CONTADORES ASINCRONOS

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“AÑO DEL BUEN SERVICIO AL CIUDADANO”
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES
CURSO: CIRCUITOS DIGITALES II
TEMA: CONTADORES ASINCRONOS
INTEGRANTES:
1. VILLALTA LIZANA, Ronny Diego Roy 
2. REYES SULLON, Ronaldo
3. SAAVEDRA ESPINOSA, Jesus
PIURA
2017
OBJETIVOS
· Comprender la operación y las características de los contadores síncronos y asíncronos.
· Construir contadores con números MOD menores de 
· Construir contadores tanto ascendentes como descendentes.
· Conectar contadores con múltiples etapas.
· Analizar y evaluar varios tipos de contadores.
· Comprender varios tipos de esquemas utilizados para decodificar distintos tipos de contadores.
INTRODUCCION
Los contadores son circuitos digitales lógicos secuenciales de salida binaria o cuenta binaria, característica de temporización y de memoria, por lo cual están constituidos a base de flip-flops.
Los contadores constan de una entrada de impulsos que se encarga de que el conteo de los mismos no sea alterado por señales no deseadas, las cuales pueden falsear el resultado final. Estos impulsos son acumulados en un contador propiamente dicho cuyo resultado, se presenta mediante un visor.
En este tema veremos cómo pueden combinarse los FFs y las compuertas lógicas para producir diferentes tipos de contadores.
Cubriremos los principios de la operación de los contadores, los diversos arreglos de circuitos de contadores y los contadores de CI representativos.
En la actualidad, los sistemas digitales son muy utilizados y variados para diferentes tipos de aplicaciones las cuales en su mayoría son aplicadas en la industria y en mayor parte de los equipos electrónicos.
Es por esto que es necesario saber a grandes rasgos las aplicaciones, y cómo funcionan los diferentes tipos de sistemas digitales, así nosotros poder desarrollar la capacidad de aplicar y de poder trabajar con ellos sin ningún tipo de dificultad.
1. MARCO CONCEPTUAL
1.1 DEFINICIÓN: 
Son circuitos digitales lógicos secuenciales de salida binaria o cuenta binaria, característica de temporización y de memoria, por lo cual están constituidos a base de flip-flops.
Están realizados con flip-flops: S-R, J-K- D o T encadenados, dependiendo del número la cantidad de pulsos que puede almacenar
1.2 CONTADORES ASINCRONOS (DE RIZO):
Son dispositivos contadores que tienen conectados los flip-flops en forma asíncrona, es decir, que no, tienen conectadas las entradas de reloj (CLK) en paralelo, sino que tiene que esperar que el primer flip-flop, al activarse por el pulso conmute generando una salida, la cual active o coloque en modo de conmutación al siguiente flip-flop, el cual con el siguiente pulso conmuta activando al siguiente y así sucesivamente. El modo de conmutación en los flip-flop se consigue colocando las entradas J y K en ALTA (1 lógico).
El módulo de un contador está determinado por la cuenta máxima a la que es diseñado, es decir, si el contador es diseñado para que cuente de 0 a 15 su módulo es el 16 (contador módulo 16) y simplificado se denomina contador mod-16, si es diseñado para contar de 0 a 9 será un contador módulo 10 o mod-10, etc.
Se clasifican en: 
· Contadores síncronos (todos los biestables conmutan a la vez, con una señal de reloj común o en paralelo).
· Contadores asíncronos (el reloj no es común y los biestables conmutan uno tras otro, están puestos en serie).
· Según el sentido de la cuenta, se distinguen en ascendentes, descendentes y en los dos sentidos según una señal de mando.
· Según la cantidad de números que pueden contar, podemos encontrar contadores binarios de n bits.
i. CONTADOR ASINCRONO DE 3 BITS:
En el diagrama lógico se muestra un contador asíncrono binario ascendente de tres bits diseñado a partir de flip-flop J-K en configuración toggle con disparo por borde de subida. Debido a que posee tres flip-flop, su ciclo básico se compone de ocho estados que van desde cero (000) hasta siete (111) en forma secuencial y repetitiva.
