Contadores de toque

Se a saída de um registrador de deslocamento é realimentada para a entrada. um contador de anel resulta. O padrão de dados contido no registrador de deslocamento irá recircular enquanto os pulsos de clock forem aplicados.

Por exemplo, o padrão de dados se repetirá a cada quatro pulsos de clock na figura abaixo. No entanto, devemos carregar um padrão de dados.

Todos 0 'S ou todos 1 'S não conta. É um nível lógico contínuo de tal condição útil?







Fazemos provisões para o carregamento de dados no registrador de deslocamento de entrada paralela / saída serial configurado como um contador de anel abaixo.

Qualquer padrão aleatório pode ser carregado. O padrão mais geralmente útil é um único 1 .







Carregando 1000 binários no contador de anel, acima, antes de deslocar produz um padrão visível.

O padrão de dados para um único estágio se repete a cada quatro pulsos de clock em nosso exemplo de 4 estágios.

As formas de onda para todos os quatro estágios parecem iguais, exceto pelo atraso de um clock de um estágio para o próximo. Veja a figura abaixo.







O circuito acima é dividido por 4 balcão. Comparando a entrada do relógio com qualquer uma das saídas, mostra uma relação de frequência de 4:1.

P:Quais são os estágios que precisaríamos para um contador de divisão por 10?

R:Dez estágios recirculariam o 1 a cada 10 pulsos de relógio.







Um método alternativo de inicialização do contador de anel para 1000 é mostrado acima. As formas de onda de deslocamento são idênticas às anteriores, repetindo-se a cada quatro pulsos de clock.

O requisito para a inicialização é uma desvantagem do contador de anéis em relação a um contador convencional.

No mínimo, ele deve ser inicializado na inicialização, pois não há como prever em qual estado os flip-flops serão inicializados.

Em teoria, a inicialização nunca deve ser necessária novamente. Na prática, os flip-flops podem eventualmente ser corrompidos por ruído, destruindo o padrão de dados.

Um contador de “autocorreção”, como um contador binário síncrono convencional, seria mais confiável.







O contador síncrono binário acima precisa de apenas dois estágios, mas requer portas de decodificação.

O contador de anéis tinha mais estágios, mas era decodificado automaticamente, salvando os portões de decodificação acima.

Outra desvantagem do contador de anéis é que ele não é “autoinicializado”.

Se precisarmos das saídas decodificadas, o contador de anéis parecerá atraente, em particular, se a maior parte da lógica estiver em um único pacote de registradores de deslocamento. Caso contrário, o contador binário convencional é menos complexo sem o decodificador.







As formas de onda decodificadas do contador binário síncrono são idênticas às formas de onda do contador em anel anteriores.

A sequência do contador é ( Q _A Q _B ) =( 00 01 10 11 )

Johnson Counters

O contador de anel de cauda do interruptor , também conhecido como contador Johnson , supera algumas das limitações do contador de anéis.

Como um contador de anel, um contador de Johnson é um registrador de deslocamento realimentado por si mesmo. Requer metade dos estágios de um contador de anéis comparável para uma determinada proporção de divisão.

Se a saída do complemento de um contador de anéis for realimentada para a entrada em vez da saída real, o resultado será um contador de Johnson.

A diferença entre um contador de anel e um contador Johnson é qual saída do último estágio é realimentada (Q ou Q ').

Compare cuidadosamente a conexão de feedback abaixo com o contador de toque anterior.







Essa conexão de feedback “reversa” tem um efeito profundo sobre o comportamento dos circuitos semelhantes.

Recirculando um único 1 em torno de um contador de anel divide o relógio de entrada por um fator igual ao número de estágios.

Considerando que, um contador de Johnson divide por um fator igual a duas vezes o número de estágios.

Por exemplo, um contador de anel de 4 estágios se divide por 4 . Um contador Johnson de 4 estágios se divide por 8 .

