Contador (electrónica)

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El contador del número de pulsos  es un dispositivo en cuyas salidas se obtiene un código binario o binario-decimal , determinado por el número de pulsos recibidos. Los contadores se pueden construir en chanclas D , chanclas T y chanclas JK de dos etapas .

El parámetro principal del contador es el módulo de conteo: el número máximo de señales individuales que el contador puede contar. Los contadores se indican con ST (del contador inglés).

Clasificación

Los contadores se clasifican:

Contadores binarios

El esquema de un contador binario se puede obtener usando síntesis formal , sin embargo, uno heurístico parece ser más visual. La tabla de verdad de un contador binario es una secuencia de números binarios de cero a , donde n es la capacidad del contador. La observación de los dígitos de los números que componen la tabla permite comprender el diagrama de bloques de un contador binario. Los estados del dígito menos significativo, cuando se ven en la columna correspondiente de la tabla, muestran la alternancia de ceros y unos de la forma 01010101..., lo cual es natural, ya que el dígito menos significativo recibe una señal de entrada y cambia de uno a otro. acción de entrada. En el siguiente dígito se observa una secuencia de pares de ceros y unos de la forma 00110011... En el tercer dígito, se forma una secuencia de cuatros de ceros y unos 00001111... etc.. De esta observación, se puede ver que el siguiente dígito en antigüedad cambia a una frecuencia que es dos veces menor que este.

Se sabe que el disparador de conteo divide la frecuencia de los pulsos de entrada por dos. Comparando este hecho con el patrón indicado arriba, vemos que el contador se puede construir como una cadena de disparadores de conteo incluidos secuencialmente. Tenga en cuenta, por cierto, que según GOST, las entradas de los elementos se representan a la izquierda y las salidas a la derecha. El cumplimiento de esta regla lleva al hecho de que en el número contenido en el contador, los dígitos inferiores se ubican a la izquierda de los más antiguos.

Contadores binarios con acarreo paralelo y codificación adyacente

Los esquemas de contadores secuenciales binarios se consideraron anteriormente, es decir, tales contadores en los que, cuando cambia el estado de un determinado disparador, se excita el siguiente disparador, y los disparadores cambian sus estados no simultáneamente, sino secuencialmente. Si en esta situación n disparadores deben cambiar de estado, entonces se requerirán n intervalos de tiempo para completar este proceso, correspondientes al tiempo de cambio de estado de cada uno de los disparadores. Esta naturaleza secuencial de operación es la causa de dos desventajas de un contador en serie: una tasa de conteo más baja en comparación con los contadores en paralelo y la posibilidad de señales falsas en la salida del circuito. En contadores paralelos, las señales de reloj se envían a todos los flip-flops simultáneamente.

La naturaleza secuencial de las transiciones de disparo de contador es una fuente de señales falsas en sus salidas. Por ejemplo, en un contador de cuatro bits que cuenta en un código binario convencional de cuatro bits con "pesos" de los bits 8-4-2-1, al pasar de estado a estado aparecerá en la salida la siguiente secuencia de estados :

Esto significa que durante la transición del estado 7 al estado 8, los códigos correspondientes al estado 6 aparecerán en las entradas del contador por un corto tiempo; cuatro; 0. El cambio de estos estados intermedios puede causar una operación falsa de otros circuitos lógicos, por ejemplo, si un decodificador está conectado a dicho contador , entonces los estados activos pueden aparecer brevemente en sus salidas 0, 4, 6, lo que puede cambiar falsamente los estados de otros disparadores conectados a ellos en las entradas: este fenómeno indeseable se denomina carreras lógicas o carreras de señales. Las carreras se pueden eliminar mediante el uso de contadores con codificación de estado vecino o anti-carrera, por ejemplo, contando en código Gray reflexivo .

Para reducir el tiempo de los procesos transitorios , es posible implementar el contador en la variante con el suministro de pulsos de conteo de entrada simultáneamente a todos los disparadores. En este caso, obtenemos un contador con transferencia paralela.