Asumiendo el estado inicial de la salida en 000, al llegar el primer pulso de reloj Q0 cambia de estado dicho cambio es detectado por el siguiente flip-flop (J2-K2) el cual considera que este cambio como su señal de reloj que lo hace cambiar de estado.
También podemos observar la tabla de verdad del circuito donde Q2 es el término más significativo.
ii. CONTADOR ASINCRONO DE 4 BITS:
		
		El funcionamiento de este circuito se basa en cuatro puntos importantes:
1. A los pulsos de reloj sólo son aplicados a la entrada CP (Clock, reloj) del primer Flip-Flop. Teniendo en cuenta que es un FF tipo "J-K", y que estas dos entradas se encuentran en un nivel alto (Conectadas a V+), el FF realizará la función de complemento o "Toggle", conmutando sus salidas con cada pulso de la señal de reloj. El cambio puede ser controlado por transiciones positivas o negativas de la señal de reloj, esto depende únicamente del tipo de entrada del FF.
2. La salida del primer FF (Primer BIT) actúa como pulso de reloj para el siguiente FF (Segundo BIT), y así sucesivamente hasta llegar al cuarto FF. De esta manera se logra que un FF sólo pueda cambiar de estado cuando el anterior le proporcione la transición correcta a su entrada.
3. Las salidas de los FF representan el número binario de 4 BITS, Obteniendo del primer FF el LSB (Dígito menos significativo), y del último el MSB (Dígito más significativo). Al comenzar la cuenta, teóricamente las salidas de los FF deben estar en cero, esto nos da e número 0000, esto puede lograrse con las entradas de "Restablecer" (RESET), las cuáles no son mostradas en el diagrama. La tabla 1, muestra la secuencia de conteo desde el número 0000 al 1111.
4. Una vez que ha llegado el quinceavo pulso de entrada, el contador se encontrará en la cuenta máxima para 4 BITS, es decir 1111, al llegar el siguiente pulso, el contador volverá a la posición original de 0000, Esto supone un ciclo completo del contador y se conoce como el "reciclado" de la cuenta.
Este diseño de contador, es conocido como "Contador Asíncrono", debido a que los cambios de estado en los FF son asíncronos con respecto a la señal de reloj, es decir, no ocurren al mismo tiempo que cambia la señal de reloj. El único que obedece directamente a los cambios de la señal de reloj es el primer FF.	
· Cambio del primer FF = Señal de reloj
· Cambio del segundo FF = Primer FF + Señal de reloj
· Cambio del tercer FF = Segundo FF + Primer FF + Señal de reloj
· Cambio del cuarto FF = Tercer FF + Segundo FF + Primer FF + Señal de reloj.
Esta configuración nos permite observar que se produce un retraso en la propagación de la señal desde la entrada a la salida (Ya que existe un pequeño tiempo de retraso cuando un FF cambia de estado, el cuál explicaremos a detalle más adelante).
Este es el uno de los "defectos" de los contadores de rizo, debido al retraso explicado anteriormente, este tipo de contadores tiene un límite en la frecuencia de reloj aplicada a su entrada, aunque los retrasos en los FF modernos son muy pequeños (entre los 10 y los 40 nano-segundos), si se aplica a la entrada una frecuencia muy alta, el contador no puede funcionar de manera correcta.
1.3 NUMERO MOD:
a) CONTADOR DE RIZADO MOD-6
Para conseguir este tipo de contador de bits, se utiliza una entrada de reset o borrado la cual se activa inmediatamente después de la cuenta más alta que se necesite, en este caso en la cuenta 110, colocando los flip-flops en 0 lógico. En la figura se muestra el esquema de un contador mod-6.
