باید نوع خاص تایمر برنامه‌پذیر در نظر بگیرید عبارتند از:

• نور محیطی
• نور هشدار / نیازمندی‌های آلارم
• منبع تغذیه بیشتر برای دستگاه‌های سنسینگ / آلارم‌ها
• لینک‌های ارتباطی

نشانگرهای زمان و تایمرهای پریست

تایمرهای پریست سومین گروه از تایمرهای برنامه‌پذیر هستند. چندین قابلیت عملیاتی وجود دارد که دستگاه را ممکن می‌سازد تا خروجی‌های کنترل را فعال/غیرفعال کند، بر اساس یک فاصله زمان پریست (از پیش تعیین شده). نسخه نشانگر زمان (time indicator) یک زمان طی شده را نشان می‌دهد و می‌تواند ثانیه‌ها، دقیقه‌ها و ساعات را ثبت کند.

این نشانگرها برای اندازه‌گیری تجهیزات در حال استفاده و زمان‌های cycling، تست محصول و مطالعات زمان استفاده می‌شوند. بسیاری از این تایمرها برای کنترل اتوماتیک چرخه‌های ماشین، توالی‌دهی یا ترتیب‌گذاری رویداد، تشخیص سوء عملکرد و رگولاسیون زمان فرآیند استفاده می‌شود. این تایمرهای برنامه‌پذیر می‌توانند در یکی از این سه حالت باشند: rest (استراحت)، timing (زمان‌بندی) و timed-out.

وقتی که تایمر برنامه‌پذیر ریست شده باشد، تایمر هیچ نوع فعالیت زمان‌بندی (timing) انجام نمی‌دهد. مدت زمان timing زمانی شروع می‌شود که یک سیگنال خارجی دریافت شود.

وضعیت timed-out مدت زمانی بین پایان timing و زمانی است که تایمر برنامه‌پذیر به وضعیت rest برمی‌گردد (timed-out به معنی وقفه یا متوقف شدنِ موقت است).

موقع انتخاب تایمرهای برنامه‌پذیر برای کاربرد خود، این موارد را در نظر بگیرید:

• قابلیت کنترل – چرخه تکرار، ریست
• بازه زمان
• انواع نصب
• ابعاد (سایز)
• فرکانس و ولتاژ خدماتی
• دقت تنظیم
• دقت تکرار
• پنل جلویی
• بار – چه دستگاهی با تایمر و به چه مشخصاتی کنترل می‌شود
• نرخ چرخه
• عمل در هنگام قطعی برق
• محدودیت‌های اپراتور
• نیازمندی‌های ویژه – NEMA و رطوبت/درجه بالا و خورندگی و تداخل الکتریکی
• تاییدیه سازمانی

نشانگرهای زمان، دارای بازه‌های زمان‌بندی بسیار متفاوتی هستند، بسته به کاربردی که در آن مورد نیاز هستند.

کنترلرها/نشانگرهای سوء عملکرد

نوع نهایی تایمر برنامه‌پذیر، کنترلرها/نشانگرهای سوء عملکرد (اشکال در عملکرد) هستند. تجهیزات و ابزار سوء عملکرد، ترکیبی از توتالیزرها، کانترهای از پیش‌تعیین‌کننده و تکنیک‌های اندازه‌گیری نرخ هستند.

این دستگاه‌ها، کارِ چندین ابزار را انجام می‌دهند، در زمان، پول و فضای پنل، صرفه‌جویی می‌کنند. این دستگاه‌ها زمانی استفاده می‌شوند که کاربردها نیازمند عملیات چندمرحله‌ای و متوالی بر اساس شمارش و/یا زمان هستند.

یک مثال برای این دستگاه، انتقال مایع و عملیات توزیع هستند – ارائه‌ی جمع و قابلیت‌های نرخ. این کانترهای توصیف‌شده، نیازمند یک سیگنال هستند که نشان‌دهنده‌ی واحدی هستند که قرار است شمارش شود، که اغلب به عنوان پالس ولتاژ یا بسته شدن کنتاکت است. وقتی که سیگنالی در اختیار نباشد، به یک سنسور نیاز خواهد بود.

