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30/04/2013 1

TemarioContadores asincrónicos y sincrónicos

• Arquitectura• Características• Circuitos comerciales• Diseño

Máquinas de estado finito• Mealy• Moore• Ejemplo

Electrónica Digital 230/04/2013

Electrónica Digital 330/04/2013

Electrónica Digital 430/04/2013

Electrónica Digital 530/04/2013

Contadores digitales• Arreglos de flip-flops• Secuencia finita de estados

Aplicaciones• Conteo de pulsos (eventos)• División de frecuencia• Control y temporización• Direccionamiento de memorias

Diagrama de transición de estados deun contador binario de 3 bits

Electrónica Digital 630/04/2013

1. Atendiendo al código de salidaBinario (natural)BCDEn anilloEn GrayJohnsonArbitrario

2. Atendiendo al sentido de conteoContador hacia arriba (ascendentes)Contador hacia abajo (descendentes)Contador en ambos sentidos, no simultáneos

3. Atendiendo a la posibilidad de preselecciónContador con carga en paraleloContador con puesta a cero inicial solamente

4. Atendiendo a la forma de propagarse la señal de reloj internamenteContador asíncrono (contadores con propagación)Contador síncrono.

Clasificación de los contadores digitales

Electrónica Digital 730/04/2013

Especificaciones de los contadores digitales• Tipo: sincrónico ó asicncrónico.• Módulo: cantidad de estados que componen la secuencia completa• Cantidad de bits: FFs (etapas, stages)

Electrónica Digital 830/04/2013

CLK se propaga entre los FFsFFs: tipo T ó JKSecuencia: binaria naturalMódulo = 2N (N: número de FFs)En cada etapa: fCLK/2No requiere lógica adicional

Contadores asincrónicos (de rizo, de rizado o ripple)

Electrónica Digital 930/04/2013

Contador asincrónico ascendente

Electrónica Digital 1030/04/2013

Contador asincrónico descendente

Electrónica Digital 1130/04/2013

Diseño: Contador asincrónico de 4 bits ascendente / descendente

Electrónica Digital 1230/04/2013

Qk-1 / Qk-1/

0 100 01

0 0

0

1

CS 11 10

11 1

0

CLK = CS/. Qk-1/ + CS. Qk-1

CS/Qk-1/

CSQk-1

Llave digitalLlave digital

Electrónica Digital 1330/04/2013

Electrónica Digital 1430/04/2013

Modificación del módulo en contadores asincrónicos

Identificar el primer estado no deseado y llevar al contador al estado inicial de la secuencia

Electrónica Digital 1530/04/2013

Electrónica Digital 1630/04/2013

Diagramatemporal

Electrónica Digital 1730/04/2013

Procedimiento general de diseño

Electrónica Digital 1830/04/2013

Tiempo de propagación encontadores asincrónicos

Contador de 3 bitstp = 50 nsfCLK = 1 MHz TCLK = 1 µs

Retardo total = N. tp = 3. 50 ns

Electrónica Digital 1930/04/2013

Formas comerciales

• 4024: contador ripple de 7 bits• 4020: contador ripple de 14 bits• 4040: contador ripple de 12 bits

Contadores asincrónicos

Electrónica Digital 2030/04/2013

Contadores sincrónicos

• CLK en paralelo• FFs JK ó D• Retardo de propagación independiente del número de FFs• Mayor velocidad de operación• Requiere lógica externa

Electrónica Digital 2130/04/2013

Contador sincrónico ascendente de 4 bits

Electrónica Digital 2230/04/2013

Tiempo de propagación en contadores sincrónicos

Electrónica Digital 2330/04/2013

Contador Johnson 4017: Johnson de 10 salidas decodificadas4022: Johnson de 8 salidas decodificadas

Electrónica Digital 2430/04/2013

Contador en anillo

Electrónica Digital 2530/04/2013

Contadores BCD (década)• 4029

Contadores Johnson decodificados (con salidas decodificadas)