Este trabajo de activar las entradas de reset de cada flip-flop lo realiza una puerta NAND la cual da un 0 lógico a las entradas de reset. Al recibir en las entradas de la NAND los 1 lógicos de las salidas del FF2 y del FF3 colocando en 0 lógico todos los flip-flops y así el contador comienza de nuevo a contar desde 000 hasta 101 o inversamente si es de cuenta descendente.
El retardo que es causado en el pulso 6 cuando va del nivel ALTO a BAJO hasta que FF2 y FF3 sonpuestos a 0 en el punto B del diagrama de tiempo, se le denomina tiempo de propagación y éste depende del retardo de propagación del flip-flop y de la puerta que se esté utilizando, este retardo de propagación en la familia TTL es del orden de unos 30ns (nanosegundos). En las otras familias son mayores.
b) CONTADOR DE RIZADO MODULO- 16:
Este contador se encuentra constituido por flip-flop JK en modo de conmutación al mantener presente en las entradas J y K un 1 lógico y conectados entre sí de forma asíncrona, es decir, que la salida del flip-flop 1 (FF1) está conectada de forma directa a la entrada de reloj del siguiente flip-flop 2 (FF2). Los indicadores de salida dan una señal binaria, donde el indicador A (QA) es el LSB (Bit Menos Significativo), el indicador D (QD) es el MSB (Bit Más Significativo).
El circulito en la entrada de reloj (CLK) de los fip-flops, nos indica que trabajan o conmutan con lógica negativa, es decir, que se activan en la transición de ALTA a BAJA (flanco posterior) del pulso de reloj y la salida del FF1 (QA) va del nivel BAJO al ALTO dando como resultado la cuenta binaria 0001. En el pulso 2, en la transición del nivel ALTO a BAJO, FF1 se desactiva pasando su salida del nivel ALTO a BAJO, activando el FF2, conmutando la salida del nivel BAJO a ALTO generando la cuenta 0010, en el pulso 3 del reloj se activa FF1 generando la salida 0011, porque FF2 se encuentra en mantenimiento teniendo su salida (QB) activada, en el siguiente pulso se incrementa la cuenta a 0100, según se observa en el diagrama de tiempo.
1.4 CONTADORES DESCENDIENTES:
Son los contadores en los cuales su cuenta va en sentido inverso a la normal, es decir, de 16 a 0 o en binario de 1111 a 0000. (Si es de mod-16)
a. CONTADOR DE RIZADO DESCIENDENTE DE 3 BITS
Está diseñado similarmente a los demás contadores, con la diferencia que este trae en los flip-flops una salida negada (1), la cual da el pulso contrario a la salida normal (Q), es decir, cuando Q es positivo, 1 es negativo. Esta salida 1 es la que va a ir conectada a la entrada de reloj (CLR) de los otros flip-flops, de resto todas las conexiones son iguales como se muestra.
El funcionamiento es el siguiente: al tener los 3 flip-flops sus entradas J y K en estado de conmutación (ambas entradas en ALTO) y sus salidas Q activadas o en estado de SET en los flip-flops, al llegar el primer pulso en la transición de ALTO a BAJO, el FF1 conmuta, con lo cual Q va del nivel ALTO a BAJO y 1 va del nivel BAJO al ALTO y la cuenta pasa de 111 a 110 (de 7 a 6 en decimal), en el pulso 2 en la transición de ALTO a BAJO, FF1 conmuta con lo cual la salida Q va del nivel BAJO al ALTO y la salida 1 va del nivel BAJO al ALTO y se genera la cuenta 101 (5 en decimal) y así hasta llegar a la cuenta máxima, que en este caso es 0000 como se muestra en el diagrama de tiempo.
1.5 DIVISION DE FRECUENCIA
En la figura podemos ver que en el contador básico cada flip-flop da una forma de onda de salida que es exactamente la mitad de la frecuencia de la onda de su entrada CLK. Supongamos que los pulsos de la señal del reloj son de 8Hz, así podemos ver que en la salida del primer flip-flop es de 4 Hz, la del segundo flip-flop es de 2Hz y él ultimo flip-flop 1 Hz.
