Contadores de anillo

Si la salida de un registro de desplazamiento se retroalimenta a la entrada. resultados de un contador de anillo. El patrón de datos contenido dentro del registro de desplazamiento recirculará siempre que se apliquen pulsos de reloj.

Por ejemplo, el patrón de datos se repetirá cada cuatro pulsos de reloj en la siguiente figura. Sin embargo, debemos cargar un patrón de datos.

Todo 0 "S o todos 1 No cuenta. ¿Es útil un nivel lógico continuo de tal condición?

Hacemos provisiones para cargar datos en el registro de desplazamiento de entrada / salida en paralelo configurado como un contador de anillo a continuación.

Se puede cargar cualquier patrón aleatorio. El patrón más útil en general es un único 1 .

Cargando binario 1000 en el contador del anillo, arriba, antes de cambiar produce un patrón visible.

El patrón de datos para una sola etapa se repite cada cuatro pulsos de reloj en nuestro ejemplo de 4 etapas.

Las formas de onda para las cuatro etapas tienen el mismo aspecto, excepto por el retraso de un reloj de una etapa a la siguiente. Vea la figura a continuación.

El circuito de arriba es una división por 4 encimera. Al comparar la entrada del reloj con cualquiera de las salidas, se muestra una relación de frecuencia de 4:1.

P:¿Cuántas etapas necesitaríamos para un contador de anillo dividido por 10?

R:Diez etapas harían recircular el 1 cada 10 pulsos de reloj.

Un método alternativo para inicializar el contador de anillo a 1000 se muestra arriba. Las formas de onda de cambio son idénticas a las anteriores y se repiten cada cuarto pulso de reloj.

El requisito de inicialización es una desventaja del contador de anillo sobre un contador convencional.

Como mínimo, debe inicializarse en el encendido, ya que no hay forma de predecir en qué estado se encenderán los flip-flops.

En teoría, la inicialización no debería volver a ser necesaria. En la práctica, los flip-flops podrían eventualmente ser corrompidos por ruido, destruyendo el patrón de datos.

Un contador de "autocorrección", como un contador binario síncrono convencional, sería más fiable.

El contador síncrono binario anterior necesita solo dos etapas, pero requiere puertas de decodificador.

El contador de anillo tenía más etapas, pero se decodificaba automáticamente, lo que guardaba las puertas de decodificación de arriba.

Otra desventaja del contador de anillo es que no se "inicia automáticamente".

Si necesitamos las salidas decodificadas, el contador de anillo parece atractivo, en particular, si la mayor parte de la lógica está en un paquete de registro de desplazamiento único. De lo contrario, el contador binario convencional es menos complejo sin el decodificador.

Las formas de onda decodificadas del contador binario síncrono son idénticas a las formas de onda del contador de anillo anterior.

La secuencia del contador es ( Q _A Q _B ) =( 00 01 10 11 ).

Contadores Johnson

El contador de anillo de cola de interruptor , también conocido como contador Johnson , supera algunas de las limitaciones del contador de anillo.

Como un contador de anillo, un contador Johnson es un registro de desplazamiento realimentado por sí mismo. Requiere la mitad de las etapas de un contador de anillo comparable para una relación de división determinada.

Si la salida del complemento de un contador de anillo se retroalimenta a la entrada en lugar de la salida real, se obtiene un contador de Johnson.

La diferencia entre un contador de anillo y un contador de Johnson es qué salida de la última etapa se retroalimenta (Q o Q ').

Compare cuidadosamente la conexión de retroalimentación a continuación con el contador de anillo anterior.

Esta conexión de retroalimentación "invertida" tiene un efecto profundo sobre el comportamiento de los circuitos similares.

Recirculando un solo 1 alrededor de un contador de anillo divide el reloj de entrada por un factor igual al número de etapas.

Considerando que, un contador de Johnson se divide por un factor igual al doble del número de etapas.

Por ejemplo, un contador de anillo de 4 etapas se divide por 4 . Un contador Johnson de 4 etapas se divide por 8 .

