AT09 Contadorese Registradores, Notas de estudo de Engenharia Informática
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AT09 Contadorese Registradores, Notas de estudo de Engenharia Informática

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Sistemas Digitais - Ronald J Tocci Contadores e Registradores
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Microsoft PowerPoint - 9_Contadores e Registradores.ppt [Modo de Compatibilidade]

Contadores e Registradores

Professor: Breno Arêdes

Sistemas Digitais

Contadores e Registradores – Contadores Assíncronos – Contadores Síncronos – Circuitos Integrados de Contadores – Contadores com Registradores de Deslocamento:

Conteúdo Programático

Anel e Johnson – Registradores Serie/Paralelo – Circuitos Integrado de Registradores

Contadores Assíncronos

• São assíncronos porque os pulsos de clock são aplicados apenas na entrada CLK do FF A, desta forma apenas o FF A está em sincronismo com o CLOCK.

• J=K=1 para todos os FF assim eles irão comutar sempre que ocorrer uma borda de descida.

• A saída de cada FF aciona a entrada de CLK do FF seguinte.

• As saídas dos FFs D, C, B, A representam um número binário de 4 bits, sendo D o MSB.

• Após o 15º pulso de clock, os FFs do contador estarão na condição 1111. Na 16ª borda de descida do CLK o contador é zerado pois A muda de 1 para 0, fazendo com que o FF B mude de 1 para 0, e assim por diante até que o contador chegue ao estado 0000.

Contadores Assíncronos

Contadores Assíncronos

Fluxo de Sinal

Esquerda para direita (LSB.....MSB)

Direita para esquerda (MSB.....LSB)

Módulo

O módulo de um contador é igual ao número de estados que ele pode contar antes de zerar.

Módulo = 2N em que N é o número de FFs do circuito.

Contadores binários básicos podem ser modificados para obter um módulo que não esteja limitado a 2N.

Divisão de Freqüência

Em um contador básico cada FF proporciona uma forma de onda de saída que é exatamente metade da freqüência da forma de onda na entrada CLK.

Em qualquer contador, o sinal na saída do último FF tem uma freqüência igual à freqüência do clock de entrada divida pelo módulo do contador.

Atraso de propagação em contadores assíncronos

O principio básico de um contador assíncrono é que cada FF é disparado pela transição de saída do FF precedente.

Em virtude do tempo de atraso de propagação (tpd) inerente a cada FF os atrasos de propagação se acumulam, de modo que o enésimo FF não muda de estado até que um intervalo de tempo igual a N*tpd após a transição ativa do clock.

Contadores Síncronos

Os FFs são disparados simultaneamente (em paralelo) pelos pulsos de clock de entrada. Visto que os pulsos de clock são aplicados em todos os FFs, algum recurso tem de ser usado para controlar o momento em que um FF deve comutar e o momento em que deve permanecer inalterado quando ocorrer um pulso de clock.

• As entradas de CLK de todos os FFs estão conectadas juntas, de modo que o sinal de clock de entrada é aplicado simultaneamente em todos FF.

Apenas o flip-flop A, o LSB, tem suas entradas J e K permanentemente em• nível ALTO. As entradas J e K dos outros FFs são acionados por uma combinação lógica das saídas dos FFs.

Contadores Síncronos

Contadores Síncronos

A seqüência de contagem mostra que o FF A tem de mudar de estado em cada borda de descida do CLOCK. Por isso, J=K=1, assim ele comuta em cada borda de descida do clock de entrada.

A seqüência de contagem mostra que o FF B tem que mudar de estado em cada borda de descida que ocorrer enquanto A=1.

A seqüência de contagem mostra que o FF C tem de mudar de estado em cada borda de descida que ocorrer A=B=1.

Analogamente, podemos constatar que o FF D tem de comutar em toda borda de descida que ocorrer A=B=C=1.

Cada FF deve ter suas entradas J e K conectadas de modo que elas estejam no nível ALTO apenas quando as saídas de todos os FFs de mais baixa ordem estiverem no estado ALTO.

Contadores de Módulo < 2N

Módulo 6.

O contador básico síncrono mostrado anteriormente está limitado ao valor do módulo que é igual a 2N, em que N é o número de FFs. Esse valor é, na realidade, o valor máximo do módulo que pode ser obtido usando N flip-flops.