کانتر دیجیتال

مثل شیفت رجسیترها و دیگر مدارات ترکیبی، یک المان مهم در محصولات الکترونیکی دیجیتال وجود دارد که این روزها ما بیشتر از آن استفاده می‌کنیم و این المان، همان  کانتر است.

این کانترها نه تنها برای شمارش استفاده می‌شوند بلکه برای اندازه‌گیری فرکانس و زمان و افزایش آدرس‌های حافظه هم کاربرد دارند. کانترها به شکل ویژه با مدارات متوالی سنکرون (همزمان) طراحی می‌شوند، که در آن، وضعیت کانتر، برابر با شمارش نگهداری شده در مدار توسط فلیپ‌فلاپ‌هاست. کانترها تعدادی رخ دادن یک رویداد را محاسبه کرده یا یادداشت می‌کنند.

کانترها (کانترها) قطعات سخت‌افزاری مهمی هستند و به این شکل تعریف می‌شوند: «مدار دیجیتالی که برای شمارش تعداد پالس‌ها استفاده می‌شود». کانترها معمولا توسط ما با اصطلاح «تایمرها» یاد می‌شوند. مدارات کانتر، بهترین مثال برای کاربردهای فلیپ فلاپ هستند. کانترها با گروه‌بندی فلیپ فلاپ‌ها و اعمال یک سیگنال ساعت منفرد به آن‌ها، طراحی می‌شوند. به زبان ساده، کانترها وسایلی هستند که یک گروه از المان‌های ذخیره‌سازی مثل فلیپ فلاپ‌ها را دارند که شمارش را حفظ کنند.
کانترها modes یا حالات مختلف دارند. mod روی کانتر، نشان‌دهنده‌ی تعداد حالات چرخه‌های داخل آن است، قبل از آنکه کانتردوباره به حالت اولیه خود تنظیم شود. به طور مثال، یک کانتر باینری mod 8، هشت حالت قابل شمارش دارد که از ۰۰۰ تا ۱۱۱ هستند. بنابراین یک کانتر mod 8 از صفر تا هفت را می‌شمارد.
یک کانتر باینری mod 4 چهار حالت شمارش دارد، از ۰۰۰ تا ۱۱۱٫ پس کانتر mod 4 از صفر تا چهار می‌شمارد. این یعنی به طور کلی، یک کانتر mod N می‌تواند دارای n عدد فلیپ فلاپ باشد که ۲n = N است.

نیاز به کانترها

شمارش یعنی افزودن یا کاستن مقادیر یک اپراتور، با توجه به مقدار وضعیت پیشین آن. بنابراین برای انجام عملیات ریاضی، ما از هیچ دستگاهی به جز کانتر ها استفاده نمی‌کنیم. ما نمی‌توانیم این عمل (شمردن) را با هیچ نوع دستگاه منطقی دیگری به جز کانتر ها انجام دهیم.

انواع کانترها

دو نوع کانتر برای مدارات دیجیتال وجود دارد:

1. کانترهای آسنکرون (غیرهمزمان)
2. کانترهای سنکرون (همزمان)

کانترهای آسنکرون (غیر همزمان)

به کانترهایی که در آن‌ها، تغییر در گذار، به ورودی سیگنال ساعت وابسته نیست، کانترهای آسنکرون یا غیرهمزمان گفته می‌شود. در این کانترها، اولین فلیپ فلاپ به سیگنال ساعت خارجی متصل می‌شود و باقی با خروجی‌های حالت (Q & Q’) فلیپ فلاپ قبلی، کلاک می‌شوند. ما می‌توانیم این مساله را با نمودار زیر متوجه شویم.

در نمودار timing بدیهی است که Q0 به محض اینکه با لبه صعودی پالس کلاک مواجه می‌شود، تغییر می‌کند و Q1 زمانی تغییر می‌کند که با لبه صعودی Q0 مواجه می‌شود (چون Q0 مثل پالس کلاک برای یک فلیپ فلاپ ثانویه است) و همینطور ادامه دارد.

