Fundamentos de Contadores y Registros de Desplazamiento en Electrónica Digital

Contadores Digitales

Los contadores son circuitos secuenciales cuya salida representa el número de impulsos que se aplica a la entrada de reloj. Están formados por biestables interconectados. Pueden contar de manera ascendente (si su contenido incrementa con cada impulso) o descendente (si se decrementa). Existen contadores que operan de ambas formas.

Aplicaciones Principales

• Relojes y temporizadores
• Divisores de frecuencia
• Frecuencímetros

Tipos de Contadores

Contadores Asíncronos

En los contadores asíncronos (también llamados contadores de rizado), la señal externa del reloj se conecta solo al primer biestable. Las entradas de reloj de los demás biestables que forman el contador se conectan a la salida del biestable anterior. Esto provoca que no todos los biestables cambien de estado al mismo tiempo, generando un retardo acumulativo. Si el contador tiene un mayor número de flip-flops, se obtendrá una señal de frecuencia menor que la del reloj en las salidas de los biestables sucesivos. Para conseguir contadores asíncronos de un mayor número de bits, se conectan en cascada tantos flip-flops como bits queremos que tenga el contador. El número máximo de estados por los que pasa un contador se denomina módulo.

Contadores Síncronos

En los contadores síncronos, la señal externa del reloj se conecta a todos los biestables simultáneamente. Se consigue así que todos los biestables cambien a la vez (sincronizados por el reloj), por tanto, no se producen los tiempos de retardo acumulativos característicos de los asíncronos, ni estados transitorios indeseados debidos a dichos retardos.

Inconveniente: Generalmente, necesitan una lógica combinacional adicional para implementarlos. Esta lógica combinacional calcula cuál será el siguiente estado del contador basándose en el estado actual y las entradas de control.

Registros de Desplazamiento

Los registros de desplazamiento son circuitos secuenciales formados por biestables conectados de tal manera que la información binaria puede ser almacenada y/o desplazada (movida) a través de ellos.

Entrada Serie, Salida Serie (SISO)

Es el registro más sencillo. La información entra bit a bit por un extremo y sale bit a bit por el otro. Retarda la señal de entrada tantos ciclos de reloj como número de biestables compongan el registro. La aplicación principal de este tipo de registro es como unidad de retardo.

Entrada Serie, Salida Paralelo (SIPO)

La información se recibe en serie (bit a bit) y la salida se obtiene en paralelo (todos los bits a la vez). Una vez transcurridos tantos ciclos de reloj como número de flip-flops compongan el registro, los datos están disponibles simultáneamente en las salidas de cada biestable. Su circuito es idéntico al registro de desplazamiento serie-serie, con la salvedad de que en este caso la salida la forma la combinación de las salidas de todos los biestables. Su función principal es la conversión de datos serie a paralelo.

Entrada Paralelo, Salida Serie (PISO)

Los datos se cargan en paralelo (todos los bits a la vez) en los biestables. En la salida, se obtienen estos bits en serie (uno por cada ciclo de reloj). La utilidad de este registro se hace patente a la hora de convertir datos paralelos a formato serie para poderlos enviar por una única línea de transmisión.

Entrada Paralelo, Salida Paralelo (PIPO)

La información es introducida simultáneamente (en paralelo) en los flip-flops. Cuando se produce un flanco activo de la señal de reloj, los datos se cargan y se obtienen en la salida también en paralelo. Se usan comúnmente para almacenamiento temporal de datos binarios.

Registro Universal

Este tipo de registro es el más versátil, ya que permite realizar todas las operaciones de los tipos anteriores: carga serie, carga paralelo, salida serie y salida paralelo. Dispone de líneas de control (conectadas a menudo a multiplexores internos) para seleccionar su modo de funcionamiento. Estas líneas seleccionan la forma de conectar los flip-flops internamente para que el registro funcione de una forma u otra según se requiera.