동기 카운터
동기 카운터는 카운터 내의 모든 개별 플립플롭의 클록 입력이 모두 동일한 클록 신호에 의해 동시에 함께 클록되기 때문에 소위 말하는 것입니다.
한 단계의 출력이 체인의 다음 카운터 단계의 클록 입력에 직접 연결되는 비동기 카운터와 는 다릅니다 . 동기식 카운터에는 동시에 모든 단계가 함께 클럭됩니다.
비동기식 카운터의 문제점은 타이밍 신호가 각 플립플롭을 통해 조금씩 지연되는 "전파 지연"이라는 문제가 발생한다는 것입니다.
그러나 동기 카운터를 사용하면 외부 클록 신호가 카운터 내의 모든 개별 플립플롭의 클록 입력에 연결되어 모든 플립플롭이 동시에(병렬로) 함께 클록되어 고정된 시간을 제공합니다. 관계. 즉, 출력의 변화는 클록 신호와의 "동기화"에서 발생합니다.
이러한 동기화의 결과로 모든 개별 출력 비트는 리플 효과 없이 공통 클록 신호에 응답하여 정확히 동시에 상태를 변경하므로 전파 지연이 발생하지 않습니다.
바이너리 4비트 동기식 업 카운터
위에서 볼 수 있듯이 외부 클록 펄스(카운트할 펄스)는 카운터 체인의 각 JK 플립플롭 에 직접 공급되고 J 및 K 입력은 모두 토글 모드에서 함께 연결되어 있지만 첫 번째 플립플롭에서 플립플롭 FFA (LSB)는 HIGH로 연결되어 있으며 논리 "1"은 플립플롭이 모든 클록 펄스에서 토글되도록 허용합니다. 그런 다음 동기 카운터는 공통 클록 신호에 응답하여 미리 결정된 상태 시퀀스를 따르며 각 펄스에 대해 하나의 상태를 전진시킵니다.
플립플롭 FFB 의 J 및 K 입력은 플립플롭 FFA 의 출력 QA 에 직접 연결되지만 플립 플롭 FFC 및 FFD 의 J 및 K 입력은 별도의 AND 게이트 에서 구동되며 이 게이트에도 신호가 공급됩니다 . 이전 단계의 입력과 출력. 이러한 추가 AND 게이트는 다음 단계의 JK 입력에 필요한 논리를 생성합니다.
이전의 모든 플립플롭 출력( Q )이 "HIGH" 인지 여부에 따라 각 JK 플립플롭을 토글할 수 있도록 하면 비동기 회로와 동일한 카운팅 시퀀스를 얻을 수 있지만 리플 효과는 없습니다. 이 회로의 플롭은 정확히 동시에 클럭됩니다.
그러면 동기 카운터에는 고유한 전파 지연이 없으므로 모든 카운터 단계가 동시에 병렬로 트리거되기 때문에 이 유형의 주파수 카운터의 최대 작동 주파수는 유사한 비동기 카운터 회로의 최대 작동 주파수보다 훨씬 높습니다.
4비트 동기식 역파형 타이밍 다이어그램
이 4비트 동기 카운터는 모든 클록 펄스에서 순차적으로 카운트되기 때문에 결과 출력은 0( 0000 )에서 15( 1111 )까지 위쪽으로 카운트됩니다. 따라서 이러한 유형의 카운터는 4비트 동기식 업 카운터 라고도 합니다 .
그러나 표시된 것처럼 AND 게이트를 플립플롭의 Q 출력 에 연결하여 위와 반대되는 파형 타이밍 다이어그램을 생성함으로써 4비트 동기식 다운 카운터를 쉽게 구성할 수 있습니다. 여기서 카운터는 모든 출력 HIGH( 1111 )로 시작하고 다시 반복하기 전에 각 클록 펄스를 0( 0000 ) 으로 적용할 때 카운트다운합니다 .
