Contador síncrono : es un circuito digital que realiza el conteo en números binarios con la ayuda de flip-flops y todos los flip-flops se activan simultáneamente.
Procedimiento de diseño de contador síncrono para una secuencia de conteo dada:
- Identifique la cantidad de flip-flops (FF), entradas y salidas requeridas para la secuencia de conteo.
- Seleccione el tipo de FF que va a utilizar.
- Construya la tabla de estados que contenga el estado actual y el siguiente estado del contador y la tabla de excitación de los FF utilizados.
- Encuentre las ecuaciones o expresiones para cada entrada de FF. Aquí podemos usar el método K-map que proporciona una expresión minimizada.
- Ahora haga conexiones entre los FF y las puertas utilizadas de acuerdo con las expresiones obtenidas en el paso 4.
Ejemplo : primero, implementaremos un contador ascendente síncrono de 4 bits utilizando T-FF. Entonces, necesitamos 4 FF, que son FF0, FF1, FF2 y FF3. Puede contar de 0 a 15 (16 números). La siguiente es la tabla para este contador que usa la tabla de excitación para T-FF,
|
Estado actual |
siguiente estado |
Entrada a FF |
|||||||||
| Q3 | Q2 | Q1 | Q0 | Q3 | Q2 | Q1 | Q0 | T3 | T2 | T1 | T0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Usando K-map, podemos encontrar expresiones booleanas para T0, T1, T2 y T3.
Entonces, T0 = 1,
T1 = Q0,
T2 = Q0.Q1,
T3 = Q0.Q1.Q2,
Contador de acarreo de serie síncrono de 4 bits : para el ejemplo anterior, podemos usar este enlace (artículo ) para implementar el contador de acarreo de serie. Y en este contador de acarreo en serie, el valor de fan-in (número de entradas) para todas las puertas AND usadas es 2, y es fijo.
¿Por qué necesitamos un contador de acarreo en paralelo sincrónico sobre un contador de acarreo en serie sincrónico? Si vemos la implementación del contador de acarreo en serie para el ejemplo anterior, sus puertas AND usan las salidas de algunas otras puertas AND. Como en la expresión anterior, la puerta AND que produce Q0.Q1.Q2 puede usar la salida de la puerta AND que produce Q0.Q1 , o podemos escribir T3 = T2.Q2. Lo mismo se puede aplicar a secuencias de conteo más altas. Esta disposición puede conducir al incremento del nivel del circuito de contador. Y un nivel alto significa que se requiere más tiempo para un estado estable del circuito. Lo mismo podemos ver en el enlace anterior que el retraso de un incremento en el conteo depende de la cantidad de FF. Entonces, usamos el contador de acarreo paralelo síncrono que reduce el nivel del circuito.
Contador ascendente de acarreo en paralelo síncrono de 4 bits:
para el ejemplo anterior
Diagrama lógico:
Diagrama de tiempo-
Aquí,
T clk >= t ff + t g , n>=3 ………………. (a)
dónde
- T clk — período de tiempo del reloj utilizado.
- t ff — tiempo requerido para que un FF complete su operación.
- t g — el tiempo máximo requerido para que cualquier puerta complete su operación.
- n : número de FF utilizados.
Idea detrás del contador de acarreo en paralelo : en este diseño, tratamos de implementar un circuito con solo 2 niveles. El primer nivel está reservado para FF y el segundo nivel es para la ejecución de puertas utilizadas en el circuito. Cualquiera que sea la secuencia de conteo, el contador de acarreo en paralelo siempre permanece en un circuito de 2 niveles, pero el contador de acarreo en serie aumenta el nivel a medida que aumentan los números de conteo. Podemos decir que los contadores Synchronous Parallel-Carry son mucho más rápidos que los Synchronous Series-Carry Counters .
Ventaja: en la ecuación (a), el período de tiempo es independiente del número de FF o números de conteo (si n>=3). Entonces, cualquiera que sea el tamaño de la secuencia de conteo, el período de tiempo del reloj seguirá siendo el mismo. Pero esto no es posible en el caso del contador de acarreo en serie. Esta es una gran ventaja del contador de acarreo en paralelo síncrono sobre el contador de acarreo en serie síncrono.
Desventaja: el valor de fan-in (número de entradas) para las puertas AND utilizadas en el contador aumenta linealmente con el número de FF. Para un número n de FF en el contador, necesitamos compuertas AND con un valor de entrada de 2 a n-1. Y prácticamente no existe una puerta con un valor de fan-in mucho más alto. Por lo tanto, para un tamaño de secuencia de conteo menor, el contador de acarreo en paralelo es mucho mejor que el contador de acarreo en serie, pero no para un tamaño de secuencia de conteo alto.
Algunos datos sobre los contadores síncronos de acarreo paralelo y acarreo en serie para el ejemplo anterior
- Podemos ver que la cantidad de puertas requeridas en ambos contadores es la misma para los mismos números de conteo.
- Por encima de ambos contadores se usaban las puertas AND, pero el tipo de puertas se puede cambiar de acuerdo con la secuencia de conteo. Depende totalmente de la expresión minimizada que obtuvimos para todas las entradas de FF en el paso 4 del procedimiento. Por ejemplo, Ring counter es un contador síncrono, pero no se utiliza ninguna puerta AND u otras puertas.
Estrategia para minimizar las desventajas de los contadores de acarreo en serie y en paralelo
Podemos hacer un contador combinando las características de los dos contadores anteriores. Por ejemplo, podemos usar las nuevas compuertas que usan algunos valores de las otras compuertas como en el contador de acarreo en serie, pero tiene menos valores de fan-in que la compuerta usada correspondiente a este en el contador de acarreo en paralelo. Por ejemplo, un contador con n FF y n es mayor, el contador de acarreo en serie tendrá n-1 niveles (1 para FF y n-2 para puertas) y el contador de acarreo en paralelo tendrá un circuito de 2 niveles, ahora podemos implementar un circuito para un contador de nivel casi n/2. Esta estrategia se aplicó para la secuencia de conteo de tipo como en el ejemplo dado.
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Artículo escrito por shyamghankundara y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA