Baixe AULA 1 – CONTADORES E REGISTRADORES No seme e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! AULA 1 – CONTADORES E REGISTRADORES No semestre passado vimos o funcionamento dos FFs, entretanto estes podem ser conectados para funcionarem como contadores e registradores. Os sistemas digitais empregam muitas variações destas conexões dos FFs, na maioria das vezes sob forma de circuitos integrados. Nesta aula iremos verificar como os FFs e as portas lógicas podem ser conectados para produzir diferentes tipos de contadores e registradores. CONTADORES ASSÍNCRONOS: A figura abaixo mostra um contador binário de 4 bits: Os pulsos de clock são aplicados apenas na entrada CLK do FF A. Assim, o FF A comutará ( mudará para o seu estado oposto ) cada vez que ocorrer uma transição negativa no pulso de clock. Observe que J=K=1 para todos os FFs. A saída normal do FF A funciona como clock de entrada para o FF B, sendo que o FF B comuta a cada vez que a saída A muda de 1 para 0. Da mesma forma, o FF C comuta quando B muda de 1 para 0 e o FF D comuta quando C muda de 1 para 0. As saídas dos FFs D, C, B e A apresentam um número binário de 4 bits sendo D o mais significativo. Vamos considerar todos os oFFs tenham sido resetados para o estado 0 ( as entradas CLEAR não são mostradas ). As formas de onda na figura acima mostram que a contagem binária seqüencial de 0000 a 1111 ocorre à medida que os pulsos de clock são aplicados continuamente. Após a transição negativa do décimo quinto pulso de clock, os FFs do contador estão na condição 1111. Na décima sexta transição negativa do clock, o FF A muda de 1 para 0, fazendo com que o FF B mude de 1 para 0, o mesmo ocorre com os FFs C e D até que o contador chegue a 0000, ou seja o contador realizou um ciclo completo de contagem e se os pulsos de clock continuarem, será iniciado um novo ciclo de contagem. Neste contador, a saída de cada FF aciona a entrada de clock do FF seguinte, este tipo de configuração de contador é conhecido como contador assíncrono, porque os FFs não mudam de estado exatamente com o mesmo sincronismo com que os pulsos de clock são aplicados. Apenas o FF A responde aos pulsos de clock, os demais FFs dependem dos FFs anteriores para mudar de estado. FLUXO DE SINAL: Usualmente é convencionado representar circuitos, sempre que for possível, com o fluxo indo da esquerda para a direita, iremos tentar fazer a apresentação destes circuitos assim, o FF A ( LSB ) à direita e o FF D ( MSB ) à esquerda, como podemos verificar na figura acima, é apenas uma convenção que auxilia a compreensão do funcionamento dos contadores. O contador mostrado além de assíncrono tem módulo 16, ou seja, o contador percorre 16 estados distintos até começar a contar os mesmos estados novamente, naturalmente a quantidade de módulos é igual a onde n é igual ao número de FFs utilizados. n2 REGISTRADORES DE DESLOCAMENTO: Um registrador de deslocamento é um grupo de FFs organizados de modo que os números binários armazenados nos FFs sejam deslocados de um FF para o seguinte a cada pulso de clock. Um exemplo típico de registrador de deslocamento é uma calculadora eletrônica, quando digita-se um número os outros que já estavam no display são deslocados para a esquerda. Uma forma de conectar FFs J-K para que operem como um registrador de deslocamento de quatro bits está apresentada na figura acima. Veja que os FFs estão conectados de forma que as saídas estão ligadas as entradas dos FFs posteriores, assumiremos que todos os FFs estão resetados inicialmente. As formas de onda mostram como os dados são deslocados da esquerda para direita de FF para outro enquanto os pulsos de deslocamento são aplicados. Quando ocorre a primeira borda de descida no instante T1, cada um dos FFs 2, 1, 0 têm em suas entradas a condição J = 0 e K = 1, devido ao estado do FF que está a sua esquerda. O FF 3 tem J = 1 e K = 0 devido a entrada de dados. Assim no instante T1 somente Q3 vai para o nível