circuitos contadores
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Circuitos Contadores,Sistemas Digitales.TRANSCRIPT
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 1
Circuitos ContadoresCircuitos Contadores
Profesor Jorge Gianotti HidalgoProfesor Jorge Gianotti Hidalgo Departamento de IngenierDepartamento de Ingenieríía Ela Elééctricactrica
Universidad de AntofagastaUniversidad de Antofagasta 20072007
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 2
Circuitos ContadoresCircuitos Contadores
•• Los contadores son una clase de circuitos lLos contadores son una clase de circuitos lóógicos secuenciales que gicos secuenciales que llevan la cuenta de una serie de pulsos de entrada; los pulsos dllevan la cuenta de una serie de pulsos de entrada; los pulsos de e entrada pueden ser regulares o irregulares. El contador es parteentrada pueden ser regulares o irregulares. El contador es parte fundamental de muchas aplicaciones lfundamental de muchas aplicaciones lóógicas digitales. Se utiliza a gicas digitales. Se utiliza a menudo en unidades de control de tiempos, circuitos de control, menudo en unidades de control de tiempos, circuitos de control, generadores de segeneradores de seññal y muchos otros dispositivos.al y muchos otros dispositivos.
•• Se pueden clasificar en contadores binarios asSe pueden clasificar en contadores binarios asííncronos/sncronos/sííncronosncronos
•• Un contador asUn contador asííncrono es aquncrono es aquéél en el que los flipl en el que los flip--flops del flops del contador no cambian de estado exactamente al mismo tiempo, contador no cambian de estado exactamente al mismo tiempo, dado que no comparten el mismo impulso de reloj.dado que no comparten el mismo impulso de reloj.
•• Por el contrario, para el contador sPor el contrario, para el contador sííncrono todos los flipncrono todos los flip--flops flops reciben en el mismo instante la sereciben en el mismo instante la seññal de reloj.al de reloj.
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 3
Contador binario asContador binario asííncrono de 4 bitsncrono de 4 bits
J
K
Q
Q´
Ck
J
K
Q
Q´
Ck
J
K
Q
Q´
Ck
J
K
Q
Q´
Ck
ALTO (H)
CLK
FF-0 FF-1 FF-2 FF-3
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 4
11 22 33 44 55 66 77 88 99 1010 1111 1212 1313 1414 1515 1616 1717
Diagrama de tiempos del Contador binario asDiagrama de tiempos del Contador binario asííncrono de 4 bitsncrono de 4 bits
CLKCLK
QQ00
QQ11
QQ22
QQ33
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 5
•• Se observa que QSe observa que Q 00 divide por 2 las frecuencia de los pulsos de reloj.divide por 2 las frecuencia de los pulsos de reloj.
•• Mientras que QMientras que Q 11 divide por 4 la frecuencia de los pulsos de reloj y por divide por 4 la frecuencia de los pulsos de reloj y por 2 la frecuencia de Q2 la frecuencia de Q 00 ..
•• QQ 22 divide por 8 la frecuencia de los pulsos del reloj, y por 2 la divide por 8 la frecuencia de los pulsos del reloj, y por 2 la frecuencia de Qfrecuencia de Q 11 y por 4 la y por 4 la freceunciafreceuncia de Qde Q 00 ..
•• Finalmente, Q3 divide por 16 la frecuencia de los pulsos del relFinalmente, Q3 divide por 16 la frecuencia de los pulsos del reloj, por oj, por 2 la de Q2 la de Q 22 , por 4 la de Q, por 4 la de Q 11 y por 8 la de Qy por 8 la de Q 00 ..
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 6
J
K
Q
Q´
Ck
J
K
Q
Q´
Ck
J
K
Q
Q´
Ck
J
K
Q
Q´
Ck
ALTO (H)
CLKFF-0 FF-1 FF-2 FF-3
Contador de Contador de decadasdecadas asasííncrono con ncrono con reinicializacireinicializacióónn asasííncronancrona
ClearClear
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 7
11 22 33 44 55 66 77 88 99 1010
QQ00
QQ11
QQ22
QQ33
CLKCLK
ClearClear
GlitchGlitch
Diagrama de tiempos del contador asDiagrama de tiempos del contador asííncrono de ncrono de decadasdecadas
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 8
QAJ
K
QA
CK
(9)
QBJ
K
QB
CK
(5)
QCJ
K
QC
CK
(4)
J
K
QD
CK
QD(8)
(12)
(13)
Input A
Input B
(10)
(11)
(a) (b)
08
R0(1)
R0(2)
1 2
3
15
14
13
4
5
12
11
10
9 8
6
7
12
14
0
2
0
4
6
4
0
8
12
8
10
Contador binario asContador binario asííncrono 74293ncrono 74293
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 9
Tabla de estadosTabla de estadosR0(1) R0(2) QA QB QC QD
0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0 1
0 0 2 0 0 1 0
0 0 3 0 0 1 1
0 0 4 0 1 0 0
0 0 5 0 1 0 1
0 0 6 0 1 1 0
0 0 7 0 1 1 1
0 0 8 1 0 0 0
0 0 9 1 0 0 1
0 0 10 1 0 1 0
0 0 11 1 0 1 1
0 0 12 1 1 0 0
0 0 13 1 1 0 1
0 0 14 1 1 1 0
0 0 15 1 1 1 1
1 1 0 0 0 0
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 10
Ejemplo.Ejemplo.--
Conectar el 74293 como un mConectar el 74293 como un móódulo 12 ( contador divisor por 12 ).dulo 12 ( contador divisor por 12 ).
