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Los contadores MOD son contadores de módulo truncados

Contadores

El trabajo de un contador es contar avanzando elContenido del contador por una cuenta con cada pulso de reloj. Se dice que los contadores que avanzan su secuencia de números o estados cuando se activan mediante una entrada de reloj operan en un modo de "cuenta ascendente". Asimismo, se dice que los contadores que disminuyen su secuencia de números o estados cuando se activan mediante una entrada de reloj operan en un modo de "cuenta atrás". Los contadores que operan en los modos ARRIBA y ABAJO, se llaman contadores bidireccionales.

Los contadores son dispositivos de lógica secuencial que sonActivado o activado por un impulso de temporización externo o una señal de reloj. Un contador puede construirse para funcionar como un circuito síncrono o como un circuito asíncrono. Con los contadores síncronos, todos los bits de datos cambian de forma síncrona con la aplicación de una señal de reloj. Mientras que un circuito de contador asíncrono es independiente del reloj de entrada, los bits de datos cambian de estado en diferentes momentos, uno tras otro.

Entonces los contadores son dispositivos de lógica secuencial quesiga una secuencia predeterminada de estados de conteo que son activados por una señal de reloj externo (CLK). El número de estados o secuencias de conteo a través de los cuales un contador particular avanza antes de regresar nuevamente a su primer estado original se denomina módulo (MOD). En otras palabras, el módulo (o simplemente módulo) es el número de estados que cuenta el contador y es el número divisor del contador.

Contadores de módulo, o simplemente Contadores MOD, se definen en función del número de estados por los que se secuenciará el contador antes de volver a su valor original. Por ejemplo, un contador de 2 bits que cuenta desde 002 a las 112 en binario, que es de 0 a 3 en decimal, tiene unael valor de módulo de 4 (00 → 1 → 10 → 11, y volver a 00) por lo tanto, se llamaría un contador de módulo-4 o mod-4. Tenga en cuenta también que ha tomado cuatro pulsos de reloj para pasar de 00 a 11.

Como en este ejemplo simple, solo hay dos bits, (n = 2) entonces el número máximo de estados de salida posibles (módulo máximo) para el contador es: 2norte = 22 o 4. Sin embargo, los contadores pueden ser diseñados para contar hasta 2norte los estados en su secuencia mediante la conexión en cascada de múltiples etapas de conteo para producir un módulo único o un contador MOD-N.

Por lo tanto, un contador "Mod-N" requerirá un número "N" de flip-flops conectados entre sí para contar un solo bit de datos mientras proporciona 2norte Diferentes estados de salida, (n es el número de bits). Tenga en cuenta que N es siempre un valor entero entero.

Podemos ver que los contadores MOD tienen un módulo.valor que es una potencia integral de 2, es decir, 2, 4, 8, 16 y así sucesivamente para producir un contador de n bits que depende del número de flip-flops utilizados y cómo se conectan, determinando el tipo y el módulo del mostrador.

Flip-flops tipo D

Los contadores MOD se hacen usando "flip-flops" y unun solo flip-flop puede producir un conteo de 0 o 1, dando un conteo máximo de 2. Hay diferentes tipos de diseños de flip-flop que podemos usar, el SR, el JK, JK Master-slave, el tipo D o incluso El flip-flop tipo T para construir un contador. Pero para mantener las cosas simples, usaremos el flip-flop tipo D, (DFF), también conocido como Data Latch, porque se usa una sola entrada de datos y una señal de reloj externa, y también se activa el flanco positivo.

El flip-flop tipo D, como el TTL 74LS74, puedepuede hacerse a partir de flip-flops disparados por borde basados ​​en SR o JK dependiendo de si desea que cambie de estado en el borde positivo o en el borde anterior (transición 0 a 1) o en el borde negativo o posterior (transición 1 a 0) de el pulso del reloj. Aquí asumiremos un flip-flop disparado positivo de vanguardia. Puede encontrar más información en el siguiente enlace sobre flip-flops tipo D.

Flip-flop tipo D y tabla de verdad

d tipo flip flop

La operación de un flip-flop tipo D, (DFF) esmuy simple, ya que solo tiene una entrada de datos única, llamada "D", y una entrada de reloj "CLK" adicional. Esto permite que un solo bit de datos (0 o 1) se almacene bajo el control de la señal del reloj, lo que hace que el flip-flop tipo D sea un dispositivo síncrono porque los datos de las entradas se transfieren a la salida de los flip-flops solo en la borde de disparo del pulso del reloj.

Así que desde la tabla de verdad, si hay una lógica "1"(ALTO) en la entrada de datos cuando se aplica un pulso de reloj positivo, el flip-flop SET y almacena un "1" lógico en "Q", y un "0" complementario en Q. Del mismo modo, si hay un LOW en el La entrada de datos cuando se aplica otro pulso de reloj positivo, el RESET del flip-flop almacena un "0" en "Q" y un "1" resultante en Q.

