CONTADORES
Contadores (Counters em inglês), servem para contar pulsos de clock, aplicados à entrada de um Filp Flop.
Os contadores são usados em eletrônica digital, com a finalidade de contagem, ou como divisor de frequências de clock.
Contadores são projetados com a ajuda de Flip Flops (pode-se usar Flip Flops JK, ou, tipo D), conectados entre si, como mostrado na figura 1.
Tipos de Contadores:
Os contadores podem ser divididos em:
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Contadores Assíncronos – Quando os Flip Flops, não recebem o mesmo sinal de clock
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Contadores Síncronos – Quando todos os Flip Flops, recebem o mesmo sinal de clock, ao mesmo tempo
Contadores - Módulo 3.3
Eletrônica Digital - Circuitos Sequenciais
Contadores Assíncronos
O contador assíncrono (também chamado de Contador de ondulação “Ripple Counter” em inglês), é um arranjo em cascata de Flip Flops, onde, a saída de um Flip Flop (Q’), aciona a entrada do Flip Flop subsequente, como mostrado no diagrama de blocos da figura 1.
No circuito da figura 1, Q0 (que é o bit menos significativo “LSB” em inglês), irá alternar para cada transição negativa do clock. O Flip Flop seguinte alternará, quando o Flip Flop anterior mudar de 1 para 0, e assim sequencialmente, para ca
da Flip Flop posterior.
Q2 é o bit mais significativo (MSB em inglês).
A figura 2 Mostra o diagrama temporal para os Flip Flops da figura 1.
A Tabela Verdade pode agora, ser comparada com esse diagrama.
Num contador de 3 bits (usando 3 Flip Flops), há oito estados possíveis (0 a 7), como mostra a Tabela Verdade.
O número de estados possíveis na saída (contagem), é dado por 2 elevado ao número de Flip Flops.
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Assim para 2 Flip Flops (2 FF), a fórmula será 2^2, onde “^” é igual a elevado) a contagem vai de 0 a 3. Este contador é chamado de Contador Binário.
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Três FF a expressão é 2^3 é igual a 8, contador octal (figura 1).
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Quatro FF é igual: 2^4 a contagem vai de 0 a 15 (contador hexadecimal), como mostrado nas figuras 3 e 4.
Diagrama de Temporização Contador Assíncrono
Na figura 4, o diagrama de temporização de saída é mostrado.
Em cada pulso de clock, o contador conta sequencialmente.
Na saída a contagem é incremental, e vai de 0000 a 1111, no binário, ou, de 0 a 15 em decimal, para um contador assíncrono de 4 bits.
Após o décimo sexto pulso de clock (15 ou 1111), o contador volta a 0 ou 0000 e conta novamente em um novo ciclo de contagem.
Resumindo:
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Um contador Assíncrono de 3 bits (também chamado de 3 estágios), começa a contar de 0 (000 em binário) e incrementa ou conta para cima até 7 (111 em binário) e, em seguida, inicia um novo ciclo de contagem ao ser redefinido
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Um contador Assíncrono de 4 bits (chamado de 4 estágios), começa a contar de 0 (0000 em binário) e incrementa ou conta para cima até 15 (1111 em binário), e depois inicia um novo ciclo de contagem.
Divisores de frequência utilizando contadores Assíncronos
Nos exemplos acima, os contadores são usados como “contadores” de pulsos do clock. Dependendo da quantidade estágios, é possível contagens diferentes.
No entanto, Contadores Assíncronos, são muito usados também como divisores de frequência (figura 5).
Usando divisores de frequência, podemos reduzir a frequência alta do clock de entrada, para valores menores de frequência, que podem então ser usados nos diversos estágios que constituem um circuito eletrônico.
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Isso é muito útil no caso de eletrônica digital, em aplicações relacionadas ao tempo.
Em um computador, por exemplo, um clock de valor alto (fornecido por um oscilador de Cristal), e que é necessário para o funcionamento do processador, que utiliza frequências mais altas, pode ir sendo dividido em frequências cada vez menores, de forma que possa ser utilizado nos diversos etapas do circuito eletrônico, sem a necessidade, de outros circuitos osciladores.
