En el tutorial anterior, se discutieron diferentes tipos de registros . Los registros y contadores son dos tipos de circuitos secuenciales que se construyen exclusivamente a partir de chanclas . Los contadores son aquellos registros que pasan por secuencias de estados predeterminadas al aplicar pulsos de entrada. Los pulsos de entrada pueden provenir de un reloj maestro o de alguna fuente externa. Se pueden aplicar al mostrador a intervalos regulares o de forma aleatoria. Hay dos tipos de contadores: contador asíncrono (también conocido como contador de ondulación) y contador síncrono.
La secuencia de estados de un contador puede ser números binarios o cualquier otra secuencia de estados. Los contadores que siguen la secuencia numérica binaria se denominan contadores binarios. Los contadores binarios se clasifican nuevamente como contador ascendente, contador descendente y contador ascendente/descendente. Los contadores de ondulación y síncronos se pueden utilizar como contadores binarios. Hay muchos otros tipos de contadores que siguen diferentes secuencias de estados distintos de los números binarios, como el contador BCD, el contador en anillo, el contador Johnson, etc.
Contador asíncrono/de ondas –
En el contador asíncrono o Ripple, el pulso de entrada se aplica a un flip-flop o algunos flip-flops del contador y su salida impulsa a los otros flip-flops uno tras otro. Por lo tanto, todos los flip-flops de un contador de ondulación no comparten un pulso de reloj común; en cambio, el pulso del reloj se aplica solo a uno o unos pocos flip-flops.
Este es el contador más sencillo en términos de funcionamiento lógico y, por tanto, el más fácil de diseñar. En este contador, no todos los flip-flops comparten una señal de reloj común. El pulso del reloj se aplica al primer flip-flop. es decir, la etapa de bit menos significativa del contador y el flip-flop sucesivo son impulsados por la salida del anterior y, por tanto, el contador tiene un tiempo de estabilización acumulativo. En consecuencia, su velocidad de funcionamiento es limitada.
Por lo tanto, la primera etapa del contador conmuta primero al aplicar un pulso de reloj al primer flip-flop y la etapa sucesiva cambia sus estados, provocando a su vez un "efecto dominó" de los pulsos de conteo. A medida que los disparadores se mueven a través de los flip-flops como una onda, este tipo de contador se llama contador de ondas. El contador de ondulación puede ser un contador binario (si sigue la secuencia numérica binaria) o puede construirse para seguir otra secuencia de estados, como el contador de ondulación BCD sigue la secuencia numérica BCD.
Contador sincrónico –
En los contadores síncronos, se aplica un pulso de reloj común a las entradas de todos los flip-flops. Todos los flip-flops son impulsados simultáneamente por el pulso de reloj común. En este caso, el cambio en el estado de un flip-flop se determina ingresando datos en él, en lugar de aplicar el pulso de reloj. El pulso de reloj generalmente se genera periódicamente a partir de un reloj maestro. También se pueden construir contadores síncronos para seguir la secuencia numérica binaria, como en el contador síncrono binario, u otra secuencia de estados, como el sistema de numeración BCD, en el caso del contador síncrono BCD.
Tipos de contadores binarios –
Los contadores binarios siguen una secuencia de números binarios. Dependiendo de la forma en que avanza el conteo, los contadores binarios síncronos y de ondulación se clasifican de la siguiente manera:
1) Contador ascendente : el contador ascendente avanza la cuenta en orden ascendente de números binarios. El conteo generalmente comienza en 0 y avanza hasta un número binario fijo. Un contador creciente de n bits puede contar hasta 2n números binarios. Por ejemplo, un contador binario de 8 bits puede contar de 0 a 255.
2) Contador regresivo : el contador regresivo avanza la cuenta en orden descendente de números binarios. El conteo comienza desde un número binario fijo y avanza hasta 0. Un contador de cuenta atrás de n bits puede contar 2n números binarios. Por ejemplo, un contador de cuenta regresiva binario de 8 bits puede realizar una cuenta regresiva de 255 a 0.
3) Contador ascendente/descendente : el contador ascendente/descendente se construye combinando contadores ascendentes y descendentes. En el contador ascendente/descendente, se proporciona una entrada de control de modo (M) para seleccionar el modo ascendente o descendente. La entrada de control de modo implica un circuito combinacional que se utiliza entre cada par de flip-flops para seleccionar el modo de cuenta ascendente o descendente. Un contador ascendente/descendente de n bits puede contar hacia arriba o hacia atrás 2n números binarios. Por ejemplo, un contador binario ascendente/descendente de 8 bits puede contar números binarios crecientes o decrecientes en el rango de 0 a 255.