Luego la salida "Q" del flip-flop tipo Dresponde al valor de la entrada "D" cuando la entrada del reloj (CLK) es ALTA. Cuando la entrada del reloj es BAJA, la condición en "Q", ya sea "1" o "0" se mantiene hasta la próxima vez que la señal del reloj pasa a ALTO al nivel lógico "1". Por lo tanto, la salida en "Q" solo cambia de estado cuando la entrada del reloj cambia de un valor de "0" (BAJO) a un "1" (ALTO), lo que lo convierte en un flip-flop de tipo D activado por flanco positivo. Tenga en cuenta que los flip-flops activados por flanco negativo funcionan exactamente de la misma manera, excepto que el flanco descendente del pulso del reloj es el flanco de disparo.

Así que ahora sabemos cómo funciona un flip-flop tipo D disparado por el borde, veamos cómo conectar algunos para formar un contador MOD.

Contador de dividir por dos

El flip-flop tipo D disparado por el borde es una herramienta útily un bloque de construcción versátil para construir un contador MOD o cualquier otro tipo de circuito lógico secuencial. Al volver a conectar la salida Q a la entrada "D" como se muestra, y al crear un bucle de realimentación, podemos convertirlo en un contador binario de división por dos usando la entrada del reloj solo ya que la señal de salida Q es siempre la inversa del Señal de salida q.

Diagrama de temporización y contador dividido por dos

dividir por dos contadores

Los diagramas de tiempo muestran que la salida "Q"La forma de onda tiene una frecuencia exactamente igual a la mitad de la entrada del reloj, por lo que el flip-flop actúa como un divisor de frecuencia. Si agregamos otro flip-flop tipo D para que la salida en "Q" sea la entrada al segundo DFF, entonces la señal de salida de este segundo DFF sería un cuarto de la frecuencia de entrada del reloj, y así sucesivamente. Entonces, para un número "n" de flip-flops, la frecuencia de salida se divide por 2n, en pasos de 2.

Tenga en cuenta que este método de división de frecuencia esMuy útil para usar en circuitos de conteo secuencial. Por ejemplo, una señal de frecuencia de red de 60Hz podría reducirse a una señal de temporización de 1Hz utilizando un contador de división por 60. Un contador de división por 6 dividiría los 60Hz a 10Hz, que luego se alimenta a un contador de dividir por 10 para dividir los 10Hz a una señal de tiempo o pulso de 1Hz, etc.

Contador MOD-4

Técnicamente además de ser un almacenamiento de 1 bit.dispositivo, un solo flip-flop por sí solo podría considerarse como un contador MOD-2, ya que tiene una única salida que resulta en un conteo de dos, ya sea 0 o 1, en la aplicación de la señal de reloj. Pero un solo flip-flop por sí solo produce una secuencia de conteo limitada, por lo que al conectar más flip-flops para formar una cadena, podemos aumentar la capacidad de conteo y construir un contador MOD de cualquier valor.

Si un solo flip-flop puede ser considerado como unContador de módulo-2 o MOD-2, luego agregar un segundo flip-flop nos daría un contador de MOD-4 que le permite contar en cuatro pasos discretos. El efecto general sería dividir la señal de entrada del reloj original por cuatro. Entonces, la secuencia binaria para este contador MOD-4 de 2 bits sería: 00, 01, 10 y 11 como se muestra.

Contador MOD-4 y diagrama de tiempo

mod contador

Tenga en cuenta que por simplicidad, el cambioLas transiciones de QA, QB y CLK en el diagrama de tiempo anterior se muestran simultáneas, aunque esta conexión representa un contador asíncrono. En realidad, habría un retardo de conmutación muy pequeño entre la aplicación de la señal de reloj positivo (CLK) y las salidas en QA y QB.

Podemos mostrar visualmente el funcionamiento de este contador asíncrono de 2 bits utilizando una tabla de verdad y un diagrama de estado.

Diagrama de estado contrario MOD-4

Pulso del reloj Estado actual Siguiente estado Diagrama de estado
Qsegundo QUNA Qsegundo QUNA
diagrama de estado del contador de mod
0 (inicio) 0 0 0 1
1 0 1 1 0
2 1 0 1 1
3 1 1 0 0
4 (repetir) 0 0 0 1

Podemos ver en la tabla de verdad del contador,y al leer los valores de QA y QB, cuando QA = 0 y QB = 0, el conteo es 00. Después de la aplicación del pulso de reloj, los valores se convierten en QA = 1, QB = 0, dando un conteo de 01 y después el siguiente pulso de reloj, los valores se convierten en QA = 0, QB = 1, dando un conteo de 10. Finalmente, los valores se convierten en QA = 1, QB = 1, dando un conteo de 11. La aplicación del siguiente pulso de reloj hace que el conteo para volver a 00, y luego se cuenta continuamente en una secuencia binaria de: 00, 01, 10, 11, 00, 01 ... etc.

