Lab7 - Contadores Síncronos

Prévia do material em texto

ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO 
 
 
 
 
 
ELETRÔNICA DIGITAL COMPUTACIONAL 1 - 
LABORATÓRIO 
 
 
 
Exp. Nº7 
CONTADORES SÍNCRONOS 
 
 
 
Turmas: CP204LPIN2 
 
 
Felipe Eiji Maruyama - 171150 
 
 
 
Professor: Rafael R. da Paz 
 
 
 
 
Sorocaba / SP 
12/05/21
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
2 
 
Sumário 
1. OBJETIVO ........................................................................................................................... 5 
2. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 5 
3. MATERIAIS UTILIZADOS ................................................................................................ 7 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .............................................................................. 7 
5. ANÁLISE DE DADOS ....................................................................................................... 8 
6. CONCLUSÕES ................................................................................................................. 12 
REFERÊNCIAS ........................................................................................................................ 12 
 
 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
3 
 
Lista de Figuras 
Figura 1 - Contador assíncrono de módulo 8 ................................................................................ 6 
Figura 2 - Circuito de um Contador Síncrono de Módulo 10 ........................................................ 8 
Figura 3 - Circuito contador síncrono módulo 16 no Logisim ....................................................... 8 
Figura 4 - Circuito contador síncrono módulo 10 no Logisim ....................................................... 9 
Figura 5 - Diagrama de transição de estados do contador módulo 16 ....................................... 11 
Figura 6 - Diagrama de transição de estados do contador módulo 10 ....................................... 11 
 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
4 
 
Lista de Tabelas 
Tabela 1 - Tabela de contagem do contador síncrono módulo 16 ............................................... 9 
Tabela 2 - Tabela de contagem do contador síncrono módulo 10 ............................................. 10 
 
 
 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
5 
 
1. OBJETIVO 
 
• Projetar contadores síncronos utilizando flip-flops; 
• Verificar o funcionamento dos contadores síncronos; 
 
2. INTRODUÇÃO 
 
Quando um grupo de flip-flops são conectados em conjunto para que 
possam armazenar informações relacionadas, podem ser então chamados de 
registradores. Alguns tipos de registradores podem ser utilizados para contar 
pulsos, e são conhecidos como contadores. Um contador assíncrono ou 
contador serial é um circuito onde os pulsos são aplicados em uma ponta do 
contador e o processo de adicionar cada pulso precisa ser completado antes que 
o ‘carry bit’ seja propagado para a próxima etapa do circuito devido ao tempo de 
propagação existente nos componentes que caso não seja respeitado o circuito 
demonstrará comportamento indesejado. 
Os contadores podem ser classificados de acordo com seu módulo, que 
se refere a quantidade de estados possíveis que podem apresentar em uma 
contagem binária. 
Na figura 1 pode-se analisar a montagem de um contador assíncrono de 
módulo 8, onde também há a demonstração no gráfico do tempo de propagação 
existente no envio de informação entre os flip-flops. 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
6 
 
Figura 1 - Contador assíncrono de módulo 8 
 
Em contadores síncronos, a sequência de contagem é controlada por 
meio de um pulso de clock, e todas as mudanças na saída de todos os flip-flops 
ocorrem de maneira sincronizada. Portanto quando há a comparação entre o 
contador síncrono e assíncrono, os contadores síncronos possuem a vantagem 
sobre os contadores assíncronos quando se leva em consideração o atraso de 
propagação. 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
7 
 
Apesar da vantagem que o contador síncrono possuí, ainda é importante 
destacar que com essa vantagem há também o aumento na complexidade de 
confecção de um circuito síncrono quando comparado a confecção de um 
circuito assíncrono. 
 
3. MATERIAIS UTILIZADOS 
 
• 1 circuito integrado 74HC08; 
• 2 circuitos integrados 74HC73 ou 74HC112; 
• 1 circuito integrado 74HC93; 
• 1 chave de borne; 
• 1 gerador de áudio 
• 20 fios (para uso em matriz de contatos); 
• Datasheets: cd74hc08.pdf, cd74hc73.pdf (cd74hc112.pdf) e 
cd74hc93.pdf. 
 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
Para realizar este experimento foram montados dois circuitos, o primeiro 
circuito foi o de um contador assíncrono de módulo 16, e logo em seguida, 
utilizando o mesmo circuito, houve a complementação para torná-lo em um 
contador assíncrono de módulo 10. 
Para montar o contador síncrono de módulo 10, foi utilizado um circuito 
integrado 74HC93. Dentro desses circuitos se encontram 2 contadores, um de 
módulo 2 e outro de módulo 8 que foram utilizados para representar os estado 
de cada bit no contador de 10 estados diferentes que foram representados por 
leds de 4 cores diferentes. 
Após a montagem do circuito, foi elaborado o diagrama de transição de 
estados e a tabela de contagem e feito o cálculo do maior atraso de propagação 
e a frequência máxima do contador. 
A montagem final pode ser analisada conforme a figura 2. 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
8 
 
Figura 2 - Circuito de um Contador Síncrono de Módulo 10 
 
5. ANÁLISE DE DADOS 
Para melhor visualizar os circuitos montados, foi utilizado o software 
Logisim para desenhar os circuitos, que podem ser vistos nas figuras 4 e 5. 
 