به این شکل، امواج از طریق Q0,Q1,Q2,Q3 ایجاد می‌شوند، در نتیجه یک اسم دیگر برای کانترهای آسنکرون، «کانترهای موجی» گفته می‌شود.

امکانات و ویژگی‌ها:

• طراحی ساده‌ای دارند.
• با آنکه طراحی ساده‌ای دارند، اما از تعداد کمتری از گیت‌های منطقی برای ایجاد یک کانتر آسنکرون استفاده می‌کنند.
• فعالیت کانترهای آسنکرون در مقایسه با کانترهای سنکرون، بسیار آهسته است.

کانترهای سنکرون

کانترها از سیگنال‌های کلاکی استفاده می‌کنند تا گذار خود را تغییر دهند و نام آن‌ها «کانترهای سنکرون» است. این یعنی کانترهای سنکرون به ورودی کلاک آن‌ها برای تغییر مقادیر حالت تکیه می‌کنند.

تمام فلیپ فلاپ‌ها در کانترهای سنکرون، با یک سیگنال کلاک یکسان فعال (تریگر) می‌شوند. در واقع، برخلاف کانتر آسنکرون، کانتر سنکرون یک کلاک یا ساعت جامع دارد که هر فلیپ فلاپ را درایو می‌کند تا خروجی به شکل موازی تغییر کند. یک مزیت کانتر سنکرون نسبت به کانتر آسنکرون این است که می‌تواند با فرکانس بالاتری نسبت به کانتر آسنکرون کار کند، چون تاخیر جمع‌شونده ندارد، چون کلاک یکسانی به هر فلیپ فلاپ داده می‌شود.

از نمودار مدار، می‌توانیم ببینیم که بیت Q0 به هر لبه نزولی کلاک واکنش نشان می‌دهد، وقتی که Q1 به Q0 وابسته است و Q2 به Q1 و Q0 وابسته است و Q3 به Q2,Q1 و Q0 وابسته است.

مدار کانتر سنکرون

امکانات و ویژگی‌ها:

• ساختار آن‌ها از نظر طراحی ساده است. تمام فلیپ فلاپ‌ها به هم مرتبط هستند و توسط سیگنال کلاک یکسان درایو می‌شوند.
• خروجی حالت فلیپ فلاپ پیشین، تغییر حالت فلیپ فلاپ فعلی را تعیین می‌کند.
• از آنجایی که تمام فلیپ فلاپ‌ها به شکل همزمان (سنکرون) کار می‌کنند، کانتر های سنکرون نیاز به Settling ندارند.
• ما نیازمند یک تعداد گیت‌های منطقی برای پیاده‌سازی کانتر های سنکرون هستیم.
• عملیات آن‌ها سریع است.

تفاوت بین کانتر سنکرون و کانتر آسنکرون چیست؟

مثال عملی از کانتر

ما از کانترها در کاربردهای بسیاری استفاده می‌کنیم. هر کجا که قرار است از تایمرها استفاده شود، از کانتر های نوع سنکرون استفاده می‌کنیم.

• به طور مثال، در لوازم آشپزخانه خود، از مایکروفرها استفاده می‌کنیم. با مایکروفرها، ما یک دما را تنظیم می‌کنیم تا ماده غذایی که داخل آن قرار داده‌ایم گرم شود. به شکل داخلی، کانتر افزایش یا کاهش در دما و زمان را محاسبه می‌کند. اگر به دمای پریست برسد، جلوی گرم شدن و خراب شدن ماده غذایی را می‌گیرد.
• ماشین لباسشویی: در ماشین لباسشویی نیز از کانتر ها استفاده می‌شود. مشابه با عملیات شمارش در مایکروفرها، کانتر در ماشین لباسشویی، زمانی را می‌شمارد که ما تنظیم کرده‌ایم تا به آن مدت کار کند.
• در هر دو حالت، در مایکروفرها و در ماشین لباسشویی‌ها، ما دستگاه را روی زمان مشخصی تنظیم می‌کنیم و مدت زمان تنظیم‌شده با گذر هر ثانیه، کاهش پیدا می‌کند. وقتی که مقدار کانتر به صفر می‌رسد، سوییچ ON / OFF را فعال می‌کند. در نتیجه عملیات دستگاه، توسط کانتر ها کنترل می‌شود.

