Eletrônica Digital II

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1 FACULDADE SANTO AGOSTINHO - FSA ENGENHARIA ELÉTRICA Eletrônica Digital II Prof. Fábio Leite, Esp

2 Tópicos Contadores síncronos Contadores síncronos de módulo < 2 N Contadores síncronos decrescentes Contadores síncronos crescentes/decrescentes Contadores síncronos com carga paralela Circuitos Integrados de contadores assíncronos Analisando contadores síncronos Projeto de contadores síncronos

3 Contadores Síncronos (paralelos) Os problemas encontrados com os contadores assíncronos são provocados pelo acúmulo dos atrasos de propagação dos FFs. Essa limitação pode ser superada pelo com o uso de contadores síncronos ou paralelos, nos quais os FFs são disparados simultaneamente (em paralelo) pelos pulsos de um mesmo clock de entrada. QUESTÃO: Visto que os pulsos de clock de entrada são aplicados em todos os FFs, algum recurso tem que ser usado para controlar o momento em que um ou mais FFs deve(m) comutar, e o momento em que um ou mais FFs deve(m) permancer inalterado(s) quando ocorrer a borda ativa de clock. Como fazer isso??? Projetando as equações de entrada dos FFs!

4 Contadores Síncronos (paralelos) Contador Assíncrono de 4 bits (módulo 16) Contador Síncrono de 4 bits (módulo 16)

5 Contadores Síncronos (paralelos) Contador Assíncrono de 4 bits (módulo 16) f máx N 1 t atraso, sendo N o número de FFs. Contador Síncrono de 4 bits (módulo 16) f máx t atraso _ FF 1 t atraso _ AND Há contadores síncronos de módulo < 2 N?

6 Contadores síncronos de módulo < 2 N Utiliza-se as entradas assíncronas CLEAR para gerar contadores síncronos de módulo < 2 N. De forma semelhante aos contadores assíncronos, observa-se spikes ou glitches nas formas de onda da saída de alguns FFs. Contador Síncrono de módulo 6

7 Contadores síncronos de módulo < 2 N Abaixo mostra-se exemplos de diagramas de transição de estados para um contador síncrono de módulo 2 N, e a mudança que ocorre no diagrama de transição de estados quando se passa para um contador de módulo < 2 N. contador síncrono de módulo 2 N contador síncrono de módulo < 2 N

8 Contadores síncronos decrescentes No estudo dos contadores assíncronos, observamos que em um contador crescente usamos a saída de um FF de ordem mais baixa para controlar a comutação de um FF de ordem imediatamente superior, já em um contador decrescente usamos a saída invertida de um FF de ordem mais baixa para controlar a comutação de um FF de ordem imediatamente superior. Nos Contadores Síncronos, ocorre algo semelhante: no contador crescente usa-se a saída de um FF de ordem mais baixa para controlar a comutação de FFs de ordem superior, no contador decrescente usa-se as saídas invertidas de cada FF para controlar a comutação dos FFs de ordem superior. Sugestão: comprove essa afirmação realizando o Projeto das equações de entrada dos FFs de contadores crescentes e decerescentes!

9 Contadores síncronos decrescentes EXEMPLO Contador Crescente Contador Decrescente E para selecionar o sentido da contagem?

10 Contadores síncronos crescentes/decrescentes

11 Contadores síncronos com carga paralela Muitos contadores síncronos (paralelos) disponíveis na forma de CIs são projetados para serem contadores com carga paralela (presettable): podem ser inicializados com qualquer contagem inicial desejada de forma assíncrona (independente do sinal de clock) ou sincrona (na transição ativa do sinal do clock) CARGA ASSÍNCRONA

12 Contadores síncronos com carga paralela CARGA SÍNCRONA Muitos CIs de contadores paralelos usam carga síncrona, em que o contador é carregado na transição ativa do mesmo sinal de clock usado para a contagem. O nível lógico aplicado na entrada PL determina se a transição ativa do clock carregará o contador ou se será contada como uma operação normal de contagem. Exemplos de CIs contadores que usam carga síncrona incluem os 74ALS160, 74ALS161, 74ALS162 e 74ALS163 da família TTL, e os equivalentes CMOS 74HC160, 74HC161, 74HC162 e 74HC163. Como operam esses Circuitos Integrados?

13 Circuitos Integrados de contadores A série 74ASL / 74HC detecta estado terminal CLR tem precedência sobre os outros sinais! permite interligar contadores Perceberam que este CI só faz contagem crescente?

14 Contadores Síncronos (paralelos)

15 Circuitos Integrados de contadores A série 74ASL / 74HC

16 Circuitos Integrados de contadores CONTADOR DE MÚLTIPLOS ESTÁGIOS Muitas saídas de CIs contadores foram projetadas para facilitar a conexão de múltiplos CIs para criar circuitos com uma extensão de contagem mais ampla. Como analisar o circuito contador?

17 Analisando contadores síncronos Contadores síncronos são casos particulares de circuitos sequenciais síncronos, podendo ser analisados através de ferramentas já vistas, e podendo ser projetados de modo personalizado para gerar uma sequência de contagem qualquer através do procedimento de projeto já visto. Caso tenhamos disponível o esquemático do circuito de um contador síncrono desconhecido que desejamos analisar compreender o funcionamento temos as tabelas e os diagramas de transição de estados como ferramentas muito úteis para realizar esta análise. Neste caso, o primeiro passo para gerar a tabela de transição de estados é escrever a expressão lógica para a entrada de controle de cada FF a partir dessas expressões, é possível prever os comandos para cada FF e o próximo estado resultante. EXEMPLO?

