Contadores assíncronos
Contadores são dispositivos de múltiplas e importantes aplicações e, na Eletrônica Digital, são facilmente implementados com flip-flops. Esta página trata de contadores assíncronos, assim denominados porque as entradas de controle (clock) dos diversos flip-flops que os compõem não trabalham na mesma frequência.
Contador assíncrono básico
A Figura 01 dá o esquema: são usados 4 flip-flops tipo mestre-escravo ligados em cascata, com a saída Q de cada ligada à entrada de clock do seguinte. As entradas J e K de cada flip-flop são mantidas no nível 1.
Fig 01
Supondo que inicialmente todos os flip-flops estão no nível 0, o comportamento pode ser visto pelos gráficos da Figura 02.
Também é suposto que, a partir de determinado instante, uma sequência de pulsos retangulares é aplicada na entrada de clock E do flip-flop número 0, conforme gráfico superior da figura mencionada.
Fig 02
Em página anterior foi visto que flip-flops tipo mestre-escravo só mudam de estado na descida (transição de 1 para 0) dos pulsos de clock. Assim, a saída do flip-flop 0 não acompanha exatamente a entrada de clock e o resultado é uma sequência de pulsos com o dobro da largura. E de forma análoga para os demais. Desde que os flip-flops estão ligados em cascata, as larguras de pulso dobram em cada etapa, o que é claramente visto no gráfico.
| E | S3 | S2 | S1 | S0 |
| nada | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 2 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 3 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 4 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 5 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 6 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 7 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 8 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 9 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 10 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 11 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 12 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 13 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 14 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 15 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 16 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Na tabela acima os valores da coluna E são apenas números sequenciais dos pulsos de entrada e as demais colunas contêm os níveis lógicos das saídas de acordo com os gráficos anteriores, considerando S3 o dígito mais significativo. Pode-se notar que os valores das saídas correspondem às contagens em números binários dos pulsos de entrada. E o processo é reiniciado após o décimo sexto pulso.
Voltando aos gráficos da Figura 02, pode-se verificar que o circuito opera também como um divisor de frequência. Se as larguras dos pulsos, isto é, os períodos são dobrados, as frequências são reduzidas pela metade porque frequência é o inverso do período. S0 tem frequência igual à metade da de entrada, S1 a metade da de S0 e assim sucessivamente, ou seja, cada flip-flop divide a frequência por 2.
Contador assíncrono de década
O circuito do tópico anterior conta sequências de 16 pulsos e não é difícil concluir que esse número é resultado de 2n, onde n é o número de flip-flops (4 no caso). Entretanto, em muitos casos, é necessário que a contagem seja feita em sequências de 10 pulsos (ou décadas), a base usual de numeração.
Desde que 10 não é potência inteira de 2, pode ser usado o artifício indicado na Figura 01 deste tópico: uma porta NAND com a saída conectada nas entradas CLEAR dos flip-flops.
Fig 01
As entradas da porta recebem os valores S3, S2 (equivalente a Q do flip-flop 2), S1 e S0 (equivalente a Q do flip-flop 0).
Assim, quando o valor nessas entradas for igual a 1010 (10 em binário), as entradas CLEAR serão nulas, zerando os flip-flops e reiniciando a contagem. O artifício pode ser ajustado para qualquer tamanho da sequência, desde que menor que 2n, onde n é o número de flip-flops.
Contadores assíncronos decrescentes
Os circuitos vistos até aqui contam de forma crescente. Algumas aplicações exigem forma contrária, isto é, decrescente. Na contagem decrescente, as saídas são complementos dos valores da tabela 01 do tópico Contador assíncrono básico, ou seja, 1111, 1110, etc.
Assim, um meio de se obter contagem decrescente é simplesmente considerar, no circuito da Figura 01 do tópico Contador assíncrono básico, as saídas S0 a S3 como as saídas Q dos respectivos flip-flops, conservando as ligações entre Q e CK dos flip-flops adjacentes.
Fig 01
Outra forma é modificar o circuito para o da Figura 01 deste tópico: as entradas de clock recebem as saídas Q e não Q, permanecendo estas últimas como saídas. A análise gráfica pode ser feita de forma similar ao tópico 3 e, por isso, não é comentada.
Havendo necessidade de contagem crescente ou decrescente, pode ser usado um arranjo conforme circuito da Figura 02.
Fig 02
Os três blocos B atuam como chaves lógicas e o circuito se comporta como o da Figura 01 do tópico Contador assíncrono básico (crescente) ou o da Figura 01 do tópico anterior (decrescente), dependendo do nível lógico da entrada de controle C.
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