برخی دیگر از کاربردهای کانترها: برای محاسبه تعداد افرادی که وارد یک استادیوم یا سالن بزرگ می‌شوند، ما از کانترها در محل گیت یا درب ورودی استفاده می‌کنیم. این کانترها، تعداد افراد را می‌شمارند. برای هر فرد، مقدار کانتر یک واحد افزایش پیدا می‌کند. به همین شکل، با خروج هر فرد، مقدار کانتر یک واحد کاهش پیدا می‌کند.

کاربردهای کانترها

کانترها در دستگاه‌های الکترونیکی دیجیتال بسیاری کاربرد و استفاده دارند. برخی از این کاربردها، در ادامه فهرست شده‌اند:

• کانترهای فرکانس
• ساعت‌های دیجیتال
• کانورتر یا مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال
• با تغییراتی در طراحی خود، از کانترها می‌توان به عنوان مدارات تقسیم‌کننده فرکانس استفاده کرد. مدار تقسیم‌کننده فرکانس، مداری است که فرکانس ورودی را دقیقا بر ۲ تقسیم می‌کند.
• در اندازه‌گیری زمان. یعنی زمان محاسبه در تایمرها همچون دستگاه‌های الکترونیکی مثل فر و ماشین لباسشویی.
• ما می‌توانیم ژنراتورهای موج سه گوش دیجیتال را با استفاده از کانترها طراحی کنیم.

بر اساس روش استفاده از کانترها، انواع مختلف کانترها عبارتند از:

• آپ کانترها (up counters)
• داون کانترها (down counters)
• آپ-داون کانترها (up-down counters)
• کانتر دهه (decade counter)
• کانتر جانسون

همانطور که از اسم آن‌ها مشخص است، آپ کانترها به شکل صعودی یا افزایشی شمارش می‌کنند. داون کانترها به شکل نزولی یا کاهشی شمارش می‌کنند. آپ-داون کانترها می‌توانند هم به شکل صعودی و هم به شکل نزولی شمارش کنند.

کانتر دهه (decade counter) کانتری است که به جای باینری، با ارقام دهدهی شمارش می‌کند. یک کانتر دهه شاید هر (یعنی ممکن است دهدهی کدشده با باینری بشمرد، همانطور که مدار داخلی ۷۴۹۰ شمرده است) یا دیگر انکودینگ‌های باینری را داشته باشد. یک کانتر دهه یک کانتر باینری است که طراحی شده تا ۱۰۰۱ بشمرد (دهدهی ۹).
کانتر جانسون یک کانتر حلقه اصلاح‌شده است که در آن خروجی از آخرین فلیپ فلاپ معکوس شده و به عنوان ورودی به اولین تغذیه می‌شود. به آن همچنین کانتر فیدبک معکوس (inverse) یا کانتر حلقه توئیستد (twisted) گفته می‌شود. کانتر جانسون، یک رشته «یک» را به گردش درمی‌آورد که بعد از آن صفرهایی دور حلقه می‌آید.

کانتر تایمر

کانتر تایمرها دستگاه‌هایی هستند که کاری را انجام می‌دهند که از اسمشان مشخص است؛ از آن‌ها می‌توان استفاده کرد تا رویدادها یا سیگنال‌هایی خارج از سیستم را شمرد یا از آن‌ها می‌توان برای زمان‌بندی فعالیت‌ها استفاده کرد. یک کانتر تایمر، یک دستگاه سخت‌افزاری است که باید مقداردهی اولیه شود یا فقط به عنوان دستگاه‌های I/O دیگر برنامه‌دهی شود.

یک دستگاهی است که از یک فاصله زمان مشخص شمارش معکوس می‌کند و برای ایجاد یک تاخیر زمانی استفاده می‌شود، به طور مثال، یک ساعت شنی، یک تایمر است. یک کانتر، دستگاهی است که تعداد دفعات یک رویداد مشخص یا فرآیند رخ داده را نسبت به یک سیگنال کلاک/ساعت، ذخیره می‌کند (و گاهی اوقات نشان می‌دهد).