Un contador de anillo es un circuito lógico secuencial construido utilizando registros de desplazamiento. Dependiendo del pulso del reloj, los mismos datos recirculan dentro del contador.
Hay dos tipos de contadores de anillos.
1) Contador de timbre normal
2) contador Johnson
Tabla de contenido
Contador de anillos de 4 bits
Un contador en anillo es una cascada de flip-flops, donde la salida del último flip-flop se conecta a la entrada del primer flip-flop. En un contador en anillo, si la salida de cualquier etapa es 1, el resto es 0. Un contador de anillo envía la misma salida a todo el circuito.
Es decir, si la salida del primer flip-flop es 1, se transfiere a la siguiente etapa, el segundo flip-flop. Al transferir la salida a la siguiente etapa, la salida del primer flip-flop se vuelve 0. Este proceso continúa luego a través de todas las etapas del contador de anillos. El uso de n flip-flops en un contador de anillo genera un ‘1’ cada n ciclos de reloj.
El diagrama de circuito del contador de anillo se muestra a continuación.
Aquí diseñaremos un contador de anillos usando chanclas D. Este es un contador de anillo Mod 4 con cuatro flip-flops D conectados en serie. Se aplica una señal de reloj a la entrada de reloj de cada flip-flop simultáneamente y se aplica un pulso RESET a la entrada CLR de todos los flip-flops.
Operación del contador de timbre
Inicialmente, todos los flip-flops en el contador en anillo se restablecen a 0 aplicando la señal CLEAR. Antes de aplicar el pulso de reloj, aplique un pulso PRESET al flip-flop que asigna el valor ‘1’ al circuito contador en anillo. Para cada señal de reloj, los datos circulan entre las cuatro etapas del flip-flop del contador de anillo.
Este contador de timbre de 4 etapas se llama contador de timbre Mod 4 o contador de timbre de 4 bits. Para ciclar correctamente los datos dentro de un contador en anillo, debe cargar el contador con el valor deseado, como todos 0 o todos 1.
Datos circulantes en un contador circular.
Puede ver que un contador en anillo es similar a un contador de registro de desplazamiento conectado en serie. La figura anterior muestra un flip-flop de cuatro etapas como registro de desplazamiento en serie paralelo con entradas de datos D0, D1, D2 y D3.
A continuación se explica la circulación de datos en el contador anular. Al pasar una señal de reinicio, el flip-flop se encuentra inicialmente en el estado RESET. Cuando se aplica PRESET al contador de anillo, la entrada del circuito se convierte en 1.
Dado que esta entrada está conectada al primer flip-flop en serie, el control de calidad del flip-flop se establece en 1 y todas las demás salidas de los flip-flops restantes están en nivel bajo.
Cuando la entrada de datos del flip-flop “A” baja, el pulso de datos se vuelve 0 1 0. Luego, en la segunda señal de reloj, la salida del primer flip-flop cambia nuevamente y luego cambia la salida de ‘B’. ”Y se vuelve caro. Esto significa que se producen impulsos de datos 0 0 1.
De esta manera, cuando la señal de reloj y la entrada del primer flip-flop cambian, la salida de los otros flip-flops también cambia. Cuando la salida del último flip-flop de la serie se conecta a la entrada del primer flip-flop, la secuencia de datos gira o circula dentro del contador de anillo.
Tabla de verdad del contador de anillos
A continuación se explica la tabla de verdad para un contador en anillo de 4 bits.
Entrada CLEAR Cuando CLR = 0, todos los flip-flops se establecen en 1. Entrada CLEAR Cuando CLR = 1, el contador de timbre comienza a funcionar. El contador comienza a funcionar con cada señal de reloj. La siguiente señal de reloj pone el contador a 0000 nuevamente. El contador de timbre tiene cuatro secuencias: 0001, 0010, 0100, 1000, 000.
Diagrama de temporización del contador de anillos
El diagrama de tiempos de un contador en anillo explica cómo la señal del reloj cambia la salida de cada etapa del contador y la señal CLK ayuda a pasar los datos de un flip-flop a otro. Un contador de anillo de 4 bits (4 etapas o 4 flip-flops) realiza un ciclo de dígitos preestablecidos dentro de una señal de reloj, por lo que la frecuencia de salida de cada flip-flop es 1/4 de la frecuencia del reloj principal.
Diagrama de estado del contador de anillo
En la figura anterior se muestra el diagrama de estado de un contador en anillo de 4 bits. Esto indica que para una señal de reloj, la posición del dígito preestablecido (en este caso, el dígito preestablecido es 1) cambia de LSB a MSB.
ventaja
- Se puede implementar utilizando flip-flops D y JK. Es un circuito de autodecodificación.
