In questo video di Alex Academy, intitolato “Contatori sincroni: funzionamento e progettazione – Circuiti digitali sequenziali #BIE”, spiego i contatori sincroni, concentrandomi sul loro funzionamento e sulla loro progettazione [00:00].

Nel video troverai:

• Introduzione ai contatori sincroni: Spiego la differenza tra contatori sincroni e asincroni, evidenziando che i primi hanno un clock comune che permette una commutazione simultanea [01:16]. Dettaglio anche la logica di commutazione per i contatori sincroni, poiché i flip-flop non commutano automaticamente ad ogni impulso di clock, ma generano l’output successivo basandosi sulla configurazione di input e output ad ogni ciclo di clock [01:45].
• Progettazione di un contatore sincrono Modulo-16:
  • Illustro la progettazione di un contatore modulo-16, che richiede quattro flip-flop [02:44].
  • Introduco il concetto di “stato”, che rappresenta il valore decimale dell’output (da 0 a 15 per un contatore modulo-16) [03:21].
  • Descrivo la logica di commutazione necessaria per ogni output (Q0, Q1, Q2, Q3) basata sugli stati degli output precedenti, suggerendo l’uso di flip-flop JK per le loro proprietà di commutazione quando J e K sono alti [03:35].
  • Spiego come collegare gli output di un flip-flop agli input JK del successivo per ottenere la sequenza di conteggio desiderata [06:27].
  • Dimostro l’uso di porte AND per implementare la commutazione condizionale per Q2 e Q3, discutendo i compromessi tra la minimizzazione degli input delle porte e il ritardo di propagazione [06:43].
• Implementazione pratica e analisi delle prestazioni:
  • Mostro l’implementazione fisica del contatore sincrono usando flip-flop JK 74HC112 e porte AND 74HC08 su una breadboard [09:24].
  • Nel progetto è incluso un semplice circuito di reset RC [09:43].
  • Collego il circuito a un generatore di funzioni per il segnale di clock e a un analizzatore logico per osservare gli output [19:44].
  • Analizzo le prestazioni esaminando i ritardi di commutazione [21:54]. Noto che i contatori sincroni mostrano una commutazione di output simultanea con un ritardo costante, indipendente dal numero di stadi, a differenza dei contatori asincroni [22:13]. Questo significa che la frequenza di clock massima nei contatori sincroni non è limitata dal numero di stadi [22:57].
• Principi generali di progettazione per contatori di modulo arbitrario:
  • Riassumo che un contatore sincrono a ‘n’ stadi (modulo 2^n) richiede ‘n’ flip-flop e ‘n-2’ porte logiche con input appropriati [25:22].
  • Estendo la discussione alla progettazione teorica di contatori sincroni di modulo K arbitrario, sottolineando la necessità di ‘n’ flip-flop dove 2^n è maggiore o uguale a K [27:17].
  • Identifico i passaggi chiave nella progettazione di un contatore di modulo arbitrario, inclusa la definizione della sequenza di conteggio e l’identificazione degli stati indesiderati [27:50].
  • Sottolineo l’importanza di assicurarsi che il sistema ritorni a uno stato desiderato se entra inavvertitamente in uno stato indesiderato (per prevenire il “blocco”) [32:25].
• Generalizzazione del modello di Moore: Concludo introducendo il modello di Moore come generalizzazione dei sistemi sequenziali, di cui i contatori sincroni sono un caso specifico [33:48]. Il modello di Moore consiste in elementi di memoria (flip-flop) che definiscono lo stato del sistema e una rete combinatoria che elabora le variabili di stato e gli input esterni per determinare lo stato successivo [34:44].