Circuitos Lógicos Registradores e Contadores

Transcrição

1 Circuitos Lógicos Registradores e Contadores Prof.: Daniel D. Silveira 1

2 Problemas de temporização Como Q1 muda de estado na borda de descida, J2 e Q2 mudará de estado quando receber a mesma borda de descida. Qual o estado de Q2? Q1 comuta para baixo depois do tp HL, que deve ser maior que o tempo de hold de Q2, t H, ou a resposta será imprevisível 2

3 Problemas de temporização Felizmente, os FF disparados por borda tem tempo th de 5ns ou menos, e praticamente não necessitam de th. Logo, o problema acima não acontece Consideraremos então que: A saída do FF vai para o estado determinado pelos níveis lógicos imediatamente presentes nas entradas de controle síncronas ANTES da transição ativa do clock 3

4 Problemas de temporização Seja um FF J-K disparado por borda negativa, considere Q=0 e th=0 Observar sempre o estado presente antes do instante T (borda de descida)! 4

5 Exemplos de aplicações Detectando uma seqüência de entrada: A saída é ativada apenas quando as entradas são ativadas em uma determinada seqüência Saída em ALTO apenas se A for alto e B for para ALTO um tempo depois 5

6 Armazenamento e transferência de dados Grupos de FF para armazenamento de dados: Registradores Transferência síncrona de dados entre FF 6

7 Transferência paralela de dados Transferência simultânea de todos os dados Não altera o conteúdo do registradores, que são a fonte dos dados 7

8 Transferência serial de dados Registrador de deslocamento: grupo de FF organizados para que os números binários sejam deslocados de um FF para outro (Ex: calc. eletrônica) 8

9 Transferência serial entre regist. Cada FF recebe o valor armazenado no FF à sua esquerda antes da ocorrência do pulso. Quantos pulsos até a transferência total? 9

10 Transferência Paralela X Serial Paralela: transferência simultânea, com um único pulso (maior rapidez) Paralela: requer mais conexões entre o transmissor e o receptor (problema quanto à distância) Paralela: os dados permanecem no registrador A escolha depende da aplicação em particular. Muitas vezes é usada uma combinação dos dois tipos de transmissão. 10

11 Divisão de freqüência/contagem A forma de onda em Q 0 tem a metade da freq. dos pulsos de clk. Para N FF, a freq. de saída é de 1/2 N. O contador é módulo 8(2 N ) 11

12 Exemplo Exemplo 5.15) Considere um circuito de um contador que possui seis FF conectados, segundo o diagrama abaixo (isto é, Q5, Q4, Q3, Q2, Q2, Q0). a) Determine o módulo do contador. b) Determine a frequência de saída do último FF (Q5) quando a frequência do clock de entrada for de 1MHz. c) Qual é a faixa de estados de contagem desse contador? d) Considere como estado (contagem) inicial o valor Qual será o estado do contador após 129 pulsos? 12

13 Exercício proposto 13

14 Contadores assíncronos Também chamados de ondulante (ripple counter) O tipo mais simples de contador binário 14

15 Atraso de propagação Cada FF é disparado pela transição de saída do FF precedente Os atrasos de propagação dos FF se acumulam (exemplo p/ T ckl =1000 ns e 100 ns) 15

16 Atraso de propagação T clock N. t pd f max =1/(N. t pd ) N número de FF t pd atraso de propagação Para t pd =24 ns 4 FFs fmax=1/(4.24 ns) = 10,4 MHz 6 FFs fmax=1/(6.24 ns) = 6,9 MHz * Quanto maior o número de FFs, menor deve ser a freqüência de operação máxima do contador assíncrono. Como corrigir tal problema? 16

17 Contadores síncronos (paralelos) Os FF são disparados simultaneamente pelos pulsos de clock de entrada O contador síncrono requer um circuito maior que o assíncrono * Cada FF deve ter suas entradas J e K conectadas de modo que elas estejam no nível ALTO apenas qdo as saídas de todos os FFs de mais baixa ordem estiverem no estado ALTO 17

18 Vantagem dos contadores síncronos Todos os FF mudam de estado simultaneamente Os atrasos de propagação não são somados Atraso total=t pd do FF + t pd da porta AND Este atraso não depende no número de FF Logo, um contador síncrono pode operar em uma freqüência muito maior 18

19 Contadores de módulo <2 N O contador básico pode ser modificado para gerar um módulo menor que 2 N, fazendo com que o contador pule estados 19

20 Contadores decádicos Qualquer contador com 10 estados distintos Se for a seqüência de a (0 a 9) 20

21 Exemplo prático Contador de módulo 60, para dividir a freqüência da rede de 60 Hz para 1 Hz 21

22 Contadores síncronos decrescentes Usa-se as saídas invertidas de cada FF para controlar as entradas J e K de ordem mais alta 22

23 Contador síncr. crescente/decr. Sinal de controle Up/~Down controla se as entradas J e K serão acionadas pelas saídas normais ou invertidas Contador crescente/decrescente síncrono de módulo 8 23

24 Contadores com carga paralela Podem ser inicializados com qualquer contagem inicial assincronamente Aplicar a contagem desejada nas entradas paralelas de dados P2, P1 e P0 Aplicar um pulso de nível BAIXO na entrada de carga paralela 24

25 Decodificação de contadores Circuito lógico que gera X saídas diferentes, cada uma decodifica um estado particular do contador 25

26 Decodificação de contadores Utilizando NANDs e um outro FF p/ obter um pulso entre 2 estados diferentes do contador 26

27 Exercícios propostos 7.4) Um contador ondulante de 10 bits tem um sinal de clock de 256kHz aplicado a ele. a) Qual o número de módulo desse contador b) Qual será a frequência de saída do MSB? c) Qual será o ciclo de trabalho do sinal MSB? d) Suponha que o contador inicie em zero. Qual a contagem em hexa após 1000 pulsos de entrada? 7.7) Desenhe o diagrama do circuito para um contador síncrono de módulo 32. Determine fmax para esse contador se cada FF tiver um tpd=20 ns e cada porta tiver um tpd=10ns 7.12) Projete um contador síncrono que tenha como saída um sinal de 10 khz quando um clock de 1 MHz lhe é aplicado. 27

28 Exercícios propostos 7.37) Analise o contador síncrono da figura 7.103a. Desenhe o diagrama de tempo e obtenha o módulo do contador. 7.38) Repita o problema anterior para a figura 7.103b 28