Comece um contador Johnson eliminando todos os estágios para 0 s antes do primeiro relógio. Isso geralmente é feito no momento da inicialização.

Referindo-se à figura abaixo, o primeiro relógio muda três 0 s de ( Q _A Q _B Q _C ) à direita em ( Q _B Q _C Q _D ) O 1 em Q _D ’ (o complemento de Q) é deslocado de volta para Q _A .

Assim, começamos a mudar 1 s à direita, substituindo o 0 s. Onde um contador de anel recirculou um único 1 , o contador Johnson de 4 estágios recircula quatro 0 então quatro 1 s para um padrão de 8 bits e, em seguida, repete.







As formas de onda acima ilustram que ondas quadradas multifásicas são geradas por um contador Johnson.

A unidade de 4 estágios acima gera quatro fases sobrepostas de ciclo de trabalho de 50%. Quantos estágios seriam necessários para gerar um conjunto de formas de onda trifásicas?

Por exemplo, um contador Johnson de três estágios, acionado por um relógio de 360 ​​Hertz geraria três 120 ^o ondas quadradas em fase a 60 Hertz.

As saídas dos flop-flops em um contador Johnson são fáceis de decodificar para um único estado.

Abaixo, por exemplo, os oito estados de um contador Johnson de 4 estágios são decodificados por não mais do que uma porta de duas entradas para cada um dos estados.

Em nosso exemplo, oito das duas portas de entrada decodificam os estados de nosso contador de Johnson de exemplo.







Não importa quanto tempo o contador Johnson, apenas portas de decodificador de 2 entradas são necessárias.

Observe, poderíamos ter usado entradas não invertidas para o E portas alterando as entradas da porta de verdadeiro para invertido nos FFs, Q para Q ’ , (e vice versa).

No entanto, estamos tentando fazer o diagrama acima corresponder à folha de dados do CD4022B, o mais próximo possível.







Acima, nossas quatro ondas quadradas em fases Q _A para Q _D são decodificados para oito sinais ( G ₀ para G ₇ ) ativo durante um período de clock fora de um ciclo completo de 8 clock.

Por exemplo, G ₀ está ativo alto quando Q _A e Q _D são baixos. Assim, os pares das várias saídas de registro definem cada um dos oito estados de nosso exemplo de contador Johnson.







Acima está o diagrama interno mais completo do contador CD4022B Johnson. Consulte a folha de dados do fabricante para detalhes menores omitidos.

A principal nova adição ao diagrama em comparação com as figuras anteriores é o detector de estado não permitido composto pelas duas NOR portões.

Dê uma olhada na tabela de estados inseridos. Existem 8 estados permitidos, conforme listado na tabela.

Como nosso shifter tem quatro flip-flops, há um total de 16 estados, dos quais há 8 estados não permitidos. Esses seriam os que não estão listados na tabela.

Em teoria, não entraremos em nenhum dos estados não permitidos, desde que o registrador de deslocamento seja RESET antes do primeiro uso.

No entanto, no “mundo real”, após muitos dias de operação contínua devido a ruídos imprevistos, distúrbios na linha de energia, quase quedas de raios, etc., o contador Johnson pode entrar em um dos estados não permitidos.

Para aplicações de alta confiabilidade, precisamos planejar essa possibilidade mínima. Mais sério é o caso em que o circuito não é limpo na inicialização.

Nesse caso, não há como saber em qual dos 16 estados o circuito será ligado.

Uma vez em um estado não permitido, o contador Johnson não retornará a nenhum dos estados permitidos sem intervenção. Esse é o objetivo do NOR portões.

Examine a tabela para a sequência ( Q _A Q _B Q _C ) =( 010 ) Em nenhum lugar essa sequência aparece na tabela de estados permitidos.

Portanto ( 010 ) não é permitido. Isso nunca deveria ocorrer. Em caso afirmativo, o contador Johnson está em um estado não permitido, que precisa sair para qualquer estado permitido.

