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Engenharia Eletrônica ·
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Contadores Assíncronos Clock aplicado apenas na entrada CLK para flipflop A J e K são altos em todos os flipflops A saída de flipflop A é clock de entrada para o flipflop B As saídas dos flipflops D C B e A são um número binário de 4 bits sendo o D o MSB Contadores Assíncronos Após a borda de descida do 15º pulso do clock os flipflops do contador estão na condição 1111 Um contador assíncrono não muda em sincronismo exato com o relógio O número MOD é igual ao número de estados pelos quais o contador passa antes da reciclagem Adicionando FFs o número MOD irá aumentar A divisão de frequência cada FF terá uma frequência de saída de metade da entrada A frequência de saída do último contador FF será a frequência do clock dividida pelo MOD do contador Atraso de Propagação dos Contadores Assíncronos Contadores assincronos são o tipo mais simples de contadores binários visto que requerem poucos componentes para que uma determinada operação seja produzida O atraso de propagação cumulativo pode causar problemas em altas frequências Se o período entre os pulsos de entrada é maior do que o atraso de propagação total do contador os problemas podem ser evitados Para o funcionamento adequado Tclock N x tpd Frequência máxima Fmax1N x tpd Atraso de Propagação dos Contadores Assíncronos Os contadores assíncronos não são muito úteis em altas frequências especialmente para os contadores com grande número de bits Padrões de contagem errados podem gerar falhas Sinais produzidos por sistemas usando contadores assíncronos Contadores Síncronos Paralelos Para este circuito contar corretamente em determinada borda de descida do clock apenas aqueles FFs que supostamente devem comutar nessa borda de descida do clock devem ter J K 1 quando ocorrer essa transição Contadores Síncronos Paralelos Em contadores síncronos ou paralelo todos os FFs são disparados simultaneamente em paralelo pelos pulsos de clock da entrada O atraso de propagação total será o mesmo para qualquer número de FFs Contadores de Modulo 2N O contador básico pode ser modificado para produzir números MOD menor que 2N Faz com que o contador salte estados que normalmente são parte da sequência de contagem Contadores MOD6 produzidos a partir de um contador MOD8 quando ocorre uma contagem de seis 110 Contadores de Modulo 2N Alterar o número MOD Para tal encontre o menor MOD necessário para que 2N seja menor ou igual a exigência e conecte uma porta NAND para as entradas assíncronos de todos os FFs Determinar quais são FFs ALTO na contagem desejada e conectar as saídas desses FFs às entradas NAND Diagrama de Transição de Contadores de Módulo 2N Cada círculo representa um dos possíveis estados do contador As setas indicam uma mudança de estado para outro em resposta a um pulso de clock de entrada Não há seta para o estado 111 pois o contador não pode avançar esse estado O estado 111 pode ocorrer em powerup quando o FFs pode cair em qualquer estado Contador Módulo 10 Decádicos são contadores amplamente utilizados para a contagem de eventos e para exibir os resultados na forma decimal Um contador de década é qualquer contador com 10 estados distintos independentemente da sequência Um contador BCD é um contador que conta década de binário 00001001 Qualquer contador MOD10 é um contador decádico Contador Síncrono Decrescente Um contador síncrono decrescente é construído de crescente forma semelhante a um contador Ele usa as saídas FFs invertidas para controlar as entradas J e K de ordem mais alta Contador Síncrono Crescente Decrescente UpDown 1 Nos primeiros cinco pulsos de clock O contador conta Up Nos últimos cinco pulsos O contador conta Down UpDown 0 As setas representam transições de estado que ocorrem na borda de descida do sinal de clock Há duas setas partindo de cada círculo de estado O próximo estado para esse contador depende do nível lógico aplicado na entrada de controle Contador com Carga Paralela Um contador préconfigurável pode ser definido para qualquer ponto inicial desejado síncrono ou assíncrono Préconfigurar também é chamado de carregamento paralelo do contador Contadores síncronos podem ser customizados para gerar qualquer sequência de contagem desejada Controle de expressões de entrada Analisando contadores síncronos Contadores síncronos podem ser customizados para gerar qualquer sequência de contagem desejada Controle de expressões de entrada Analisando contadores síncronos Analisar projetos de contadores desse tipo prevendo entradas de controle FF para cada estado do contador A tabela de estado presente estado futuro é muito útil para esse fim Analisando contadores síncronos