Contador ascendente de ondulación binaria –
Un contador Binary Ripple Up avanza a través de los estados contando números binarios en orden ascendente. Hacer este contador es muy simple y se puede diseñar simplemente aplicando un pulso de reloj a un flip-flop y conectando en cascada la salida al siguiente flip-flop. Las siguientes chanclas en el mostrador se conectan en cascada de forma similar. A continuación se muestra un contador de ondulación de 2 bits construido utilizando flip-flops de palanca (T):
Figura 1: Diagrama de puerta lógica del contador ascendente binario de ondulación
El flip-flop JK también se puede usar en lugar de los flip-flops T al construir este contador conectando las entradas J y K permanentemente al 1 lógico. En el contador de ondulación ascendente de 2 bits que se muestra arriba, el reloj externo se aplica a la velocidad del reloj del flip-flop de entrada. El -flop A y la salida QA se aplican a la entrada de reloj del siguiente flip-flop, es decir, Flip Flop – B. Este contador de ondulación de 2 bits cuenta de 00 a 11. Su funcionamiento se puede resumir en la siguiente tabla de funciones:
Fig. 2: Tabla de verdad del contador binario ascendente de ondulación
En la tabla de funciones se puede ver que inicialmente ambos flip-flops están en estado de reinicio. Entonces, inicialmente, Q B P A = 00. Ahora el primer flanco negativo del reloj se aplica a la entrada del reloj del flip-flop A. Tan pronto como se aplica el primer flanco negativo del reloj, el flip-flop A se conmuta y QA se vuelve - si es igual. a 1. QA está conectado a la entrada del reloj del flip-flop – B. Cuando QA cambió de 0 a 1, se trata como la transición positiva del reloj del flip-flop B. No hay cambios en QB porque el dedo del flip-flop B es un flip-flop impulsado por un borde negativo . Así, después de aplicar el primer pulso de reloj, QBQA = 01.
Luego, el segundo flanco negativo del reloj se aplica a la entrada de reloj del flip-flop A. Al llegar el segundo flanco negativo del reloj, el flip-flop A conmuta nuevamente y QA se restablece a 0. El cambio en QA actúa como una transición de reloj negativa. . al flip-flop B. Por lo tanto, también alterna y QB se establece en 1. Por lo tanto, después de aplicar el segundo pulso de reloj, QBQA = 10. Luego, el tercer flanco negativo del reloj se aplica a la entrada de reloj del flip-flop A. Al llegar la tercera transición de reloj negativa, el flip-flop A conmuta nuevamente y QA se establece en 1 de 0. Como se trata de un cambio positivo, el flip-flop B no responde y permanece inactivo. Por lo tanto, QB no cambia y permanece igual a 1. Por lo tanto, después de la aplicación del tercer pulso de reloj, QBQA = 11. Al llegar el cuarto flanco negativo del reloj, el flip-flop A conmuta nuevamente y QA se establece en 1 desde 0. Este cambio negativo en QA actúa como pulso de reloj para el flip-flop B. Por lo tanto, cambia QB de 1 a 0. Por lo tanto, después del cuarto pulso de reloj, QBQA = 00.
Contador binario ascendente/descendente de ondulación –
En el contador de ondulación ascendente/descendente, todos los flip-flops funcionan en modo de alternancia. Por lo tanto, para su construcción se utilizan chanclas T o chanclas JK. El flip-flop LSB recibe el reloj directamente. Pero el reloj de todos los demás flip-flops se toma de la salida del flip-flop anterior. El contador tiene entrada de control de modo (M). Dependiendo del estado actual de la entrada de control de modo, se selecciona el modo de cuenta ascendente o descendente. El contador funciona en los dos modos siguientes:
1) Modo de conteo ascendente (en caso de M = 0) : la salida Q del flip-flop anterior debe estar conectada al reloj de la siguiente etapa para que se logre el conteo ascendente. Para seleccionar este modo, la entrada de selección de modo M debe estar en el nivel lógico 0 (es decir, M=0).
2) Modo de cuenta regresiva (en caso de M = 1) : si la entrada de control de modo se establece en 1, entonces la salida de la barra Q del flip-flop anterior se conectará al siguiente FF. Esto operará el contador en modo de cuenta regresiva.
