contadorparalelo

Capítulo 7 - Contadores e Registradores 7.1 Contadores Assíncronos (“Ripple Counters”) O contador que usa a saída de um FF como sinal de CLK para o próximo FF é chamado de contador assíncrono (somente o primeiro FF está em sincronismo) ou contador ripple. 1 1 1 1 1 1 1 1

O contador possui 16 estados distintos (00002 a 11112=1510) e por isso é denominado contador ripple MOD-16. Divisão de freqüência: a freqüência do sinal de saída de cada FF é a metade da freqüência do sinal na sua entrada CLK. A saída do último FF divide a freqüência do sinal de clock pelo número MOD do contador.

7.2 Contadores com Números MOD < 2N

Procedimento Geral para projeto de um contador MOD-X: 1. Encontre o menor número de FF’s tal que 2N ≥ X e

conecte-os como um contador. Se X = 2N descarte os passos 2 e 3.

2. Ligue a saída de uma porta NAND às entradas CLEAR de todos os FF’s.

3. Determine quais FF’s estarão em alto quando a contagem atingir o valor X; então ligue as saídas normais desses FF’s nas entradas da porta NAND.

Q0 J0 CLK Q 0 K0

Q1 J1 CLK Q 1 K1

Q2 J2 CLK Q 2 K2

Q3 J3 CLK

3 K3 Q

Prof. Eduardo Nunes Gonçalves Eletrônica Digital I 79

Ex.: Contador MOD-6 (0002 a 1012). Quando a contagem atinge 1102, com Q1 = 1 e Q2 = 1, é gerado o sinal ativo-BAIXO nas entradas CLR dos FF’s reiniciando a contagem em 0002. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Clock

Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

Q1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0

Q2 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1

CLR

Q0 J0 CLK Q 0 K0 CLR



Contadores MOD-10 (decádicos)/Contadores BCD Um contador decádico é qualquer contador que tenha 10 estados distintos. Um contador decádico que conta de 00002 (zero) a 10012 (=910) é chamado contador BCD, por usar somente os dez grupos do código BCD. Os contadores decádicos são bastante usados em situações onde pulsos ou eventos devem ser contados e os resultados devem ser mostrados em algum tipo de display numérico decimal.


7.3 Contadores Assíncronos Integrados

Existem vários contadores assíncronos integrados, sendo um deles o 7493, ou o 74293 que possui os pinos de alimentação nas extremidades (obs.: entradas J=K=1):

74293 Q0 (LSB) Q1 Q2 (MSB) Q3

J Q CP K CD Q

J Q CP K CD Q

J Q CP K CD Q

J Q CP K CD Q

CP0

CP1 MR1MR2

Símbolo IEEE/ANSI: 74293

CP0 CP1

74293

CTR CT = 0 &

DIV2 +

DIV8 0

+ CT 2

MR1MR2 CP0

CP1

Q0 Q1

Q2

Q3

MR1 MR2 Q3 Q2 Q1 Q0

MR = Master Reset O 7493 (ou 74293) pode ser visto como composto de um contador MOD-2 e um contador MOD-8 que podem ser conectados para formar um contador MOD-16.

Obs.: “+” indica contagem crescente


Contadores Assíncronos CMOS (sem equivalente TTL): 74HC4024: contador MOD-128 (7 bits) 74HC4040: contador MOD-4096 (12 bits) com entrada de clock tipo

Schmitt-trigger que permite a entrada de sinais com transição lenta

CP

CTR

DIV128 +

MR Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0

7.4 Contadores Assíncronos Decrescentes

Obs.: J=K=1 para todos FF’s

Q0 J0 CLK Q 0 K0

Q1 J1 CLK Q 1 K1

Q2 J2 CLK Q 2 K2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Clock

Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

Q1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

Q2 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1

Obs.: Como é usado CLK = Q, a transição ocorre na borda de subida de Q.


7.5 Retardo de Propagação em Contadores Assíncronos

Os contadores ripple são o tipo mais simples de contadores por usarem menos componentes. Entretanto, como o CLK do próximo FF é a saída do FF anterior, os contadores ripple possuem um tempo de retardo decorrente do tempo de propagação do sinal (tpd) entre a entrada CLK e a saída Q. O último FF mudará de estado apenas após o tempo N x tpd, onde N é o número de FF’s.

Tclock ≥ N x tpd ⇒ fmáx = 1 / ( N x tpd ) tpd é o maior entre tPHL e tPLH. 3 x 50ns

7.6 Contadores Síncronos (Paralelos)

O problema do retardo de propagação nos contadores ripple pode ser resolvido pelo uso de contadores síncronos (ou paralelos) onde os pulsos de entrada do clock são aplicados a todos os FF’s simultanea-mente. A desvantagem do contador síncrono é a necessidade da lógica adicional para determinar quando cada FF deve comutar. Q2Q1Q0 Q1Q0 1 1 Nos contadores síncronos, o tempo de resposta é dado por:

Tclock ≥ retardo total = tpd do FF + tpd da porta AND Contadores Síncronos disponíveis no mercado:

74LS160/162, 74HC160/162: contadores decádicos síncronos 74LS161/163, 74HC161/163: contadores MOD-16 síncronos

Clck

Q0

Q1

Q2

Q0 J0 CLK Q 0 K0

Q1 J1 CLK Q 1 K1

Q2 J2 CLK Q 2 K2

Q3 J3 CLK Q 3 K3


7.7 Contadores Síncronos Crescentes/Decrescentes

De forma similar ao contador decrescente assíncrono, pode-se obter um contador decrescente síncrono usando as saídas invertidas dos FF’s para ativar as entradas J e K seguintes. No contador crescente/decrescente, pode-se utilizar as entradas de controle CONTAGEM-CRESCENTE e CONTAGEM-DECRESCENTE para determinar se a saída normal ou invertida vai ser usada para determinar as entradas J e K dos FF’s seguintes. A

1

1 A CI’s disponíveis no mercado: 44LS190 e 74HC190: contadores decádicos crescente/decrescente.

Q0 J0 CLK Q 0 K0

Q1 J1 CLK Q 1 K1

Q2 J2 CLK Q 2 K2

Contagemdecrescente

Contagemcrescente

7.8 Contadores Inicializáveis (presettable)

Existem contadores síncronos na forma de CI que podem ser carregados inicialmente com qualquer valor desejado tanto na forma assíncrona como na forma síncrona (na transição ativa do sinal de Clock). A inicialização assíncrona é usada nos contadores TTL 74190, 74191, 74192, e 74193 e nos seus equivalentes CMOS (74HCxxx).


Contador paralelo MOD-8 inicializável assíncronamente P2 P1 P0 P2 , P1 e P0: entradas de dados paralelas PL: Carga paralela

Q2 PR J2 CLK Q 2 CL K2



PL

1

1

Se PL = 1, o contador opera normalmente com as entradas de PRESET e CLEAR dos FF’s no nível 1. Se PL = 0, as entradas de dados paralelas irão determinar os níveis das entradas de PRESET e CLEAR, determinado os valores das saídas dos FF’s (carregamento ou carga do contador). Inicialização Síncrona: a inicialização ocorre na transição ativa do sinal de clock. A entrada PL determina se a transição ativa do clock vai inicializar o contador ou se ela vai transferir o contador para o próximo estado na seqüência de contagem. Ex. de CI’s com inicialização síncrona: TTL 74160, 74161, 74162 e 74163 e seus equivalentes CMOS (74HCxxx).


7.9 O Contador 74193 (LS193/HC193)

O contador 74193 é um contador crescente/decrescente inicializável MOD-16, com contagem síncrona, inicialização assíncrona e reset principal assíncrono. Pino Descrição CPU Entrada de clock para

contagem crescente CPD Entrada de clock para

contagem decrescente MR Entrada assíncrona de reset

principal PL Entrada assíncrona de carga

paralela P0-P3 Entradas de dados paralelas Q0-Q3 Saídas dos FF’s TCD Terminal de saída de

contagem decrescente (vem um)

TCU Terminal de saída de contagem crescente (vai um)

Obs.: a entrada CPU ou CPDinativa deve ser mantida em nível alto.

MR Q3 Q2 Q1 Q0

PL P3 P2 P1 P0

74193 + Contador crescente/ decrescente MOD-16 -

TCU TCD

CPU CPD

As saídas de contagem terminal são usadas para conectar dois ou mais 74193 para gerarem um MOD maior.

TCU TCD

74193 Contador crescente/ + decrescente MOD-16 -

CPU CPD

PL P7 P6 P5 P4

74193 Contador crescente/ + decrescente MOD-16 -

CPU CPD

TCU TCD

PL P3 P2 P1 P0

MR Q3 Q2 Q1 Q0MR Q7 Q6 Q5 Q4


CPU CPD Q3 Q3 Q2 TCU Q2 TCD Q1 Q1 Q0 Q0 7.10 Mais sobre a notação IEEE/ANSI Símbolo IEEE/ANSI para o CI 74193:

CTR DIV16 CT=0 2+ 1CT=15G1 1- 2CT=0 G2 C3

[8]

Q0

Q1

Q2

Q3

P0

P1

P2

P3

[2]

3D [1]

[4]

MR CPU CPD PL

TCU TPD

7.11 Decodificação de um Contador A decodificação eletrônica do conteúdo do contador pode ser realizada com objetivo de apresentar o valor da contagem em uma forma mais compreensível, ou de detectar um determinado estado do contador, no caso de uma contagem ou temporização, de modo a disparar automaticamente uma operação sem a intervenção humana. Ex.: Contagem Contagem de de 1000 1110

PR Q CL

Q3

Q2

Q1

Q0Q3

Q2

Q1

Q1


7.12 Decodificação de Picos Devido aos retardos de propagação dos FF’s em contadores ripple, pode ocorrer picos (glitches ou spikes) nas saídas das portas decodificadoras. 1 1 Q0 X0 → 00 Q1 Q0 X2 → 10 1 1 Q1 #1 #2 #3 #4 #5 Clock

Q0

Q1 X0

X2

Uso de um sinal de Strobe para eliminar os picos: Clock Q0 Q1 X X Strobe Strobe

Q0 J0

CLK

Q 0 K0

Q1 J1

CLK

Q 1 K1

tDO tempo tD deve ser maior que o máximo retardo de propagação. O uso de sinal Strobe pode ser usado somente na identificação de um estado, como no exemplo de temporização.

7.14 Projeto de Contadores Síncronos Existem situações onde é necessário o projeto de contadores que seguem seqüências arbitrárias. Existem várias técnicas para se projetar tais contadores. Usando contadores síncronos, para cada FF, deve-se projetar o circuito lógico que decodifica os vários estados do contador para determinar os níveis lógicos das entradas J e K de modo a assegurar que, a cada transição ativa do sinal de Clock, a saída do FF assuma o nível lógico correto.


Tabela de Transição de Estados (Excitação) para FF’s J-K: Transição na

saída Estado Atual

Q(N) Próximo Estado

Q(N+1) J K

0 → 0 0 0 0 x

0 → 1 0 1 1 x

1 → 0 1 0 x 1

1 → 1 1 1 x 0 Procedimento de Projeto do Contador Síncrono: Passo 1: Determine o número de FF’s e a seqüência desejada. Passo 2: Desenhe o diagrama de transição de estados incluindo todos os estados possíveis, incluindo os que não fazem parte da contagem. Passo 3: Use o diagrama de estados para montar uma tabela que lista dos os estados atuais e seus próximos estados. Para os estados atuais indesejáveis define-se o próximo estado como sendo o estado zero (00...0). Passo 4: Adicione a tabela colunas para cada entrada J e K de todos os FF’s, formando a tabela de excitação do circuito. Passo 5: Projete o circuito lógico para cada entrada J e K de acordo com a tabela de excitação do circuito.

7.15 Contadores com Registradores de Deslocamento Registradores de deslocamento podem ser combinados para formarem vários tipos de contadores, como, por exemplo, o contador em anel e o contador Johnson. Contador em Anel:

D Q3 CLK

Q 3

D Q2 CLK

Q 2

D Q1 CLK

Q 1

D Q0 CLK

Q 0


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Clock

Q3 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

Q3 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0

Q1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1

Q0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0

Para o contador em anel operar adequadamente, é necessário iniciar os estados dos FF’s de modo que apenas um deles esteja com a saída no nível alto.

Um contador em anel MOD-N necessita de N FF’s.

O contador em anel é útil quando é necessário controlar a seqüência de operações de um sistema.