Inicie un contador de Johnson despejando todas las etapas a 0 s antes del primer reloj. Esto se hace a menudo en el momento del encendido.

Con referencia a la figura siguiente, el primer reloj marca tres 0 s de ( Q _A Q _B Q _C ) a la derecha en ( Q _B Q _C Q _D ). El 1 en Q _D " (el complemento de Q) se cambia de nuevo a Q _A .

Por lo tanto, comenzamos a cambiar 1 s a la derecha, reemplazando el 0 s. Donde un contador de anillo recirculaba un solo 1 , el contador Johnson de 4 etapas recircula cuatro 0 s luego cuatro 1 s para un patrón de 8 bits, luego se repite.

Las formas de onda anteriores ilustran que un contador Johnson genera ondas cuadradas multifase.

La unidad de 4 etapas anterior genera cuatro fases superpuestas de un ciclo de trabajo del 50%. ¿Cuántas etapas se requerirían para generar un conjunto de formas de onda trifásicas?

Por ejemplo, un contador Johnson de tres etapas, impulsado por un reloj de 360 ​​Hertz generaría tres 120 ^o Ondas cuadradas escalonadas a 60 Hertz.

Las salidas de los flop-flops en un contador Johnson son fáciles de decodificar en un solo estado.

A continuación, por ejemplo, los ocho estados de un contador Johnson de 4 etapas están decodificados por no más de una puerta de dos entradas para cada uno de los estados.

En nuestro ejemplo, ocho de las dos puertas de entrada decodifican los estados de nuestro contador Johnson de ejemplo.

No importa cuánto tiempo dure el contador Johnson, solo se necesitan puertas de decodificador de 2 entradas.

Tenga en cuenta que podríamos haber utilizado entradas no invertidas para Y puertas cambiando las entradas de la puerta de verdadero a invertido en los FF, Q a Q ’ , (y viceversa).

Sin embargo, estamos tratando de hacer que el diagrama anterior coincida con la hoja de datos del CD4022B, lo más cerca posible.

Arriba, nuestras ondas cuadradas de cuatro fases Q _A a Q _D se decodifican en ocho señales ( G ₀ a G ₇ ) activo durante un período de reloj de un ciclo completo de 8 relojes.

Por ejemplo, G ₀ está activo alto cuando tanto Q _A y Q _D estan bajos. Por lo tanto, los pares de las distintas salidas de registro definen cada uno de los ocho estados de nuestro ejemplo de contador de Johnson.

Arriba está el diagrama interno más completo del contador Johnson CD4022B. Consulte la hoja de datos de los fabricantes para obtener detalles menores omitidos.

La principal novedad del diagrama en comparación con las cifras anteriores es el detector de estado no permitido compuesto por los dos NOR puertas.

Eche un vistazo a la tabla de estado insertada. Hay 8 estados permitidos que se enumeran en la tabla.

Dado que nuestro cambiador tiene cuatro flip-flops, hay un total de 16 estados, de los cuales hay 8 estados no permitidos. Esos serían los que no figuran en la tabla.

En teoría, no entraremos en ninguno de los estados no permitidos siempre que el registro de desplazamiento sea RESET antes del primer uso.

Sin embargo, en el "mundo real" después de muchos días de funcionamiento continuo debido a ruidos imprevistos, perturbaciones en las líneas eléctricas, descargas cercanas a rayos, etc., el contador Johnson podría entrar en uno de los estados no permitidos.

Para aplicaciones de alta confiabilidad, debemos planificar esta pequeña posibilidad. Más grave es el caso en el que el circuito no se borra durante el encendido.

En este caso, no hay forma de saber en cuál de los 16 estados se encenderá el circuito.

Una vez en un estado no permitido, el contador Johnson no volverá a ninguno de los estados permitidos sin intervención. Ese es el propósito de NOR puertas.

Examine la tabla para ver la secuencia ( Q _A Q _B Q _C ) =( 010 ). En ninguna parte aparece esta secuencia en la tabla de estados permitidos.

Por lo tanto ( 010 ) no está permitido. Nunca debería ocurrir. Si lo hace, el contador de Johnson está en un estado no permitido, por lo que debe salir a cualquier estado permitido.