Entonces hemos visto que un contador MOD-2 consistede un solo flip-flop y un contador MOD-4 requiere dos flip-flops, lo que le permite contar en cuatro pasos discretos. Fácilmente podríamos agregar otro flip-flop al final de un contador MOD-4 para producir un contador MOD-8 dándonos un 23 secuencia binaria de contar desde 000 hasta 111,antes de restablecer de nuevo a 000. Un cuarto flip-flop haría un contador MOD-16 y así sucesivamente, de hecho, podríamos seguir agregando flip-flops adicionales durante el tiempo que quisiéramos.

Contador MOD-8 y diagrama de estado

contador mod 8

Por lo tanto podemos construir contadores de mod para tener un conteo natural de 2.norte estados que dan contadores con mod cuentas de 2, 4,8, 16, y así sucesivamente, antes de repetirse. Pero a veces es necesario tener un contador de módulo que restablezca su cuenta a cero durante el proceso de conteo normal y no tenga un módulo que sea una potencia de 2. Por ejemplo, un contador que tiene un módulo de 3, 5, 6, o 10.

Contadores de Módulo “m”

Los contadores, ya sea de progreso síncrono o asíncrono, cuentan cada vez en una progresión binaria determinada y, como resultado, un contador de "n" bits funciona naturalmente como un módulo 2norte mostrador. Pero podemos construir contadores de mod para contar a cualquier valor que queramos al usar una o más puertas lógicas externas, lo que hace que se salte unos pocos estados de salida y termine en cualquier cuenta restableciendo el contador a cero, es decir, todos los flip-flops tienen Q = 0.

En el caso de los contadores de módulo "m", no cuentan para todos sus estados posibles, sino que cuentan para el valor de "m" y luego vuelven a cero. Obviamente, “m” es un número menor que 2norte, (m <2norte). Entonces, ¿cómo obtenemos un contador binario para volver a cero en parte a través de su conteo?

Afortunadamente, además de contar, subir o bajar, los contadores también pueden tener entradas adicionales llamadas CLARO y PROGRAMAR lo que hace posible borrar el conteo a cero (todos Q = 0) o preajustar el contador a algún valor inicial. El TTL 74LS74 tiene entradas preestablecidas y claras activas bajas.

Asumamos por simplicidad que las entradas CLEARestán todos conectados entre sí y son entradas activas-altas que permiten que los flip-flops funcionen normalmente cuando la entrada Clear es igual a 0 (LOW). Pero si la entrada de Borrar está en el nivel lógico "1" (ALTO), entonces el siguiente borde positivo de la señal de reloj restablecerá todos los flip-flops en el estado Q = 0, independientemente del valor de la siguiente señal de reloj.

Tenga en cuenta también que como todas las entradas de Borrar sonconectados entre sí, también se puede usar un solo pulso para borrar a cero las salidas (Q) de todos los flip-flops antes de que comience el conteo para asegurar que el conteo realmente comienza desde cero. Además, algunos contadores de bits más grandes tienen un pin de entrada ENABLE o INHIBIT adicional que permite que el contador detenga el conteo en cualquier punto del ciclo de conteo y mantenga su estado actual, antes de que se le permita continuar contando nuevamente. Esto significa que el contador se puede detener e iniciar a voluntad sin restablecer las salidas a cero.

Un contador modulo-5

Supongamos que queremos diseñar un contador MOD-5, ¿cómo podríamos hacerlo? Primero sabemos que “m = 5”, entonces 2norte debe ser mayor que 5. Como 21 = 2, 22 = 4, 23 = 8, y 8 es mayor que 5, entonces necesitamos un contador con tres flip-flops (N = 3) que nos da un recuento natural de 000 a 111 en binario (0 a 7 decimal).

Tomando el contador MOD-8 de arriba, la tabla de verdad para el conteo natural se da como:

Contador MOD-8 y tabla de verdad

mod 8 contador y tabla de verdad

Como estamos construyendo un contador MOD-5, queremosel contador se restablecerá a cero después de un conteo de 5. Sin embargo, podemos ver en la tabla de verdad adjunta que el conteo de seis nos da la condición de salida de: QA = 0, QB = 1 y QC = 1.

Podemos decodificar este estado de salida de 011 (6) para darnos una señal para borrar (Clr) el contador de nuevo a cero con la ayuda de una puerta AND de 3 entradas (TTL 74LS11) y un inversor o puerta NO (TTL 74LS04). ).

