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SISTEMAS DIGITAISCONTADORES E REGISTRADORESProfessor Carlos Muniz

SISTEMAS DIGITAISCONTADORES E REGISTRADORES

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Professor Carlos Muniz

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O flip-flop pode armazenar durante o período em que sua entradaclock for igual a 0, um bit apenas (saída Q). Porém, se necessitarmosguardar uma informação de mais de um bit, o flip-flop irá tornar-seinsuficiente. Para isso utilizamo-nos de um sistema denominadoRegistrador de Deslocamento (Shift Register). Trata-se de um certonúmero de flip-flops tipo JK mestre-escravo ligado de tal forma que assaídas de cada bloco sejam aplicadas nas entradas J e K respectivasdo flip-flop seguinte, sendo o primeiro, com suas entradas ligadas naforma de um flip-flop tipo D.

Registradores de deslocamento


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A figura abaixo representa um Registrador de Deslocamentogeneralizado para N + 1 bits.

Registradores de deslocamento

J

K

Clock

Q

Q J

K Q

Q J

K Q

Q J

K Q

Q J

K Q

QEntrada

Q0Q1Q2QN-1QN

Pelo fato de os flip-flops envolvidos atuarem como os do tipo D, estecircuito, para facilitar, pode ser construído apenas com flip-flops dotipo D.


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Antes de estudarmos o comportamento do Registrador deDeslocamento como Conversor Série-Paralelo, vamos explicar o quesignifica informação série e informação paralela. Chamamos deinformação paralela a uma informação na qual todos os bits seapresentam simultaneamente. Uma informação paralela necessitatantos, fios quantos forem os bits contidos nela, além, logicamente, dofio referencial do sistema (terra). Para exemplificar, vamos utilizaruma informação de 4 bits, conforme figura

Conversor série-paralelo

I3 I2 I1 I01 0 1 0

1

0

1

0

I3

I2

I1

I0


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Notamos que esta informação necessita de 4 fios para ser transmitidaou inserida no bloco. Informação série é aquela que utiliza apenas 1fio, sendo que os bits de . informação vêm seqüencialmente, um após ooutro. Notamos que esta informação necessita de 1 fio para sertransmitida ou inserida no bloco. O Registrador de Deslocamento podeser usado para converter uma informação série em paralela, ou seja,funcionar como Conversor Série--Paralelo.

Conversor série-paralelo


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Para entrarmos com uma informação paralela, necessitamos de umregistrador que apresente entradas Preset e Clear, pois é atravésdestas que fazemos com que o Registrador armazene a informaçãoparalela. Primeiramente, vamos estudar o funcionamento da entradaENABLE. Quando a entrada enable estiver em 0, as entradas preset(PR) dos flip-flops assumirão, respectivamente, níveis 1, fazendo comque o registrador atue normalmente. Quando. a entrada enable forigual a 1, as entradas preset dos flip--flops assumirão os valorescomplementares das entradas PR3, PR2, PR1 e PR0, logo, os flip-flopsirão assumir os valores que estiverem, respectivamente, em PR3, PR2,PR1 e PR0. Para entendermos melhor, vamos analisar uma célula doregistrador.

Conversor paralelo-série


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Para zerar (clear) o flip-flop (Q3 = 0), vamos inicialmente, aplicar nível0 à entrada clear. Com enable = 0, a entrada PR do flip-flop iráassumir nível 1 e este irá ter um funcionamento normal como célulado registrador de deslocamento em questão, mantendo a saída noestado em que se encontra.

Conversor paralelo-série


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Podemos utilizar o registrador de deslocamento com entrada série e oconseqüente armazenamento da informação no mesmo, e recolher ainformação também de modo série. Notamos que nessa aplicação, apósa entrada da informação, se inibirmos a entrada de clock, ainformação permanecerá no registrador até que haja uma novaentrada. Assim sendo, é fácil observar que o registrador funcionoucomo uma memória. A entrada de informação série se faz na entradasérie do registrador e pode ser recolhida na saída Q0 do registrador.

Registrador de entrada série e saída série


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A entrada paralela, como já visto, se faz através dos terminais preset eclear. Se inibirmos a entrada de clock, a informação contida noregistrador pode ser acessada pelos terminais de saída Q3, Q2, Q1 e Q0.

Registrador de entrada paralela e saída paralela


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Como vimos, se entrarmos com uma informação num registrador dedeslocamento, teremos as situações nas saídas mostradas na figura

Registrador de deslocamento utilizado como multiplicador Ou divisor por 2

Q0Q1Q2

REGISTRADOR DEDESLOCAMENTO

Q3

I3 I2 I1 I0

ES

CK

Se essa informação for considerada um número binário edeslocarmos o registrador uma casa a direita, entrando com 0 naentrada série. Podemos notar que essa operação, em binário,significa dividirmos um número por 2.


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Contadores são circuitos digitais que variam os seus estados, sob ocomando de um clock, de acordo com uma seqüência predeterminada.São utilizados principalmente para contagens diversas, divisão defreqüência, medição de freqüência e tempo, geração de formas de ondae conversão de analógico para digital. Basicamente, estes sistemas,são divididos em duas categorias: Contadores Assíncronos e Síncronos.

Contadores


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São caracterizados por seus flip-flops funcionarem de maneiraassíncrona (sem sincronismo), não tendo entradas clock em comum.Neste tipo de circuito, a entrada clock se faz apenas no primeiro flip-flop, sendo as outras derivadas das saídas dos blocos anteriores.Vamos, a seguir, analisar os principais contadores assíncronos.