Supongamos que ( Q _A Q _B Q _C ) =( 010 ). El segundo NOR la puerta reemplazará a Q _B = 1 con un 0 en el D entrada a FF Q _C .

En otras palabras, el 010 infractor se reemplaza por 000 . Y 000 , que aparece en la tabla, se desplazará a la derecha.

Puede haber secuencias de triple 0 en la tabla. Así es como NOR Las puertas hacen que el contador Johnson pase de un estado no permitido a un estado permitido.

No todos los estados no permitidos contienen un 010 secuencia. Sin embargo, después de algunos relojes, aparecerá esta secuencia de modo que eventualmente se escaparán los estados no permitidos.

Si el circuito se enciende sin un RESET , las salidas serán impredecibles durante algunos relojes hasta que se alcance un estado permitido.

Si esto es un problema para una aplicación en particular, asegúrese de REINICIAR en el encendido.

Dispositivos de contador Johnson

Está disponible un par de dispositivos contadores Johnson de circuito integrado con los estados de salida decodificados.

Ya hemos analizado la lógica interna de CD4017 en la discusión de los contadores de Johnson.

Los dispositivos de la serie 4000 pueden funcionar con fuentes de alimentación de 3 V a 15 V. La parte 74HC, diseñada para compatibilidad TTL, puede funcionar con una fuente de 2 V a 6 V, contar más rápido y tiene una mayor capacidad de transmisión de salida.

Para obtener hojas de datos completas del dispositivo, siga los enlaces.

• Contador Johnson CD4017 con 10 salidas decodificadas Contador Johnson CD4022 con 8 salidas decodificadas
• 74HC4017 Contador Johnson, 10 salidas decodificadas

Los símbolos ANSI para el módulo Los contadores Johnson -10 (dividir por 10) y módulo-8 se muestran arriba.

El símbolo adquiere las características de un contador en lugar de una derivada de registro de desplazamiento, que es.

Las formas de onda para el CD4022 módulo-8 y su funcionamiento se mostraron anteriormente. El contador de décadas CD4017B / 74HC4017 es un contador Johnson de 5 etapas con diez salidas decodificadas.

El funcionamiento y las formas de onda son similares al CD4017. De hecho, el CD4017 y el CD4022 se detallan en la misma hoja de datos.

El 74HC4017 es una versión más moderna del contador de décadas.

Estos dispositivos se utilizan cuando se necesitan salidas decodificadas en lugar de las salidas binarias o BCD (decimal codificado en binario) que se encuentran en los contadores normales.

Por decodificado, queremos decir que una línea de las diez líneas está activa a la vez para el '4017 en lugar del código BCD de cuatro bits de los contadores convencionales.

Consulte las formas de onda anteriores para la decodificación 1 de 8 para el contador '4022 Octal Johnson.

Aplicaciones prácticas

El contador Johnson anterior cambia un LED encendido cada quinto de segundo alrededor del anillo de diez.

Tenga en cuenta que se utiliza el 74HC4017 en lugar del '40017 porque la parte anterior tiene más capacidad de disco actual.

De la hoja de datos, (en el enlace de arriba) operando en V _CC =5V, el V _OH =4.6V a 4ma.

En otras palabras, las salidas pueden suministrar 4 ma a 4,6 V para impulsar los LED. Tenga en cuenta que los LED normalmente funcionan con 10 a 20 ma de corriente.

Sin embargo, son visibles hasta 1 ma. Este circuito simple ilustra una aplicación del 'HC4017.

¿Necesita una pantalla brillante para una exhibición? Luego, use búferes de inversión para impulsar los cátodos de los LED que se acercan a la fuente de alimentación mediante resistencias de ánodo de menor valor.

El temporizador 555, que actúa como un multivibrador estable, genera una frecuencia de reloj determinada por R ₁ R ₂ C ₁ .

Esto impulsa al 74HC4017 un paso por reloj como lo indica un solo LED iluminado en el anillo.

