Interligação de contadores

Transcrição

1 Contadores Conceitos base Contadores síncronos Concepção heurística Concepção formal Características de contadores Alteração do módulo de contagem Interligação de contadores 2 1

2 Um contador é um circuito constituído por vários flip-flops cuja configuração conjunta segue uma sequência de palavras de um determinado código, alterando o seu estado por cada flanco activo do sinal de relógio. 3 Por exemplo um contador de três bits em código binário natural conta segundo a seguinte sequência: Repare-se que o contador é cíclico, isto é, passa do último estado de contagem (7) para o primeiro (0). 4 2

3 O contador referenciado tem um ciclo de oito estados de contagem que se vai repetindo. Dizse, por isso que é um contador de módulo 8. O módulo é o número de estados por que o contador passa antes de reiniciar a sua contagem. 5 Contadores assíncronos: apenas alguns flip-flops (em geral apenas um, o de menor peso de contagem) mudam com um flanco de relógio previamente escolhido. Os outros mudam depois de alguns ou todos os flip-flops anteriores (com menor peso) mudarem. Não estudaremos este tipo de contador. 6 3

4 Contadores síncronos: Num contador síncrono, os flip-flops que compõem o contador mudam todos em sincronismo com um determinado flanco de comutação do relógio. É sobre este tipo de contador que nos iremos debruçar. 7 Vai apresentar-se um processo heurístico de concepção de um contador binário síncrono módulo 8. Um contador desse tipo terá de ter três flip-flops para suportar os oito estados de contagem. Esses três flip-flops, uma vez que o contador é síncrono, terão as suas linhas de relógio interligadas. Pode ser usado qualquer tipo. Vão usar-se flipflops JK edge-triggered. 8 4

5 O circuito de que se parte é, portanto: 9 A sequência de estados pretendida é a sequinte Repare-se que Q 0 muda valor em todas as contagens. O flip-flop que representa essa variável deve, por isso ter as suas entradas na situação J = K =

6 O circuito evolui, assim, para: 11 Repare-se agora que Q 1 muda de estado só quando Q 0 = 1. É então fácil de compreender que 12 6

7 O circuito evolui, agora, para: 13 Repare-se por fim que Q 2 muda de estado só quando Q 1 = Q 0 = 1. É então fácil de compreender que 14 7

8 E o circuito final será: Este processo pode ser repetido para um contador binário com qualquer número de bits. 15 O diagrama temporal de funcionamento de um circuito como o exemplificado atrás, omitindo os tempos de atraso, é o seguinte: f f/2 f/4 f/8 Tenha-se ainda em conta o carácter de divisor de frequências Repare-se na contagem. 16 8

9 É fácil compreender agora que um contador pode ter três tipos de aplicações: Contagem de acontecimentos: Para cada acontecimento existe um impulso na linha de relógio. O contador ao contar os impulsos conta os acontecimentos. Divisor de frequências: A partir de uma sequência de impulsos regular com uma determinada frequência f o contador gera as frequências f/2, f/4,... f/n. Temporizador. Se os impulsos surgirem com um intervalo definido, a contagem do contador corresponde a um determinado tempo. 17 Num contador síncrono esperar-se-ia que na passagem de um estado para o seguinte, a contagem passasse globalmente de um número para outro. No entanto, isso não é verdade porque cada flip-flop, chegado o flanco activo do relógio, reage mas o tempo de reacção varia ligeiramente entre os flip-flops que reagem. Por isso, durante um intervalo de tempo muito pequeno surgem estados transitórios. 18 9

10 Exemplifica-se com a passagem de 3 para 4 na contagem do contador anterior. A figura está numa escala de tempo muito fina e a sequência efectiva escolhida podia ser outra. Note-se que os fabricantes especificam o tempo de atraso máximo e o típico de um flip-flop. Cada um dos flip-flops vai mudar, porém, num intervalo que pode ser diferente de flip-flop para flip-flop. 19 Muitos contadores têm sinais de controlo que permitem melhorar a sua funcionalidade. Um sinal de Reset, por exemplo, é interessante, para se poder colocar o contador a 0 antes de iniciar uma contagem

11 Outro sinal interessante é um controlo que permita o contador contar ou que mantenha o estado apesar de surgirem impulsos na linha de relógio. 21 Os símbolos dos contadores incluem os diversos sinais de controlo que podem ter

12 Há contadores com diversas características. Por exemplo, apresentaram-se contadores binários. É habitual a existência comercial de contadores binários de quatro bits de módulo 16. De igual modo existem contadores BCD, isto é contadores módulo 10. Existem contadores com a possibilidade de contar ascendentemente ou descendentemente. Muitas vezes são designados contadores bidireccionais ou contadores up/down. 23 O comportamento de um contador é definido por uma tabela de estados. Exemplifica-se com a tabela de um contador binário de três bits bidireccional. Dir = 0 Contagem ascendente Dir =1 Contagem descendente 24 12

13 Existem contadores que podem ser carregados com um valor presente num conjunto de entradas exteriores quando é activada uma entrada de controlo correspondente. Para conseguir isto, coloca-se junto a cada flipflop um multiplexador que, quando a linha de controlo indica contagem, faz as entradas dos flip-flops terem origem na lógica de contagem e quando se pretende carregar dados, faz-se essas entradas dependerem de entradas exteriores

14 Símbolo de um contador complexo (74HCT161) Reset [Count] [Load] Dois Enables de contagem TC Contagem final Entradas 27 É possível conseguir um contador que tenha um módulo de contagem diferente (inferior) a um contador de onde se parta. Para isso há que definir qual o último valor de contagem que se pretende e obter uma linha que identifica que se atingiu esse valor. Essa linha activa o carregamento e nas linhas de entrada coloca-se o valor a carregar. No próximo impulso o contador em vez de contar, carrega esse valor e recomeça a contagem

15 Exemplo de construção de um contador módulo 10 a partir de um contador módulo 16 Ordem de carregamento Valor a carregar: 0000 Identificação do 9 (1001) Porque não se usam os bits a 0? 29 Com alguma lógica exterior ao contador é possível, partindo de um contador de módulo n, usando a técnica descrita, realizar um contador que conte segundo qualquer sequência e em qualquer módulo até n. No entanto há técnicas que permitem conceber de base um contador que conte segundo qualquer sequência e até segundo mais de uma sequência de acordo com o valor de entradas de controlo. Essas técnicas serão estudadas mais tarde

16 Muitas vezes tem de se interligar contadores para obter contadores com um maior número de bits e, portanto, um módulo maior de contagem. Seguidamente ilustra-se a forma de construir um contador de oito bits usando dois contadores de quatro. 31 Activo quando o primeiro contador está a 1111 Activo quando ambos os contadores estão a O Próximo contador só contaria quando ambos estão no último estado de contagem Este contador só conta quando o primeiro está no último estado de contagem 32 16

17 Livro recomendado, Secção 6.6 Existem muitos livros com capítulos sobre o assunto. A Internet é, como de costume, uma fonte que, explorada com espírito crítico, tem muito para dar