Son circuitos digitales lógicos secuenciales de
salida binaria o cuenta binaria, caracteristica de temporizacion y de memoria,
por lo cual están constituidos a base de flip-flops.
CARACTERISTICAS IMPORTANTES
- Un número máximo de cuentas (módulo del contador)
- Cuenta ascendente o descendente.
- Operación síncrona o asíncrona.
- Autónomos o de autodetención.
UTILIDAD
Se utilizan para contar eventos.
Ejemplos:
- número de pulsos de reloj.
- medir frecuencias.
- Se utilizan como divisores de frecuencia y para almacenar datos. Ejemplo: en un reloj digital.
- Se utilizan para direccionamiento secuencial y algunos circuitos aritméticos.
CONTADORES DE RIZADO.
Son dispositivos contadores que tienen conectados los flip-flops en forma asincrona, es decir, que no,tienen conectadas las entradas de reloj (CLK) en paralelo, sino que tiene que esperar que el primer flip-flop, al activarse por el pulso conmute generando una salida, la cual active o coloque en modo de conmutacion al siguiente flip-flop, el cual con el siguiente pulso conmuta activando al siguiente y asi sucesivamente. El modo de conmutacion en los flip-flop se consigue colocando las entradas J y K en ALTA (1 logico).
El módulo de un contador está determinado por
la cuenta máxima a la que es diseñado, es decir, si el contador es diseñado
para que cuente de 0 a 15 su módulo es el 16 (contador módulo 16) y
simplificado se denomina contador mod-16, si es diseñado para contar de 0 a 9
será un contador módulo 10 o mod-10, etc.
CONTADOR DE RIZADO MODULO- 16.
Este contador se encuentra constituido por flip-flop
JK en modo de conmutación al mantener presente en las entradas J y K un 1 lógico
y conectados entre si de forma asíncrona, es decir, que la salida del flip-flop
1 (FF1) está conectada de forma directa a la entrada de reloj del siguiente
flip-flop 2 (FF2). Los indicadores de salida dan una señal binaria, donde el
indicador A (QA) es el LSB (Bit Menos Significativo), el indicador D (QD) es el
MSB (Bit Más Significativo).
Figura 1: Contador de rizado mod-16
El circulito en la entrada de reloj (CLK) de los
fip-flops, nos indica que trabajan o conmutan con lógica negativa, es decir,
que se activan en la transición de ALTA a BAJA (flanco posterior) del pulso de
reloj y la salida del FF1 (QA) va del nivel BAJO al ALTO dando como resultado la
cuenta binaria 0001. En el pulso 2, en la transcicion del nivel ALTO a BAJO, FF1
se desactiva pasando su salida del nivel ALTO a BAJO, activando el FF2,
conmutando la salida del nivel BAJO a ALTO generando la cuenta 0010, en el pulso
3 del reloj se activa FF1 generando la salida 0011, porque FF2 se encuentra en
mantenimiento teniendo su salida (QB) activada, en el siguiente pulso se
incrementa la cuenta a 0100, según se observa en el diagrama de tiempo de la
figura 2.
Cuenta decimal | Cuenta binaria | Cuenta decimal | Cuenta binaria | ||||||||||||
0
1 2 3 4 5 6 7 |
0
0 0 0 0 0 0 0 |
0
0 0 0 1 1 1 1 |
0
0 1 1 0 0 1 1 |
0
1 0 1 0 1 0 1 |
8
9 10 11 12 13 14 15 |
1
1 1 1 1 1 1 1 |
0
0 0 0 1 1 1 1 |
0
0 1 1 0 0 1 1 |
0
1 0 1 0 1 0 1 |
Figura 2: Diagrama de tiempos de un
contador mod-16
CONTADORES PARALELOS
Con este tipo de contadores se elimina o se
atenua el retardo que se presenta en los contadores asíncronos, donde se tiene
que esperar que un flip-flop
active al otro. Este efecto se consigue conectando el reloj directamente a las
entradas de reloj (CLK) de los flip-flops,
es decir, conectando los pulsos de reloj en paralelo (síncronamente) y las
salidas de los flip-flops
a las entradas J y K de los mismos.
