Divisi贸n de frecuencia

En los tutoriales de Sequential Logic vimos c贸mo funcionan los Flip-Flop de tipo D y c贸mo se pueden conectar entre s铆 para formar un Data Latch. Otra caracter铆stica 煤til del Flip-Flop de tipo D es como un divisor binario, para la聽divisi贸n de frecuencia o como un contador de "dividir por 2".

Aqu铆 el terminal de salida invertido Q (NOT-Q) se conecta directamente al terminal de entrada聽de datos D dando al dispositivo "retroalimentaci贸n" como se muestra a continuaci贸n.

Contador de divisi贸n de frecuencia dividido por 2

Se puede ver en las formas de onda de frecuencia anteriores, que al "retroalimentar" la salida de Q al terminal de entrada聽D, los pulsos de salida聽 en聽Q tienen una frecuencia que es exactamente la mitad (聽茠 梅 2 ) de la frecuencia del reloj de entrada. En otras palabras, el circuito produce divisi贸n de frecuencia, ya que ahora divide la聽frecuencia de entrada por un factor de dos (una octava).

Esto produce un tipo de contador llamado "contador de ondulaci贸n" y en los contadores de ondulaci贸n, el pulso del reloj activa el primer flip-flop cuya salida activa el segundo flip-flop, que a su vez activa el tercer flip-flop y as铆 sucesivamente a trav茅s de la cadena produciendo un efecto ondulante (de ah铆 su nombre) de la se帽al de temporizaci贸n a medida que pasa a trav茅s de la cadena.

El interruptor Flip-Flop

Otro tipo de dispositivo digital que se puede utilizar para la divisi贸n de frecuencia es el tipo T o Toggle flip-flop. Con una ligera modificaci贸n a una chancla JK est谩ndar, podemos construir un nuevo tipo de chancla llamada聽chancla Toggle.

Las chanclas de palanca se pueden hacer de chanclas tipo D como se muestra arriba, o de chanclas JK est谩ndar como el 74LS73. El resultado es un dispositivo con solo dos entradas, la entrada "Toggle" en s铆 misma y la entrada negativa que controla "Clock" como se muestra.

74LS73 Alternar chancla

Un "Toggle flip-flop" recibe su nombre del hecho de que el flip-flop tiene la capacidad de alternar o cambiar entre sus dos estados diferentes, el "estado de alternancia" y el "estado de memoria". Dado que solo hay dos estados, un flip-flop de tipo T es ideal para su uso en divisi贸n de frecuencia y dise帽o de contador binario.

Los contadores de ondulaci贸n binarios se pueden construir usando "Toggle" o "T-type flip-flops" conectando la salida de uno a la entrada de reloj del siguiente. Las chanclas de palanca son ideales para construir contadores de ondulaci贸n, ya que alterna de un estado a otro, (ALTA a BAJA o BAJA a ALTA) en cada ciclo de reloj, por lo que el divisor de frecuencia simple y los circuitos de contador de ondulaci贸n se pueden construir f谩cilmente utilizando circuitos flip-flop est谩ndar de tipo T.

Si conectamos en serie, dos flip-flops de tipo T, la frecuencia de entrada inicial ser谩 "dividida por dos" por la primera flip-flop ( 茠 梅 2 ) y luego "dividida por dos" nuevamente por la segunda flip-flop (聽茠 梅 2聽) 梅 2, dando una frecuencia de salida que efectivamente se ha dividido cuatro veces, luego su frecuencia de salida se convierte en un cuarto de valor (25%) de la frecuencia de reloj original, (聽茠 梅 4 ).

Cada vez que agregamos otro interruptor o flip-flop "tipo T" a la cadena, la frecuencia del reloj de salida se reduce a la mitad o se divide por 2 nuevamente y as铆 sucesivamente, dando una frecuencia de salida de 2n donde "n" es el n煤mero de chanclas utilizadas en la secuencia.

Luego, el Toggle o flip-flop de tipo T es un dispositivo de divisi贸n por 2 activado por borde basado en el flip flop est谩ndar de tipo JK y que se activa en el borde ascendente de la se帽al del reloj. El resultado es que cada bit se mueve hacia la derecha por un flip-flop. Todas las chanclas se pueden restablecer de forma as铆ncrona y se pueden activar para encender el borde delantero o posterior de la se帽al de reloj de entrada, lo que lo hace ideal para la聽divisi贸n de frecuencia.

Este tipo de circuito de contador utilizado para la divisi贸n de frecuencia se conoce com煤nmente como聽contador binario as铆ncrono de 3 bits, ya que la salida de聽QA a聽QC, que tiene 3 bits de ancho, es un recuento binario de聽0 a聽7 para cada pulso de reloj.

En un contador as铆ncrono, el reloj se aplica solo a la primera etapa con la salida de una etapa flip-flop que proporciona la se帽al de sincronizaci贸n para la siguiente etapa flip-flop y las etapas posteriores derivan el reloj de la etapa anterior con el pulso del reloj reducido a la mitad por cada etapa.

Esta disposici贸n se conoce com煤nmente como聽asincr贸nica, ya que cada evento de sincronizaci贸n se produce de forma independiente, ya que todos los bits del contador no cambian todos al mismo tiempo. Como el contador cuenta secuencialmente en una direcci贸n ascendente de聽0 a聽7. Este tipo de contador tambi茅n se conoce como contador "arriba" o "adelante" (CTU) o聽"contador ascendente asincr贸nico de 3 bits". El contador as铆ncrono de tres bits que se muestra es t铆pico y utiliza chanclas en el modo de alternancia. Tambi茅n est谩n disponibles contadores as铆ncronos "Down" (CTD).

