Introducción a los contadores: tipos de contadores

El contador es un dispositivo digital y la salida del contador incluye un estado predefinido basado en aplicaciones de pulsos de reloj. La salida del contador se puede utilizar para contar el número de pulsos. En general, los contadores consisten en un arreglo biestable que puede ser un contador síncrono o un contador asíncrono. En un contador síncrono, se da un solo reloj i/p a todos los flip-flops, mientras que en un contador asíncrono, el o/p del flip-flop es la señal de reloj del flip-flop más cercano. Las aplicaciones de microcontroladores requieren el conteo de eventos externos, como la generación exacta de tiempos internos y la frecuencia de los trenes de pulsos. Estos eventos se usan con frecuencia en sistemas digitales y computadoras. Ambos eventos se pueden realizar mediante técnicas de software, pero contar los bucles de software no arrojará el resultado exacto, ya que no se realizan funciones un poco más importantes. Estos problemas se pueden corregir mediante temporizadores y contadores en los microcontroladores que se utilizan como interrupciones.


Contadores

Tipos de contadores

Los contadores se pueden categorizar en diferentes tipos dependiendo de cómo estén cronometrados. Ellas son

  • Contadores asíncronos
  • Contadores síncronos
  • Contadores de décadas asíncronos
  • Contadores de décadas sincrónicos
  • Contadores ascendentes asíncronos
  • Contadores ascendentes sincrónicos

Para una mejor comprensión de este tipo de contadores, aquí estamos discutiendo algunos de los contadores.

Contadores asíncronos

El diagrama de un contador asíncrono de 2 bits se muestra a continuación. El reloj externo está vinculado únicamente al reloj i/p del FF0 (primer balancín). Por lo tanto, este FF cambia de estado en el flanco descendente de cada pulso de reloj, pero FF1 solo cambia cuando se activa por el flanco descendente de la Q o/p de FF0. Debido al retardo de propagación integral a través de un FF, un cambio en el pulso de reloj i/p y un cambio en el Q o/p de FF0 nunca pueden ocurrir exactamente al mismo tiempo. Así, los FF no pueden activarse simultáneamente, generando un funcionamiento asíncrono.

Contadores asíncronos
Contadores asíncronos

Tenga en cuenta que, por comodidad, los cambios de Q0, Q1 y CLK en el diagrama anterior se muestran como simultáneos, aunque se trata de un contador asíncrono. De hecho, hay un pequeño retraso entre los cambios de Q0, Q1 y CLK.

Generalmente, todos los CLEAR i/ps están conectados entre sí, por lo que antes de que comience el conteo, un solo pulso puede borrar todos los FF. El pulso de reloj introducido en FF0 pasa a los nuevos contadores después de retrasos en la propagación, como una onda en el agua, de ahí el término contador de ondas.

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El diagrama del circuito del contador de ondulación de dos bits tiene cuatro estados diferentes, cada uno de los cuales consta de un valor de conteo. De manera similar, un contador con n FF puede tener 2N estados. El número de estados en un contador se llama su número de mod. Por lo tanto, un contador de dos bits es un contador mod-4.

Contadores de décadas asíncronos

En el contador anterior tenemos 2n estados. Pero también son posibles contadores con estados inferiores a 2n. Estos están diseñados para tener el no. de estados en su serie. Estas se denominan secuencias abreviadas y se logran haciendo que el contador se recicle antes de pasar por todos sus estados. Un módulo común para los contadores de secuencia abreviada es 10. Un contador con 10 estados en su ejecución se denomina contador de décadas. El circuito contador de décadas implementado se muestra a continuación.

Diagrama del circuito del contador de décadas asíncrono
Diagrama del circuito del contador de décadas asíncrono

Cuando el contador cuente hasta diez, se borrarán todos los FF. Tenga en cuenta que solo Q1 y Q3 se utilizan para decodificar el conteo de 10, esto se denomina decodificación parcial. Al mismo tiempo, uno de los otros estados del 0 al 9 tiene tanto Q1 como Q3 en alto. La serie de la mesa de contador de décadas se muestra a continuación.

Secuencia de contador de décadas
Secuencia de contador de décadas

Contadores ascendentes asíncronos

En aplicaciones particulares, un contador debe poder contar tanto hacia adelante como hacia atrás. El siguiente circuito es un contador ascendente y descendente de tres bits, que cuenta hacia arriba o hacia abajo según el estado de la señal de control. Cuando i/p UP es 1 y i/p DOWN es 0, la compuerta NAND entre FF0 y FF1 ingresará la o/p no invertida (Q) del flip-flop (FF0) en el interruptor de reloj i/ p (FF1). De manera similar, el o/p no invertido de Flip Flop1 será activado por la otra puerta NAND en el reloj i/p de flip-flop2. Por lo tanto, el contador contará.

Diagrama de circuito de contador ascendente-descendente asíncrono
Diagrama de circuito de contador ascendente-descendente asíncrono

Una vez que el control i/p (ARRIBA) está en 0 y ABAJO está en 1, las salidas invertidas de flip-flop0 (FF0) y flip-flop1 (FF) se conectan por separado al reloj i/ps de FF1 y FF2 . Si el FF se cambia inicialmente a 0, entonces el contador recorrerá la siguiente serie cuando se apliquen los pulsos i/p. Tenga en cuenta que un contador ascendente asíncrono es más lento que un contador ascendente/descendente debido al retraso de propagación adicional introducido por las puertas NAND.