CONTADOR PARALELO DE 3 BITS MOD-8.
Figura 3: Contador paralelo mod-8
También está construido a base de flip-flops
JK, los cuales tienen conectadas sus entradas de reloj en paralelo y sus
salidas QA, va conectada a las entradas J y K del siguiente flip-flop (FF2) y
asi sucesivamente por lo que estaría en modo de mantenimiento hasta que la
salida del FF1 les de un 1 logico lo que los colocaría en modo de conmutacion a
FF2, al estar las entradas del reloj en paralelo, la transición del primer
pulso del nivel ALTO a BAJO, FF1 se activa mientras que FF2 se coloca en modo de
conmutación y FF3 sigue en mantenimiento generando la cuenta 001. En el segundo
pulso FF1 se desactiva y FF2 conmuta generando la salida 010, si en el tercer
pulso estuviera la salida FF2 conectada directamente a las entradas J y K del
FF3 se generaría la cuenta máxima 111, por que el FF2 se encuentra en estado
de mantenimiento en este caso activado por el pulso anterior, teniendo en modo
de conmutacion a FF3 el cual, junto con FF1 se activaría en el pulso 3. Para
evitar este inconveniente se conecta la salida del FF1 y del FF2 a las entradas
de una puerta AND
y las salidas de la puerta AND
a las entradas J y K de FF3, colocandolo en modo de conmutación solamente
cuando FF1 y FF2 estén activados, es decir, en el pulso 3. Generando en el
pulso 4 de reloj que se desactiven FF1 y FF2 y se active FF3 generando la cuenta
100 y en los siguientes pulsos se generarán. El resto de cuenta como se muestra
en el diagrama de tiempo de la figura 4.
Cuenta Binaria | Cuenta decimal | ||||
0
0 0 0 1 1 1 1 |
0
0 1 1 0 0 1 1 |
0
1 0 1 0 1 0 1 |
0
1 2 3 4 5 6 7 |
Figura 4: Diagrama de tiempos de un
contador mod-8
OTROS CONTADORES.
Estos contadores no llegan a su cuenta máxima, por que se interrumpe su cuenta según el diseño o la necesidad que se tenga, por ejemplo, un contador MOD-6 o MOD-10.
CONTADOR DE RIZADO MOD-6.
Para conseguir este tipo de contador de bits, se
utiliza una entrada de reset o borrado la cual se activa inmediatamente después
de la cuenta más alta que se necesite, en este caso en la cuenta 110, colocando
los flip-flops
en 0 lógico. En la figura 5 se muestra el esquema de un contador mod-6.
Figura 5: Esquema lógico de un
contador de rizado mod-6
Este trabajo de activar las entradas de reset de
cada flip-flop
lo realiza una puerta NAND
la cual da un 0 lógico a las entradas de reset. Al recibir en las entradas de
la NAND
los 1 lógicos de las salidas del FF2 y del FF3 colocándo en 0 lógico todos
los flip-flops
y así el contador comienza de nuevo a contar desde 000 hasta 101 o inversamente
si es de cuenta descendente.
C | B | A | Cuenta decimal |
0
0 0 0 1 1 |
0
0 1 1 0 0 |
0
1 0 1 0 1 |
0
1 2 3 4 5 |
1
1 |
1
1 |
0
1 |
RESET |
Figura 6: Diagrama de tiempos del
contador mod-6
El retardo que es causado en el pulso 6 cuando va del nivel ALTO a BAJO hasta que FF2 y FF3 son puestos a 0 en el punto B del diagrama de tiempo, se le denomina tiempo de propagación y éste depende del retardo de propagación del flip-flop y de la puerta que se esté utilizando, este retardo de propagación en la familia TTL es del orden de unos 30ns (nanosegundos). En las otras familias son mayores.
CONTADOR DECADA (CUENTA DECENAS)
Es uno de los más utilizados, esta construido a
base de 4 flip-flops
JK y una puerta NAND
la cual pone en 0 los flip-flops
al llegar la cuenta máxima (1010). Como se sabe un contador de 4 bits, llega a
una cuenta máxima binaria de 1111 que equivale a 16 en decimal, por lo que la
puerta NAND
debe activarse inmediatamente después de la cuenta 1001 0 9 en decimal para que
el contador sea mod-10.
