LoL n°12 – ELE3 – Contatori

by / domenica, 17 maggio 2020 / Published in Didattica, Lezioni On-line

 

LEZIONI on LINE n° 12

Elettronica

Contatori

 

Per gli alunni della classe 3° di elettronica Istituto Tecnico

 

Prerequisiti:

  1. i principi di Kirchoff e la legge di Ohm;
  2. equazioni di 1° grado
  3. circuiti combinatori e sequenziali
  4. gestione dei segnali
  5. Algebra di Boole e mappe di Karnought

Abbiamo già visto alcuni circuiti sequenziali “semplici” come i Flip-Flop (FF) ma vogliamo vederne anche di più complessi come i contatori. Ricordiamo che i circuiti sequenziali possono essere sincroni o asincroni.

 

Per costruire dei contatori possiamo utilizzare dei FF di tipo JK come nel circuito sottostante.

Come si vede gli ingressi del FF JK sono stati tutti messi nello stato di Toggle. Il clock del primo ingresso viene pilotato dal generatore di segnale mentre il secondo ingresso è pilotato dall’uscita del precedente.

Questo circuito è un contatore modulo 4. Cioè un contatore che permette di contare gli stati 0 – 1 – 2 – 3 e poi ricomincia da 0 (il numero del modulo viene calcolato come 2 elevato al numero dei FF, ad esempio per un contatore decimale avremo bisogno di 4 FF ed un circuito di reset).

Questo contatore è del tipo UP (conta valori crescenti).

 

Se utilizziamo lo schema seguente con FF di tipo D come nel circuito sottostante.

Come si vede gli ingressi del FF D sono stati collegati alla loro uscita negata. Il clock del primo ingresso viene pilotato dal generatore di segnale mentre il secondo ingresso è pilotato dall’uscita non negata del precedente.

Questo circuito è un contatore modulo 4. Cioè un contatore che permette di contare gli stati 3 – 2 – 1 – 0 e poi ricomincia da 3 (il numero del modulo viene calcolato come 2 elevato al numero dei FF).

Questo contatore è del tipo DOWN (conta valori decrescenti).

 

circuiti CONTATORI

Possiamo trovare diversi tipi Contatori, spesso specializzati per uno scopo:

  • flip-flop (D / JK) – con questi tipi di FF possiamo realizzare mediante le opportune connessioni dei contatori di vari moduli
    • 74174 è formato da 6 FF di tipo D sincroni con un segnale di Clear asincrono e attivo basso
    • 7476 è formato da 2 FF di tipo JK sincroni con i segnali di Clear e Preset asincroni e attivi bassi
  • contatori con oscillatori
    • HEF4060B è un contatore ed oscillatore binario a 14 stadi con dieci uscite bufferizzate. Il circuito integrato funziona alla frequenza di un oscillatore RC esterno o può essere pilotato da un segnale di clock esterno. Possiede anche un reset asincrono. Si tratta di un contatore asincrono che può essere impiegato per la realizzazione di un oscillatore a frequenza variabile, utilizzabile nelle funzioni di calibratore, di generatore di bassa frequenza di precisione, di clock per circuiti logici, di multivibratori e di temporizzatori.
  • up/down – questi contatori posso essere utilizzati per generare una frequenza di conteggio che cresce oppure che decresce
    • decimali 74191 è un contatore, modulo 16, asincrono presettabile, cioè può iniziare il conteggio da qualunque valore impostato. L’integrato contiene 4 Flip-Flop del tipo Master-Slave con una logica interna per la selezione dei valori impostati.
  • contatori integrati – esistono dei contatori integrati che sono pronti per le operazioni di conteggio scelte.
    • Decimali 7490 è un contatore, modulo 10, asincrono. L’integrato contiene 4 Flip-Flop del tipo Master-Slave con una logica interna; le quattro uscite sono in formato BCD per essere facilmente interfacciate, attraverso un decoder 7447 con un display a sette segmenti. La velocità del conteggio può arrivare a 42 Mhz.
    • Esadecimali 7493 come il precedente ma il conteggio arriva fino al valore 15 (contatore modulo 16)

Esempio n° 1 – l’integrato 74174:

Prendiamo come primo esempio l’integrato 74ls174.

Questo integrato è formato da un serie di FF sincroni tra loro che possiamo collegare per ottenere un circuito più complesso.

 

La sua piedinatura è la seguente:

 

essendo il circuito formato da FF di tipo D, la tabella della verità è quella del singolo FF.

un circuito di principio per l’integrato è il seguente:

 

 

Simulazione dello schema di principio di un contatore modulo 4 utilizzando due FF JK dell’integrato 74ls76 con Multisim:

schema utilizzato

Come si vede gli ingressi del FF JK sono stati tutti messi nello stato di Toggle. Il clock del primo ingresso viene pilotato dal generatore di segnale mentre il secondo ingresso è pilotato dall’uscita del precedente.

Simulando il circuito avremo il seguente risultato:

 

Per meglio evidenziare le caratteristiche del circuito la stessa immagine è stata elaborata per evidenziare i risultati ottenuti. IN è il segnale in ingresso al circuito, il segnale Q0 rappresenta l’uscita del LSB bit , il segnale Q1 rappresenta l’uscita del MSB bit. Il valore del conteggio binario è rappresentato dai valori in basso (in giallo).

 

CONCLUSIONI:

I circuiti contatori rappresentano dei circuiti integrati che sono progettati e realizzati per svolgere uno scopo specifico. E’ sempre importante saper ricavare le caratteristiche principali dai data sheet.

  

Roma 18 maggio 2020

Il docente

LERTERI C. Francesco

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