3 entradas y puerta

Las entradas del circuito lógico combinacional deel inversor y la compuerta AND están conectados a QA, QB y QC, respectivamente, con la salida de la compuerta AND al nivel lógico "0" (LOW) para cualquier combinación de la entrada que no sea la que queremos.

En código binario, el conteo de secuencia de salida serátiene este aspecto: 000, 001, 010, 011, 100, 101. Pero cuando alcanza el estado de 011 (6), el circuito lógico de combinación detectará este estado 011 y producirá una salida a nivel lógico "1" (ALTO) .

Entonces podemos usar la salida ALTA resultante dela compuerta AND para restablecer el contador a cero después de su salida de 5 (decimal), lo que nos da el contador MOD-5 requerido. Cuando la salida del circuito combinatorio es BAJA, no tiene efecto en la secuencia de conteo.

Contador MOD-5 y tabla de verdad

mod 5 contador y tabla de verdad

Entonces podemos usar decodificación lógica combinacionalCircuitos alrededor de un contador básico, ya sea síncrono o asíncrono para producir cualquier tipo de contador MOD que necesitemos, ya que cada uno de los contadores puede decodificar estados de salida únicos para restablecer el contador en el conteo deseado.

En nuestro ejemplo simple anterior, hemos utilizado unaLa puerta AND de 3 entradas para decodificar el estado 011, pero la primera vez que QA y QB están en la lógica 1 es cuando la cuenta llega a seis, por lo que una puerta AND de 2 entradas conectada a QA y QB podría usarse sin la complicación de la tercera entrada y el inversor.

Sin embargo, una de las desventajas de usarlos contadores asíncronos para producir un contador MOD de un conteo deseado es que los efectos no deseados llamados "fallas" pueden ocurrir cuando el contador alcanza su condición de reinicio. Durante este breve tiempo, las salidas del contador pueden tomar un valor incorrecto, por lo que a veces es mejor usar contadores síncronos como contadores de módulo-m, ya que todos los flip-flops están sincronizados con la misma señal de reloj, así que cambie de estado al mismo tiempo. .

Módulo 10 Contador

Un buen ejemplo de un circuito contador de módulo mel que usa circuitos combinacionales externos para producir un contador con un módulo de 10 es el contador de décadas. Los contadores de década (división por 10), como el TTL 74LS90, tienen 10 estados en su secuencia de conteo por lo que son adecuados para la interfaz humana donde se requiere una pantalla digital.

El contador de décadas tiene cuatro salidas produciendo unUn número binario de 4 bits y mediante el uso de puertas externas AND y OR podemos detectar la ocurrencia del noveno estado de conteo para restablecer el contador a cero. Al igual que con otros contadores de mod, recibe un pulso de reloj de entrada, uno por uno, y cuenta de 0 a 9 repetidamente.

Una vez que llega a la cuenta 9 (1001 en binario), elel contador se remonta a 0000 en lugar de continuar a 1010. El circuito básico de un contador de décadas se puede realizar a partir de flip-flops JK (TTL 74LS73) que cambian de estado en el borde posterior negativo de la señal del reloj como se muestra.

MOD-10 Decade Counter

contador mod 10 décadas

Resumen del contador de MOD

Hemos visto en este tutorial sobre Contadores MOD que los contadores binarios son circuitos secuenciales quegenerar secuencias binarias de bits como resultado de una señal de reloj y el estado de un contador binario está determinado por la combinación específica formada por todas las salidas de contadores juntas.

El número de salidas diferentes establece un contador.Puede producir se llama el módulo o módulo del contador. El Módulo (o número de MOD) de un contador es el número total de estados únicos que atraviesa en un ciclo de conteo completo, y un contador de mod-n se describe también como un contador de división por n.

El módulo de un contador se da como: 2norte donde n = número de flip-flops. Así que un contador de 3 flip-flop tendrá una cuenta máxima de 23 = 8 estados de conteo y se llamaría un contador MOD-8. El número binario máximo que puede contar el contador es 2norte–1 dando una cuenta máxima de (111)2 = 23–1 = 710. Entonces el contador cuenta de 0 a 7.

Los contadores de MOD comunes incluyen aquellos con MODLos números de 2, 4, 8 y 16 y con el uso de circuitos combinacionales externos se pueden configurar para contar cualquier valor predeterminado distinto de uno con un máximo de 2norte módulo. En general, cualquier disposición de un número "m" de flip-flops puede usarse para construir cualquier contador MOD.

Un módulo común para contadores con truncado.Las secuencias son diez (1010), llamadas MOD-10. Un contador con diez estados en su secuencia se conoce como contador de décadas. Los contadores de décadas son útiles para interactuar con pantallas digitales. Otros contadores MOD incluyen el contador MOD-6 o MOD-12 que tienen aplicaciones en relojes digitales para mostrar la hora del día.

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