ALTO, enquanto todos os outros FFs permanecem em nível BAIXO. Quando ocorrer a segunda borda de descida ( instante T2 ), o FF 3 terá J = 0 e K = 1, devido ao sinal de entrada. O FF 2 tem J = 1 e K = 0 devido ao nível ALTO de Q3. Os FFs 1 e 0 ainda permanecem com J = 0 e K = 1, portanto no instante T2 apenas Q2 vai para nível ALTO, o FF3 vai para o nível BAIXO e os FFs 1 e 0 permanecem em nível BAIXO. O mesmo raciocínio pode ser utilizado para determinar como as formas de onda mudam nos instante T3 e T4. Observe que a cada borda de descida do pulso de deslocamento, cada saída do FF recebe o nível lógico que estava presente na saída do FF à sua esquerda antes da borda de descida do pulso de deslocamento. EXEMPLOS: Se quisermos projetar um contador de módulo 14, basta projetar uma lógica que reinicie a contagem quando tivermos 1110 em DCBA, logo a contagem irá de 0000 a 1101 ( 0 a 13 => 14 estados ), utilizamos as saídas DCB nas entradas de uma porta NAND, se conectarmos um sinal de clock com freqüência de 30 KHz teremos na saída 2,14 KHz, veja abaixo: Podemos também projetar um contador decádico, quando tivermos em DCBA 1010, o contador é reiniciado, basta utilizarmos as saídas D e B, a contagem será de 0000 a 1001 ( 0 a 9 => 10 estados ). Para projetar um contador que inicia com todos os bits em 0 e tem módulo X, basta calcular o menor número de FFs XN ≥2 , conecte a saída da porta NAND as entradas CLEAR de todos os FFs, verifique quais serão os FFs que estarão em nível ALTO na contagem = X, conecte estas saídas dos FFs nas entradas da porta NAND. Existem também circuitos integrados prontos com contadores assíncronos que possuem estes circuitos que estudamos internamente já conectados, um exemplo é o 74LS293, veja figura abaixo: EXEMPLO: Utilizando o CI 74LS293 projete um contador de módulo 10: CONTADOR ASSÍNCRONO DECRESCENTE: Até agora todos os contadores que estudamos têm contagem crescente, podemos também projetar contadores decrescentes, ou seja, que fazem a contagem regressiva: Agora as saída negadas é que servem de clock para os FFs posteriores, logo a saída B irá comutar sempre que A tem transição positiva, uma vez que é A que aciona o clock do FF B, o mesmo ocorre com o FF C que comutará quando B passa do nível BAIXO para o nível ALTO. LIMITAÇÕES DOS CONTADORES ASSÍNCRONOS: Se considerarmos que cada FF tem um atraso de propagação entre o sinal na sua entrada e a saída, podemos imaginar que isso fará com que haja um efeito cumulativo à medida que os sinais forem sendo propagados entre um FF e outro. Em resumo os FF não mudam de estado simultaneamente em sincronismo com os pulsos de entrada. Essas limitações podem ser corrigidas com a utilização dos contadores síncronos, nos quais todos os FFs são disparados simultaneamente pelos pulsos de clock de entrada. A medida que o contador tiver a freqüência de clock mais elevada, os atrasos passam a ser mais significativos a ponto de pular alguns estados, veja figura (b). Em geral os contadores síncronos são circuitos maiores e mais complexos que os contadores assícronos, bem como não são em todos os FFs que as entradas J-K estão em nível ALTO. A seqüência de contagem mostra que o FF A tem que mudar de estado a cada transição negativa do clock, por isso suas entradas são mantidas em “1” O FF B deve mudar de estado a cada transição negativa do clock, enquanto A = 1. O FF C tem que mudar de estado na borda de descida do clock, quando A = B = 1. Assim como D deverá mudar de estado também na borda de descida do clock q nível ALTO. O princípio básico para um contador síncrono é: Cada FF deve ter suas entra que elas estejam no nível ALTO apenas quando as entradas de todos os FF estiverem no estado ALTO. Existem também os circuitos integrados comerciais com contadores como este 74LS160/162 Contadores síncronos decádicos. 74LS161/162 Contadores síncronos de módulo 16. uando A, B e C estiverem em das J e K conectadas de modo s de mais baixa ordem prontos: