동기 및 비동기 카운터회로 이해(디지털실험)

실험 목적

입력 펄스의 개수를 count 함으로써 원하는 동작을 시킬 수 있는 순서 논리회로의 설계를 통해 비동기식(리플)과 동기식 카운터를 설계하여 실험한다.

실험 내용

2진 리플카운터

디지털 카운터는 클럭되는 방법에 따라 동기와 비동기로 구분된다.

동기카운터는 입력의 플립-플롭들이 동시에 클럭되도록 구성되어있다.

이와는 반대로 비동기 카운터는 일렬의 플립플롭들이 각기 전단계의 플립플롭에 의해서 클럭된다. 따라서 카운터의 모든 단꼐의 플립플롭이 동시에 클럭되지않고 다양한 플립플롭들이 클럭되는 것이 마치 파문이 전달되는 듯한 리플 현상처럼 보인다. 이러한 이유로 비동기 카운터를 리플 카운터라고도 한다. d플립플로이나, jk플립플롭을 이용하여 토글 모드에서 플립플롭을 연결함으로써 리플 카운터는 쉽게만들수있다.

그림10-1에서 jk ff의 입력은 모두 1이고 a는 클럭펄스가 들어올때마다 반전 한다. 즉, 클럭펄스의 nt에서 플립플롭의 출력이 보수가 된다 a2는 a1값이 1에서 0으로 바뀔때 보수가 되고

a3는 a2출력의 영향을 받고, a4는 a3의 영향을 받는다. a4 a3 a2 a1의 순서로 2진수의 가중치가 적은데, 하위 비트들이 모두 1이면 상위로 올라가며 순차적으로 0으로 변하고,

최종적으로 취상위 비트도 보수를 취한다.

r0=r0=1이면 jk ff이 모두 비동기적으로 클리어되며, 한 입력이라도 0이면 클럭입력에 따라 동작한다. 클럭을 인가하면 모드-8카운터로서 2진 카운터 순차로 동작한다. Qa를 input A에 클럭을 인가하면 모드-16카운터로 동작한다.

동기식 카운터

리플카운터는 cp에 의해 각 ff이 동시에 변하지 못하고 차례차례 전달해가는 특성이 있으므로 한개의 카운터를 하는데도 플립플롭 개수에 ff개당 지연시간을 곱해준 만큼 시간이 걸린다. 또한 리플 카운터에 연결하는 디코더출력에 글리치가 일어날 가능성도 있다.

이러한 문제는 동기식 카운터를 써서 cp가 들어올때 모든ff이 동기되어 변화하면전달지연도 짧고 계수시간도 짧게 된다.

그림 10-3의 최하위 ff는 카운트 인에이블이 1이고 cp가 입력될때마다 보수를 취하고 그 외의 ff은 그보다 낮은 위치의 ff들이 모두 1일때 cpo의 입력에 맞추어 보수를 취한다.

그림 10-4 회로에서 up 입력이 1이고, t입력은 앞단의 ff출력 q가 1일때 1이되어 up counter로 된다. down 입력이 1일때는 q=0 즉 q(bar)=0 일때 다음 단의 t ff이 토글하여 down counter로 동작한다.

사용 기구

ttl 7493a

ttl 7493

예비보고사항

카운터의 동작 특성을 이해한다.

-비동기식 카운터는 리플카운터라고한다.

카운터 안에서 플립플롭출력이 동시발생하지않고 순차발생한다해서 일컫는말이다.

앞단의 플립플롭의 출력 다음 단 플립플롭의 클록으로 인가되기 때문에 출력이 순차적으로 발생한다.

-동기식 카운터는 비동기식카운터와 달리 순서회로 설계방법에 의해 설계가 가능하다.

왜냐하면순서회로의플립플롭블록의 클록이 모두 동일 입력단자에 의해 연결되기 때문이다.

즉, 하나의 입력신호에 의해 플립플롭의 출력이 동시발생한다.

비동기 카운터의 논리도와 ttl 74193a의 핀배치를 이해하여 회로도를 설계한다.

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동기 카운터의 논리도와 ttl 74193의 핀배치를 이해하여 회로도를 설계한다.

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