Diferentemente dos contadores assíncronos, cujo saída de um estágio é conectada diretamente à entrada de clock do próximo estágio do contador na cadeia, o contador síncrono tem seus estágios acionados ao mesmo tempo.

O problema com os contadores assíncronos é que eles sofrem do que é conhecido como “Atraso de Propagação”, onde o sinal de temporização é atrasado uma fração em cada flip-flop.

No entanto, com o Contador Síncrono, o sinal de clock externo está conectado à entrada de clock de CADA flip-flop individual dentro do contador, de modo que todos os flip-flops sejam acionados simultaneamente (em paralelo) ao mesmo tempo, proporcionando uma relação de tempo fixa. Em outras palavras, as mudanças na saída ocorrem em “sincronização” com o sinal de clock.

O resultado dessa sincronização é que todos os bits de saída individuais mudam de estado exatamente ao mesmo tempo em resposta ao sinal de clock comum, sem efeito de ripple e, portanto, sem atraso de propagação.

Contador Síncrono Ascendente de 4 bits

Pode-se observar acima que os pulsos de clock externos (pulsos a serem contados) são enviados diretamente a cada um dos flip-flops J-K na cadeia do contador e que tanto as entradas J quanto K estão todas conectadas em modo toggle, mas apenas no primeiro flip-flop, flip-flop FFA (LSB), onde estão conectadas em nível alto, lógica “1”, permitindo que o flip-flop alterne em cada pulso de clock. Em seguida, o contador síncrono segue uma sequência predeterminada de estados em resposta ao sinal de clock comum, avançando um estado para cada pulso.

As entradas J e K do flip-flop FFB estão conectadas diretamente à saída Q_A do flip-flop FFA, mas as entradas J e K dos flip-flops FFC e FFD são acionadas por portas AND separadas, que também recebem sinais da entrada e saída do estágio anterior. Essas portas AND adicionais geram a lógica necessária para as entradas JK do próximo estágio.

Se habilitarmos cada flip-flop JK para alternar com base na condição de que todas as saídas dos flip-flops anteriores (Q) estão em “ALTO”, podemos obter a mesma sequência de contagem que no circuito assíncrono, mas sem o efeito de ripple, uma vez que cada flip-flop neste circuito será acionado exatamente ao mesmo tempo.

Como não há atraso de propagação inerente nos contadores síncronos, porque todos os estágios do contador são acionados em paralelo ao mesmo tempo, a frequência de operação máxima deste tipo de contador de frequência é muito mais alta do que para um circuito de contador assíncrono semelhante.

Diagrama de Tempos do Contador Síncrono de 4 bits

Porque este contador síncrono de 4 bits conta sequencialmente em cada pulso de clock, as saídas resultantes contam de 0 ( 0000 ) a 15 ( 1111 ). Portanto, este tipo de contador também é conhecido como Contador Síncrono Ascendente de 4 bits.

No entanto, podemos facilmente construir um Contador Síncrono Descendente de 4 bits conectando as portas AND à saída Q dos flip-flops, conforme mostrado, para produzir um diagrama de tempos reverso ao acima. Aqui, o contador começa com todas as suas saídas em ALTO ( 1111 ) e conta para baixo na aplicação de cada pulso de clock até zero, ( 0000 ) antes de repetir novamente.

Contador Síncrono Descendente de 4 bits

Como os contadores síncronos são formados conectando flip-flops juntos e qualquer número de flip-flops pode ser conectado ou “encadeado” para formar um contador binário “divida por n”, o número de módulo ou “MOD” ainda se aplica como acontece para contadores assíncronos, então um contador de Década ou contador BCD com contagens de 0 a 2ⁿ-1 pode ser construído junto com sequências truncadas. Tudo o que precisamos para aumentar a contagem MOD de um contador síncrono ascendente ou descendente é um flip-flop adicional e uma porta AND à sua frente.

Contador Síncrono de Década de 4 bits

Um contador síncrono de década de 4 bits também pode ser construído usando contadores binários síncronos para produzir uma sequência de contagem de 0 a 9. Um contador binário padrão pode ser convertido em um contador de década (decimal 10) com a ajuda de alguma lógica adicional para implementar a sequência de estados desejada. Após atingir a contagem de “1001”, o contador recicla de volta para “0000”. Agora temos um contador de década ou um contador Módulo-10.

Contador Síncrono de Década de 4 bits

As portas AND adicionais detectam quando a sequência de contagem atinge “1001”, (Binário 10) e fazem o flip-flop FF3 alternar no próximo pulso de clock. O flip-flop FF0 alterna em cada pulso de clock. Assim, a contagem é redefinida e começa novamente em “0000”, produzindo um contador de década síncrono.

Poderíamos facilmente reorganizar as portas AND adicionais no circuito do contador acima para produzir outros números de contagem, como um contador Mod-12, que conta 12 estados de “0000” a “1011” (0 a 11) e então repete, tornando-os adequados para relógios, etc.

Acionando o Contador

Contadores Síncronos utilizam flip-flops acionados por borda que mudam de estado na “borda positiva” (borda ascendente) ou na “borda negativa” (borda descendente) do pulso de clock na entrada de controle, resultando em uma única contagem quando a entrada de clock muda de estado.

Geralmente, os contadores síncronos contam na borda ascendente, que é a transição de baixo para alto do sinal de clock, enquanto os contadores de ripple assíncronos contam na borda descendente, que é a transição de alto para baixo do sinal de clock.

Pode parecer incomum que os contadores de ripple usem a borda descendente do ciclo de clock para mudar de estado, mas isso facilita a ligação de contadores juntos, pois o bit mais significativo (MSB) de um contador pode acionar a entrada de clock do próximo.

Isso funciona porque o próximo bit deve mudar de estado quando o bit anterior muda de alto para baixo – o ponto em que um carry deve ocorrer para o próximo bit. Contadores síncronos geralmente têm um pino de carry-out e um pino de carry-in para vincular contadores juntos sem introduzir atrasos de propagação.

Resumo do Tutorial

Para resumir alguns dos principais pontos sobre Contadores Síncronos:

• Contadores Síncronos podem ser feitos de Flip-Flops do tipo Toggle ou D.
• Os contadores síncronos são mais fáceis de projetar do que os contadores assíncronos.
• Eles são chamados de contadores síncronos porque a entrada de clock dos flip-flops
  é acionada simultaneamente ao mesmo tempo com o mesmo sinal de clock.
• Devido a este pulso de clock comum, todos os estados de saída mudam ou alternam simultaneamente.
• Com todas as entradas de clock conectadas, não há atraso de propagação inerente.
• Contadores síncronos às vezes são chamados de contadores paralelos, uma vez que o clock é enviado em paralelo a todos os flip-flops.
• O circuito de memória inerente mantém o controle do estado atual dos contadores.
• A sequência de contagem é controlada usando portas lógicas.
• Uma operação geralmente mais rápida pode ser alcançada em comparação com contadores assíncronos.

No próximo tutorial sobre Contadores, examinaremos contadores bidirecionais, que são capazes de contar tanto em direção ascendente quanto descendente.