• 4017: contador de 5 bitsContadores prefijables

• 74x163: contador de 4 bits• 4029

Formas comerciales

Electrónica Digital 2630/04/2013

Modificación del módulo de contadores sincrónicos

Contador 0, 1, 2, …,10 con el 74x163

Electrónica Digital 2730/04/2013

Diagrama temporal

Electrónica Digital 2830/04/2013

Decodificación de contadores

A/B/ D0

C/

AB/ D1

C/

Decodificación con compuertas

Decodificar es identificar unívocamente cada estado de la secuencia activando una sola salida por cada estado de la misma

Decodificar es identificar unívocamente cada estado de la secuencia activando una sola salida por cada estado de la misma

Electrónica Digital 2930/04/2013

Electrónica Digital 3030/04/2013

4017: Johnson de 10 salidas decodificadas

4022: Johnson de 8 salidas decodificadas

Contadores JohnsonFormas

comercialesFormas

comerciales

Electrónica Digital 3130/04/2013

Generalizando…

• Saltos arbitrarios• Salidas decodificadas• Entradas que modifiquen la secuencia.

Electrónica Digital 3230/04/2013

Máquinas de estado sincrónicas temporizadas

Máquina de Moore

Estado siguiente = F(estado actual, entrada)Salida = G(estado actual)

Electrónica Digital 3330/04/2013

Máquina de Mealy

Estado siguiente = F(estado actual, entrada)Salida = G(estado actual, entrada)

Máquinas de estado sincrónicas temporizadas

Electrónica Digital 3430/04/2013

Un caso de máquina de Moore: los contadores sincrónicos

Electrónica Digital 3530/04/2013

Arquitectura de un contador sincrónico generalizado

Electrónica Digital 3630/04/2013

Diseño: estados sin utilizar

Enfoque del Costo mínimo

No se tiene en cuenta en eldiseño lo que puede suceder alentrar en un estado noperteneciente a la secuencia

Enfoque del Riesgo mínimo

Al entrar en un estado noperteneciente a la secuencia, elsecuencial es forzado a pasarnuevamente a la secuencia

Electrónica Digital 3730/04/2013

Diseño: determinación de las ecuaciones de excitación

Flip flop:Di = F (Q0, Q1,…, Qn) para FF-DJi = F (Q0, Q1,…, Qn) para FF-JKKi = F (Q0, Q1,…, Qn) para FF-JK

con i = 0, 1, …, nTabla de verdadalternativa FF D

Tabla de verdadalternativa FF JK

Electrónica Digital 3830/04/2013

Ejemplo

Electrónica Digital 3930/04/2013

Electrónica Digital 4030/04/2013

Completando las otras ecuaciones…

(costo mínimo) (riesgo mínimo)

Electrónica Digital 4130/04/2013

Circuito secuencial (versión de costo mínimo)

Electrónica Digital 4230/04/2013

Resumen del procedimiento

Establecer los estados(cantidad y asignación)

Establecer el tipo de FFpara el diseño

Decidir el criteriode diseño (costo oriesgo mínimo)Construir una tabla

de transición deestados

Hallar las ecuaciones deexcitación

Dibujar el diagramalógico y dibujar osimular un diagramatemporal

Electrónica Digital 4330/04/2013

Bibliografía básica-Sistemas digitales, principios y aplicaciones, Tocci, Widmer, Prentice Hall, 8va. Ed., 2003 (CAP 7)

Bibliografía de ampliación- Diseño digital, Wakerly, Pearson, 3ra. Ed., 2001 (CAP 7)

- Hojas de datos y de aplicación de fabricantes

Electrónica Digital 4430/04/2013

Electrónica Digital 4530/04/2013

Resumen del procedimiento

Electrónica Digital 4630/04/2013

Ejemplo: Decodificación de un contador Johnson

Ventaja Johnson: No importa la cantidad de bits,siempre son necesarios solo 2 bits para decodificar

Electrónica Digital 4730/04/2013

Tabla de estados, asignación de variables de estado, tabla de transicióny tabla de excitación

Electrónica Digital 4830/04/2013

Formascomerciales

Contadores BCD

4029: presettable up/down counter binary or BCD decade

Electrónica Digital 4930/04/2013

Diagrama de tiempos (conteo BCD)

Electrónica Digital 5030/04/2013

Ecuaciones de excitación

Electrónica Digital 5430/04/2013

Máquinas de estado finito

Marcapasos a demanda bicameral