Tenga en cuenta que si el 555 no acciona de manera confiable el pin de reloj del '4015, páselo por una única etapa de búfer entre el 555 y el' 4017.

Una variable R ₂ podría cambiar la velocidad de paso. El valor del condensador de desacoplamiento C ₂ no es crítico. Se debe aplicar un capacitor similar a través de las clavijas de alimentación y tierra del '4017.

El contador Johnson anterior genera ondas cuadradas trifásicas, en fases 60 ^o aparte con respecto a ( Q _A Q _B Q _C ).

Sin embargo, necesitamos 120 ^o formas de onda en fase de aplicaciones de energía (ver Volumen II, CA).

Elegir P ₁ =Q _A P ₂ =Q _C P ₃ =Q _B " produce los 120 ^o fase deseada. Vea la figura a continuación.

Si estos ( P ₁ P ₂ P ₃ ) se filtran en paso bajo a ondas sinusoidales y se amplifican, esto podría ser el comienzo de una fuente de alimentación trifásica.

Por ejemplo, ¿necesita conducir un pequeño motor de avión trifásico de 400 Hz?

Luego, alimenta 6x 400Hz al circuito anterior CLOCK . Tenga en cuenta que todas estas formas de onda tienen un ciclo de trabajo del 50%.

El circuito a continuación produce formas de onda trifásicas no superpuestas, menos del 50% del ciclo de trabajo, para impulsar motores paso a paso trifásicos.

Arriba decodificamos las salidas superpuestas Q _A Q _B Q _C a salidas no superpuestas P ₀ P ₁ P ₂ como se muestra a continuación.

Estas formas de onda impulsan un motor paso a paso trifásico después de una amplificación adecuada desde el nivel de miliamperios hasta el nivel de amplificador fraccional utilizando los controladores ULN2003 que se muestran arriba, o el controlador de par Darlington de componente discreto que se muestra en el circuito que sigue.

Sin contar el controlador del motor, este circuito requiere tres paquetes IC (Circuito integrado):dos paquetes FF de tipo doble "D" y una puerta NAND cuádruple.

Un solo CD4017, arriba, genera las formas de onda paso a paso trifásicas requeridas en el circuito de arriba al borrar el contador Johnson en el conteo 3 .

Cuenta 3 persiste durante menos de un microsegundo antes de que se aclare. El otro cuenta ( Q ₀ =G ₀ Q ₁ =G ₁ Q ₂ =G ₂ ) permanecen durante un período de reloj completo cada uno.

Los controladores de transistores bipolares Darlington que se muestran arriba son un sustituto de los circuitos internos del ULN2003.

El diseño de controladores está más allá del alcance de este capítulo de electrónica digital. Cualquiera de los controladores se puede utilizar con cualquier circuito generador de forma de onda.

Las formas de onda anteriores tienen más sentido en el contexto de la lógica interna del CD4017 que se mostró anteriormente en esta sección.

Aunque, el Y Se muestran las ecuaciones de activación del decodificador interno. Las señales Q _A Q _B Q _C ¿Son las salidas del registro de desplazamiento directo del contador Johnson que no están disponibles en los pines?

La Q _D la forma de onda muestra el restablecimiento del '4017 cada tres relojes. Q ₀ Q ₁ Q ₂ , etc.son salidas decodificadas que en realidad están disponibles en los pines de salida.

Arriba generamos formas de onda para impulsar un motor paso a paso unipolar , que solo requiere una polaridad de señal de conducción.

Es decir, no tenemos que invertir la polaridad del variador a los devanados. Esto simplifica el controlador de potencia entre el '4017 y el motor.

Los pares de Darlington de un diagrama anterior se pueden sustituir por el ULN3003.

Una vez más, el CD4017B genera las formas de onda requeridas con un reinicio después del conteo de terminales.

Las salidas decodificadas Q ₀ Q ₁ Q ₂ Q ₃ accione sucesivamente los devanados del motor paso a paso, con Q ₄ reiniciar el contador al final de cada grupo de cuatro pulsos.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de contadores
• Hoja de trabajo de registros de turnos