Figura 7: Diagrama lógico de un
contador década rizado
Entonces, como la cuenta inmediatamente después
de 1001 es 1010, entonces se conectan las entradas de la puerta NAND
a las salidas de FF2 (QB) y FF4 (QD) que al mandar los unos a las entradas de la
NAND, la
activan enviando un pulso a las entradas de reset (borrado o CLR) de los flip-flops
colocándolos en cero y reinicializando la cuenta.
Figura 8: Símbolo lógico
simplificado de un contador década
CONTADORES DESCENDENTES
Son los contadores en los cuales su cuenta va en sentido inverso a la normal, es decir, de 16 a 0 o en binario de 1111 a 0000. (si es de mod-16)
CONTADOR DE RIZADO DESCENDENTE DE 3 BITS
Esta diseñado similarmente a los demás
contadores, con la diferencia que este trae en los flip-flops
una salida negada (1),
la cual da el pulso contrario a la salida normal (Q), es decir, cuando Q es
positivo, 1
es negativo. Esta salida 1
es la que va a ir conectada a la entrada de reloj (CLR) de los otros flip-flops,
de resto todas las conexiones son iguales como se muestra en la figura 9.
Figura 9: Contador de rizado
descendente de 3 bits
El funcionamiento es el siguiente: al tener los
3 flip-flops
sus entradas J y K en estado de conmutación (ambas entradas en ALTO) y sus
salidas Q activadas o en estado de SET en los flip-flops,
al llegar el primer pulso en la transición de ALTO a BAJO, el FF1 conmuta, con
lo cual Q va del nivel ALTO a BAJO y 1
va del nivel BAJO al ALTO y la cuenta pasa de 111 a 110 (de 7 a 6 en decimal),
en el pulso 2 en la transición de ALTO a BAJO, FF1 comuta con lo cual la salida
Q va del nivel BAJO al ALTO y la salida 1
va del nivel BAJO al ALTO y se genera la cuenta 101 (5 en decimal) y así hasta
llegar a la cuenta máxima, que en este caso es 0000 como se muestra en el
diagrama de tiempo,
Figura 10: Diagrama de tiempos de un
contador descendente de 3 bits
CONTADORES CON CI TTL
Son circuitos integrados donde vienen incluidos
los flip-flops conectados según el tipo de contador y las puertas. Estos
contadores se pueden llamar de propósito general. El CI 74192
es un contador reversible BCD síncrono TTL, es decir, módulo-10. Tiene doble
entrada de reloj, una para cuenta ascendente y una para cuenta descendente que
conmutan en la transición del nivel BAJO al nivel ALTO del pulso. La entrada de
borrado síncrono se activa en nivel ALTO colocándo las salidas en nivel BAJO
(0000) y se inicializa en cualquier número que se cargue en las entradas de
datos en forma binaria y se transfieren asíncronamente a la salida BCD (A=QA,
B=QB, C=QC, D=QD). La salida de arrastre se utiliza para conectar en cascada
serie varios contadores.
Figura 11: Símbolo del contador 74192
Figura 12: Conexión en cascada de dos
contadores de 0 a 99
CONTADOR BINARIO DE 4 BITS TTL 7493.
El contador 7493
utilizan 4 flip-flops
JK en modo de conmutación, con entradas de reloj ÇP0
y ÇP1
en donde ÇP1
es la entrada de reloj del segundo flip-flop
por lo que para formar un contador de 4 bits mod-16 hay que conectar la salida
del primer flip-flop de manera externa (puente) con la entrada ÇP1,
quedando ÇP0
como la entrada de reloj del contador. También tiene dos entradas de reset (MR1
y MR2) las cuales no se deben dejar desconectadas (flotando) porque, como estas
se activan en ALTA, al estar flotando toman un nivel ALTO lo que mantendría en
reset al contador.
Figura 13: Contador 7493
CONTADORES CON CI CMOS.