De acuerdo con los esquemas de contadores con transferencia paralela, se construyen contadores, el retraso de conmutación de un disparador en el que es proporcional al período de los pulsos contados.

ejemplo _ Si el retardo de conmutación de un disparador es de 30 ns, entonces al construir un contador de acuerdo con el esquema con transferencia secuencial de más de cuatro bits, operando en un código binario convencional, con un período de conteo de pulsos de 120 ns e inferior, contando fallas comenzará, la transferencia no tiene tiempo de propagarse a través de la cadena de disparadores antes de la llegada del siguiente impulso de conteo.

En los contadores con transferencia paralela, las señales se envían a las entradas de información de los disparadores, que son una función lógica del estado del contador y determinan disparadores específicos que deben cambiar su estado en un pulso de entrada dado. El principio de activación es el siguiente: el flip-flop cambia su estado cuando pasa el siguiente pulso de sincronización, si todos los flip-flops anteriores estaban en el estado de una unidad lógica.

Los contadores paralelos tienen un mayor rendimiento en comparación con los seriales, ya que la función lógica del estado actual del contador y el pulso de conteo se envían a las entradas de conmutación de todos los disparadores simultáneamente.

Los contadores sincrónicos con transferencia paralela tienen la velocidad máxima, cuya estructura encontraremos heurísticamente al considerar los procesos de agregar uno a números binarios y restarlos de ellos.

Contadores de transferencia serie-paralelo

En relación con las restricciones en la construcción de contadores con transferencia paralela de gran capacidad, se utilizan ampliamente contadores con una estructura de grupo o contadores con transferencia en serie-paralelo. Los dígitos de dichos contadores se dividen en grupos, dentro de los cuales se organiza el principio de transferencia paralela. Los grupos en sí mismos se conectan secuencialmente mediante conectores que forman una transferencia al siguiente grupo con un solo estado de todos los desencadenantes anteriores. Si el estado de todos los disparadores del grupo es único, la llegada de la siguiente señal de entrada creará una transferencia desde este grupo. Esta situación prepara al conjunto intergrupo para pasar la señal de entrada directamente al siguiente grupo.

En el peor de los casos para el rendimiento, cuando el acarreo pasa por todos los grupos y entra en la entrada del último,

t SET = t • (ĺ - 1) + t GR ,

donde ĺ es el número de grupos, t GR  es el tiempo de establecimiento del código en el grupo.

En la serie desarrollada de circuitos integrados, generalmente hay 5 ... 10 variantes de contadores binarios, hechas en forma de grupos (secciones) de cuatro dígitos. La conexión en cascada de las secciones se puede realizar cambiándolas en serie a lo largo de las cadenas de transferencia, organizando transferencias paralelas en serie o, para medidores más complejos, con dos entradas de control adicionales para habilitar el conteo y habilitar la transferencia organizando transferencias paralelas tanto en grupos como entre ellos.

Una característica de los contadores binarios del tipo síncrono es la presencia de situaciones con el cambio simultáneo de todos sus dígitos (por ejemplo, para un contador de suma cuando se cambia de la combinación de códigos 11 ... 1 a la combinación 00 ... 0 cuando el contador se desborda y se genera una señal de transferencia). La conmutación simultánea de muchos disparadores crea un pulso de corriente significativo en los circuitos de suministro de energía de la unidad de control y puede provocar una falla en su funcionamiento. Por lo tanto, en los materiales de orientación sobre el uso de algunos LSI/VLSI de lógica programable, en particular, existe una limitación en la capacidad de los contadores binarios por un valor k dado (por ejemplo, 16). Si es necesario utilizar un contador de mayor capacidad, se recomienda cambiar al código Gray, para lo cual las transiciones de una combinación de códigos a otra van acompañadas de la conmutación de un solo bit. Es cierto que para obtener un resultado de conteo en código binario, deberá usar un convertidor de código adicional, pero este es un precio a pagar por deshacerse de los pulsos de corriente de alta intensidad en los circuitos de alimentación.

Véase también

Notas

  1. ↑ Galkin A. S., Gribok V. P., Kazakov V. M. . Contador de anillos en elementos lógicos potenciales , ternario codificado en binario/AC SU1466009 . Archivado desde el original el 15 de febrero de 2017. Consultado el 16 de junio de 2010.
  2. ↑ Contadores. Contador Johnson. . Consultado el 24 de junio de 2009. Archivado desde el original el 22 de septiembre de 2008.

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