Este documento describe el funcionamiento de contadores síncronos de 2, 3 y 4 bits. Explica que en los contadores síncronos los flip-flops reciben la señal de reloj al mismo tiempo gracias al retardo entre ellos. Propone ejercicios prácticos usando contadores como 74160, 74163 para contar personas, botellas, vehículos y más.

1. TEMA 3CONTADORES SÍNCRONOSProf. Luis Zurita

2. METODOLOGÍA DE EVALUACIÓNExamen tipo proyecto, incluye simulación en programas como livewire, circuitmaker, proteus u otro de su preferencia (50%) más explicación de funcionamiento (50%).Según el plan de evaluación, tiene un peso porcentual del 15.Bibliografía recomendada: Thomas Floyd, Fundamentos de Sistemas digitales y Ronald Tocci, Sistemas digitales.Fecha de entrega: próximo lunes 28 de junio de 2010. totalmente en digital, se enviará al correo: lmzurita2008@gmail.com

3. CONTADORES SÍNCRONOSLos mismos conceptos iniciales del tema 2 sobre contadores asíncronos tienen validez para este tema (Módulo, secuencias truncadas, divisores de frecuencia, estados, etc.).Según sea la señal de reloj aplicada a los FF. Se clasifican en asíncronos y síncronos.En este tema estudiaremos los contadores síncronos.Síncrono: sucesos que poseen una relación temporal fija o constante entre sí.En los contadores síncronos los FF reciben la señal de reloj al mismo tiempo.A continuación describiremos las principales partes de un contador síncrono de dos bits.

4. CONTADOR SÍNCRONO DE 2 BITSPrimer FF trabajando en modo T, conectados a Vcc (5VDC)Conexión en cascada. El dato de entrada del FF depende de la salida del FF anteriorFF que da el bit menos significativo (LSB)FF que da el bit más significativo (MSB)Reloj conectado a todos los FF del sistema

5. FUNCIONAMIENTO DE LOS CONTADORES SÍNCRONOSEn los contadores asíncronos, para cambiar el valor del siguiente FF se dependía del FF anterior que daba el pulso del reloj. En los contadores síncronos, se sigue dependiendo del FF anterior, pero ahora para proporcionar el valor de las entradas J y Q.Se recuerda que el reloj llega al mismo tiempo a todos los FF. ¿Ahora, si todos los FF reciben el flanco de reloj al mismo tiempo, que impide de que cambien al mismo tiempo?

6. FUNCIONAMIENTO DE LOS CONTADORES SÍNCRONOSLa respuesta anterior, es la causa de que los contadores asíncronos tengan un uso limitado. El retardo.Cabe destacar que los contadores síncronos eliminan el problema del retardo acumulado que limitaba la frecuencia de funcionamiento en los asíncronos.Pero: ¿Cómo funciona ese retardo? En la siguiente lámina, se maximizará el efecto del retardo para entender su explicación:

7. FUNCIONAMIENTO DE LOS CONTADORES SÍNCRONOSEstado 1En este estado 1, el FF0 cambia de estado, pero el retardo de propagación que sufre el pulso desde la entrada hasta la salida, no permite que el FF siguiente tenga un estado alto (1 lógico) en sus entradas, cuando pasa el pulso de reloj, por lo que no cambiará su valor de salida.RelojRetardo de propagación a través de FF0Q0Q10

8. FUNCIONAMIENTO DE LOS CONTADORES SÍNCRONOSEstado 2En este estado 2, el FF0 cambia de estado. El retardo de propagación que sufre el pulso desde la entrada hasta la salida, permite que el FF siguiente tenga un estado alto (1 lógico) en sus entradas, cuando pasa el pulso de reloj, por lo que cambiará su valor de salida.RelojQ0Q1Retardo de propagación a través de FF0 y FF1

9. FUNCIONAMIENTO DE LOS CONTADORES SÍNCRONOSEstado 3En este estado 3, el FF0 cambia de estado, pero el retardo de propagación que sufre el pulso desde la entrada hasta la salida, no permite que el FF siguiente tenga un estado alto (1 lógico) en sus entradas, cuando pasa el pulso de reloj, por lo que no cambiará su valor de salida.RelojQ01Q1Retardo de propagación a través de FF0 y FF1

