Aula 09 - Contadores UP-DOWN e Carga Paralela

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Contadores UP/DOWN e 
com carga paralela
Tiago Alves de Oliveira
Introdução
Na• última aula vimos que usar a saída de um FF de
ordem mais baixa para controlar a comutação de
cada FF cria um contador crescente síncrono.
Contadores Decrescentes
Um• contador decrescente síncrono pode ser criado
de maneira semelhante, só que com as saídas
invertidas de cada FF para controlar as entradas J e
K de ordem mais alta.
Contadores Decrescentes
Comparando• o contador decrescente síncrono de módulo 16 da
Figura anterior com o contador crescente, vemos que precisamos
apenas substituir a saída invertida de cada FF correspondente em
lugar das saídas A, B e C.
Para• uma sequência de contagem decrescente, o FF LSB (A) ainda
precisa comutar a cada borda de descida do sinal de entrada do
clock.
• O flip-flop B precisa mudar de estado na próxima borda de
descida quando 𝐴 = 0 (𝐴 = 1).
• O flip-flop C muda de estado quando 𝐴 = 𝐵 = 0 (𝐴 · 𝐵 = 1), e o
flip-flop D, quando 𝐴 = 𝐵 = 𝐶 = 0 (𝐴 · 𝐵 · 𝐶 = 1).
Essa• configuração de circuito produzirá a sequência de contagem:
15, 14, 13, 12, ..., 3, 2, 1, 0, 15, 14, e assim por diante, como
mostra o diagrama de tempo.
Contador UP/DOWN
•A Figura abaixo mostra como fazer um contador
crescente/decrescente (up/down counter).
Contador UP/DOWN
• A entrada de controle 𝑈𝑝/𝐷𝑜𝑤𝑛 controla se as entradas J e
K dos FFs seguintes serão acionadas pelas saídas normais ou
pelas saídas invertidas dos FFs.
Quando• 𝑈𝑝/𝐷𝑜𝑤𝑛 for mantida em nível ALTO, as portas
AND nº 1 e nº 2 estarão habilitadas, enquanto as portas AND
nº 3 e nº 4 estarão desabilitadas (observe a presença do
inversor).
Isso• permite que as saídas A e B passem pelas portas no 1 e
no 2 para as entradas J e K dos FFs B e C.
Quando• 𝑈𝑝/𝐷𝑜𝑤𝑛 for mantida em nível BAIXO, as portas
AND nº 1 e nº 2 estarão desabilitadas, enquanto as portas
AND nº 3 e nº 4 estarão habilitadas.
• Isso permite que as saídas A e B passem pelas portas nº 3 e
nº 4 para as entradas J e K dos FFs B e C.
Contador UP/DOWN
As• formas de onda mostradas na Figura abaixo
ilustram a operação do contador.
Contador UP/DOWN
Observe• que, para os primeiros cinco pulsos de
clock, 𝑈𝑝/𝐷𝑜𝑤𝑛 = 1 e o contador conta de forma
crescente; para os últimos cinco, 𝑈𝑝/𝐷𝑜𝑤𝑛 = 0 e
o contador conta de forma decrescente.
Contador UP/DOWN
O diagrama de • transição de estados para este 
contador é dado na Figura abaixo:
Contador UP/DOWN
As• setas representam transições de estado que
ocorrem na borda de descida do sinal de clock.
Observe• que há duas setas deixando cada círculo de
estado.
Isto• é referido como uma transição condicional.
•O próximo estado para este contador é,
obviamente, dependente do nível lógico aplicado à
entrada de controle, 𝑈𝑝/𝐷𝑜𝑤𝑛.
Cada• uma das setas tem de ser rotulada com o nível
lógico de controle de entrada que produz a
transição indicada.
Contador UP/DOWN
•O nome do sinal de controle é fornecido com uma
legenda próxima do diagrama de transição de
estados.
•A nomenclatura usada para o sinal de controle
(𝑈𝑝/𝐷𝑜𝑤𝑛) foi escolhida para tornar claro como
essa entrada afeta o contador.
•A operação de contagem crescente é ativada em
nível ALTO; a operação de contagem decrescente,
em nível BAIXO.
Exemplo
Que• problemas poderiam ser causados se o sinal
Up/Down na Figura abaixo mudasse de nível na
borda de descida do clock?
Solução
Os• FFs operariam de modo imprevisível, visto que
alguns teriam suas entradas J e K mudando
aproximadamente no mesmo instante em que a
borda de descida estivesse ocorrendo em suas
entradas CLK.
Entretanto,• os efeitos da mudança do sinal de
controle têm de se propagar pelas duas portas
antes de alcançar as entradas J e K, portanto é mais
provável que os FFs respondam de forma previsível
aos níveis que estavam em J e K antes da borda de
descida em CLK.
Exercícios
Qual1. é a diferença entre as sequências de
contagem de um contador crescente e de um
decrescente?
