CONTADORES COM REGISTRADORES DE DESLOCAMENTO

Registradores de deslocamento que usem realimentação, ou seja, aqueles cuja saída do último FF é conectada à entrada do primeiro FF, podem ser utilizados na construção de circuitos contadores.

CONTADOR EM ANEL

O contador em anel é essencialmente um registrador de deslocamento circular. A figura (a) seguinte mostra essa configuração construída com FFs tipo D, com deslocamento da esquerda para a direita e com circulação de retorno de Q0 para Q3. Na maioria dos casos um único nível 1 está em um dos FFs do registrador e esse circula por todo o registrador enquanto os pulsos de clock são aplicados, daí a denominação de contador em anel.

A figura (b) mostra os diversos estados dos FFs do contador à medida que são aplicados os pulsos de clock, admitindo o estado inicial Q3=1 e Q2=Q1=Q0=0.

Esse contador funciona como um contador de módulo 4, uma vez que apresenta quatro estados distintos antes que a seqüência se repita. Ele não segue a seqüência de contagem binária, mas é um contador porque possui 4 estados de saída distintos. A saída de cada FF tem uma freqüência igual a 1/4 da freqüência do clock. A tabela a seguir demonstra a seqüência de contagem desse contador.

Contadores em anel podem ser construídos para qualquer módulo desejado. Um contador em anel de módulo N utiliza N FFs. De modo geral, um contador em anel necessitará de mais FFs do que um

contador binário de mesmo módulo. Por exemplo, um contador em anel de módulo 8 necessita de 8 FFs, enquanto um contador binário de módulo requer apenas 3 FFs.

Apesar de menos eficiente no uso de FFs, um contador em anel é útil porque pode ser decodificado sem uso de portas decodificadoras. Sua utilização é especialmente útil em aplicações em que o contador é usado para controlar as seqüências de operações em um sistema.

Para funcionar corretamente, o contador em anel tem que iniciar com apenas um FF no estado 1 e todos os demais no estado 0. Assim, o contador deve ser colocado no estado inicial desejado antes da aplicação dos pulsos de clock. Um método para se obter esse efeito é a utilização do circuito a seguir exposto. Ao se energizar o circuito, o capacitor será carregado de maneira relativamente lenta. A saída do inversor Schmitt-trigger 1 permanecerá em nível alto e a saída do inversor 2 permanecerá baixa até que a tensão do capacitor exceda a tensão de limiar positivo VT+ da entrada do inversor 1 (em torno de 1,7 V). Isso mantém a entrada PRÉde Q3 e as entradas CLRde Q2,Q1 e Q0 em nível baixo pelo tempo suficiente para que seja inicializado em 1000.

CONTADOR JOHNSON

O contador Johnson ou contador em anel torcido é construído exatamente como um contador em anel, exceto pelo fato de que a saída invertida do último FF é que está conectada à entrada do primeiro. A figura seguinte exibe um contador Johnson de três bits.

A cada transição positiva do pulso de clock o nível de Q2 é deslocado para Q1, o de Q1 para Q0, e o inverso do nível de Q0 é deslocado de volta a Q2. A carta de tempo a seguir exibe as formas de onda de saídas do contador anterior, considerando-se que todos os FFs estão inicialmente em 0.

Pelo exame das formas de onda de saída do contador Johnson visto observa-se que: a) este contador possui seis estados distintos: 000, 100, 110, 111, 011,001. Portanto, seu módulo é 6; b) a forma de onda da saída de cada FF é uma onda quadrada (50 % de taxa de ciclo) com um sexto da freqüência de clock; c) as formas de onda de duas saídas sucessivas estão deslocadas de um período de clock.

A tabela seguinte exibe os estados de contagem do contador.

Concluindo, o módulo de um contador Johnson será sempre igual a duas vezes o número de FFs do contador, ou seja, um contador Johnson de módulo N (onde N é um número par) é constituído por N/2 FFs, e todas as saídas dos FFs apresentarão a freqüência do clock dividida por N.

DECODIFICANDO AS SAÍDAS DE UM CONTADOR JOHNSON

No contador em anel somente um FF apresentará uma saída alta para cada estado da contagem. No contador Johnson, entretanto, existe uma combinação única de duas saídas para cada contagem. Por exemplo, nas contagens de saídas do contador Johnson de 3 FFs, módulo 6, existirão as seguintes combinações únicas Q2Q0=00, Q2Q1=10, Q1Q0=10, Q2Q0=11, Q2Q1=10 e Q1Q0=01. Seja qual for número de FFs do contador Johnson sempre haverá uma combinação única de estados de duas saídas presentes em cada contagem. Assim, sempre poderão ser utilizadas portas AND de duas entradas para decodificação de cada estado de contagem. As portas de decodificação e a tabela de contagem para um contador Johnson de 3 FFs estão exibidas na próxima figura.

Contadores Johnson representam um meio-termo entre contadores binários e contadores em anel. Um contador Johnson requer um menor número de FFs que um contador em anel; entretanto, geralmente necessita de mais FFs que um contador binário. Ele possui mais circuitos decodificadores do que um contador em anel, porém menos do que no contador binário. Portanto, às vezes ele se apresenta como a melhor escolha para determinadas aplicações.

Existem muito poucos contadores em anel ou contadores Johnson disponíveis como circuitos integrados. A razão para isso é que é relativamente simples pegar um CI registrador de deslocamento e conectá-lo como contador em anel ou como contador Johnson. Alguns dos CIs contadores Johnson CMOS (74HC4017, 74HC4022) incluem o circuito de decodificação completo no mesmo chip do contador.