UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO
EA – 772 CIRCUITOS LÓGICOS
1S-2015 – TURMA B
Aula 20-a
Contadores assíncronos e síncronos
PROF. JOSÉ W M BASSANI
MAIO DE 2015
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Registradores e Contadores: Princípios e Tipos, Slides de Engenharia Elétrica
Documento de aula da universidade estadual de campinas sobre registradores e contadores, incluindo suas operações, tipos e aplicações. Aula de engenharia elétrica e computação, primeiro semestre de 2015, professor bassani.
Tipologia: Slides
2022
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO
EA – 772 CIRCUITOS LÓGICOS
1S-2015 – TURMA B
Aula 20-a
Contadores assíncronos e síncronos
PROF. JOSÉ W M BASSANI
MAIO DE 2015
Primeiro Semestre de 2015, Professor: Bassani, JWM
Aula 20. Registradores. Contadores assíncronos e síncronos
Uma vez conhecendo o princípio de funcionamento dos FFs há condições de falarmos sobre os registradores e contadores. Os FFs são células binárias e os registradores são arranjos ordenados destas células. Os registradores podem sofrer várias operações como as descritas anteriormente como funções de registradores e se transformarem em registradores deslocadores, contadores ou simplesmente servirem como locais para armazenamento temporário de números e códigos. A Figura abaixo ilustra um registrador de 4 bits, construído com base em FFs tipo D. Quando a
borda de descida do sinal de clock ocorre, os valores presentes em x, y, z e w são armazenados
nos FFs correspondentes e portanto no registrador. Esta é uma carga paralela de dados. Todos
no mesmo pulso de clock. Neste caso, os valores binários de x, y, z e w são transferidos para a
saída (estados Q3 a Q0 dos FFs).
Os registradores não são, contudo, armazenadores estáticos de dados. Como já foi dito, operações podem ser feitas com os dados armazenados produzindo transformações. Veja por exemplo a classe de registradores que denominamos registradores deslocadores.
Registradores deslocadores (shift registers)
A figura abaixo ilustra um registrador deslocador à direita (shif right register). A cada descida
do pulso de clock Q3 fica igual ao valor da entrada, Q2 = Q3; Q1 = Q2 e Q0 = Q1 e no próximo o
processo continua de modo que os valores se desloquem para a direita. É claro que um valor
binário presente no registrador será dividido por 2 a cada clock (desde que a entrada fique em
zero). Por outro lado, sequencias de 4 bits podem ser gradativamente alimentadas (bit a bit)
na entrada de modo que a cada 4 clocks um novo número ou código ficaria no registrador
disponível simultaneamente (em paralelo) nas saídas.
Primeiro Semestre de 2015, Professor: Bassani, JWM
então nada se alteraria e Q = 0 iria continuar. Esta é a forma de carregar, usando PRESET e CLEAR, valores em registradores, de forma paralela. A partir deste valor inicial, o clock e a entrada D definiriam (quando ENABLE = 1) o estado final do FF.
A concatenação de vários FFs nesta configuração poderia prover um registrador para conversão paralela/serial, como visto na figura abaixo.
Quando ENABLE = 1 os valores binários em PR3 a PR0 serão carregados nos FFs correspondentes. A cada clock o valor de Qi muda para o valor de Qi-1 de modo que os bits colocados no registrador saiam por Q0 de modo serial. Se a entrada for zero, após 4 clocks Q = Q3 e no quinto clock Q0 = Q1 = Q2 = Q3 = 0.
Projeto de contadores assíncronos
Estes contadores não tem seus FFs sincronizados por um clock comum. Há apenas entrada de clock em um dos FFs e os clocks dos outros são determinados pelas saídas dos FFs. Tendem a ser muito fáceis de construir, mas são mais lentos. Os contadores assíncronos podem ser crescentes e decrescentes. Existem várias classificações e tipos de contadores assíncronos. Os mais comuns são os contadores de pulso que apresentam na saída a contagem binária do número de pulsos apresentados na entrada. Há outra classe muito utilizada que são os contadores década. Estes apresentam como saída os algarismos de 0 a 9 (BCD no código 8421). Outro tipo de contadores assíncronos são os contadores sequenciais de até n, ou de zero a n. Neste caso, uma combinação das saídas é usada para se detectar o número final, ou seja n- para que a contagem volte ao valor zero. Os contadores assíncronos podem ser decrescentes. Nestes casos, os FFs são pré-setados em seu valor 1 e a contagem segue de modo decrescente.
Exemplos (veja ref. 12. Idoeta, IV & Capuano, FG. Elementos de eletrônica digital, 40ª Ed, Erica, São Paulo, 2010) diversos podem ser encontrados na Ref-12 do material bibliográfico.
Primeiro Semestre de 2015, Professor: Bassani, JWM
Veja exemplos:
Contadores assíncronos decrescentes
A J
A’ K
B J
B’ K
C J
C’ K
J= K= 1
B’
B
CLK
A
A’
C’
C
PROBLEMA
Atrasos de propagação:
Tclock≥ N · tpd_total, onde N corresponde ao número de FFs e tpd_total ao atraso de propagação
fmax= 1/ (N· tpd)
Digamos que tpd= 50 ns:
Mod 16 → 4 FFs
fmax= 1/(4·50 ns)= 1/(200 ns)= 5 MHz
A porta NAND introduz um atraso de ~20 ns. Se o contador for síncrono, fmax seria bem maior
(~15 MHz). Por que não 20 MHz?
C B A
Primeiro Semestre de 2015, Professor: Bassani, JWM
Projeto de contadores síncronos
Contador em anel
J K Qn
0 0 Qa
1 1 Qa'
Transição de estados usando FF JK
Q 3 Q 2 Q 1 Q 0
Qi Qi+1 J K
0 0 0 x
0 1 1 x
1 0 x 1
1 1 x 0
Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 J 3 K 3 J 2 K 2 J 1 K 1 J 0 K 0
0 0 0 1 0 x 0 x 1 x x 1
0 0 1 0 0 x 1 x x 1 0 x
0 1 0 0 1 x x 1 0 x 0 x
1 0 0 0 x 1 0 x 0 x 1 x
Primeiro Semestre de 2015, Professor: Bassani, JWM
00 01 11 10 00 01
1 x 0
J 3
11
10 0
00 01 11 10 00 01
x 0 0
J 2
11
10 1
00 01 11 10 00 01
0 0 1
J 1
11 10 x
00 01 11 10 00 01
0 1 x
J 0
11 10 0
00 01 11 10 00 01
x 1 x
K 3
11
10 x
00 01 11 10 00 01
1 x x
K 2
11
10 x
00 01 11 10 00 01
x x x
K 1
11
10 1
00 01 11 10 00 01
x x 1
K 0
11
10 x
J 3 = Q 2 J 2 = Q 1 J 1 = Q 0 J 0 = Q 3
K 3 = 1 ou Q 1 ' K 2 = 1 ou Q 1 ' K 1 = 1 ou Q 1 K 0 = 1 ou Q 1 '
J 3 Q 3
K 3
J 2 Q 2
1 K 2
J 1 Q 1
K 1
J 0 Q 0
K 0
Q 3 Q 2 Q 1 Q 0
CLK
Projeto do contador em anel usando FF D