CONTADOR CMOS 74HC393
El CI 74HC393
es un doble contador binario de 4 bits. Esta construido a base del flip-flop
T. Las entradas de reloj (1ÇP
y 2ÇP)
son activadas por flanco posterior, o sea, en la transicion de ALTO a BAJO del
pulso de reloj. Las entradas de reset (1MR y 2 MR) del maestro en el contador se
activan en nivel ALTO, las salidas se etiquetan desde Q0 a Q3, siendo Q0 el LSB
y, Q3 el MSB del numero binario de 4 bits. Requiere una fuente de alimentacion
de 5V DC y viene en un CI DIP de14 patillas.
Figura 14: Diagrama lógico del
contador CMOS 74HC393
CONTADOR CMOS CI 74HC193
El CI 74HC193
es un contador reversible síncrono de 4 bits preinicializable como lo muestra
la hoja de datos.
Figura 16: Contador CMOS 74HC193
Tiene 2 entradas de reloj (CPU y CPD), que se activan en la transición del nivel BAJO al ALTO del pulso de reloj, la entrada CPU es para la cuenta ascendente (UP) y la entrada CPD es para la cuenta descendente (D), por lo que dependiendo si el contador que se necesite se conecta al nivel alto o +5V. Los modos de operacion del contador CMOS 74HC193 se muestran en la tabla de verdad 5. El modo de reset borra asíncronamente las salidas (Q0 a Q3) al binario 0000 activándose en ALTO el cual puede ser un pulso de corta duración. Las entradas de carga de datos en paralelo (D0 a D3) se utilizan para programar un número en binario desde donde se quiere que empieze a contar de nuevo al activar la entrada de carga en paralelo (P)) con un nivel BAJO y los datos son transferidos asíncronamente a las salidas (Q0 a Q3). Las salidas de arrastre TÇ5 y TÇÐ generan un pulso negativo, para la conexión en cascada de contadores, ya sea en forma ascendente o en forma descendente la cuenta de estos. El contador 74HC193 viene en un DIP de 16 patillas y opera con una tensión de alimentacion de +5V DC.
DIVISION DE FRECUENCIA: EL RELOJ DIGITAL.
En un contador digital de salida binaria el
retraso que se forma al activarse cada flip-flop
a determinado pulso de reloj, en realidad es una division de frecuencia, por
ejemplo, en un contador de 4 bits la salida QA divide la frecuencia en 2 porque
necesita un pulso para activarse y otro para desactivarse, la salida QB divide
en 4 la frecuencia del reloj de entrada porque tiene que esperar que pasen los 2
pulsos en la salida QA para poder activarse y otros 2 pulsos para desactivarse,
la salida QC es una salida que divide por 8 y la salida QD divide por 16.
Figura 20: Diagrama de bloques de un
reloj digital.
El reloj digital utiliza los contadores como
divisores de frecuencia y acomuladores de cuenta. La función del contador como
acumulador de cuentas es contar los pulsos de entrada y sirve como memoria
temporalmente mientras muestra la hora actual que es decodificada y pasada a los
visualizadores de hora. Los contadores como divisores de frecuencia tienen en su
entrada una onda cuadrada de 60 Hz, el bloque divisor por 60, es construido por
un contador divisor por 6, conectado a un contador divisor por 10.
Figura 21: Contador divisor por 60
El contador divisor por 6 transforma los 60 Hz en 10 hz y el contador divisor por 10 transforma los 10Hz en 1Hz o 1 pulso por segundo. El contador divisor por 10 es construido con un CI 7493 por lo que la primera conexion que se debe hacer es un puente entre Q0 y ÇP1 para convertirlo en un contador de 4 bits, en segundo lugar el CI debe convertirse en un contador decadal (mod-10) como se explico anteriormente, conectando Q3 y Q1 a las 2 entradas de reset. El contador divisor por 6 es hecho con un CI 7493 conectando la entrada de reloj a ÇP1, es decir, que el primer flip-flop (entrada ÇP0) no se utiliza. Los acumuladores de cuenta de 0 a 59 son 2 contadores en donde uno es un contador mod-10 para acumular las unidades (0 al 9) de los segundos y el otro es un contador mod-6 que recibe el pulso de arrastre del mod-10 para contar las decenas de los segundos. Los decodificadores/excitadores sirven para decodificar la salida BCD al visualizador de 7 segmentos.