Contadores Síncronos
A diferença entre o contador Síncrono e o Assíncrono, é que no Contador Síncrono, o mesmo sinal de clock, está presente em todos os Flip Flops ao mesmo tempo (figura 6), de forma paralela.
Este tipo de ligação, corrige o problema de atraso na saída, comum aos contadores Assíncronos, pois o sinal de clock neste caso, tem que passar pelos Flip Flops um a um, resultando num retardo cumulativo do sinal.
Uma outra diferença é que, no contador Síncrono, são adicionadas portas AND, para garantir que os flip-flops alternem na sequência correta.
O Contador Síncrono é usado em circuitos de alta frequência, onde o atraso do sinal, tem de ser o menor possível para evitar erros.
Um diagrama lógico de um contador síncrono de quatro estágios (4 Flip Flops), é mostrado na figura 6.
Diagrama de Temporização Contador Síncrono
Na figura 7 é mostrado o diagrama de tempo para um contador síncrono.
A cada pulso de clock, o contador conta sequencialmente, e as saídas variam de 0000 a 1111 (0 a 15 em decimal).
Após o 1111, o contador é reinicializado, e recomeça a contagem
parágrafo. Clique aqui para adicionar e editar seu próprio texto. É fácil.
Resumindo:
Embora como foi visto, haja diferenças entre Contadores Assíncronos e Síncronos, na prática apresentam os mesmos resultados, ou seja, contar pulsos de clock.
Então a escolha entre um ou outro, depende somete das especificações e necessidades do projeto.
Contadores de Décadas
O contador de 4 estágios da figura 3, pode contar de 0000 a 1111 (15 em decimal). Isso é útil na lógica binária (e no sistema hexadecimal),
Mas quando se precisa de um Contador que conte de 0 a 9 (sistema decimal)?
Imagine um elevador que percorra muitos andares. Se o display mostrasse os andares em binário ou hexadecimal, seria de pouca utilidade.
Para casos como esse, um contador decimal é mais útil.
Também se usam contadores de décadas, ou decimal, quando se precisa de lógica aritmética.
Para implementar esse tipo de contador decimal, usa-se um contador de 4 estágios modificado, com a utilização de porta lógica adicional NAND, como mostrado na figura 8.
Esse tipo de configuração, permite que a contagem seja bloqueada acima do 10º pulso de clock, e o contador conta então, de 0 a 9 em decimal.
Do pulso 11 ao 16, os Flip Flops, têm as saídas reconfiguradas para “0”
Resumo dos Contadores Assíncronos e Síncronos
Além dos contadores analisados acima, há outros tipos como:
- Contadores de Toques (Ring Counters em inglês)
- Contadores Decrescentes Assíncronos ou Síncronos (os que vimos acima, são crescentes)
- Contadores Johnson
Não entramos em detalhes sobres estes contadores, pois estão fora do escopo, para quem se destina este curso, que é de conhecimento básico.
Caso o leitor queira saber mais sobre estes contadores, há bastante conteúdo a respeito na Internet.
Contadores – Circuitos integrados (CI’s)
Todos os contadores apresentados aqui, podem ser implementados usando Flip Flops (ex. 74LS76), associados a Portas (ex. 7408), e fazendo a ligação apropriada entre eles.
Porém isso é desnecessário, pois existem diversos tipos de circuitos integrados para os diversos tipos de contadores, com diferentes especificações, como mostrado a seguir:
Circuitos Integrados – Contadores Assíncronos
- 74HC93 – 4 Bit binary Ripple Counter (Contador 4 estágios)
- 74HC393 – Dual 4 Bit binary Ripple Counter (2 Contadores 4 estágios)
- 74HC4060 - 14-stage binary counter/oscillator (Contador 14 estágios)
Circuitos Integrados – Contadores Síncronos
- 74HC163 - 4 Bit binary Counter (Contador 4 estágios)
- 74HC192 - 4 Bit binary Up/Down Counter (Contador 4 estágios)
Circuitos Integrados – Contadores Décadas
- 74HC390 - Dual Decade Ripple Counter (Contador de Décadas Assíncrono)
- CD4017 - Decade Counter (Contador de Décadas Síncrono)
- CD4022 - Octal Counter (Contador Octal (0 a 7) Síncrono)