Cont Adores Eletrnica Digital

8/9/2019 Cont Adores Eletrnica Digital

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UNIVASFUNIVASF

Eletrnica Digital IEletrnica Digital I

Prof. Rodrigo Ramos

[email protected]

ContadoresContadores


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Contadores

Um contador um arranjo de FFs que avana de um estado para outroem resposta a um evento (ex. sinal de clock).

O contador conta o nmero de eventos.

Num circuito contador, a entrada de clock suficiente para faz-locontar dentro de sua seqncia.

CircuitoContador...

CLK

sada pr-definida (contagem)

Mdulo: Nmero de estados que o contador percorre em cada ciclocompleto de contagem antes de retornar ao estado inicial.

Mdulo = 2NN= nmero de FF

Nmero de estados pode ser menor que o mdulo: contador pula

alguns estados


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Contadores (cont.)

Os contadores podem ser classificados em:

Tipo de controle

- Assncrono

- Sncrono

Tipo de contagem

- Crescente (up)

- Decrescente (down)


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Contador Assncrono

Contador NO muda de estado em sincronismo com clock.

- Somente o primeiro FF recebe o clock externo- Os demais FF so interligados em cascata (sada de um

aciona entrada CLK do seguinte)

Exemplo: Contador assncrono (ondulante ou por pulsao) de 4 bits ripple counter


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Atraso entre as respostas dos FFs de 5 a 20 ns.

FF A LSB FF D MSB

Todos os FFcom J e K em 1.

Poderia serutilizado umFF T (T = 1).

Contador Assncrono (cont.)


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Diviso de Freqncia

Em um contador bsico cada FF produz um sinal de sada comuma freqncia que a metade do sinal na sua entrada de clock.

16kHZ

8kHZ4kHZ

2kHZ

1kHZ

Obs: Em qualquer contador: fMSB = fclock / mdulo (divisor pelo mdulo)

Mdulo 16 contador divisor por 16


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Exemplo: Relgio Digital.

Questo: Quantos FF so necessrio para implementar umcontador de mdulo 60?

2N 60 Potncia de 2 mais prxima 64Logo N= 6 FFs


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Atraso de Propagao em Contadores Assncronos

B responder tpd aps A receber transio do clock, C

responder 2 x tpd

, e assim por diante.

Contadores por pulsao so os mais simples poisnecessitam apenas dos FFs.

No entanto, apresentam a desvantagem de um atraso depropagao porporcional ao nmero de FFs. Cada FF disparado pelo anterior


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Os atrasos de propagao se acumulam de modo que o ensimo

FF no muda de estado at um intervalo de tempo Nx tpd aps atransio do clock tenha ocorrido.

Obs: Para freqncias baixas, o contador trabalha adequadamente.

S aps 150 ns, oresultado da sada C confivel.

O mesmo no verdade para freqncias elevadas, como a seguir.


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O problema pode ser evitado desde que: Tclock Nx tpd Em termos de freqncia: fmax= 1 / (Nx tpd), onde N= n FF

Exemplo: Contador de 4 bits usando 74LS112 tPLH

= 16 ns e tPHL

= 24 ns

fmax

= 1/( 4 x 24 ns) = 10,4 Mhz

Para 6 bits:fmax

= 1/( 6 x 24 ns) = 6,9 Mhz


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Esses estados temporriosproduzem glitches.

011 010 100

Erro

Outro problema dos contadores assncronos: sadas decodificadas.

Em dado intervalo de tempo, o contador passa por estado temporrio.

Soluo: Na lgica de decodificao, adicionar entrada extra(pulso de controle) que s ativada aps o tempo depropagao total.


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Contador Sncrono Contadores sncronos ou paralelos so aqueles em que os FFsso disparados simultaneamente pelos pulsos de clock.

Em alguns casos, algum circuito adicional deve ser usado para

controlar comutao dos FFs. Ex. Contador de mdulo 16 (4 bits).

- Entradas CLK comuns- Apenas A tem J = K = 1.- Requer circuito adicional.

Entradas J e K so conectadas de forma que s soALTAS quando todos as sadas dos FFs anterioresforem ALTAS.


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Contador Sncrono (cont.)

Observe que as as entradas das portas AND so sempre assadas de todos os FFs dos estgios anteriores.

Quanto maior a contagem, mais entradas as portas AND devemter.

Como regra geral, a porta AND que entrada de um estgio N

ter (N-1) entradas.


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Contador Sncrono (cont.)

Vantagem sobre assncronos:

- Atrasos dos FFs no so somados para obter atraso

total. Atraso total = tpd de um FF + tpd da porta AND

Independente do nmero de FFs, ou seja, podem operarem freqncia muito maior que contadores assncronos.

Exemplo: a) Determine fmax

para o contador sncrono se cada FF tem um tpd

de 50

ns e a porta AND tem tpd

de 20 ns. Compare com o contador assncrono.

b) Determine fmax

para um contador paralelo de mdulo 32.

Sol. a) Para o contador sncrono, Tclock tpd(FF) + tpd(AND) = 70 ns. Logofmax = 1 / (70 ns) = 14,3 MHz

Para o caso assncronofmax = 1 / (4 x 50 ns) = 5 MHz

b) fmax = 14,3 MHz, visto que independente do nmero de FFs.


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Contador de Mdulo < 2N

- Os contadores vistos at agora so todos de mdulo mximo 2N.

- possvel gerar um mdulo menor, rearrumando as sadas oufazendo com que o contador pule alguns estados.

- Uma forma comum conectar uma porta NAND entrada CLR'dos FFs.

