Capítulo 6: Contadores y Registros

 

Contadores SincrÓnicos

El inconveniente que se presenta con los contadores de propagación de la lección anterior, consiste básicamente en que no todos los flip-flops cambian simultaneamente con la señal del reloj. Los contadores asincrónicos deben esperar que la señal se propage desde el primer flip-flop que representa el bit menos significativo hasta el flip-flop del bit mas significativo.

En los contadores sincrónicos a diferencia de los contadores de propagación o asíncronicos, la señal de reloj se aplica simultáneamente a todos los flip-flops. Estos contadores por lo general tienen mas circuitería que los contadores de propagación y están conformados por flip-flops J-K. Para entender el funcionamiento de este tipo de contadores es necesario observar con atención la secuencia para determinar los componentes que se deben agregar (generalmente flip-flops y compuertas).

Analicemos el funcionamiento del contador de 3 bits que se muestra en la figura 6.2.1, y cuyos estados se resumen en la tabla 6.2.1. Asumamos que inicialmente el contador se encuentra en el estado 000. Note que el estado de la salida Q₀ debe cambiar después de cada transición positiva del reloj (CLK), así que el flip-flop F0 debe tener sus entradas J y K en 1 lógico para que cumpla esta función, tal como se muestra en la figura 6.2.1.

Figura 6.2.1. Contador ascendente sincrónico de 3 bits

Número de pulsos	Q2	Q1	Q0
0	0	0	0
1	0	0	1
2	0	1	0
3	0	1	1
4	1	0	0
5	1	0	1
6	1	1	0
7	1	1	1
8	0	0	0

Tabla 6.2.1. Estados del contador sincrónico ascendente de 3 bits

Ahora note que la salida Q₁ cambia a su estado complementario cada vez que Q₀=1 (ver tabla 6.2.1), así que las entradas J y K del flip-flop F1 deben estar contadas a la salida Q₀. De esta forma cada vez que Q0=1 y ocurra una transición positiva del reloj el flip-flop cambiara de estado tal como se observa en la secuencia.

Finalmente nos resta analizar el estado de la salida Q₂, para lo cual se debe obsevar nuevamente la tabla 6.2.1. Note que Q₂ cambia a su estado complementario cada vez que Q₁ y Q₀ son 1, así que la forma de implementarlo en el contador es conectado Q₁ y Q₀ como entradas a una compuerta AND y cuya salida debe ir a las entradas J y K del flip-flop F2. Obseve que este flip-flop queda en estado complemento (toggle), cada vez que se presente esta condición y ocurra una transición positiva en el reloj (CLK).

En la Animación 6.2.2 se ilustra el funcionamiento de un contador de 4 bits ascendente sincronico, el opera de forma similar la contador de tres bits. observe como los flip-flop cambian de estado cada vez que sus entradas J y K son 1 y ocurre una transición positiva en la señal de reloj.

Animación 6.2.2. Contador ascendente sincrónico de 4 bits

Número de pulsos	Q3	Q2	Q1	Q0
0	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
...	...	...	...	...
15	1	1	1	1
16	0	0	0	0

Tabla 6.2.2. Estados del contador sincrónico ascendente

Se puede hacer un análisis similar al anterior para entender el funcionamiento de este contador, sin embargo, observe que la secuencia de 3 bits es parte de la secuencia para 4 bits, así que solo basta agregar un flip-flop JK y una compuerta AND que ponga el flip-flop F3 en modo complemento cada vez que Q₂, Q₁ y Q₀ son 1, para lograr que el contador genere finalmente la secuencia de la tabla 6.2.2.

Al igual que el contador de propagación de la lección anterior, el contador sincrónico se puede modificar para cambiar su número MOD, mediante el uso de compuertas NAND y las entradas asincrónicas CLR de los flip-flops. En la Figura 6.2.3 se observa como se puede convertir este contador MOD16 a MOD10, agregando simplemente una compuerta NAND de dos entradas.

Figura 6.2.3. Componente adicional para convertir un contador MOD16 a MOD10

Universidad Nacional de Colombia