O contador básico pode ser modificado para gerar um módulo menor que 2N.

A figura ao lado mostra um contador módulo 6, ou seja, conta de 0 a 5.

Observe que a porta NAND está conectada à entrada CLR’ dos FFs, dessa forma quando B=C=1 os FFs serão resetados, reiniciando a contagem. Uma vez que os FFs foram resetados, a saida da NAND retorna para o nível ALTO.

Embora o contador chegue ao estado 110, ele se mantém nesse estado por apenas alguns nanosegundos antes de reiniciar para 000. Assim pode-se dizer que esse contador conta de 000 (zero) a 101 (cinco) e então recicla para 000.

Contadores de Módulo < 2N

Módulo 6.

Contadores de Módulo < 2N

Módulo 10

Também conhecidos como contadores decádicos, ou seja, tem 10 estados distintos não importando a seqüência.

Um contador decádico que conta em seqüência de 0000 (zero) a 1001 (decimal 9), é também denominado contador BCD, porque usa apenas os 10 grupos de códigos BCD.

Contadores Síncronos Decrescente

A contagem decrescente de um contador pode ser obtida utilizando as saidas invertidas de cada FF para controlar as entradas J e K de ordem mais alta.

• O FF A (LSB) precisa comutar na borda de descida do sinal de CLK.

• O FF B precisa mudar de estado na próxima borda de descida quando A=0 (A’=1).

• O FF C muda de estado quando A=B=0 (A’=B’=1).

• O FF D muda de estado quando A=B=C=0 (A’=B’=C’=1).

Contadores Síncronos Crescente/Decrescente

A entrada de controle UP/DOWN’ controla se as entradas J e K dos FFs seguintes serão acionadas pelas saídas normais ou invertidas dos FFs.

• UP/DOWN = 1

AND 1 e 2 habilitadas. A e B passam pela porta para as entrada J e K dos FFs C e B.

• UP/DOWN = 0

AND 3 e 4 habilitadas. A’ e B’ passam pela porta para as entradas J e K dos FFs C e B.

Circuito Integrado de Contadores Assíncronos

Definição das entradas e saídas: 1 – CLK: entrada de clock. Transição ativa ocorre na borda de subida; 2 – ENT / ENP: entrada de HABILITAÇÃO. Ativas em nível lógico ALTO. Tem de estar habilitadas para iniciar a contagem; 3 – CLR’: entrada de clear*, serve para resetar as saídas do contador. Ativa em nível lógico BAIXO.

*Clear assíncrono (74ALS160 / 74ALS161): não depende da entrada de CLK. *Clear síncrono (74ALS162 / 74ALS163): depende da entrada de CLK. Para resetar o contador deve habilitar a entrada de clear (CLR’ = 0) e ocorrer uma transição ativa do pulso de CLK.

4 – LOAD’: entrada de carga paralela. Ativa em nível lógico BAIXO. Quando ativada, o contador é carregado com o valor presente nas entrada D,C,B,A. PRESETABLE, iniciar num valor pré definido.

5 – RCO: saida que detecta o último estado da contagem, ficando neste momento em nível lógico ALTO.

6 – Saídas: QD (MSB), QC, QB, QA (LSB)

Circuito Integrado de Contadores Assíncronos

Circuito Integrado de Contadores Assíncronos

Exercício 7.31 pag. 395 (Sistemas Digitais, princípios e aplicações. Ronald Tocci – 10ª edição)

Considerar fin = 6MHz, determinar fout1 e fout2.

Circuitos Integrados de Contadores Síncronos

74ALS90 e 74ALS91, são contadores módulo 10 e módulo 16, podendo realizar a contagem UP ou DOWN.

Definição das entradas e saídas:

1 – CLK: entrada de clock. Transição ativa ocorre na borda de subida; 2 – CTEN’: Habilita a contagem. Ativa em nível lógico BAIXO; 3 – D/U’: Sentido da contagem, crescente (UP – D/U’= o) ou decrescente (DOWN – D/U`= 1); 4 – LOAD’: entrada de carga paralela. Ativa em nível lógico BAIXO. Quando ativada, o contador e carregado com o valor presente nas entrada D,C,B,A. PRESETABLE, iniciar num valor pré definido. 5 – RCO’: saida que detecta o último estado da contagem, ficando neste momento em nível lógico BAIXO (max/min também detecta o estado terminal porém em nível alto).

