Eletrônica digital IIA  Contadores assíncronos

Esta página é continuação da anterior (exemplos de aplicações de flip-flops).

1-) Blocos lógicos elementares  

 A tabela abaixo dá o resumo dos blocos elementares para fins de consulta.

Nome	Nome inglês	Símbolo usual	Notação algébrica
E	AND		S = A . B
OU	OR		S = A + B
NÃO	NOT		S = A
OU exclusivo	XOR		S = A Å B
NÃO E	NAND		S = (A . B)
NÃO OU	NOR		S = (A + B)

A função NÃO antes ou depois de outro bloco lógico é representada por um pequeno círculo junto da entrada ou saída. Veja as linhas seguintes. A função OU exclusivo é considerada elementar embora seja, em circuitos práticos, implementada com o uso das anteriores.

2-) Contadores assíncronos  

Contadores são dispositivos de múltiplas e importantes aplicações e, na Eletrônica Digital, são facilmente implementados com flip-flops.

Esta página trata de contadores assíncronos, assim denominados porque as entradas de controle (clock) dos diversos flip-flops que os compõem não trabalham na mesma freqüência.

3-) Contador assíncrono básico  

A Figura 3.1 dá o esquema: são usados 4 flip-flops tipo mestre-escravo ligados em cascata, com a saída Q de cada ligada à entrada de clock do seguinte.

As entradas J e K de cada flip-flop são mantidas no nível 1.

Supondo que inicialmente todos os flip-flops estão no nível 0, o comportamento pode ser visto pelos gráficos da Figura 3.2.

Também é suposto que, a partir de determinado instante, uma seqüência de pulsos retangulares é aplicada na entrada de clock E do flip-flop número 0, conforme gráfico superior da Figura 3.2.

Na página anterior foi visto que flip-flops tipo mestre-escravo só mudam de estado na descida (transição de 1 para 0) dos pulsos de clock.

Assim, a saída do flip-flop 0 não acompanha exatamente a entrada de clock e o resultado é uma seqüência de pulsos com o dobro da largura. E de forma análoga para os demais.

Na Tabela 3.1 os valores da coluna E são apenas números seqüenciais dos pulsos de entrada e as demais colunas contêm os níveis lógicos das saídas de acordo com os gráficos anteriores, considerando S3 o dígito mais significativo.

Pode-se notar que os valores das saídas correspondem às contagens em números binários dos pulsos de entrada. E o processo é reiniciado após o décimo sexto pulso.

Voltando aos gráficos da Figura 3.2, pode-se verificar que o circuito opera também como um divisor de freqüência: S0 tem freqüência igual à metade da de entrada, S1 a metade da de S0 e assim sucessivamente, ou seja, cada flip-flop divide a freqüência por 2.

4-) Contador assíncrono de década 

O circuito do tópico anterior conta seqüências de 16 pulsos e não é difícil concluir que esse número é resultado de 2ⁿ, onde n é o número de flip-flops (4 no caso). Entretanto, em muitos casos, é necessário que a contagem seja feita em seqüências de 10 pulsos (ou décadas), a base usual de numeração.

Desde que 10 não é potência inteira de 2, pode ser usado o artifício indicado na Figura 4.1: uma porta NAND com a saída conectada nas entradas CLEAR dos flip-flops.

As entradas da porta recebem os valores S3, S2 (equivalente a Q do flip-flop 2), S1 e S0 (equivalente a Q do flip-flop 0).

Assim, quando o valor nessas entradas for igual a 1010 (10 em binário), as entradas CLEAR serão nulas, zerando os flip-flops e reiniciando a contagem. Observar que o artifício pode ser ajustado para qualquer tamanho da seqüência, desde que menor que 2ⁿ, onde n é o número de flip-flops.

5-) Contadores assíncronos decrescentes  

Os circuitos vistos até aqui contam de forma crescente. Algumas aplicações exigem forma contrária, isto é, decrescente.

Na contagem decrescente, as saídas são complementos dos valores da tabela 3.1, ou seja, 1111, 1110, etc.

Assim, um meio de se obter contagem decrescente é simplesmente considerar, no circuito da Figura 3.1, as saídas S0 a S3 como as saídas Q dos respectivos flip-flops, conservando as ligações entre Q e CK dos flip-flops adjacentes.

Outra forma é modificar o circuito para o da Figura 5.1: as entradas de clock recebem as saídas Q e não Q, permanecendo estas últimas como saídas. A análise gráfica pode ser feita de forma similar ao tópico 3 e, por isso, aqui não é colocada.

Havendo necessidade de contagem crescente ou decrescente, pode ser usado um arranjo conforme circuito da Figura 5.2.

Os três blocos B atuam como chaves lógicas e o circuito se comporta como o da Figura 3.1 (crescente) ou o da Figura 5.1 (decrescente), dependendo do nível lógico da entrada de controle C.

6-) Exemplo de circuito integrado  

A Figura 6.1 dá o diagrama lógico do CI 74HC/HCT93 da Philips. É um integrado de 14 pinos numerados conforme figura (os pinos não indicados não são usados).

Funciona de forma similar ao circuito da Figura 3.1, isto é, um contador de 4 flip-flops (ou 4 bits), mas o flip-flop 0 (entrada CP0) é separado dos demais (entrada CP1). Assim, para funcionar como contador de 4 bits, deve ser usada a entrada CP0 e CP1 dever ser ligada externamente com a saída Q0.

Se usada a entrada CP1, o circuito funciona como um contador de 3 bits, com saídas Q1, Q2 e Q3.

As entradas de controle dos pinos 2 e 3 (MR, "master reset") zeram a contagem se ambas estiveram no nível 1.