1000

01000001

0010

Contador Johnson:

MOD-N ⇔ N/2 FF’s

Q2 Q1 Q0 CT 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 2 1 1 1 3 0 1 1 4 0 0 1 5 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 2 1 1 1 3

1 2 3 4 5 6 7 Clock

Q3 0 1 1 1 0 0 0 1

Q3 0 0 1 1 1 1 0 0

Q1 0 0 0 1 1 1 0 0

D Q3 CLK

Q 3

D Q2 CLK

Q 2

D Q0 CLK

Q 0


Decodificação de um Contador Johnson: Para um contador Johnson de qualquer tamanho, só são necessárias duas saídas para decodificação lógica (identificação de um estado). Exs.: Q2 CT=3 Q1 CT=5 Q0 Q0

CI’s Contadores Usando Registradores de Deslocamento: Um contador Johnson precisa menos FF’s do que um contador em anel e mais FF’s do que um contador binário. Por outro lado, ele utiliza mais componentes no circuito decodificador do que um contador em anel e menos componentes do que no contador binário. Existem poucos CI’s contadores em anel ou contadores Johnson uma vez que ele pode ser facilmente implementado a partir de um registrador de deslocamento. CI CMOS 74HC4017 e 74HC4022: contadores Johnson com circuito completo de decodificação.

7.16 Aplicações dos Contadores: Contador de Freqüência Um contador de freqüência pode medir e mostrar a freqüência de um sinal. Ele é projetado utilizando um contador, normalmente formado por contadores BCD ligados em cascata, conectado a um decodificador/display.


7.17 Aplicações dos Contadores: Relógio Digital


7.18 Registradores em Circuitos Integrados Vários tipos de registradores podem ser classificados de acordo com a maneira em que os dados podem ser inseridos no registrador para armazenamento e na forma que os dados são extraídos do registrador: 1. Entrada paralela / saída paralela 2. Entrada serial / saída serial 3. Entrada paralela / saída serial 4. Entrada serial / saída paralela


7.19 Entrada Paralela/Saída Paralela - O 74174 e o 74178 MR CP D4 D3 … D0 … Q4 Q3 ... Q1 CP MR 74178 - Registrador de deslocamento de 4 bits: Ds: entrada de dados serial

Ds PE: habilita entrada paralela

CP SE: habilita entrada serial

SE Tabela de Seleção de Modos Entradas Respostas

SE PE CP 1 X Deslocamento à direita 0 1 Carga paralela 0 0 X Mantém

D Q CP

CLR

D Q CP

CLR

D Q CP

CLR

D5 D4 D D3 2 D1 D0

74174

Q5 D4 Q3 Q2 Q1 Q0

PE P0 P1 P2 P3

74178

Q0 Q1 Q2 Q3


7.20 Entrada Serial/Saída Serial - 0 4731B O CMOS 4731B possui 4 registradores de 64 bits. Ele possui uma entrada serial Ds para cada contador e uma entrada de clock CP. A única saída acessível de cada registrador é a do último FF, Q63, que passa por um buffer para aumentar a capacidade de corrente da saída.

7.21 Entrada Paralela/Saída Serial - O 74/ 74LS/ 74HC165 O 74165 é um registrador de 8 bits, com entrada de dados serial, Ds, e entrada paralela através de P0 a P7. As únicas saídas de FF’s acessíveis são Q7 e Q7. Ele possui duas entradas de clock CP1 e CP2, sendo que qualquer uma delas pode ser usada.

P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 Ds CP1 Q7 CP2 PL Q7 7.22 Entrada Serial/Saída Paralela - O 74/ 74LS/ 74HC164 O 74164 é um registrador de deslocamento de 8 bits com cada saída dos FF’s acessível externamente. Uma porta AND combina as entradas A e B para produzir a entrada serial. A A B B CP MR ...

Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 MR

CP

Q0Outros CI’s registradores: 74194: registrador de deslocamento universal bidirecional de 4 bits com entrada paralela e saída paralela, com duas entradas para determinar o modo de operação. 74373: registrador de 8 bits que contém 8 latches D com saídas de três estados. 741374: mesmo do 74373 mas com FF’s gatilhados.

74165

74165

D Q CP

CD


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