1.6 CONTADORES CON NUMERO MOD <2N
El contador básico puede ser modificado para producir números MOD menores que 2N permitiendo que el contador omita estados que normalmente son partes de la secuencia de conteo. Unos delos métodos para lograr esto se encuentra en la figura, donde se muestra un contador de rizos de 3 BIT, descartando la compuerta nand por un momento, podemos observar que el contador es un contador binario MOD 8 que contara en secuencia de 000 111. Sin embargo la presencia de la compuerta nand alterara esta secuencia como sigue:
· La salida de nand se conecta a las entradas asíncronas reestablecer de cada flip-flop mientras que las salidas de nand sean altas, no tendrá efecto sobre el contador. Sin embargo cuando pase abajo borrara todos los flip-flop, de manera que el contador pase de inmediato al estado 000.
· Las entrada de la compuerta nand son las salidas de los flip-flip Q1 y Q0, de manera que la salida nand pasara bajo siempre que Q1=Q0= 1 esta condición ocurrirá cuando el contador pase por el estado 101 al 110. El estado bajo en la salida nand inmediatamente borrara el contador al estado 000. una vez que se hallan borrado los flip-flop, la salida de nand retornaran a alto porque la condición Q1=Q0= 1 ya no existe.
· La secuencia de conteo es por lo tanto.
El estado 110 es un estado temporal que se necesita para limpiar el contador.
Aunque el contador pasa por estado 110 solo permanece hay unos cuanto nanosegundos, antes de reciclarse al 000, de este modo podemos decir esencialmente que este contador cuenta de 000 (0) 101 (5) y se recicla a 000.
En esencia, omite los estados 110 y 111 de manera que solamente pasa por 6 estados diferentes así se trata de un contador MOD 6.
1.7 CONTADORES DE DECADAS O CONTADORES BCD
El contador MOD 10 se conoce también como contador de décadas. De hecho un contador de décadas es cualquier contador que tenga 10 estados diferentes independientemente de la secuencia. Estos también se denominan contadores BCD para reiterar lo dicho cualquier contador MOD 10 es un contador de décadas y cualquier contador de décadas que cuenta en binario de 0000 a 1001 es un contador BCD.
Los contadores de década especialmente los de tipo BCD, se utilizan ampliamente en aplicaciones donde los pulsos o sucesos van a ser contados y los resultados exhibidos en algún tipo de dispositivo de visualización numérica decimal. Un contador de décadas a menudo se utiliza también para dividir una frecuencia de pulsos exactamente entre 10.
1.8 CONTADORES ASINCRONOS EN CI
Existen varios contadores asíncronos en CI, tanto TTL como CMOS. Uno de ello es el TTL 74293. La figura muestra el diagrama lógico para el 74293. Note los siguientes puntos:
· El 74293 tiene cuatro flip-flop J-K con salidas Q0 Q1 Q2 Q3, donde Q0 corresponde al LSB y Q3 MSB. La distribución de los flip-flops es tal que el LSB se encuentra en el extremo izquierdo para satisfacer la convención de que las señales de entrada al circuito aparezcan a la izquierda.
· Cada flip-flops tiene una entrada CP (pulso de reloj) que es solo otro nombre para la entrada CLK, se puede tener acceso externo a las entradas de reloj para Q0 Y Q!, marcadas como CP0 Y CP1. las barras de inversión sobre estas entradas indican que se activan por un TPN.
· Cada flip-flops tiene una entrada asíncrona borrar (CD). Estas se encuentran conectadas entre sí a la salida de una compuerta nand de dos entradas MR1 y MR2, donde MR denota reiniciación maestra. Ambas entradas MR deben estar altas para borrar el contador y ponerlo en 0000.
