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Tema 9. Contadores síncronos

§ 9.1. Introducción.
Problemas de los contadores asíncronos.

La motivación que nos lleva al estudio de este tipo de contadores síncronos se debe fundamentalmente a los problemas que presentan el otro tipo de contadores que hemos visto hasta el momento, esto es, los contadores asíncronos.

Hagamos primeramente un breve repaso de estos problemas:1. El hecho de que el reloj principal (MASTER CK, cuyos impulsos
hay que contar) se conecte solamente al primer biestable (el menos significativo), implica que los biestables que componen el contador pueden cambiar sus estados en instantes de tiempo distintos. Esto tiene una consecuencia muy importante que se ilustra a través del siguiente ejemplo, y que no es más que la lentitud con que seproducen ciertos tránsitos de estado.

Así, por ejemplo, en un contador asíncrono ascendente módulo-8, como el que se muestra en la figura, la transición desde el estado 111 al estado 000, se produce de la forma siguiente: en primer lugar, al llegar el flanco de bajada del MASTER CK al biestable 0, éste invierte su estado, pasando desde “1” a “0”. En este momento, el biestable 1 recibe por suentrada de reloj el flanco de bajada en el estado Q0, e invierte su estado, pasando desde “1” a “0”. Finalmente, cuando ha ocurrido esto, el biestable 2 recibe por su entrada de reloj el flanco de bajada de Q1, e invierte su estado pasando también desde “1” a “0”. Si nos fijamos bien, el paso desde “111” hasta “000” se realiza de forma secuencial. Primero es Q0 el que cambia de estado, luego de hacerloQ0 lo hace Q1, y finalmente, una vez que lo ha hecho Q1 lo hace Q2. Si suponemos que cada puerta tarda TR unidades temporales en cambiar desde “1” a “0”, el tiempo que tarda el biestable Q2 en cambiar de estado será 3·TR, y este cálculo coincide con el tiempo que tarda el contador en pasar desde “111” hasta “000”.
















Fig. 9.1.1. Contador asíncrono sscendentemódulo-8.

En general, si se tiene un contador asíncrono implementado con n biestables, en el caso más desfavorable existe una transición de estados que puede prolongarse durante n·TR unidades de tiempo, hecho que ralentiza el funcionamiento del dispositivo digital.


2. Si se construye un contador asíncrono de módulo inferior al máximo con una red de puesta a cero por defecto, entonces, comosabemos, durante el último ciclo de reloj existe un estado no deseado que tiene una duración temporal de medio ciclo.

Supongamos que se dispone, por ejemplo, del contador módulo-5 que se muestra a continuación, en el que la red de puesta es por defecto. Esto es, se ha tomado N (módulo del contador, en nuestro caso, 5), se le ha restado 1, se ha codificado N-1 en binario (5-1=410)=1002)) , y sehan llevado las salidas de los biestables que están a “1” (en este caso, el último, Q2) a las entradas de una puerta nand, cuya salida se ha conectado a las de PRESET de los biestables cuyas salidas, para el estado (N-1)2), están a “0”, esto es, Q0 y Q1, como se muestra en la figura.



















Fig. 9.1.2. Contador asíncrono sscendente módulo-5.El cronograma de lo que ocurre con el contador se muestra a continuación.















Fig. 9.1.3. Cronograma del contador asíncrono módulo-8.

3. El último inconveniente que presentan los contadores asíncronos es el siguiente: a pesar de que se pueden generar secuencias ascendentes o descendentes, en ellas los estados se suceden de forma ordenada. Pero, ¿y si se deseaconstruir un contador cuya cuenta de estados no sea ordenada? (por ejemplo, con 3 bits, un contador que genere la secuencia de salida 000010101111001011110100000...).

Con objeto de subsanar estas deficiencias, surgen los contadores síncronos. De la misma forma que los asíncronos, se definen como módulos secuenciales capaces de contar los impulsos de reloj que le llegan a su...