CTR DIV 12CTR DIV 12
7429374293
CLK ACLK ACLK BCLK BR0(1)R0(1)R0(2)R0(2)
QQ 00 QQ 11 QQ 22 QQ 33
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 11
Contador AsContador Asííncrono BCDncrono BCD
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 12
J
K
Q
Q´
Ck
J
K
Q
Q´
Ck
J
K
Q
Q´
Ck
J
K
Q
Q´
Ck
ALTO (H)
CLK
FF-0 FF-1 FF-2 FF-3
Q0 Q1 Q2 Q3
Contador SContador Sííncrono Binario de 4 bitsncrono Binario de 4 bits
Su diagrama de tiempos es idSu diagrama de tiempos es idééntico al del circuito contador asntico al del circuito contador asííncrono ncrono binario binario
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 13
CLR
J
CK
Q
Q
CK
K
...
Xn
Upoverflow
Downoverflow
CLR
J
CK
Q
Q
CK
K
X2
...
...
...
...
...
CLR
J
CK
Q
Q
CK
K
X1
Up/down
Clock
Clear
1
Contador ascendente / descendenteContador ascendente / descendente
•• Terminal Up/Terminal Up/ DownDown : : ““11”” conteo ascendente , conteo ascendente , ““00”” conteo descendente.conteo descendente.
•• Terminal Up Terminal Up overflowoverflow : : ““11”” produce un impulso de nivel alto cuando se produce un impulso de nivel alto cuando se alcanza el valor final de la cuenta ascendente.alcanza el valor final de la cuenta ascendente.
•• Terminal Up Terminal Up overflowoverflow : : ““11”” produce un impulso de nivel alto cuando se produce un impulso de nivel alto cuando se alcanza el valor final de la cuenta descendente.alcanza el valor final de la cuenta descendente.
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 14
Synchronous clea rSynchronous loa d
Coun tH oldH old
Load
Data A
Data B
Data C
Data D
(9)
(3)
(4)
(2)
(5)
(6)
(1)
(7)
Clock
ENP
ENT
I npu t s
M ode
(10)
QAJ
K
LHHHH
´LHHH
´´HL×
´´H×L
Q
CK
(14)
QBJ
K
Q
CK
(13)
QCJ
K
Q
CK
(12)
RCO
J
K
Q
CK
(15)
QD(11)
Clear
Loa d EN PEN TCle a r
Contador Binario SContador Binario Sííncrono de 4 bits (SN74LS163A)ncrono de 4 bits (SN74LS163A)
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 15
El contador binario sEl contador binario sííncrono de 4 bits, posee caracterncrono de 4 bits, posee caracteríísticas adicionales sticas adicionales con respecto a las caractercon respecto a las caracteríísticas bsticas báásicas del contador binario sicas del contador binario sincronosincrono general (74293).general (74293).
•• Se puede inicializar con cualquier nSe puede inicializar con cualquier núúmero binario de 4 bits ocupando mero binario de 4 bits ocupando las entradas de datos (las entradas de datos (DataData) con la entrada de ) con la entrada de LOADLOAD a nivel bajo. a nivel bajo. Cuando se aplica un nivel bajo a la entrada Cuando se aplica un nivel bajo a la entrada LOADLOAD, el contador asumir, el contador asumiráá el estado de las entradas de el estado de las entradas de datpsdatps en el siguiente impulso de reloj.en el siguiente impulso de reloj.
•• Un nivel bajo en el terminal de Un nivel bajo en el terminal de CLRCLR pone a estado pone a estado RESETRESET (re(re--inicio) al inicio) al contador.contador.
•• Las entradas Las entradas ENPENP y y ENTENT deben estar ambas a nivel alto para que el deben estar ambas a nivel alto para que el contador avance a travcontador avance a travéés de la ls de la líínea de secuencia de estados. Cuando nea de secuencia de estados. Cuando una de ellas esta a estado bajo, se deshabilita la funciuna de ellas esta a estado bajo, se deshabilita la funcióón de conteo del n de conteo del contador.contador.
•• La salida de propagaciLa salida de propagacióón (n (RippleRipple ClockClock Output, Output, RCORCO) se pone a nivel ) se pone a nivel alto cuando el contador alcanza el valor de fin de cuenta.alto cuando el contador alcanza el valor de fin de cuenta.