Tabla de verdad para un contador ascendente asincr贸nico de 3 bits

Ciclo de reloj	Patr贸n de bits de salida
	QC	.!QB	QA
0	0	0	0
1	0	0	1
2	0	1	0
3	0	1	1
4	1	0	0
5	1	0	1
6	1	1	0
7	1	1	1

Por lo tanto, podemos ver que la salida del flip-flop de tipo D est谩 a la mitad de la frecuencia de la entrada, en otras palabras, cuenta en 2. Al unir en cascada m谩s flip-flops de tipo D o Toggle, podemos producir una divisi贸n por 2, dividir por 4, dividir por 8, etc. circuito que dividir谩 la frecuencia del reloj de entrada por 2, 4 u 8 veces, de hecho cualquier valor a la potencia de 2 que queramos haciendo un circuito contador binario.

Divisi贸n de frecuencia mediante contadores binarios

Por lo tanto, podemos ver que un contador no es m谩s que un registro especializado o generador de patrones que produce un patr贸n de salida espec铆fico o una secuencia de valores binarios (o estados) sobre la aplicaci贸n de una se帽al de pulso de entrada llamada "Reloj".

El reloj se utiliza realmente para la transferencia de datos en estas aplicaciones. T铆picamente, los contadores son circuitos l贸gicos que pueden aumentar o disminuir un conteo en uno, pero cuando se usan como contadores as铆ncronos de divisi贸n por n, pueden dividir estos pulsos de entrada produciendo una se帽al de divisi贸n de reloj.

Los contadores se forman conectando flip-flops juntos y cualquier n煤mero de flip-flops se pueden conectar o "conectar en cascada" para formar un contador binario "dividir por n" donde "n" es el n煤mero de etapas de contador utilizadas y que se llama聽M贸dulo. El m贸dulo o simplemente "MOD" de un contador es el n煤mero de estados de salida por los que pasa el contador antes de volver a cero, es decir, un ciclo completo.

Luego, un contador con tres chanclas como el circuito anterior contar谩 de聽0 a聽7, es decir, 2n-1. Tiene ocho estados de salida diferentes que representan los n煤meros decimales聽del 0 al聽7 y se llama contador聽Modulo-8 o MOD-8. Un contador con cuatro chanclas contar谩 de聽0 a 15 y, por lo tanto, se llama contador聽Modulo-16 y as铆 sucesivamente.

Un ejemplo de esto se da como.

• Contador binario de 3 bits = 23 = 8 (m贸dulo-8 o MOD-8)
• Contador binario de 4 bits = 24 = 16 (m贸dulo-16 o MOD-16)
• Contador binario de 8 bits = 28 = 256 (m贸dulo-256 o MOD-256)
• y as铆 sucesivamente.

El n煤mero Modulo se puede aumentar agregando m谩s flip-flops al contador y la cascada es un m茅todo para lograr contadores de m贸dulo m谩s altos. Luego, el n煤mero m贸dulo o MOD se puede escribir simplemente como: N煤mero MOD = 2n

Contador Modulo-4 de 16 bits

Los contadores as铆ncronos de varios bits conectados de esta manera tambi茅n se denominan "contadores de ondulaci贸n" o divisores de ondulaci贸n porque el cambio de estado en cada etapa parece "ondularse" a trav茅s del contador desde la salida LSB a su conexi贸n de salida MSB. Los contadores de ondulaci贸n est谩n disponibles en forma de IC est谩ndar, desde el contador 74LS393 Dual de 4 bits hasta el 74HC4060, que es un contador de ondulaci贸n de 14 bits con su propio oscilador de reloj incorporado y produce una excelente divisi贸n de frecuencia de la frecuencia fundamental.

Resumen de la divisi贸n de frecuencias

Para la divisi贸n de frecuencia, las chanclas de modo de alternancia se utilizan en una cadena como una聽divisi贸n por dos contadores. Un flip-flop dividir谩 el reloj, 茠EN Por 2, dos chanclas se dividir谩n 茠EN por 4 (y as铆 sucesivamente). Un beneficio de usar chanclas de palanca para la divisi贸n de frecuencia es que la salida en cualquier punto tiene un ciclo de trabajo exacto del 50%.

La se帽al de reloj de salida final tendr谩 un valor de frecuencia igual a la frecuencia del reloj de entrada dividido por el n煤mero MOD del contador. Tales circuitos se conocen como contadores de "dividir por n". Los contadores se pueden formar conectando chanclas individuales y se clasifican de acuerdo con la forma en que se sincronizan.

En聽los contadores as铆ncronos, (contador de ondulaci贸n) el primer flip-flop es cronometrado por el pulso de reloj externo y luego cada flip-flop sucesivo es cronometrado por la salida del flip-flop anterior. En los聽contadores sincr贸nicos, la entrada del reloj est谩 conectada a todas las chanclas para que se cronometren simult谩neamente.

En el siguiente tutorial veremos los contadores as铆ncronos y veremos que la caracter铆stica principal de un contador as铆ncrono es que cada flip-flop de la cadena deriva su propio reloj del flip-flop anterior y, por lo tanto, es independiente del reloj de entrada.