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Progresión del contador progresivo asíncrono
Progresión del contador progresivo asíncrono

Contadores síncronos

En esto tipo de contadores, los CLK i/ps de todos los FF están conectados entre sí y son activados por los pulsos i/p. Por lo tanto, todos los FF cambian de estado instantáneamente. El siguiente diagrama de circuito es un contador síncrono de tres bits. Las entradas J y K del flip-flop 0 están conectadas a HIGH. El flip-flop 1 tiene sus entradas J y K conectadas al o/p del flip-flop 0 (FF0), y las entradas J y K del flip-flop 2 (FF2) están conectadas al o/p de una compuerta AND que es alimentado por el o/ps de flip-flop0 y flip-flop1. Cuando ambas salidas de FF0 y FF1 son ALTAS. El flanco positivo del cuarto pulso CLK hará que el estado de FF2 cambie debido a la puerta AND.

Diagrama de circuito de contador síncrono
Diagrama de circuito de contador síncrono

La serie de matriz de contadores de tres bits se muestra a continuación. La principal ventaja de estos contadores es que no hay un retraso creciente porque todos los FF se activan en paralelo. Por lo tanto, la frecuencia operativa máxima de este contador síncrono será considerablemente más alta que la del contador de fluctuación equivalente.

Pulsos CLK de contadores síncronos
Pulsos CLK de contadores síncronos

Contadores de décadas sincrónicos

El contador síncrono cuenta de 0 a 9 como el contador asíncrono, luego recicla cero nuevamente. Este proceso se realiza devolviendo los estados 1010 al estado 0000. Esto se denomina secuencia truncada, que puede diseñarse mediante el siguiente circuito.

Diagrama de circuito del contador de décadas síncrono
Diagrama de circuito del contador de décadas síncrono

De la serie en el gráfico de la izquierda, podemos observar que

  • Q0 está vinculado a cada pulso CLK
  • Q1 cambia en el siguiente pulso de reloj siempre que Q0 = 1 y Q3 = 0.
  • Q2 cambia en el siguiente pulso de reloj siempre que Q0 = Q1 = 1.
  • Q3 cambia en el siguiente pulso CLK siempre que Q0=1, Q1=1 y Q2=1 (cuenta 7), o cuando Q0=1 y Q3=1 (cuenta 9).
Secuencia de contador de década síncrona
Secuencia de contador de década síncrona

Las funciones anteriores se utilizan con la puerta AND o la puerta OR. El diagrama lógico para esto se muestra en el diagrama de arriba.

Contadores ascendentes sincrónicos

Se dan contador ascendente-descendente síncrono de tres bits, forma tabular y serie abajo. Este tipo de contador tiene un control arriba-abajo i/p similar al contador arriba-abajo asíncrono, que se utiliza para controlar la dirección del contador a través de una serie determinada.

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Diagrama de circuito de contadores ascendentes y descendentes síncronos
Diagrama de circuito de contadores ascendentes y descendentes síncronos

La serie de la tabla muestra

  • Q0 está vinculado a cada pulso CLK para series ascendentes y descendentes
  • Cuando Q0 = 1 para la serie ascendente, el estado de Q1 cambia en el siguiente pulso CLK.
  • Cuando Q0 = 0 para la serie descendente, el estado de Q1 cambia en el siguiente pulso CLK.
  • Cuando Q0 = Q1 = 1 para la serie ascendente, entonces el estado de Q2 cambia en el siguiente pulso CLK.
  • Cuando Q0 = Q1 = 0 para la serie descendente, entonces el estado de Q2 cambia en el siguiente pulso CLK.
Secuencia de contadores de décadas síncronos
Secuencia de contadores de décadas síncronos

Las características anteriores se utilizan con puerta AND, puerta OR y puerta NOT. El diagrama lógico para esto se muestra en el diagrama de arriba.

Solicitudes de contador

Las aplicaciones de contador se encuentran principalmente en relojes digitales y multiplexación. El mejor ejemplo de un contador es paralelo a la lógica de conversión de datos en serie que se describe a continuación.

Un conjunto de bits que se ejecutan simultáneamente en líneas paralelas se denomina datos paralelos. Un conjunto de bits, que se ejecutan en una sola línea en una serie de tiempo, se denomina datos en serie. La conversión de datos paralelos a seriales normalmente se realiza usando un contador para proporcionar una serie binaria de datos, seleccione i/ps de un MUX, como se explica en el circuito a continuación.

Paralelo a la conversión de datos en serie
Paralelo a la conversión de datos en serie

En el circuito anterior, el contador de módulo 8 consta de Q o/ps, que están conectados a los datos, seleccione i/ps de un MUX de 8 bits. El primer grupo de 8 bits de datos paralelos se aplica a las entradas del MUX. Cuando el contador pasa por una serie binaria de 0 a 7, cada bit comienza con D0, es seleccionado en serie y transmitido por el MUX a la línea o/p. Después de los pulsos 8-CLK, el byte de datos se cambió al formato en serie y se envió a través de la línea de transmisión. Luego, el contador retrocede a 0 y nuevamente modifica otro byte paralelo en serie en el mismo proceso.

Entonces, todo gira en torno a contadores y tipos de contadores, que incluyen contadores asíncronos, contadores síncronos, contadores de décadas asíncronos, contadores de décadas síncronos, contadores ascendentes asíncronos y contadores ascendentes síncronos. Además, si tiene dudas sobre este tema o los temporizadores y contadores del microcontrolador 8051, comente en la sección de comentarios a continuación.

Javired
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