Contadores

Temario
Contadores asincrónicos y sincrónicos
• Arquitectura
• Características
• Circuitos comerciales
• Diseño
Máquinas de estado finito
• Mealy
• Moore
• Ejemplo
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Contadores digitales
• Arreglos de flip-flops
• Secuencia finita de estados
Aplicaciones
• Conteo de pulsos (eventos)
• División de frecuencia
• Control y temporización
• Direccionamiento de memorias
Diagrama de transición de estados de
un contador binario de 3 bits
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Clasificación de los contadores digitales
1. Atendiendo al código de salida
Binario (natural)
BCD
En anillo
En Gray
Johnson
Arbitrario
2. Atendiendo al sentido de conteo
Contador hacia arriba (ascendentes)
Contador hacia abajo (descendentes)
Contador en ambos sentidos, no simultáneos
3. Atendiendo a la posibilidad de preselección
Contador con carga en paralelo
Contador con puesta a cero inicial solamente
4. Atendiendo a la forma de propagarse la señal de reloj internamente
Contador asíncrono (contadores con propagación)
Contador síncrono.
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Especificaciones de los contadores digitales
• Tipo: sincrónico ó asicncrónico.
• Módulo: cantidad de estados que componen la
secuencia completa
• Cantidad de bits: FFs (etapas, stages)
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Contadores asincrónicos (de rizo, de rizado o ripple)
CLK se propaga entre los FFs
FFs: tipo T ó JK
Secuencia: binaria natural
Módulo = 2N (N: número de FFs)
En cada etapa: fCLK/2
No requiere lógica adicional
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Contador asincrónico ascendente
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Contador asincrónico descendente
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Diseño: Contador asincrónico de 4 bits ascendente / descendente
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Qk-1 / Qk-1/
CS
00 01 11 10
0 0 1
1 0
1 0
1 1
0
CLK = CS/. Qk-1/ + CS. Qk-1
Qk-1
CS
Qk-1/
CS/
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Llave digital
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Modificación del módulo en contadores asincrónicos
Identificar el primer estado no deseado y llevar
al contador al estado inicial de la secuencia
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Diagrama
temporal
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Procedimiento general de diseño
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Tiempo de propagación en
contadores asincrónicos
Contador de 3 bits
tp = 50 ns
fCLK = 1 MHz TCLK = 1 µs
Retardo total = N. tp = 3. 50 ns
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Formas comerciales
Contadores asincrónicos
• 4024: contador ripple de 7 bits
• 4020: contador ripple de 14 bits
• 4040: contador ripple de 12 bits
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Contadores sincrónicos
• CLK en paralelo
• FFs JK ó D
• Retardo de propagación independiente del número de FFs
• Mayor velocidad de operación
• Requiere lógica externa
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Contador sincrónico ascendente de 4 bits
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Tiempo de propagación en contadores sincrónicos
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Contador Johnson
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4017: Johnson de 10 salidas decodificadas
4022: Johnson de 8 salidas decodificadas
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Contador en anillo
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Formas comerciales
Contadores BCD (década)
• 4029
Contadores Johnson decodificados (con
salidas decodificadas)
• 4017: contador de 5 bits
Contadores prefijables
• 74x163: contador de 4 bits
• 4029
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Modificación del módulo de contadores sincrónicos
Contador 0, 1, 2, …,10 con el 74x163
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Diagrama temporal
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Decodificación de contadores
Decodificar es identificar unívocamente cada estado de la secuencia
activando una sola salida por cada estado de la misma
Decodificación con compuertas
A/
B/
C/
A
B/
C/
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D0
D1
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Formas
comerciales
Contadores Johnson
 4017: Johnson de 10 salidas decodificadas
 4022: Johnson de 8 salidas decodificadas
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Generalizando…
• Saltos arbitrarios
• Salidas decodificadas
• Entradas que modifiquen la secuencia.
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Máquinas de estado sincrónicas temporizadas
Máquina de Moore
Estado siguiente = F(estado actual, entrada)
Salida = G(estado actual)
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Máquinas de estado sincrónicas temporizadas
Máquina de Mealy
Estado siguiente = F(estado actual, entrada)
Salida = G(estado actual, entrada)
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Un caso de máquina de Moore: los contadores sincrónicos
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Arquitectura de un contador sincrónico generalizado
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Diseño: estados sin utilizar
Enfoque del Costo mínimo
Enfoque del Riesgo mínimo
No se tiene en cuenta en el
diseño lo que puede suceder al
entrar en un estado no
perteneciente a la secuencia
Al entrar en un estado no
perteneciente a la secuencia, el
secuencial es forzado a pasar
nuevamente a la secuencia
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Diseño: determinación de las ecuaciones de excitación
Flip flop:
Di = F (Q0, Q1,…, Qn) para FF-D
Ji = F (Q0, Q1,…, Qn) para FF-JK
Ki = F (Q0, Q1,…, Qn) para FF-JK
con i = 0, 1, …, n
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Tabla de verdad
alternativa FF D
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Tabla de verdad
alternativa FF JK
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Ejemplo
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Completando las otras ecuaciones…
(costo mínimo)
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(riesgo mínimo)
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Circuito secuencial (versión de costo mínimo)
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Resumen del procedimiento
Establecer los estados
(cantidad y asignación)
Establecer el tipo de FF
para el diseño
Decidir el criterio
de diseño (costo o
riesgo
mínimo)una tabla
Construir
de transición de
estados
Hallar las ecuaciones de
excitación
Dibujar el diagrama
lógico y dibujar o
simular un diagrama
temporal
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Bibliografía básica
-Sistemas digitales, principios y aplicaciones, Tocci, Widmer,
Prentice Hall, 8va. Ed., 2003 (CAP 7)
Bibliografía de ampliación
- Diseño digital, Wakerly, Pearson, 3ra. Ed., 2001 (CAP 7)
- Hojas de datos y de aplicación de fabricantes
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Resumen del procedimiento
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Ejemplo: Decodificación de un contador Johnson
Ventaja Johnson: No importa la cantidad de bits,
siempre son necesarios solo 2 bits para decodificar
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Tabla de estados, asignación de variables de estado, tabla de transición
y tabla de excitación
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Contadores BCD
Formas
comerciales
4029: presettable up/down counter binary or BCD decade
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Diagrama de tiempos (conteo BCD)
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Ecuaciones de excitación
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Máquinas de estado finito
Marcapasos a demanda bicameral
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