· Los flip-flops Q1, Q2, Q3, ya están conectados como un contador de rizos de tres BIT, el flip-flops Q0 no está conectado internamente a nada. Esto permite que el usuario opte por conectar Q0 a Q1 para formar un contador de 4 BIT o usar Q0 en forma separada si así lo desea.
1.9 SIMBOLO IEEE/AN SI PARA EL CONTADO 74293
El símbolo contiene 3 bloques distintos. El bloque de la parte superior es el bloque común de control. La anotación CTR define este circuito integrado como un contador. Para el contador 74293, las entradas MR1 y MR2 son comunes para a todos los flip-flops del contador estas entradas MR1 y MR2 se muestran como entradas activas en alto combinadas internamente utilizando la operación la que está indicada por la notación “&” esto indica que MR1 y MR2 deben encontrarse al mismo tiempo en estado activo, para reestablecer el contador. La notación CT = 0 indica que la acción de las entradas MR es hacer que la cuenta de salida sea igual a cero.
El bloque de en medio está marcado con la etiqueta DIV 2 para señalar que este es un contador MOD 2 el cual claro esta es un solo flip-flops DIV 2 significa que el contador dividirá la frecuencia de reloj entre dos. El bloque de la parte inferior está marcado conla etiqueta DIV 8 para señalar que este es un contador MOD 8. La anotación más sobre cada entrada de reloj indica que la TPN del reloj ara que el valor de conteo se incremente en uno en otras palabras el contador cuenta en forma ascendente cada vez que se presenta una TPN. La notación menos se emplea para el contador descendente.
1.10 CONTADOR ASINCRONO CMOS
En la familia CMOS existen varios contadores asíncronos. La mayoría son equivalentes a las versiones TTL. Sin embargo existen varios contadores asíncronos de CI que no tiene contraparte en la familia TTL, uno de ellos es 74HC4024. Este CI es un contador de 7BIT con una entrada maestra de restablecimiento asíncrono. Los 7 flip-flops están conectados internamente como un contador de rizos MOD 128. La entrada MR es activa en alto y puede emplearse para reiniciar todos los flip-flops hacia el estado cero.
· CONTADORES EN UN RELOJ DIGITAL
En esta simulación claramente se puede visualizar el circuito integrado TTL 74ls90, este circuito integrado consta de 2 contadores independientes uno de 1 bit y otro de 3 bits, utilizando los dos contadores internos podemos hacer que cuente de 0 a 9 aunque configurando los pines 2,3,6 y 7 con las salidas podemos hacer que no solo cuente en sistema decimal.
2. CONCLUSIONES
· Con el desarrollo de este trabajo se trató de explicar lo más todas las aplicaciones de los contadores, donde se puede saber cómo son los números MOD donde se designa la cantidad de flip-flops que se deben utilizar. También la forma de onda se disminuye a la mitad de la frecuencia de entrada en cada salida del flip-flop.
· Otra forma es disminuir la cantidad de numero 2N mediante compuertas nand. Los contadores de décadas que son todos aquellos que tiene 10 estados.
· Los contadores descendentes que son capaces de medir desde un número máximo a un mínimo.
· Los ascendentes y descendentes tienen la capacidad de contar en ambos sentidos.
· Los flip-flops paralelos que tienen la capacidad de contar en forma simultánea.
3. BIBLIOGRAFIA 
· Sistemas digitales, principios y aplicaciones, Tocci, Widmer, Prentice Hall, 8va. Ed., 2003 (CAP 7)
· http://www.forosdeelectronica.com/tutoriales/contadores-asincronos.htm
· http://bioingenieria.edu.ar/academica/catedras/electronica_digital/archivos/teorias/05_presentationcontadores.pdf
· http://centros.edu.xunta.es/iesmanuelchamosolamas/electricidade/fotos/contadores.htm
· https://prezi.com/g1zabcfdw3lp/contadores-asincronos-rizo/
· https://html.rincondelvago.com/contadores_2.html