- Essa abordagem vlida tanto para contadores sncronos quantopara assncronos.


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Contador de Mdulo < 2N

Exemplo: Contador sncrono de mdulo 6. Sem considerar a NAND,circuito um contador mdulo 8. C B A

0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 1

1 1 01 1 1

Mantm-se no estado 110por alguns nanossegundos.

Admite-se que o contadorconta de 0 a 5.

spike

Obs: Conforme observado na formade onda C, ela no simtrica(ciclo de trabalho no 50%) edivide a freqncia de entrada por 6.


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Diagrama de transio de estados e apresentao dos resultados.

Cada crculo representa um estado e setas indicam pulso de clock.

Contador de Mdulo < 2N (cont.)

Linhas tracejadas indicamestado temporrio.

Estado 111 pode ser atingido,por exemplo, quando o circuito energizado ou devido a umrudo.

Nesse caso, a porta NAND ter sada BAIXA e ressetar contador.


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Alterando o mdulo

PROCEDIMENTO GERAL contador mduloX:

1. Determinar menor nmero de FFs N, tal que 2NXe conecte-oscomo um contador (se 2N=X, dispense os prximos passos).

2. Conecte a sada de uma NAND s entradas CLR' dos FFs.

3. Determine os FFs que estaro em nvel ALTO na contagem =X.

Conecte as sadas destes FFs s entradas da NAND.


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Alterando o mdulo

PROCEDIMENTO GERAL contador mduloX:

Exemplo: Construir contador sncrono mdulo 10 que conte de 0000(010) a 1001 (910).

Sol. Como 23 = 8 e 24 = 16, temos que ter 4 FFs. Como os estadosestveis devem ir at 1001, o contador deve ser ressetado ao atingir a

contagem 1010 (1010). Logo, as sadas D e B devem ser conectadas porta NAND.

Contador decdicoou BCD


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- Um outro exemplo o contador em anel (que na verdade umregistrador de deslocamento com realimentao).

- Ex. Contador em anel com mdulo 4.

Inicia colocado brevementeem nvel 1, fazendo Q

0= 1 e

ressetando os demais FFs.

A seguir, clock aplicado, e

o contador passa a contar osciclos de clock.

Para determinar contagem,basta saber que FF seencontra em nvel 1.

Vantagem: simplicidade.

Desvantagem: mdulo Npara NFFs (mximo 2N) pouco econmico.



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- Um contador decrescente pode ser criado de maneira anloga aocrescente, simplesmente usando as sadas invertidas dos FFs.

- As sadas da contagem continuam sendo as sadas no invertidas.

Contador Sncrono Decrescente


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- A entrada de controle Up/Down'controla se as entradas J e Kdos FFs seguintes seroacionados pelas sadas normaisou invertidas.

- Quando Up/Down' = ALTO, asportas 1 e 2 sero acionadas contagem crescente.

- Quando Up/Down' = BAIXO, asportas 3 e 4 sero acionadas

contagem decrescente.

Contador Sncrono Crescente/Decrescente


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- Podem ser inicializados com qualquer contagem inicial assncrona ousincronamente.

- Operao chamada de carga paralela.

Contador com Carga Paralela (Presettable)

- Ex. Carga paralela assncrona de trs bits:

1) Aplicar contagem desejada nas entradas P2, P

1, e P

0.

2) Aplicar pulso BAIXO em PL' (Parallel Load)

- Transferncia ocorre independente das entradas J, K e CLK.


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Srie 74ALS160-163/74HC160-163

Contadores Crescentes

CIs Contadores


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74ALS163

Contador mdulo 16

CIs Contadores


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Formas de onda do 74ALS163

CLEAR sncrono

Entradas de dados : DCBA = 1100

CIs Contadores (cont.)


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Formas de onda do 74HC160 (cont. BCD)

CLEAR assncrono




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Srie 74ALS190-191(indisponveis)/74HC190-191

Contadores Crescentes/Decrescentes



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Formas de onda do 74HC190 (cont. BCD)




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Os CIs apresentados podem ser usados em configuraes em cascata.

O exemplo abaixo mostra um contador de 8 bits (mdulo 256)

implementado a partir de 2 CIs 74ALS163.

Contador de Mltiplos Estgios

CLR' limpar sincronamente todos os estgios.

LD' carregar o contador com os 8 bits D7-D0.

TC1 habilita contagem do CI 2. Como RCO s permanece

ativo duante o ltimo estado, o CI 2 s conta 1 estado a cada16 contagens do CI 1.

Decodificando um Contador


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Contagem digital geralmente usada para ativar dispositivos ougeralmente precisa ser mostrada.

Se as sadas do contador so conectadas a leds, os estados dos FFs

podem ser visivelmente representados No entanto, nem sempre conveniente usar leds (decodificaomental).

Soluo: decodificadores.

Ex. : Contador md. 8

Decodificando um Contador

Decodificando um Contador (cont )


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Outro exemplo : Contador em anel torcido ou contador JohnsonDecodificando um Contador (cont.)

LgicaDecodifi-cadora

O0

O1

O2O3

O4

O5

O5

O6

O7

Q0

Q2

Q1

Q3

D0

D1

D2

D3

Q3'

clock

Contagem Q0 Q1 Q2 Q3 Lgica Decod.

0 0 0 0 0

1 1 0 0 0

2 1 1 0 0

3 1 1 1 0

4 1 1 1 1

5 0 1 1 1

6 0 0 1 1

7 0 0 0 1

Q0' Q3'

Q0Q

1'

Q1

Q2'

Q2

Q3'

Q0

Q3'

Q0' Q

1

Q1' Q

2

Q2' Q3

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