Si dice divisore di frequenza un circuito che riceve in ingresso un segnale di una certa frequenza f e dà in uscita un segnale di frequenza f/n ove n è un numero intero. La necessità di un divisore di frequenza si ha sia perché con uno stesso segnale di clock si devono pilotare circuiti a frequenza diversa, sia perché è più facile stabilizzare mediante un circuito a quarzo un determinato circuito a frequenza superiore e poi ottenere una frequenza inferiore, che sarà anch'essa stabilizzata, anche se non esiste un cristallo di quarzo alla frequenza voluta.
Collegando in cascata più flip flop di tipo T si possono ottenere divisori di frequenza multipli di 2 secondo la seguente formula:
fn = f / 2n
dove n è un numero intero. Volendo ottenere un divisore per 4, possiamo utilizzare il seguente schema:
Volendo ottenere un divisore per 8 possiamo utilizzare il seguente schema:
Volendo, invece, ottenere un divisore diverso dalla potenza di 2, occorre arrestare il conteggio degli impulsi, quando si è raggiunto il numero voluto. Come vediamo dalla seguente tabella:
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CLOCK |
Q2 |
Q1 |
Q0 |
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0 |
0 |
0 |
0 |
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1 |
0 |
0 |
1 |
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2 |
0 |
1 |
0 |
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3 |
0 |
1 |
1 |
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4 |
1 |
0 |
0 |
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5 |
1 |
0 |
1 |
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6 |
1 |
1 |
0 |
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7 |
1 |
1 |
1 |
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8 |
0 |
0 |
0 |
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9 |
0 |
0 |
1 |
se arresto il divisore di frequenza, quando ho raggiunto la combinazione 101 pari al numero 5, ottengo un divisore per 5. Per realizzare il circuito occorre mettere una o più porte AND ai cui ingressi vanno applicate le uscite dei corrispondenti flip flop di tipo T, come nel seguente schema:
Poiché la combinazione 101 perché sia vera occorre che Q0 = 1; Q1 = 0; Q2 = 1; la porta AND dà in uscita 1, solo quando la combinazione richiesta è vera, azzerando tutti e tre i flip flop di tipo T.
Volendo ottenere un divisore per 10 possiamo mettere in cascata ad un divisore per 5 un divisore per 2 ottenendo 10 = 5 x 2. Come nel seguente schema:
CONTATORI ASINCRONI E SINCRONI
Un divisore di frequenza si comporta come un contatore di impulsi; il contatore è in grado di memorizzare il numero di impulsi ricevuti in ingresso. Si dice modulo di un contatore il numero di configurazioni binarie che assume partendo da zero fino al prossimo azzeramento. La formula del modulo è la seguente:
m = 2n
dove m è il modulo ed n è il numero di uscite del contatore.
Si dice asincrono un contatore le cui uscite commutano una dopo l'altra senza sincronizzazione. Dato lo schema di un divisore per 8:
se preleviamo le uscite Q0, Q1, Q2, otteniamo un contatore per 8, di tipo asincrono. Il clock, infatti, non si può utilizzare per la sincronizzazione, perché è usato come segnale di ingresso.
Esistono, tuttavia, delle limitazioni alla frequenza di funzionamento, dovute alle caratteristiche dei flip flop e ai tempi di ritardo, infatti potrebbe accadere che alcune combinazioni vengano saltate. La condizione da rispettare è che il segnale da contare non superi la frequenza di lavoro del primo flip flop, in quanto i successivi lavorano a frequenze sempre dimezzate.
Il contatore sincrono è in grado di essere sincronizzato dagli impulsi di clock. Analizziamo il seguente schema:
Si tratta di un contatore sincrono di modulo 8. Essendo i flip flop di tipo T essi commutano ad ogni impulso di clock. L'uscita Q0 commuta ad ogni impulso di clock, in quanto nel primo flip flop gli ingressi J e K sono collegati a livello alto. L'uscita Q1 del secondo flip flop commuta ogni due impulsi di clock, di conseguenza affinché gli ingressi della porta AND siano tutti e due ad 1 occorre attendere 4 impulsi di clock. Arrivati, dunque, i primi 4 impulsi di clock l'ultimo flip flop commuta e porta l'uscita Q2 a d 1; quando si è ad 8 impulsi di clock Q0= 1; Q1 = 1; Q2 = 1; ciò, però, causa l'azzeramento delle tre uscite nell'istante successivo.
Si dice registro un circuito in grado di memorizzare un dato. Il registro può essere a 8 bit, 16 bit, 32 bit. Si dicono a scorrimento i registri in cui il dato scorre da un bit al successivo in fase di scrittura o lettura. Ogni bit del registro e composto da un flip flop. L'ingresso dei dati in registro può essere seriale o parallelo; si indica con la sigla SI l'ingresso seriale; si indica con la sigla PI l'ingresso parallelo, analogamente si indica con SO l'uscita seriale dei dati e con PO l'uscita parallela dei dati. Possono essere utili i seguenti schemi:
Vi è infine un registro universale, il quale, cambiando modalità operative può diventare seriale o parallelo sia in ingresso che in uscita. Lo schema è il seguente:
In pratica, mediante un commutatore si seleziona il modo di operare tra seriale o parallelo, sia in ingresso che in uscita, prima di inviare o prelevare i dati. Lo schema a blocchi di un tipo SISO è il seguente:
Il master reset azzera tutti e quattro i flip flop di tipo D, prima della memorizzazione dei dati; ad ogni impulso di clock il dato viene trasferito da sinistra verso destra al successivo flip flop di tipo D.
I registri di tipo SIPO e PISO possono essere utilizzati per la conversione dei dati da seriale a parallelo per il SIPO e da paralleo a seriale per il PISO.