Que2. mudanças de circuito seriam necessárias
para converter um contador síncrono binário
crescente em um contador binário decrescente?
Respostas
1. Em um contador crescente, a contagem é
incrementada de 1 a cada pulso de clock; em um
contador decrescente, é decrementada de 1 a
cada pulso.
Muda2. conexões para saídas invertidas respectivas
em vez de Qs.
Contadores com Carga Paralela
Muitos• contadores síncronos (paralelos) disponíveis
na forma de CIs são projetados para serem
contadores com carga paralela (presettable); em
outras palavras, podem ser inicializados com
qualquer contagem inicial desejada assíncrona
(independente do sinal de clock) ou sincronamente
(na transição ativa do sinal de clock).
Essa• operação de inicialização também é
denominada carga paralela do contador.
Contadores com Carga Paralela
•A Figura abaixo mostra o circuito lógico para um
contador crescente de três bits com carga paralela.
Contadores com Carga Paralela
As• entradas J, K e CLK estão ligadas para a operação
como um contador crescente paralelo.
As• entradas assíncronas PRESET e CLEAR estão
ligadas para que se realize a carga assíncrona do
contador.
•O contador é carregado com qualquer contagem
desejada, a qualquer instante, da seguinte maneira:
Contadores com Carga Paralela
Aplique1. a contagem desejada nas entradas
paralelas de dados, P2, P1 e P0.
Aplique2. um pulso de nível BAIXO na entrada de
carga paralela (PARALLEL LOAD), 𝑃𝐿.
Contadores com Carga Paralela
Esse• procedimento realiza uma transferência
assíncrona dos níveis em P2, P1 e P0 para os flip-
flops Q2, Q1 e Q0,respectivamente.
Essa• transferência forca̧da ocorre
independentemente das entradas J, K e CLK.
•O efeito da entrada CLK será desabilitado enquanto
𝑃𝐿 estiver em seu estado ativo (nível BAIXO), visto
que cada FF terá uma de suas entradas assíncronas
ativada enquanto 𝑃𝐿 = 0.
Contadores com Carga Paralela
Uma• vez que 𝑃𝐿 retorne para o nível ALTO, os FFs
podem responder às entradas CLK e podem
prosseguir a operação de contagem crescente
iniciando a partir do valor carregado no contador.
Por• exemplo, digamos que P2 = 1, P1 = 0 e P0 = 1.
Enquanto PL estiver em nível ALTO, as entradas
paralelas de dados não terão efeito.
Se• pulsos de clock forem aplicados, o contador
realizará a operação normal de contagem
crescente.
Contadores com Carga Paralela
Agora,• digamos que 𝑃𝐿 seja pulsado em nível BAIXO
quando o contador estiver na contagem 010 (isto é, Q2
= 0, Q1 = 1 e Q0 = 0).
Esse• nível BAIXO em 𝑃𝐿 produzirá níveis BAIXOS na
entrada CLR de Q1 e nas entradas PRE de Q2 e Q0, de
modo que o contador irá para a contagem 101
independentemente do que estiver ocorrendo na
entrada CLK.
•A contagem permanecerá em 101 até que PL seja
desativado (retorne para nível ALTO); nesse instante, o
contador prosseguirá na contagem crescente dos pulsos
de clock a partir da contagem 101.
Contadores com Carga Paralela
Essa carga • assíncrona é usada por muitos CIs de 
contadores, tais como o:
74• ALS190, 74ALS191, 74ALS192 e 74ALS193 da 
família TTL 
e os equivalentes CMOS, • 74HC190, 74HC191, 
74HC192 e 74HC193.
Carga síncrona
Muitos• CIs de contadores paralelos usam carga
síncrona, em que o contador é carregado na transição
ativa do mesmo sinal de clock usado para a contagem.
•O nível lógico aplicado na entrada determina se a
transição ativa do clock carregará o contador ou se será
contada como uma operação normal de contagem.
Exemplos• de CIs de contadores que usam carga
síncrona incluem os 74ALS160, 74ALS161, 74ALS162 e
74ALS163 da família TTL e os equivalentes CMOS,
74HC160, 74HC161, 74HC162 e 74HC163.
Exercícios
1. O que significa dizer que um contador é
carregável?
2. Descreva a diferença entre carga assíncrona e
síncrona.
Solução
Ele1. pode ser carregado com qualquer contagem
inicial desejada.
2. A carga assíncrona é independente daentrada de
clock, enquanto a carga síncrona ocorre nas
transições ativas do sinal de clock.
Exercícios
Desenhe1. um contador decrescente síncrono de
módulo 32.
Desenhe2. um contador crescente/decrescente
síncrono de módulo 16. O sentido da contagem é
controlado por dir (dir = 0 para contagem
crescente).
Exercícios
Determine3. a sequência de contagem do contador
crescente/decrescente da Figura abaixo se a
saída INVERSOR estiver fixa no nível ALTO.
Suponha que o contador comece em 000.