Contatori asincroni

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In questa pagina sono descritti i contatori binari asincroni.

Come indica il nome, si tratta di un circuito sequenziale che conta 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 1) 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.

Un'altra tipologia di contatori è descritta nella pagina Contatori sincroni .

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 sia come Animation che come Timing Diagram

che relazione esiste tra la frequenza del segnale applicato all'ingresso di clock e la frequenza del segnale presente all'uscita Q?
come cambia il comportamento di 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 (16 diversi valori).

L'aspetto più rilevante di questo schema è legato ai clock dei Flip Flop: essi non sono collegati direttamente tra di loro.

Si notino inoltre 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

Il circuito può essere analizzato sia in modalità interattiva (Animation) che attraverso il diagramma temporale (Timing Diagram). Quest'ultima modalità, decisamente più utile, mostra per esempio il grafico di seguito riportato:

É utile osservare in particolare cosa avviene, per esempio, nel passaggio tra il sette e l'otto:

Non solo la transizione è piuttosto lunga (circa 17 ns), ma, soprattutto, tra il 7 e l'8 sono presenti conteggi non previsti (6, 4 e 0). Questo comportamento è tipico dei contatori asincroni.

Il cambiamento dei bit uno dopo l'altro, come un'onda, giustifica il nome di ripple counter che spesso viene dato a questi contatori.

Attività 2

Disegnare il circuito del contatore asincrono a 4 bit mostrato ed analizzare il Timing Diagram..
Confrontare il diagramma temporale trovato con quello di un analogo contatore sincrono
Come cambia il comportamento del contatore usando FF JK - PET?
Come cambia il comportamento del contatore collegando le uscite Q all'ingresso CK del FF successivo nel caso di FF JK - PET?
Come cambia il comportamento del contatore collegando le uscite Q all'ingresso CK del FF successivo nel caso di FF JK - NET?
[Avanzato] Disegnare e discutere il funzionamento del seguente contatore. Si noti l'uso di un bus e di un display esadecimale. Quale è il modulo di questo contatore? Analizzare il diagramma temporale, in particolare le transizioni che manifesta un ripple significativo

Contatore asincrono modulo 256

Attività 3

Analizzare i fogli tecnici del 74HC4040. Da quanti Flip Flop è formato? Quale è il suo modulo?

Note

L'aggettivo asincrono si applica a qualunque circuito sequenziale privo di un singolo clock

Pagina creata nel dicembre 2020
Ultima modifica: 3 aprile 2023