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 16
(c)
Clear
Load
Outputs
A
B
C
DClock
ENP
ENT
RCO
QA
QB
QC
QD
Syncclear Sync
load
Datainputs
12 13 14 15 0 1 2
Count Inhibit
Diagrama de tiempos del SN74LS163ADiagrama de tiempos del SN74LS163A
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 17
Contador de DContador de Déécadas BCD Scadas BCD Sííncrono de 4 bits (74LS160A)ncrono de 4 bits (74LS160A)
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 18
Diagrama LDiagrama Lóógico (SN74LS160)gico (SN74LS160)
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 19
Diagrama de Tiempos del SN74LS160ADiagrama de Tiempos del SN74LS160A
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 20
DiseDiseñño de un Contador So de un Contador Sííncrono de Cncrono de Cóódigo digo GrayGray de 3 Bits.de 3 Bits.
1.1. Diagrama de EstadosDiagrama de Estados
000000
001001
011011
010010
110110
111111
101101
100100
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 21
DiseDiseñño de un Contador So de un Contador Sííncrono de Cncrono de Cóódigo digo GrayGray de 3 Bits.de 3 Bits.
2.2. Tabla de Estados MTabla de Estados Míínima.nima.--
Estado Actual (QV ) Estado Siguiente (QV+ 1 )
Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0
0 0 0 0 0 1
0 0 1 0 1 1
0 1 1 0 1 0
0 1 0 1 1 0
1 1 0 1 1 1
1 1 1 1 0 1
1 0 1 1 0 0
1 0 0 0 0 0
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 22
DiseDiseñño de un Contador So de un Contador Sííncrono de Cncrono de Cóódigo digo GrayGray de 3 Bits.de 3 Bits.
Estado Actual (QV )
Estado Siguiente (QV+ 1 )
Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0
0 0 0 0 0 1
0 0 1 0 1 1
0 1 1 0 1 0
0 1 0 1 1 0
1 1 0 1 1 1
1 1 1 1 0 1
1 0 1 1 0 0
1 0 0 0 0 0
Transiciones de Salida
Entradas de Biestables
QV QV+ 1 J K
0 0 0 X
0 1 1 X
1 0 X 1
1 1 X 0
3.3. Mapas de Mapas de KarnaughtKarnaught y Ecuaciones de Estado.y Ecuaciones de Estado.--
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 23
DiseDiseñño de un Contador So de un Contador Sííncrono de Cncrono de Cóódigo digo GrayGray de 3 Bits.de 3 Bits.
Mapa de JMapa de J 00
QQ 22 QQ 11QQ 00
00 11
0000 11 XX
0101 00 XX
1111 11 XX
1010 00 XX
Mapa de KMapa de K 00
QQ 22 QQ 11QQ 00
00 11
0000 XX 00
0101 XX 11
1111 XX 00
1010 XX 11
JJ 00 = Q= Q 22 QQ 11 + + QQ 22 QQ 11 = Q= Q 22 + Q+ Q 11 KK 00 = Q= Q 22 QQ 11 + + QQ 22 QQ 11 = Q= Q 22 + Q+ Q 11
++
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 24
Mapa de JMapa de J 11
QQ 22 QQ 11QQ 00
00 11
0000 00 11
0101 XX XX
1111 XX XX
1010 00 00
Mapa de KMapa de K 11
QQ 22 QQ 11QQ 00
00 11
0000 XX XX
0101 00 00
1111 00 11
1010 XX XX
DiseDiseñño de un Contador So de un Contador Sííncrono de Cncrono de Cóódigo digo GrayGray de 3 Bits.de 3 Bits.
JJ 11 = Q= Q 22 QQ 00 KK 11 = Q= Q 22 QQ 00
Sistemas DigitalesSistemas Digitales 25
Mapa de JMapa de J 22
QQ 22 QQ 11QQ 00
00 11
0000 00 00
0101 11 00
1111 XX XX
1010 XX XX
Mapa de KMapa de K 22
QQ 22 QQ 11QQ 00
00 11
0000 XX XX
0101 XX XX
1111 00 00
1010 11 00
DiseDiseñño de un Contador So de un Contador Sííncrono de Cncrono de Cóódigo digo GrayGray de 3 Bits.de 3 Bits.
JJ 22 = Q= Q 11 QQ 00 KK 22 = Q= Q 11 QQ 00
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J
K
Q
Q´
Ck
J
K
Q
Q´
Ck
J
K
Q
Q´
Ck
CLK
FF-0 FF-1 FF-2
DiseDiseñño de un Contador So de un Contador Sííncrono de Cncrono de Cóódigo digo GrayGray de 3 Bits.de 3 Bits.
4.4. Diagrama del Circuito.Diagrama del Circuito.--
QQ 00 QQ 11 QQ 22