바이너리 4비트 동기식 다운 카운터
동기 카운터는 플립플롭을 함께 연결하여 형성되며, 원하는 수의 플립플롭을 함께 연결하거나 "계단식" 연결하여 "n으로 나누기" 이진 카운터를 형성할 수 있으므로 모듈로 또는 "MOD" 번호는 그대로 적용됩니다. 비동기 카운터의 경우 0에서 2n -1까지의 카운트를 갖는 Decade 카운터 또는 BCD 카운터를 잘린 시퀀스 와 함께 구축할 수 있습니다. 업 또는 다운 동기 카운터의 MOD 수를 늘리는 데 필요한 것은 추가 플립플롭과 이를 가로지르는 AND 게이트뿐입니다.
10년 4비트 동기 카운터
4비트 10진수 동기 카운터는 동기식 이진 카운터를 사용하여 구축하여 0부터 9까지의 카운트 시퀀스를 생성할 수도 있습니다. 원하는 상태 시퀀스. "1001" 카운트에 도달한 후 카운터는 "0000"으로 다시 순환됩니다. 이제 우리는 10단위 또는 Modulo-10 카운터를 갖게 되었습니다.
10년 4비트 동기 카운터
추가 AND 게이트는 카운팅 시퀀스가 "1001"(이진수 10)에 도달할 때를 감지하고 플립플롭 FF3이 다음 클록 펄스에서 토글되도록 합니다. 플립플롭 FF0은 모든 클록 펄스에서 토글됩니다. 따라서 카운트는 재설정되고 동기식 10진 카운터를 생성하는 "0000"에서 다시 시작됩니다.
위의 카운터 회로에서 추가 AND 게이트를 매우 쉽게 재배열하여 "0000"에서 "1011"(0~11)까지 12개 상태를 계산한 다음 이를 반복하는 Mod-12 카운터와 같은 다른 카운트 숫자를 생성할 수 있습니다. 시계 등에 적합합니다.
카운터 트리거
동기식 카운터는 제어 입력에서 클록 펄스의 "양의 에지"(상승 에지) 또는 "음의 에지"(하강 에지)에서 상태를 변경하는 에지 트리거 플립플롭을 사용하여 다음과 같은 경우 하나의 단일 카운트를 생성합니다. 클럭 입력 상태가 변경됩니다.
일반적으로 동기 카운터는 클럭 신호가 로우에서 하이로 전환되는 상승 에지에서 카운트되고 비동기 리플 카운터는 클럭 신호가 하이에서 로우로 전환되는 하강 에지에서 카운트됩니다.
리플 카운터가 클록 주기의 하강 에지를 사용하여 상태를 변경하는 것이 이상해 보일 수 있지만, 한 카운터의 최상위 비트(MSB)가 다음 카운터의 클록 입력을 구동할 수 있기 때문에 이렇게 하면 카운터를 서로 연결하는 것이 더 쉬워집니다.
이는 이전 비트가 하이에서 로우로 변경될 때 다음 비트의 상태를 변경해야 하기 때문에 작동합니다. 즉, 다음 비트로 캐리가 발생해야 하는 지점입니다. 동기식 카운터에는 일반적으로 전파 지연을 유발하지 않고 카운터를 함께 연결하기 위한 캐리아웃 및 캐리인 핀이 있습니다.
튜토리얼 요약
그런 다음 동기 카운터에 대한 몇 가지 주요 사항을 요약하면 다음과 같습니다.
- 동기식 카운터는 토글 또는 D형 플립플롭으로 만들 수 있습니다.
- 동기 카운터는 비동기 카운터보다 설계하기가 더 쉽습니다.
- 플립플롭의 클록 입력이
모두 동일한 클록 신호로 동시에 함께 클록되기 때문에 동기 카운터라고 합니다. - 이 공통 클록 펄스로 인해 모든 출력 상태가 동시에 전환되거나 변경됩니다.
- 모든 클록 입력을 함께 연결하면 고유한 전파 지연이 없습니다.
- 클록이 모든 플립플롭에 병렬로 공급되기 때문에 동기 카운터를 병렬 카운터라고도 합니다.
- 고유한 메모리 회로는 카운터의 현재 상태를 추적합니다.
- 카운트 순서는 논리 게이트를 사용하여 제어됩니다.
- 비동기식 카운터에 비해 전반적으로 더 빠른 작업이 가능합니다.