Contras
- Sólo 4 de 15 estados lo utilizan.
contador johnson
El contador Johnson es una versión mejorada del contador de anillos. En este caso, la salida inversora del último flip-flop está conectada a la entrada del primer flip-flop. Si diseñamos un contador Johnson usando n flip-flops, se conoce como contador Johnson de 2n bits o contador Johnson Mod 2n.
Esta es una ventaja de los contadores Johnson en el sentido de que el mismo diseño Mod requiere solo la mitad de la cantidad de flip-flops que utiliza un contador de anillo.
La principal diferencia entre un contador en anillo de 4 bits y un contador Johnson es que en un contador en anillo, la salida del último flip-flop está conectada directamente a la entrada del primer flip-flop. Sin embargo, en el contador Johnson, la salida invertida de la última etapa está conectada a la entrada de la primera etapa.
Los contadores Johnson también se conocen como contadores de anillos retorcidos con retroalimentación. En un contador Johnson, la entrada del primer flip-flop está conectada desde la salida invertida del último flip-flop.
Los contadores Johnson o contadores de anillo Switch Trail están diseñados para superar las limitaciones de los contadores de anillo. Principalmente, reduce la cantidad de flip-flops necesarios en el diseño del circuito.
De manera similar a un contador en anillo, la señal de reloj de un contador Johnson se conecta simultáneamente a la entrada de reloj de cada flip-flop.
Contraoperación de Johnson
A continuación se muestra un contador Johnson diseñado con chanclas D. Hay cuatro etapas, o cuatro flip-flops, conectados en serie o en cascada. Inicialmente se envía un cero/nulo al contador Johnson y cuando se aplica una señal de reloj, las salidas son ‘1000’, ‘1100’, ‘1110’, ‘1111’, ‘0111’, ‘0011’, ‘0001’, Al ingresar 0000 en una secuencia, la secuencia se repite en la siguiente señal de reloj.
El contador Johnson genera un patrón especial al pasar cuatro ceros y luego cuatro unos, produciendo así un patrón especial al contar hacia arriba y hacia abajo.
Tabla de contraverdad de Johnson
A continuación se explica la tabla de verdad para un contador en anillo de 4 bits.
Un diagrama de estado muestra cómo se transfieren los datos de un flip-flop a otro en cada pulso de reloj. Se utiliza un contador de anillo Johnson de cuatro etapas como divisor de frecuencia cambiando las conexiones de retroalimentación. Por tanto, también se puede utilizar como circuito divisor de frecuencia.
Diagrama de temporización del contador Johnson
El diagrama de temporización del contador Johnson explica que la señal del reloj cambia la salida de cada etapa del contador y la señal CLK ayuda a hacer circular datos de un flip-flop a otro.
Cuando CLR = 0, todas las salidas y entradas del flip-flop están preestablecidas en 0 (borrar), excepto la entrada de datos del FF más a la derecha, que está configurada en 1.
Cuando CLR = 1, el contador Johnson comienza a funcionar. En cada flanco del reloj, la salida del último flip-flop (1) se desplaza hacia la izquierda hasta el tercer flip-flop. El primer flip-flop está conectado a la entrada serie, es decir, 1, por lo que la entrada del tercer flip-flop será 1.
En el siguiente ciclo, QA = 0, por lo que 0 gira en un anillo en la segunda mitad del ciclo. El contador Johnson tiene ocho secuencias: 0001, 0011, 0111, 1111, 1110, 1100, 1000, 0000.
La ventaja de los contadores Johnson es que tienen más rendimiento que los contadores de anillo.
La desventaja del contador Johnson es que sólo se utiliza en 8 de 15 estados.
Ejemplo de aplicación de contador de anillos
- Los contadores de anillo se utilizan para contar datos en un bucle continuo.
- También se utiliza para detectar diferentes números y diferentes patrones en un conjunto de información conectando puertas lógicas AND y OR a un circuito contador en anillo.
- Los contadores de anillo de dos, tres y cuatro etapas se utilizan en circuitos divisores como circuitos de división por 2, división por 3 y división por 4, respectivamente.
- Se utiliza un contador Johnson de tres etapas como generador de onda cuadrada trifásico para generar un cambio de fase de 1200.
- Los circuitos contadores Johnson de cinco etapas se utilizan comúnmente como contadores de décadas síncronos (BCD) y como circuitos divisores.
- Se utiliza un contador Johnson de dos etapas, también conocido como “oscilador de cuadratura”, para generar cuatro niveles de salidas discretas que están desfasadas 900 grados entre sí. Este generador de cuadratura se utiliza para generar señales de sincronización de cuatro fases.