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Contadores (Aula1)

Prof. Rmulo Calado Pantaleo Camara

Carga Horria: 2h/60h

Contadores

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Contadores (cont.)

Os contadores podem ser classificados por:

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 FF com J e K em 1.

Poderia ser utilizado um

FF T (T = 1).

Contador Assncrono (cont.)

Mdulo 16

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Exemplo: Suponha que o estado inicial seja 0000 e que, em algum momento,

os pulsos de clock so removidos. O contador apresenta a contagem 0011.

Quantos pulsos ocorreram?

No se pode saber se o contador reiniciou a contagem ou no. Resposta

poderia ser 3, 19, 35, 51, etc.

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Exemplo: Relgio Digital.

Questo: Quantos FF so necessrio para implementar um

contador de mdulo 60?

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

No pode ser implementado com ripple counter.

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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 pois necessitam apenas dos FFs.

No entanto, apresentam a desvantagem de um atraso de propagao 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 N x tpd aps a

transio do clock ter ocorrido.

Obs: Para freqncias baixas, o contador trabalha adequadamente.

S aps 150 ns, o

resultado 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 N x tpd

Em termos de freqncia: fmax= 1 / (N x 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 temporrios

produzem 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 de

propagao total.

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Contador Sncrono Contadores sncronos ou paralelos so aqueles em que os FFs so 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 so

ALTAS quando todos as sadas dos FFs anteriores

forem ALTAS.

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Contador Sncrono (cont.)

Observe que as as entradas das portas AND so sempre as

sadas de todos os FFs dos estgios anteriores.

Quanto maior a contagem, mais entradas as portas AND devem

ter.

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,

independentemente do nmero de FFs, ou seja, podem

operar em 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 sncrono de mdulo 32.

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

Para o caso assncrono

fmax = 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 ou

fazendo 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 quanto

para assncronos.

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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 indicam

estado temporrio.

Estado 111 pode ser atingido,

por exemplo, quando o circuito

energizado ou devido a um

rudo.

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

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Apresentao dos resultados.

LEDs acendem e apagam de acordo com o estado da contagem.


Qual ser estado dos LEDs se contador estiver com contagem 5?

510

= 1012. Logo LEDs 1 e 3 acesos e LED 2 apagado.

3 2 1

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A escolha das entradas da porta NAND definem o mdulo do contador.


Exemplo: Determinar o mdulo do contador mostrado abaixo.

Determinar tambm a freqncia na sada D.

Alterando o mdulo

Contador de 4 bits que normalmente contaria de 0000 a 1111. Como as

entradas da NAND so B, C e D, o contador ir retornar ao estado 0000

quando a contagem 1110 (1410

) for atingida. Logo, o mdulo 14.

Como a freqncia de entrada 30 kHz, a sada ser dividida por 14, ou:

30 kHz / 14 = 2,14 kHz

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Alterando o mdulo

PROCEDIMENTO GERAL contador mdulo X:

1. Determinar menor nmero de FFs N, tal que 2N X e conecte-os como 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 mdulo X:

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 estados

estveis 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 decdico

ou BCD

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- Um outro exemplo o contador em anel (que na verdade um

registrador de deslocamento com realimentao).

- Ex. Contador em anel com mdulo 4.

Inicia colocado brevemente

em nvel 1, fazendo Q0 = 1 e

ressetando os demais FFs.

A seguir, clock aplicado, e o

contador passa a contar os

ciclos de clock.

Para determinar contagem,

basta saber que FF se

encontra em nvel 1.

Vantagem: simplicidade.

Desvantagem: mdulo N

para N FFs (mximo 2N) pouco econmico.


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- Um contador decrescente pode ser criado de maneira anloga ao

crescente, 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 K

dos FFs seguintes sero

acionados pelas sadas normais

ou invertidas.

- Quando Up/Down = ALTO, as

portas 1 e 2 sero acionadas contagem crescente.

- Quando Up/Down = BAIXO, as

portas 3 e 4 sero acionadas contagem decrescente.

Contador Sncrono Crescente/Decrescente

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- Podem ser inicializados com qualquer contagem inicial assncrona ou

sincronamente.

- 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, LOAD sncrono

Entradas de dados : DCBA = 1100

CIs Contadores (cont.)

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Formas de onda do 74HC160 (cont. BCD)

CLEAR assncrono, LOAD sncrono



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

Contadores Crescentes/Decrescentes


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74HC190 - Contadores Crescentes/Decrescentes


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Formas de onda do 74HC190 (cont. BCD)

LOAD assncrono



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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 cada

16 contagens do CI 1.

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Contagem digital geralmente usada para ativar dispositivos ou geralmente 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 (decodificao mental).

Soluo: decodificadores.

Ex. : Contador md. 8

Decodificando um Contador

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