Suponha que ( Q _A Q _B Q _C ) =( 010 ) O segundo NOR portão irá substituir Q _B = 1 com um 0 no D entrada para FF Q _C .

Em outras palavras, o ofensivo 010 é substituído por 000 . E 000 , que aparece na tabela, será deslocado para a direita.

Existem muitas sequências triplo-0 na tabela. É assim que o NOR gates tiram o contador Johnson de um estado não permitido para um estado permitido.

Nem todos os estados não permitidos contêm um 010 seqüência. No entanto, após alguns relógios, essa sequência aparecerá de forma que quaisquer estados não permitidos eventualmente serão escapados.

Se o circuito for ligado sem um RESET , as saídas serão imprevisíveis por alguns relógios até que um estado permitido seja alcançado.

Se isso for um problema para um aplicativo específico, certifique-se de REINICIAR na inicialização.

Dispositivos contadores Johnson

Um par de dispositivos contadores Johnson de circuito integrado com os estados de saída decodificados está disponível.

Já examinamos a lógica interna do CD4017 na discussão dos contadores Johnson.

Os dispositivos da série 4000 podem operar com fontes de alimentação de 3 V a 15 V. A parte 74HC ', projetada para uma compatibilidade TTL, pode operar com uma alimentação de 2 V a 6 V, contar com mais rapidez e ter maior capacidade de acionamento de saída.

Para folhas de dados completas do dispositivo, siga os links.

• Contador Johnson CD4017 com 10 saídas decodificadas Contador Johnson CD4022 com 8 saídas decodificadas
• 74HC4017 Contador Johnson, 10 saídas decodificadas

Os símbolos ANSI para o módulo Os contadores Johnson de -10 (dividir por 10) e módulo-8 são mostrados acima.

O símbolo assume as características de um contador em vez de uma derivada de registro de deslocamento, o que é verdade.

As formas de onda do CD4022 módulo-8 e a operação foram mostradas anteriormente. O contador de décadas CD4017B / 74HC4017 é um contador Johnson de 5 estágios com dez saídas decodificadas.

A operação e as formas de onda são semelhantes às do CD4017. Na verdade, o CD4017 e o CD4022 são detalhados na mesma folha de dados.

O 74HC4017 é uma versão mais moderna do contador de décadas.

Esses dispositivos são usados ​​onde as saídas decodificadas são necessárias em vez das saídas binárias ou BCD (Binary Coded Decimal) encontradas nos contadores normais.

Por decodificado, queremos dizer que uma linha entre dez linhas está ativa por vez para o '4017 no lugar do código BCD de quatro bits dos contadores convencionais.

Consulte as formas de onda anteriores para decodificação 1 de 8 para o contador '4022 Octal Johnson.

Aplicações práticas

O contador de Johnson acima desloca um LED aceso a cada quinto de segundo em torno do anel de dez.

Observe que o 74HC4017 é usado em vez do '40017 porque a parte anterior tem mais capacidade de acionamento atual.

Da folha de dados, (no link acima) operando em V _CC =5V, o V _OH =4,6 V a 4ma.

Em outras palavras, as saídas podem fornecer 4 ma a 4,6 V para acionar os LEDs. Lembre-se de que os LEDs são normalmente acionados com 10 a 20 ma de corrente.

Porém, eles são visíveis até 1 ma. Este circuito simples ilustra uma aplicação do ‘HC4017.

Precisa de uma tela brilhante para uma exposição? Em seguida, use buffers de inversão para acionar os cátodos dos LEDs puxados para a fonte de alimentação por resistores de ânodo de valor inferior.

O temporizador 555, servindo como um multivibrador astável, gera uma frequência de clock determinada por R ₁ R ₂ C ₁ .

Isso leva o 74HC4017 a um passo por relógio, conforme indicado por um único LED iluminado no anel.