18 Analisando contadores síncronos EXEMPLO EXPRESSÕES: J K J C B C A B C K B A J A K A C

19 Analisando contadores síncronos EXEMPLO J K J C B C A B C K B A J A K A C Estado ATUAL Entradas de Controle PRÓXIMO estado C B A J C K C J B K B J A K A C B A

20 Analisando contadores síncronos EXEMPLO J K J C B C A B C K B A J A K A C Estado ATUAL Entradas de Controle PRÓXIMO estado C B A J C K C J B K B J A K A C B A

21 Analisando contadores síncronos EXEMPLO J K J C B C A B C K B A J A K A C Estado ATUAL Entradas de Controle PRÓXIMO estado C B A J C K C J B K B J A K A C B A

22 Analisando contadores síncronos EXEMPLO J K J J C B A C A B C K B K A A C Observa-se que se trata de um contador de módulo 5. Observa-se ainda que se trata de um contador autocorretor. Estado ATUAL Entradas de Controle PRÓXIMO estado C B A J C K C J B K B J A K A C B A

23 Analisando contadores síncronos EXEMPLO E para projetar um contador síncrono?

24 Projeto de Contador Síncrono Muitas configurações diferentes de contadores estão disponíveis como CIs assíncronos, síncronos e combinações assíncrono/síncrono. A maioria deles realiza a contagem segundo uma sequência binária normal. Entretanto, em muitas aplicações pode-se precisar de um contador que gere uma sequência que não seja a normal. SOLUÇÃO? Realizar o projeto do circuito sequêncial.

25 Projeto de Contador Síncrono EXEMPLO DE PROBLEMA: Controle de um Motor de Passo Um motor de passo gira em passos discretos, geralmente 15 o por passo, em vez de girar em movimento contínuo. Os enrolamentos dentro do motor devem ser energizados e desenergizados em uma sequência específica para produzir movimentos em passos discretos.

26 Projeto de Contador Síncrono EXEMPLO DE PROBLEMA: Controle de um Motor de Passo Um motor de passo gira em passos discretos, geralmente 15 o por passo, em vez de girar em movimento contínuo. Os enrolamentos dentro do motor devem ser energizados e desenergizados em uma sequência específica para produzir movimentos em passos discretos.

27 Projeto de Contador Síncrono EXEMPLO DE PROBLEMA: Controle de um Motor de Passo Passo Completo:

28 Projeto de Contador Síncrono EXEMPLO DE PROBLEMA: Controle de um Motor de Passo Meio Passo:

29 Projeto de Contador Síncrono EXEMPLO DE PROBLEMA: Controle de um Motor de Passo Deseja-se projetar um contador síncrono que gere sinais digitais a serem utilizados para controlar a corrente em cada enrolamento do motor.

30 Projeto de Contador Síncrono EXEMPLO DE PROBLEMA: Controle de um Motor de Passo Deseja-se projetar um contador síncrono que gere sinais digitais a serem utilizados para controlar a corrente em cada enrolamento do motor. Tabela de transição de estados Estado ATUAL Entradas de Controle PRÓXIMO D B A J B K B J A K A B A X 1 X X X X 1 0 X X 0 X X 0 X X X X 0 1 X X 1 X 0 0 1

31 Projeto de Contador Síncrono EXEMPLO DE PROBLEMA: Controle de um Motor de Passo Deseja-se projetar um contador síncrono que gere sinais digitais a serem utilizados para controlar a corrente em cada enrolamento do motor.

32 Projeto de Contador Síncrono EXEMPLO DE PROBLEMA: Controle de um Motor de Passo Para os amplificadores de Corrente

33 Projeto de Contador Síncrono EXEMPLO DE PROBLEMA: Controle de um Motor de Passo ULN2003

34 Projeto de Contador Síncrono DRIVERS: Controle de um Motor de Passo OBS: Usando o 2803 pode-se controlar dois (2) motores de passo!!! ULN2003 ULN PINOS 18 PINOS

35 Exercício: (CONTADOR SÍNCRONO) Projetar um contador de Código Gray de 3 bits:

36 Exercício: (CONTADOR SÍNCRONO) Projetar um contador de Código Gray de 3 bits:???

37 Exercício: (CONTADOR SÍNCRONO) Projetar um contador de Código Gray de 3 bits:???

38 Exercício: (CONTADOR SÍNCRONO) Projetar um contador de Código Gray de 3 bits:

39 Exercício: (CONTADOR SÍNCRONO) Projetar um contador de Código Gray de 3 bits:

40 Exercício: (CONTADOR SÍNCRONO) Projetar um contador de Código Gray de 3 bits:

41 Exercício: (CONTADOR SÍNCRONO) Projetar um contador de Código Gray de 3 bits:

42 Exercício: (CONTADOR SÍNCRONO) Projetar um contador de Código Gray de 3 bits:

43 Bibliografia Básica Tocci, R. J., Widmer, N. S., Moss, G. L.; Sistemas Digitais - Princípios e Aplicações - 10ª Ed, Editora Pearson, Baptista, Carlos Pedro; Fundamental dos Sistemas Digitais 4ª Ed, FCA Editora de Informática Lda. 218p. ISBN Notas de Aula, Prof Dr. Paulo Praça. Universidade Federal do Ceará.