Por ejemplo, considere un contador de ondulación ascendente/descendente binario de 3 bits. Al tratarse de un contador de ondulación de 3 bits, su construcción requiere 3 flip-flops. Hay una entrada de control de modo que es esencial para controlar la selección del modo de cuenta ascendente o descendente. Para un contador de ondulación, la salida Q del flip-flop anterior se conecta a la entrada de reloj del siguiente. Mientras que, para un contador de ondulación descendente, la salida de la barra Q del flip-flop anterior está conectada a la entrada de reloj del siguiente. El contador ascendente/descendente de ondulación de 3 bits tiene el siguiente diagrama de circuito:
Figura 3: Diagrama de puerta lógica del contador binario ascendente y descendente de ondulación
La selección de la salida de la barra Q y Q del flip-flop anterior será controlada por la entrada de control del modo M, de modo que si M = 0, se seleccionará el modo de cuenta ascendente. Por lo tanto, Q está conectado a CLK. Si M = 1, se selecciona el modo de cuenta regresiva. Por lo tanto, la barra Q está conectada al CLK. Un contador de ondulación ascendente/descendente de 3 bits se puede representar mediante el siguiente diagrama de bloques:
Figura 4: Diagrama de bloques del contador binario ascendente y descendente de Ripple
El funcionamiento de este contador se puede representar mediante la siguiente tabla de funciones:
Fig. 5: Tabla de verdad del contador binario ascendente de ondulación
En la tabla de funciones, se puede ver que cuando la entrada de control de modo (M) es 0, se selecciona el modo de cuenta ascendente. Si M = 0 y M bar = 1, entonces las puertas AND 1 y 3 están habilitadas, mientras que las puertas AND 2 y 4 están deshabilitadas. Por lo tanto, Q A está conectado a la entrada de reloj del Flip Flop B y Q B está conectado a la entrada de reloj del Flip Flop C. Estas conexiones son las mismas que el contador ascendente normal. Por tanto, con M = 0 el circuito funciona como un contador creciente. Cuando la entrada de control de modo es 1, se selecciona el modo de cuenta atrás. Si M = 1, entonces las puertas AND 2 y 4 están habilitadas, mientras que las puertas AND 1 y 3 están deshabilitadas. Por lo tanto, Q Bar está conectada a la entrada de reloj del Flip Flop B y Q B Bar está conectada a la entrada de reloj del Flip Flop C. Estas conexiones forman un contador de cuenta regresiva. Así, con M = 1 el circuito funciona como un contador decreciente.
Contador BCD de ondulación –
El contador BCD, también conocido como contador decimal, cuenta números BCD del 0 al 9. Dado que los números BCD son números de 4 bits, se requieren cuatro flip-flops para diseñar un contador BCD. El contador sigue una secuencia de 10 estados y cuenta desde 0 (0000) hasta 9 (1001) volviendo a 0 (0000). Se pueden conectar varios contadores BCD en serie para representar un número decimal mayor. En este caso, se debe conectar al circuito un contador BCD para cada peso posicional.
Se puede construir un contador BCD utilizando flip-flops JK. Para diseñar un contador BCD se necesitan cuatro flip-flops. Estos flip-flops se pueden representar mediante sus pesos binarios como Q1, Q2, Q4 y Q8. Las entradas J y K de los flip-flops están conectadas permanentemente al 1 lógico o a las salidas de otros flip-flops. La salida del flip-flop Q1 está conectada a la entrada de reloj de ambos flip-flops Q2 y Q8. La salida del flip-flop Q2 está conectada a la entrada de reloj del flip-flop Q4. El contador BCD construido a partir de flip-flops JK tiene el siguiente diagrama de puerta lógica:
Figura 6: Diagrama de puerta lógica del contador BCD de ondulación
El contador avanza contando desde Q8Q4Q2Q1 = 0000 hasta Q8Q4Q2Q1 = 1001. El funcionamiento del contador se puede resumir en la siguiente tabla de funciones:
Fig. 7: Tabla de verdad del contador Ripple BCD
Contador ascendente síncrono –
El contador ascendente binario también puede diseñarse como contador síncrono. El contador binario síncrono tiene una señal de reloj común y la secuencia de estados depende de la entrada de datos a los flip-flops. Por ejemplo, para diseñar un contador síncrono de 2 bits, se requieren dos flip-flops. Sea A el flip-flop que almacena LSB y B el flip-flop que almacena MSB. Las entradas JA y KA del flip-flop A están ligadas a la lógica 1. Por lo tanto, el flip-flop A funciona como un flip-flop alternado. . Las entradas JB y KB están conectadas al QA. El contador ascendente binario síncrono de 2 bits tiene el siguiente diagrama lógico:
Figura 8: Diagrama de puerta lógica del contador ascendente binario síncrono
Inicialmente, ambos flip-flops están en estado de reinicio. Por lo tanto, inicialmente, QBQA = 00. Cuando se aplica el primer flanco negativo del reloj, el Flip Flop A se alterna y QA cambia de 0 a 1. Pero en el instante de aplicar el flanco negativo del reloj, QA = JB = KB = 0 Por lo tanto, Flip Flop B no cambia su estado. Por lo tanto, QB permanece en 0. Por lo tanto, después de aplicar el primer pulso de reloj, QBQA = 01. Cuando se aplica el segundo flanco negativo del reloj, el Flip Flop A alterna nuevamente y QA cambia de 1 a 0. Pero en este instante QA permaneció en 1. Entonces JB = KB = 1 y Flip Flop B está conmutado. Por lo tanto, QB cambia de 0 a 1. Por lo tanto, después de aplicar el segundo pulso de reloj, QBQA = 10.
