ตัวนับแบบวงแหวน ( Ring counter) เป็น ตัวนับชนิดหนึ่งที่ประกอบด้วยฟลิปฟลอปที่เชื่อมต่อเข้ากับรีจิสเตอร์แบบเลื่อน (Shift register ) โดยเอาต์พุตของฟลิปฟลอปตัวสุดท้ายจะถูกป้อนเข้าสู่อินพุตของฟลิปฟลอปตัวแรก ทำให้เกิดโครงสร้างแบบ "วงกลม" หรือ "วงแหวน"

เครื่องนับวงแหวนมีสองประเภท:

• ตัวนับแบบวงแหวนตรงหรือที่เรียกว่าตัวนับแบบวันฮอตจะเชื่อมต่อเอาต์พุตของรีจิสเตอร์เลื่อนตัวสุดท้ายเข้ากับอินพุตของรีจิสเตอร์เลื่อนตัวแรก และหมุนเวียนบิตหนึ่ง (หรือศูนย์) เพียงบิตเดียวไปรอบวงแหวน
• ตัวนับจอห์นสันหรือเรียกอีกอย่างว่าตัวนับวงแหวนบิดเกลียววงแหวนหางสวิตช์^{[ 1 ]}ตัวนับวงแหวนเดิน^{[ 1 ]}หรือตัวนับโม เบียส จะเชื่อมต่อเอาต์พุตที่เสริมกันของรีจิสเตอร์เลื่อนตัวสุดท้ายเข้ากับอินพุตของรี จิสเตอร์ตัวแรก และหมุนเวียนกระแสของเลขหนึ่งตามด้วยเลขศูนย์ไปรอบวงแหวน

ตัวนับแบบวงแหวนมักใช้เป็นตัวเรียงลำดับสถานะในเครื่องสถานะจำกัด ขนาดใหญ่ ต่างจากตัวนับแบบไบนารีซึ่งความล่าช้าในการส่งสัญญาณจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนบิตที่เพิ่มขึ้น ความล่าช้าในการส่งสัญญาณภายในตัวนับแบบวงแหวนจะคงที่โดยไม่ขึ้นอยู่กับจำนวนบิต ทำให้สามารถทำงานที่ความถี่สัญญาณนาฬิกาที่สูงขึ้นได้

ตัวนับแบบวงแหวนมีค่าโมดูลัส เล็ก กว่าตัวนับแบบไบนารีตัวนับแบบไบนารีมีสถานะ 2 ^{^N} สถานะ โดยที่ Nคือจำนวนฟลิปฟลอป ในทางตรงกันข้าม ตัวนับแบบวงแหวนตรงมี สถานะ N ^N สถานะ และตัวนับแบบจอห์นสันมีสถานะ 2 ^N สถานะ นี่อาจเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญในการใช้งานฮาร์ดแวร์ที่รีจิสเตอร์มีราคาแพงกว่าตรรกะแบบผสม หรือในทางกลับกัน

ตัวนับจอห์นสันสามารถเริ่มต้นตัวเองจากสถานะศูนย์ทั้งหมดได้ โดยจะสร้างรหัสเกรย์ซึ่งสถานะที่อยู่ติดกันจะแตกต่างกันเพียงบิตเดียว (กล่าวคือ มีระยะแฮมมิงเท่ากับ 1) ซึ่งอาจมีประโยชน์หากรูปแบบบิตจะถูกสุ่มตัวอย่างแบบอะซิงโครนัส^{[ 2 ]}

โดยทั่วไปจะใช้ตัวนับแบบวงแหวนตรงเมื่อ ต้องการการแสดงสถานะตัวนับ แบบ one-hotเช่นในตัวควบคุมลำดับบางตัว ตัวนับแบบสองทิศทางอาจถูกสร้างขึ้นโดยการเพิ่มมัลติเพล็กเซอร์ที่อินพุตของฟลิปฟลอปแต่ละตัว เพื่อเลือกเอาต์พุตของเพื่อนบ้านด้านซ้ายหรือขวา^{[ 3 ]}โดยแลกกับความล่าช้าในการแพร่กระจายที่เพิ่มขึ้น

ตัวนับแบบวงแหวนตรงเป็นรีจิสเตอร์เลื่อนแบบวงกลม ดังแสดงในตัวอย่างด้านล่าง รูปแบบ one-hot เริ่มต้น จะถูกสร้างขึ้นโดยการตั้งค่าฟลิปฟลอปหนึ่งตัวและล้างฟลิปฟลอปอื่นๆ ทั้งหมดเมื่อรีเซ็ต หรืออีกทางหนึ่ง ตัวนับสามารถทำให้เริ่มต้นตัวเองได้โดยการ AND ค่าผกผันของเอาต์พุตฟลิปฟลอปทั้งหมด ยกเว้นตัวสุดท้าย เพื่อให้ค่า 1 ถูกนำไปใช้กับอินพุตฟลิปฟลอปตัวแรกเมื่อไม่มีค่า 1 ในขั้นตอนใดๆ ยกเว้นขั้นตอนสุดท้าย^{[ 4 ​​]}

ตัวนับจอห์นสัน (Johnson counter) ซึ่งตั้งชื่อตามโรเบิร์ต รอยซ์ จอห์นสัน (Robert Royce Johnson) เป็นรีจิสเตอร์เลื่อนแบบวงกลม (circular shift register) ที่เอาต์พุตสุดท้ายจะกลับค่า ดังแสดงในตัวนับจอห์นสัน 4 บิตนี้:

ก่อนยุคของการคำนวณแบบดิจิทัล ตัวนับแบบวงแหวนถูกใช้ในเครื่องนับไกเกอร์เป็นตัวแบ่งความถี่ล่วงหน้าเพื่อลดอัตราการเกิดเหตุการณ์ (ของการสลายตัวของกัมมันตรังสีเป็นอนุภาคอัลฟาและเบตา) ให้มีความถี่ที่จัดการได้ง่ายขึ้น^{[ 5 ]}ตัวนับแบบวงแหวนห้าสถานะถูกใช้ร่วมกับตัวแบ่งความถี่แบบหารด้วยสองเพื่อสร้างตัวแบ่งความถี่แบบทศวรรษ (กำลังของสิบ) ก่อนปี 1940 เช่นที่พัฒนาโดยCE Wynn-Williams [ ^{5 ] การ}ใช้งานตัวนับแบบวงแหวนในยุคแรกอื่นๆ ได้แก่ ตัวนับการเกิดรูปแบบในการวิเคราะห์รหัส (เช่นในเครื่องถอดรหัส Heath Robinsonและคอมพิวเตอร์ Colossus ) ^{[ 6 ]}และเป็นตัวสะสมการนับสำหรับเลขคณิตทศนิยมในคอมพิวเตอร์และเครื่องคิดเลข โดยใช้การแสดงแบบbi-quinary (เช่นใน Colossus) หรือแบบ ten-state one-hot (เช่นในENIAC )

วงแหวนนับรุ่นแรกๆ ใช้เพียงองค์ประกอบแอคทีฟเพียงตัวเดียว (หลอดสุญญากาศ วาล์ว หรือทรานซิสเตอร์) ต่อขั้น โดยอาศัยการป้อนกลับทั่วโลกเพื่อระงับสถานะอื่นๆ นอกเหนือจากสถานะวันฮอต ตัวอย่างเช่น ในการยื่นจดสิทธิบัตรในปี 1941 ของRobert E. Mummaแห่งบริษัทNational Cash Register ^{[ 7 ]} Wilcox P. Overbeckได้คิดค้นเวอร์ชันที่ใช้แอโนดหลายตัวในหลอดสุญญากาศตัวเดียว^{[ 8 ] [ 9 ]}เพื่อเป็นการยกย่องผลงานของเขา วงแหวนนับบางครั้งจึงเรียกว่าวงแหวนโอเวอร์เบ็ค

ENIAC ใช้เลขคณิตทศนิยมโดยอิงจากตัวนับวงแหวนร้อนสิบสถานะ งานของ Mumma ที่NCRและ Overbeck ที่MITเป็นหนึ่งในงานก่อนหน้าที่สำนักงานสิทธิบัตรตรวจสอบ ซึ่งทำให้สิทธิบัตรของJ. Presper EckertและJohn Mauchlyสำหรับเทคโนโลยี ENIAC เป็น โมฆะ ^{[ 10 ]}

ในช่วงทศวรรษ 1950 เคาน์เตอร์แบบวงแหวนที่มีฟลิปฟลอปแบบสองหลอดหรือไตรโอดคู่ต่อสเตจเริ่มปรากฏขึ้น^{[ 11 ]}

โรเบิร์ต รอยซ์ จอห์นสัน ได้พัฒนาตัวนับแบบรีจิสเตอร์เลื่อนหลายแบบโดยมีเป้าหมายเพื่อสร้างสถานะจำนวนต่างๆ ด้วยตรรกะป้อนกลับที่ง่ายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และยื่นขอสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2496 ^{[ 12 ]}ตัวนับจอห์นสันเป็นตัวนับที่ง่ายที่สุดในบรรดาตัวนับเหล่านี้

ตัวนับแบบวงแหวนตรงมักใช้เพื่อสร้างสัญญาณวันฮอตที่ช่วยให้สามารถดำเนินการเฉพาะในแต่ละสถานะของวงจรควบคุมแบบวนรอบได้ รหัสวันฮอตยังสามารถถอดรหัสได้จากตัวนับจอห์นสัน โดยใช้เกตหนึ่งตัวสำหรับแต่ละสถานะ^{[ 13 ]}

ตัวนับจอห์นสันมักใช้เพื่อสร้างวงจรที่มีจำนวนสถานะเป็นเลขคู่ ซึ่งเข้ารหัสโดยตรงเป็นรหัสเกรย์และสามารถสุ่มตัวอย่างแบบอะซิงโครนัสได้โดยไม่ทำให้เกิดความผิดพลาด^{[ 14 ]}รหัสจอห์นสัน 2 บิตและรหัสเกรย์ 2 บิตเหมือนกัน ในขณะที่สำหรับ 3 บิตขึ้นไป รหัสเกรย์และรหัสจอห์นสันจะแตกต่างกัน ในกรณี 5 บิต รหัสของตัวนับจอห์นสันจะเหมือนกับรหัส Libaw–Craig สำหรับตัวเลขทศนิยม จาก "ตัวแปลงสัญญาณดิจิทัลแบบเพลาที่เข้ารหัสทศนิยมแบบไม่นับ" ^{[ 15 ] [ 16 ]}

ตัวนับจอห์นสันและตัวต้านทานจำนวนเล็กน้อยสามารถสร้างการประมาณคลื่นไซน์ที่ปราศจากความผิดพลาดซึ่งมีความถี่เอาต์พุตที่กำหนดโดยความถี่นาฬิกาของตัวนับเท่านั้น^{[ 17 ]}

• เคาน์เตอร์ (ดิจิทัล)
• ออสซิลเลเตอร์แบบวงแหวน
• รีจิสเตอร์เลื่อนป้อนกลับเชิงเส้น