Contatori asincroni

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Stesura preliminare

In questa pagina descrivo cosa è un contatore binario asincrono.

Come indica il nome, si tratta di un circuito sequenziale le cui uscite contano, in binario, il numero di impulsi digitali presenti all'ingresso di clock. Internamente è formato da Flip Flop ed eventualmente porte logiche; generalmente è disponibile come un unico circuito integrato.

L'aggettivo asincrono (nota 3) deriva dal fatto che i clock dei vari Flip Flop non sono collegati allo stesso segnale e quindi, in un certo senso, non è presente un solo clock che sincronizza il funzionamento dell'intero circuito, ma tanti clock separati (nota 1).

L'immagine di apertura è un contatore geiger Hoffman 216-1, costruito intorno al 1950 e conservato al Museo nazionale della scienza e della tecnologia Leonardo da Vinci di Milano. Ovviamente non c'entra nulla con il contenuto di questa pagina, anche se si tratta di un oggetto fuori dal tempo che conta.

Il Flip Flop T

Con il termine FF T si indica la configurazione di un Flip Flop JK in cui i due ingressi J e K sono collegati insieme e quindi valgono o entrambi 0 o entrambi 1. Prima di proseguire è utile analizzare la tabella che mostra il funzionamento di un FF JK, in riferimento alle sole righe in cui J = K

Attività 1

Esaminare il seguente circuito e simularlo con un diagramma temporale.

Attività 2

In relazione al circuito dell'attività 1, che relazione esiste tra la frequenza del segnale applicato all'ingresso di clock e la frequenza del segnale presente all'uscita Q?

Attività 3

In relazione al circuito dell'attività 1, come cambia l'uscita usando un FF JK - NET?

Contatore up modulo 16

Lo schema di seguito riportato è relativo ad un contatore up (all'insù) modulo 16, cioè un circuito che conta in binario da 0 a 15.

Si notino in particolare i seguenti dettagli di uno schema dalla struttura ripetitiva:

Il Reset è comune a tutti i FF e serve per azzerare tutte le uscite indipendentemente dal clock
Il clock dei vari FF è, in questo esempio, attivo sul fronte di discesa (FF JK-NET)
Il clock di ciascun FF è collegato all'uscita Q del FF che lo precede
J e K sono sempre a livello logico alto

Contatore asincrono modulo 16

Attività 4

Come cambia il comportamento del contatore usando FF JK - PET

Attività 5

Come cambia il comportamento del contatore collegando le uscite Q all'ingresso CK del FF successivo?

Attività 6

Discutere il funzionamento del seguente contatore:

Contatore asincrono modulo 256

Si noti l'uso di un bus e di un display esadecimale, pur essendo la struttura null'altro che un'estensione di quando sopra descritto.

Analizzare il diagramma temporale, di seguito in parte rappresentato:

Diagramma temporale

Si osservi in particolare cosa succede alle uscite, per esempio confrontando quanto succede all'istante t = 12,9 µs con quanto succede all'istante t = 13,0 µs, di seguito mostrato (nota 4):

Ripple

Attività 7

Motivare i comportamenti mostrati nei diagrammi temporali; in particolare analizzare cosa succede quando molte uscite dovrebbero "contemporaneamente" cambiare da 1 a 0, come per esempio nel passaggio da 0x3F a 0x40, mostrato qui sopra (nota 2).

Attività 8

Analizzare i fogli tecnici del 74HC4040

Attività 9

Analizzare il funzionamento dei contatori presenti in Deeds:

Note

L'aggettivo asincrono si applica a qualunque circuito sequenziale privo di un singolo clock
Spesso, per questo motivo, i contatori sono chiama ripple counter
Letteralmente: che non avviene contemporaneamente
Usare la funzione zoom del simulatore

Pagina creata nel dicembre 2020
Ultima modifica: 30 gennaio 2021