Figura 3 - Circuito contador síncrono módulo 16 no Logisim 
 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
9 
 
 
Figura 4 - Circuito contador síncrono módulo 10 no Logisim 
 
As tabelas de contagens confeccionadas podem ser vistas nas tabelas 1 
e 2. 
 
Tabela 1 - Tabela de contagem do contador síncrono módulo 16 
Led 
Azul(D) 
Led 
Verde(C) 
Led 
Amarelo(B) 
Led 
Vermelho(A) 
Representação 
Decimal 
0 0 0 0 0 
0 0 0 1 1 
0 0 1 0 2 
0 0 1 1 3 
0 1 0 0 4 
0 1 0 1 5 
0 1 1 0 6 
0 1 1 1 7 
1 0 0 0 8 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
10 
 
1 0 0 1 9 
1 0 1 0 10 
1 0 1 1 11 
1 1 0 0 12 
1 1 0 1 13 
1 1 1 0 14 
1 1 1 1 15 
 
Tabela 2 - Tabela de contagem do contador síncrono módulo 10 
Led 
Azul(D) 
Led 
Verde(C) 
Led 
Amarelo(B) 
Led 
Vermelho(A) 
Representação 
Decimal 
0 0 0 0 0 
0 0 0 1 1 
0 0 1 0 2 
0 0 1 1 3 
0 1 0 0 4 
0 1 0 1 5 
0 1 1 0 6 
0 1 1 1 7 
1 0 0 0 8 
1 0 0 1 9 
 
Os diagramas de transição de estados podem ser vistos nas figuras 5 e 
6. 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
11 
 
Figura 5 - Diagrama de transição de estados do contador módulo 16 
 
Figura 6 - Diagrama de transição de estados do contador módulo 10 
 
Utilizando-se os datasheets fornecidos pelo fabricante, tem-se que o 
tempo de propagação 𝑡𝑝(𝐹𝐹𝐽𝐾) é de 13 𝑛𝑠 e o tempo de propagação 𝑡𝑝(𝐴𝑁𝐷) 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FACENS 
 
12 
 
é de 10 𝑛𝑠. Como são utilizados 4 FFJKs conectadas ao mesmo pulso de clock 
e 2 portas AND que também trabalham com o mesmo pulso dos FFJKs, o atraso 
total é a soma do tempo de propagação de 1 porta de cada tipo: 
𝐴𝑡𝑟𝑎𝑠𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑡𝑝(𝐹𝐹𝐽𝐾) + 𝑡𝑝(𝐴𝑁𝐷) = 10𝑛𝑠 + 13𝑛𝑠 = 23𝑛𝑠 
Portanto a frequência máxima de operação do circuito contador síncrono 
de módulo 16 é de: 
𝑓𝑚á𝑥 =
1
23𝑛𝑠
= 43,47𝑀𝐻𝑧 
Para o circuito contador síncrono de módulo 10, foram utilizados o 
contador de módulo 2, o contador de módulo 8 e uma porta NAND. Sendo o 
tempo de propagação destes componentes 𝑡𝑝(𝑀𝑜𝑑2) = 10𝑛𝑠, 𝑡𝑝(𝑀𝑜𝑑8) = 21𝑛𝑠 
e 𝑡𝑝(𝑁𝐴𝑁𝐷) = 13𝑛𝑠. Fornecendo então um atraso total de: 
𝐴𝑡𝑟𝑎𝑠𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑡𝑝(𝑀𝑜𝑑2) + 𝑡𝑝(𝑀𝑜𝑑8) + 𝑡𝑝(𝑁𝐴𝑁𝐷) = 10𝑛𝑠 + 21𝑛𝑠 + 13𝑛𝑠
= 44𝑛𝑠 
E uma frequência máxima de: 
𝑓𝑚á𝑥 =
1
44𝑛𝑠
= 22,7𝑀𝐻𝑧 
 
6.CONCLUSÕES 
 
Com o funcionamento dos flip-flops em conjunto, nos trazendo a 
possibilidade de aprofundar a complexidade dos dados representados pelo efeito 
memória, há a oportunidade de representações de muitos outros dados que em 
conjunto podem contribuir para o processamento de lógicas mais complexas e 
uma aritmética mais completa. 
Diferente dos contadores assíncronos, os contadores síncronos não estão 
tão suscetíveis aos problemas de oscilação e instabilidade quanto ao feedback 
entre os flip-flops que estão conectados e podem trabalhar com um 
processamento mais elevado quando comparado aos contadores assíncronos, 
pois possuem um tempo de atraso total menor. 
 
REFERÊNCIAS 
Morris, Noel Malcolm., 1974. Digital electronic circuits and systems. 
1st ed. Macmillan International Higher Education.