Cuando se aplica el tercer flanco negativo del reloj, el Flip Flop A cambia de 0 a 1, pero no hay ningún cambio de estado para el Flip Flop B. Por lo tanto, después de aplicar el tercer pulso de reloj, QBQA = 11. Cuando se aplica la cuarta transición de reloj negativa aplicado, QA cambia de 1 a 0 a medida que QB también cambia de 1 a 0. Por lo tanto, después de aplicar el cuarto pulso de reloj, QBQA = 00. El funcionamiento del contador ascendente binario síncrono de 2 bits se puede resumir en la siguiente tabla de funciones:
Fig. 9: Tabla de verdad del contador binario síncrono
Contador ascendente/descendente síncrono –
Se puede construir un contador de cuenta regresiva síncrono utilizando flip-flops T conectando salidas complementarias en lugar de salidas normales como en el caso del contador ascendente. Se puede construir un contador ascendente/descendente colocando un circuito combinacional entre cada flip-flop para determinar el modo de conteo. El circuito combinacional se puede diseñar utilizando puertas AND y proporcionando una entrada de control de modo adicional (M) similar a lo que se hace en el caso del contador ascendente/descendente de ondulación.
Contador BCD síncrono –
Nuevamente, un contador BCD se puede construir como un contador síncrono. Para construir un contador BCD síncrono, se deben considerar los estados actual y pasado de los flip-flops. El contador BCD síncrono sigue la siguiente tabla de funciones:
Fig. 10: Tabla de verdad del contador BCD síncrono
En la tabla de funciones anterior, el contador BCD síncrono tiene el siguiente diagrama de puerta lógica:
Figura 11: Diagrama de puerta lógica del contador BCD síncrono
El contador BCD también se llama contador de décadas. El contador cuenta números BCD del 0 (0000) al 9 (1001). Dado que los números BCD tienen 4 bits de longitud, se requieren cuatro flip-flops para diseñar el contador BCD. El contador BCD síncrono tiene todos los flip-flops que comparten un pulso de reloj común.
Contador de toques –
El contador de timbre se utiliza para generar señales de sincronización. Las señales de sincronización son necesarias para controlar las operaciones en un sistema digital. El contador de anillo es un registro de desplazamiento circular en el que sólo se configura un flip-flop a la vez mientras que todos los demás permanecen en cero. En este contador, un solo bit se desplaza de un flip-flop a otro, produciendo una secuencia de señales de sincronización. Por ejemplo, para producir cuatro señales de temporización en un sistema digital, se puede utilizar como contador de anillo un contador de 2 bits combinado con un circuito decodificador. El contador de anillo tendrá flip-flops que almacenarán bits en la siguiente secuencia: 1000, 0100, 0010, 0001 y 1000.
Contador Johnson –
Un contador de anillo de n bits desplaza un solo bit a través de los flip-flops generando n números de estados de secuencia. El número de estados en un contador de anillo se puede duplicar conectando flip-flops en el contador de anillo en forma de cola de interruptor. Esto se puede hacer conectando la salida de un flip-flop con el siguiente. Esto se llama el Contador Johnson. Tiene el siguiente diagrama de puerta lógica:
Figura 12: Diagrama de puerta lógica del contador Johnson
El funcionamiento del contador Johnson se puede resumir en la siguiente tabla de funciones:
Fig. 13: Tabla de verdad del contador de Johnson
En el próximo tutorial se realizarán discusiones relacionadas con la memoria digital.