6 – Saídas: QD (MSB), QC, QB, QA (LSB).

Aplicações – Circuito Contadores

A seguir é apresentado o diagrama em blocos de um relógio digital.

Contadores com Registradores de Deslocamento Contador em Anel

O contador com registrador de deslocamento mais simples é essencialmente um registrador de deslocamento circular conectado de forma que o último FF desloque seu valor para o primeiro FF.

Contadores com Registradores de Deslocamento Contador em Anel

Estado inicial: Q3=1 e Q2=Q1=Q0=0 (apenas um FF tem que estar em 1)

Após o primeiro pulso, o 1 foi deslocado de Q3 para Q2; portanto, o contador está em 0100.

O segundo pulso gera o estado 0010, e o terceiro pulso gera o estado 0001.

No quarto pulso de clock, o 1 é transferido de Q0 para Q3, resultando no estado 1000 que é, obviamente, o estado inicial.

Este contador funciona como um contador em anel de módulo 4. Um contador em anel de N módulo utiliza N FFs conectados segundo a configuração mostrada. Dessa forma um contador em anel necessitará de mais FFs do que um contador binário.

EX: Um contador em anel de modulo 8 necessita de oito FFs, enquanto um contador binário de módulo 8 requer apenas três.

O contador em anel básico pode ser ligeiramente modificado para produzir outro tipo de contador com registrador de deslocamento que terá propriedades um pouco diferente.

O contador Johnson ou contador em anel torcido é construído exatamente como um contador em anel normal, exceto pelo fato de que a saída invertida do último FF é que está conectada à entrada do primeiro.

Contadores com Registradores de Deslocamento Contador Johnson

Esse contador possui 6 estados distintos – 000, 100, 110, 111, 011 e 001- antes que a seqüência se repita. Assim ele é um contador Johnson de módulo 6.

Neste caso a freqüência de saída terá um sexto da freqüência do clock.

O módulo de um contador Johnson será sempre igual a duas vezes o número de FFs.

Contadores com Registradores de Deslocamento Contador Johnson

Registrador de Deslocamento

Registrador é um subsistema seqüencial constituído basicamente por flip-flops, e serve para a manipulação e armazenamento de dados.

Para nosso estudo, entende-se como dados a informação no formato binário (na forma de bits).

O registrador possui quatro configurações diferentes, dadas pelo modo como os dados (bits) entram e como são transmitidos do registrador para outro circuito.

Configurações básicas

· Modo serial: os dados são recebidos e/ou transmitidos um bit por vez, em uma única linha;

· Modo paralelo: mais de um bit que compõem os dados são recebidos e/ou transmitidos simultaneamente, em mais de uma linha.

De acordo com os modos de entrada e saída dos bits, os registradores podem ser classificados como: série/serie, serie/paralelo, paralelo/paralelo, paralelo/serie.

Circuito Integrado Registrador Série/Serie – Paralelo/Serie 74ALS14166 / 74HC166

Tocci Vol. 10 – pg 364

Circuito Integrado Registrador Série/Paralelo 74ALS14164 / 74HC164

Tocci Vol. 10 – pg. 369

Circuito Integrado Registrador Paralelo/Paralelo 74ALS14174 / 74HC174

Tocci Vol. 10 – pg. 364

Circuito Integrado Registrador Paralelo/Série 74ALS14165 / 74HC165

Tocci Vol. 10 – pg. 367

Referências Bibliográficas

BIBLIOGRAFIA BÁSICA: • Tocci, R. J.; Widmer, N. S.; Moss, G. L.; Sistemas Digitais,

Principios e Aplicações. Editora Prentice Hall do Brasil, 10ª edição.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR: • Floyd, T. L; Sistemas Digitais, Fundamentos e Aplicações. Editora

Bookman (Artmed), 9ª edição, 2007. • Capuano, F. G., Idoeta, I. V. Elementos de eletrônica digital. Editora

Érica. 40ª edição. • Tocci, R. J.; Widmer, N. S.; Moss. Sistemas Digitais, Principios e

Aplicações. Editora Pearson Education, 8ª edição, 2003.

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