Analisando contadores síncronos Onda e diagrama de transição de estados de contador síncrono Informação destacada indica que esse projeto de contador é de autocorreção Exercício Determine o diagrama de estado contador síncrono tipo D eqCu ê ncBi a dA a 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 etc Exemplo Projetar o contador síncrono conforme a s tabela abaixo 1o passo Formulação do problema e determinação do diagrama de estados Através da tabela verificamos que são necessários três flipflops A sequência da tabela não inclui os estados 101 110 e 111 Estes estados serão chamados de estados indesejáveis Procedimento de Projeto de Contadores Síncronos Determinar o número desejado de bits FFs e a sequência de contagem desejada Desenhar o diagrama de transição de estado mostrando todos os estados possíveis incluindo aqueles que não fazem parte da sequência de contagem desejada Usar o diagrama de transição de estados para criar uma tabela que liste todos os estados ATUAIS e os PRÓXIMOS Adicionar uma coluna para cada entrada J e K e indicar os níveis necessários para produzir a transição para o PRÓXIMO estado Projetar os circuitos lógicos para gerar os níveis exigidos em cada entrada Implementar as expressões finais Exemplo Projetar o contador síncrono conforme a sequência da tabela abaixo C B A 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 Etc Através da tabela verificamos que são necessários três flipflops A sequência da tabela não inclui os estados 101 110 e 111 Estes estados serão chamados de estados indesejáveis Obtenção da tabela de transição Estado Atual Próximo Estado Q3 Q2 Q1 Q3P Q2P Q1P 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 Pode ser utilizado qualquer um dos flipflops estudados Escolheremos o FF JK Tabela de excitação do FF JK Q01 Q0 J K 0 0 0 x 0 1 1 x 1 0 x 1 1 1 x 0 Assim Estado Atual Próximo Estado Q3 Q2 Q1 Q3P Q2P Q1P J3 K3 J2 K2 J1 K1 0 0 0 0 0 1 0 X 0 X 1 X 0 0 1 0 1 0 0 X 1 X X 1 0 1 0 0 1 1 0 X X 0 1 X 0 1 1 1 0 0 1 X X 1 X 1 1 0 0 0 0 0 X 1 0 X 0 X 1 0 1 0 0 0 X 1 0 X X 1 1 1 0 0 0 0 X 1 X 1 0 X 1 1 1 0 0 0 X 1 X 1 X 1 Após fazer os mapas de Karnaugh temos o circuito ExemploControle de Motor de Passo O controle de um motor de passo gira em passos discretos tipicamente 15 graus por passo em vez de girar em movimento contínuo Uma aplicação prática de projeto de contadores síncronos Reversível dependendo do nível de saída
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Contadores Assíncronos Clock aplicado apenas na entrada CLK para flipflop A J e K são altos em todos os flipflops A saída de flipflop A é clock de entrada para o flipflop B As saídas dos flipflops D C B e A são um número binário de 4 bits sendo o D o MSB Contadores Assíncronos Após a borda de descida do 15º pulso do clock os flipflops do contador estão na condição 1111 Um contador assíncrono não muda em sincronismo exato com o relógio O número MOD é igual ao número de estados pelos quais o contador passa antes da reciclagem Adicionando FFs o número MOD irá aumentar A divisão de frequência cada FF terá uma frequência de saída de metade da entrada A frequência de saída do último contador FF será a frequência do clock dividida pelo MOD do contador Atraso de Propagação dos Contadores Assíncronos Contadores assincronos são o tipo mais simples de contadores binários visto que requerem poucos componentes para que uma determinada operação seja produzida O atraso de propagação cumulativo pode causar problemas em altas frequências Se o período entre os pulsos de entrada é maior do que o atraso de propagação total do contador os problemas podem ser evitados Para o funcionamento adequado Tclock N x tpd Frequência máxima Fmax1N x tpd Atraso de Propagação dos Contadores Assíncronos Os contadores assíncronos não são muito úteis em altas frequências especialmente para os contadores com grande número de bits Padrões de contagem errados podem gerar falhas Sinais produzidos por sistemas usando contadores assíncronos Contadores Síncronos Paralelos Para este circuito contar corretamente em determinada borda de descida do clock apenas aqueles FFs que supostamente devem comutar nessa borda de descida do clock devem ter J K 1 quando ocorrer essa transição Contadores Síncronos Paralelos Em contadores síncronos ou paralelo todos os FFs são disparados simultaneamente em paralelo pelos pulsos de clock da entrada O atraso de propagação total será o mesmo para qualquer número de FFs Contadores de Modulo 2N O contador básico pode ser modificado para produzir números MOD menor que 2N Faz com que o contador salte estados que normalmente são parte da sequência de contagem Contadores MOD6 produzidos a partir de um contador MOD8 quando ocorre uma contagem de seis 110 Contadores