Observe, se o 555 não aciona de forma confiável o pino do relógio do '4015, execute-o através de um único estágio de buffer entre o 555 e o' 4017.

Uma variável R ₂ poderia alterar a taxa de passo. O valor do capacitor de desacoplamento C ₂ não é crítico. Um capacitor semelhante deve ser aplicado entre os pinos de alimentação e aterramento do ‘4017.







O contador Johnson acima gera ondas quadradas trifásicas, 60 ^o em fases além de ( Q _A Q _B Q _C )

No entanto, precisamos de 120 ^o formas de onda em fases de aplicações de energia (consulte Volume II, AC).

Escolhendo P ₁ =Q _A P ₂ =Q _C P ₃ =Q _B ’ produz o 120 ^o faseamento desejado. Veja a figura abaixo.

Se estes ( P ₁ P ₂ P ₃ ) são filtrados em passa-baixa para ondas senoidais e amplificados, isso pode ser o início de uma fonte de alimentação trifásica.

Por exemplo, você precisa acionar um pequeno motor de aeronave trifásico de 400 Hz?

Então, alimente 6x 400 Hz para o circuito acima CLOCK . Observe que todas essas formas de onda têm ciclo de trabalho de 50%.







O circuito abaixo produz formas de onda trifásicas sem sobreposição, com ciclo de trabalho inferior a 50%, para acionar motores de passo trifásicos.







Acima, decodificamos as saídas sobrepostas Q _A Q _B Q _C para saídas não sobrepostas P ₀ P ₁ P ₂ como mostrado abaixo.

Essas formas de onda acionam um motor de passo trifásico após amplificação adequada do nível de miliamperes para o nível de amp fracionário usando os drivers ULN2003 mostrados acima, ou o driver de par Darlington de componente discreto mostrado no circuito a seguir.

Sem contar o driver do motor, este circuito requer três pacotes IC (Circuito Integrado):dois pacotes FF tipo “D” duplo e uma porta NAND quádrupla.









Um único CD4017, acima, gera as formas de onda escalonadas trifásicas necessárias no circuito acima, limpando o contador Johnson na contagem 3 .

Contar 3 persiste por menos de um microssegundo antes de se limpar. A outra conta ( Q ₀ =G ₀ Q ₁ =G ₁ Q ₂ =G ₂ ) permanecem por um período de relógio completo cada.

Os drivers de transistor bipolar Darlington mostrados acima são um substituto para o circuito interno do ULN2003.

O design dos drivers está além do escopo deste capítulo sobre eletrônica digital. Qualquer um dos drivers pode ser usado com qualquer circuito gerador de forma de onda.







Os waceforms acima fazem mais sentido no contexto da lógica interna do CD4017 mostrado anteriormente nesta seção.

Porém, o E as equações de comutação para o decodificador interno são mostradas. Os sinais Q _A Q _B Q _C as saídas de registro de deslocamento direto do contador Johnson não estão disponíveis nas pinagens.

O Q _D a forma de onda mostra a redefinição do '4017 a cada três relógios. Q ₀ Q ₁ Q ₂ , etc. são saídas decodificadas que, na verdade, estão disponíveis nos pinos de saída.







Acima, geramos formas de onda para acionar um motor de passo unipolar , que requer apenas uma polaridade de sinal de condução.

Ou seja, não precisamos inverter a polaridade da unidade para os enrolamentos. Isso simplifica o driver de energia entre o '4017 e o motor.

Os pares Darlington de um diagrama anterior podem ser substituídos pelo ULN3003.







Mais uma vez, o CD4017B gera as formas de onda necessárias com uma reinicialização após a contagem de terminais.

As saídas decodificadas Q ₀ Q ₁ Q ₂ Q ₃ acione sucessivamente os enrolamentos do motor de passo, com Q ₄ zerando o contador no final de cada grupo de quatro pulsos.



PLANILHAS RELACIONADAS:

• Planilha de contadores
• Planilha de registros de turnos