10. FUNCIONAMIENTO DE LOS CONTADORES SÍNCRONOSEstado 4En este estado 4, el FF0 cambia de estado. El retardo de propagación que sufre el pulso desde la entrada hasta la salida, permite que el FF siguiente tenga un estado alto (1 lógico) en sus entradas, cuando pasa el pulso de reloj, por lo que cambiará su valor de salida.RelojQ0Q1Retardo de propagación a través de FF0 y FF1

11. CONTADOR SÍNCRONO DE 2 BITSCLKQ0Q1La señal continua es la señal teórica de los FF. La señal punteada es la señal real de los FF, los cuales presentan un retardo mínimo que permite su funcionamiento como contadores síncronos. En esta gráfica se pueden apreciar los cuatro estados descritos en las láminas anteriores.

12. El contador de 2 bits, se dice que tendrá 2N estados, donde N es el número de Flip-Flops que tiene el contador. Por tanto 22= 4 estados.

13. CONTADOR SÍNCRONO DE 3 BITSEl funcionamiento del contador binario de 3 bits es el mismo que el contador síncrono de 2 bits, descrito anteriormente. La diferencia es que está constituido por 3 FF y que además el dato de entrada depende del FF0 y del FF1. (J1K1=Q0Q1)El contador de 3 bits, se dice que tendrá 23 estados, por tanto 23= 8 estados.

14. CLKQ0Q1Q2TABLA DE ESTADOSSEÑAL DE SALIDA DEL CONTADOR DE 3 BITS

15. CONTADOR SÍNCRONO DE 4 BITSPara fines didácticos, a continuación se mostrará un contador de 4 bits. El funcionamiento es el mismo del anterior de 3 bits, sin embargo observen la dependencia de los datos de entrada:

16. INVESTIGACIÓNEn la actualidad se trabajan con circuitos integrados de contadores, los ejercicios que se realizarán para el proyecto a evaluarse, DEBEN ser realizados con alguno de los siguientes modelos:74160, 74163, 74190, 74193.Esta norma es motivada a que son los circuitos que se consiguen con mayor facilidad en el mercado.

17. INVESTIGACIÓNEl estudiante debe investigar su funcionamiento, y con especial atención a las funciones que realizan las siguientes entradas:MR, CEP(EP), CET(ET), CP, PE, TC (74160)CLR, LOAD, ENT, ENP, RCO (74163)CTEN, D/U, MAX/MIN (74190)CLEAR, LOAD, BORROW, CARRY, COUNT UP, COUNT DOWM (74193)

18. GUÍA DE EJERCICIOSRealice un contador de personas para el comedor del IUT Cumaná, desde 000 hasta 100 y reinicie la cuenta. Utilice cualquiera de los siguientes CI: 74160, 74163, 74193 u otro contador síncrono de su preferencia.Se tiene un sistema empaquetador de botellas, cuya caja se llena con 24 botellas. Alcanzado este número, la caja se desplaza, permitiendo colocar una caja vacía. (Motor correa caja= 1 (0n) 0 (Off). Diseño Libre.La duración del desplazamiento es 2 segundos.

19. GUÍA DE EJERCICIOS3. Se tiene un estacionamiento cuya capacidad es de 90 vehículos. Se tiene un sensor de entrada y uno de salida, que permiten subir o bajar el número de vehículos. Si se llega a la capacidad máxima, se debe mantener una barrera activada, impidiendo el paso de vehículos y activar un led indicando que el estacionamiento está lleno. (Barrera= 1 (desactivada) 0 (activada). Diseño libre.

20. GUÍA DE EJERCICIOS4. Realice un registrador de visitas (Datalogger) en un centro comercial, para otorgarle un premio cuando ingrese el visitante número 500, mediante una señal sonora (sirena). Diseño libre.5. Diseñe un reloj en formato de hora militar: 00:00:00 hasta 23:59:59. Asuma que el pulso que ingresa en el reloj lo hace a razón de 1 segundo. Diseño libre.6. Observe el funcionamiento del video del contador que se encuentra en nuestro blog, diseñe y simule su funcionamiento.