de Modulo 2N Alterar o número MOD Para tal encontre o menor MOD necessário para que 2N seja menor ou igual a exigência e conecte uma porta NAND para as entradas assíncronos de todos os FFs Determinar quais são FFs ALTO na contagem desejada e conectar as saídas desses FFs às entradas NAND Diagrama de Transição de Contadores de Módulo 2N Cada círculo representa um dos possíveis estados do contador As setas indicam uma mudança de estado para outro em resposta a um pulso de clock de entrada Não há seta para o estado 111 pois o contador não pode avançar esse estado O estado 111 pode ocorrer em powerup quando o FFs pode cair em qualquer estado Contador Módulo 10 Decádicos são contadores amplamente utilizados para a contagem de eventos e para exibir os resultados na forma decimal Um contador de década é qualquer contador com 10 estados distintos independentemente da sequência Um contador BCD é um contador que conta década de binário 00001001 Qualquer contador MOD10 é um contador decádico Contador Síncrono Decrescente Um contador síncrono decrescente é construído de crescente forma semelhante a um contador Ele usa as saídas FFs invertidas para controlar as entradas J e K de ordem mais alta Contador Síncrono Crescente Decrescente UpDown 1 Nos primeiros cinco pulsos de clock O contador conta Up Nos últimos cinco pulsos O contador conta Down UpDown 0 As setas representam transições de estado que ocorrem na borda de descida do sinal de clock Há duas setas partindo de cada círculo de estado O próximo estado para esse contador depende do nível lógico aplicado na entrada de controle Contador com Carga Paralela Um contador préconfigurável pode ser definido para qualquer ponto inicial desejado síncrono ou assíncrono Préconfigurar também é chamado de carregamento paralelo do contador Contadores síncronos podem ser customizados para gerar qualquer sequência de contagem desejada Controle de expressões de entrada Analisando contadores síncronos Contadores síncronos podem ser customizados para gerar qualquer sequência de contagem desejada Controle de expressões de entrada Analisando contadores síncronos Analisar projetos de contadores desse tipo prevendo entradas de controle FF para cada estado do contador A tabela de estado presente estado futuro é muito útil para esse fim Analisando contadores síncronos Analisando contadores síncronos Onda e diagrama de transição de estados de contador síncrono Informação destacada indica que esse projeto de contador é de autocorreção Exercício Determine o diagrama de estado contador síncrono tipo D eqCu ê ncBi a dA a 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 etc Exemplo Projetar o contador síncrono conforme a s tabela abaixo 1o passo Formulação do problema e determinação do diagrama de estados Através da tabela verificamos que são necessários três flipflops A sequência da tabela não inclui os estados 101 110 e 111 Estes estados serão chamados de estados indesejáveis Procedimento de Projeto de Contadores Síncronos Determinar o número desejado de bits FFs e a sequência de contagem desejada Desenhar o diagrama de transição de estado mostrando todos os estados possíveis incluindo aqueles que não fazem parte da sequência de contagem desejada Usar o diagrama de transição de estados para criar uma tabela que liste todos os estados ATUAIS e os PRÓXIMOS Adicionar uma coluna para cada entrada J e K e indicar os níveis necessários para produzir a transição para o PRÓXIMO estado Projetar os circuitos lógicos para gerar os níveis exigidos em cada entrada Implementar as expressões finais Exemplo Projetar o contador síncrono conforme a sequência da tabela abaixo C B A 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 Etc Através da tabela verificamos que são necessários três flipflops A sequência da tabela não inclui os estados 101 110 e 111 Estes estados serão chamados de estados indesejáveis Obtenção da tabela de transição Estado Atual Próximo Estado Q3 Q2 Q1 Q3P Q2P Q1P 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 Pode ser utilizado qualquer um dos flipflops estudados Escolheremos o FF JK Tabela de excitação do FF JK Q01 Q0 J K 0 0 0 x 0 1 1 x 1 0 x 1 1 1 x 0 Assim Estado Atual Próximo Estado Q3 Q2 Q1 Q3P Q2P Q1P J3 K3 J2 K2 J1 K1 0 0 0 0 0 1 0 X 0 X 1 X 0 0 1 0 1 0 0 X 1 X X 1 0 1 0 0 1 1 0 X X 0 1 X 0 1 1 1 0 0 1 X X 1 X 1 1 0 0 0 0 0 X 1 0 X 0 X 1 0 1 0 0 0 X 1 0 X X 1 1 1 0 0 0 0 X 1 X 1 0 X 1 1 1 0 0 0 X 1 X 1 X 1 Após fazer os mapas de Karnaugh temos o circuito ExemploControle de Motor de Passo O controle de um motor de passo gira em passos discretos tipicamente 15 graus por passo em vez de girar em movimento contínuo Uma aplicação prática de projeto de contadores síncronos Reversível dependendo do nível de saída