Contadores assíncronos


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A principal característica de um contador de pulsos é apresentar nassaídas, o sistema binário em seqüência. Seu circuito básico apresentaum grupo de 4 flip-flops do tipo T ou JK Mestre-Escravo, os quaispossuem a entrada T ou, no caso, J e K iguais a 1, originando na saída, a cada descida de clock. A entrada dos pulsos se faz através daentrada clock do 10 flip-flop, sendo as entradas clock dos flip-flopsseguintes, conectadas às saídas Q dos respectivos antecessoresconforme circuito visto na figura:

Contador de pulsos

T0

Clock

Q

Q0

Q Q Q

1 Q0 Q3Q2Q1

T1 T2 T3Q1 Q2 Q3

CLR CLR CLR CLR

1



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O contador de década é o circuito que efetua a contagem em númerosbinários de 0 a 910 (10 algarismos). Isso significa acompanhar aseqüência do código BCD 8421 de 0000 até 1001. Para construir estecircuito, utilizamos o contador de pulsos, interligando as entradasclear dos flip-flops. Para que o contador conte somente de 0 a 9, deve-se jogar um nível 0 na entrada clear assim que surgir o caso 10 (1010),ou seja, no 100 pulso.

Contador de décadaContadores assíncronos


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Vimos no item anterior, um contador que faz a contagem de 0 até 910.Utilizando o mesmo processo, podemos fazer um contador contar de 0até um número n qualquer. Para isso, basta apenas verificarmosquais as saídas do contador para o caso seguinte a n, colocarmos estassaídas numa porta NE e à saída desta ligarmos as entradas clear dosflip-flops.

Contador seqüencial de 0 a NContadores assíncronos


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Como vimos, os contadores se dividem em síncronos e assíncronos.Esta classificação é feita de acordo com a operação do clock do sistema.Os contadores podem também ser classificado pelo tipo de contagemque executam, ou seja, se executam contagem crescente oudecrescente. A estes contadores damos os nomes de contadorescrescentes e contadores decrescentes respectivamente. Os contadoresvistos até aqui são contadores crescentes, pois contam os númerosprogressivamente de 0 a n.

O circuito que efetua a contagem decrescente é o mesmo circuito queefetua a contagem crescente, com a única diferença de extrairmos assaídas dos terminais , sendo o terminal o bit menos significativo.Podemos notar, pela tabela da verdade, que a contagem decrescentenada mais é que o complemento da contagem crescente.

Contadores assíncronos decrescentesContadores assíncronos


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Podemos construir um contador que execute a contagem crescente oudecrescente. Para isso, utilizamos uma variável de controle quequando assume 1, faz o circuito executar contagem crescente e quandoassume 0, faz a contagem decrescente.

Contador assíncrono crescente / decrescente



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Estes contadores possuem entradas clock curto-circuitadas, ou seja, oclock entra em todos os flip-flops simultaneamente, fazendo todosatuarem forma sincronizada. Para que haja mudanças de estado,devemos então estudar comportamento das entradas J e K dos váriosflip-flops, para que tenhamos I saídas, as seqüências desejadas.

Para estudarmos os contadores síncronos devemos sempre escrevertabela da verdade, estudando quais devem ser as entradas J e K dosvários flip-flops, para que estes assumam o estado seguinte. Para isso,vamos utilizar tabela da verdade do flip-flop JK:

Contadores síncronos

J K Qf

0 0 Qa

0 1 01 0 1

1 1 aQ


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A partir desta tabela, construímos outra tabela, relacionando os estados de saída e as entradas J e K:

Contadores síncronos

Qf Qf J K

0 0 0 X

0 1 1 X

1 0 X 1

1 1 X 0


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Para gerarmos esse código, necessitamos de 4 flip-flops JK mestre-escravo, ou seja, um flip-flop para cada bit do código.

Contador síncrono gerador de código binário de 4 bits

Contador de décadaVamos construir um contador de década sÍncrono. Para isso, utilizaremos o mesmoprocesso já visto. Primeiramente, vamos verificar o comportamento das entradas J e K,pela tabela. Q1 Q2 Q3 Q4 J3 K3 J2 K2 J1 K1 J0 K0

0 0 0 0 0 X 0 X 0 X 1 X0 0 0 1 0 X 0 X 1 X X 10 0 1 0 0 X 0 X X 0 1 X0 0 1 1 0 X 1 X X 1 X 10 0 0 0 0 X X 0 0 X 1 X0 0 0 1 0 X X 0 1 X X 10 0 1 0 0 X X 0 X 0 1 X0 0 1 1 1 X X 1 X 1 X 11 1 0 0 X 0 0 X 0 X 1 X1 1 0 1 X 1 0 X 0 X X 1


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Contador de décadaDessa tabela tem-se as seguintes simplificações:

J3=Q2.Q1.Q0K3=Q0

J2=Q1.Q0K2=Q1.Q0

J1=Q0.K1=Q0

J0=1K0=1

Com esses resultados obtém-se o esquema do circuito de década síncrono.


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Contador gerador de uma seqüência qualquerPodemos construir um contador que gere uma seqüência qualquer. Para isso, bastaestabelecermos a seqüência e seguirmos o método já conhecido, ou seja, o da determinaçãodas entradas J e K.

Os estados que não fizerem parte da seqüência deverão ser considerados como condiçõesirrelevantes, ou ser encadeados objetivando atingir o estado inicial.


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Contador de anelEste contador, também conhecido em inglês como Ring Counter, irá gerar a seqüência da tabel.

Q3 Q2 Q1 Q0

0 0 0 1

0 0 1 0

0 1 0 0

1 0 0 0

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