동기식 카운터 (Synchronous Counter)

1. 동기식 카운터 

• 카운터를 구성하는 모든 플립플롭들은 클록 펄스 (Clock pulse)와 동기화되어 있는 카운터
• 따라서 모든 플립플롭들은 클록 펄스의 변화에 대해서 동시에 동작한다.
• 이러한 특징 때문에 동기식 카운터 (Synchronous Counter)는 비동기식 카운터 (Asynchronous Counter)보다 동작 속도가 빠르다.
• 하지만, 회로 구성 측면에서 상대적으로 복잡하다는 단점을 갖는다.

(왼) JK F/F으로 구현한 4진 동기식 업 카운터 (Negative edge), (오른) Timing diagram (Source : ITCookBook, 디지털 논리회로)

 

 

 

 

2. 동기식 카운터의 설계 과정

• 동기식 카운터는 JK Flip Flop, D Flip Flop, T Flip Flop 등으로 설계할 수 있다.
• 아래 표는 동기 카운터의 설계 과정을 정리한 표이며, 이를 통해 플립플롭을 선택한 뒤, 목적에 맞는 동기 카운터를 설계할 수 있다.

단계	과정	내용
1	State diagram 그리기	- 동기 카운터의 출력 상태 추출하기 (00 > 01 > 10 > 11 > ....) - 추출된 출력 상태가 순환되는 상태도(State diagram) 그리기
2	Transition table 작성하기	- (설계에 사용할) 플립플롭의 출력을 다음 상태로 바꾸기 위한 입력값을    표시한 천이표(Transition table) 작성하기
3	State table 작성하기	- 카운터의 현재 상태를 다음 상태로 바꾸는데 필요한 입력값을 플립플롭별    로 표시한 상태표(State table) 작성하기
4	카르노 맵 작성하기	- 상태표의 플립플롭별 입력을 카르노 맵으로 작성하기
5	논리식 구하기	- 플립플롭의 입력별 논리식 구하기 (카르노 맵 간소화)
6	디지털 회로 그리기	- 플립플롭별 논리식의 디지털 회로 그리기 (동기 카운터 구현)

 

 

 

 

 

3. 4진 동기 업 카운터 설계 (D Flip Flop)

• D Flip Flop을 이용하여 4진 동기 업 카운터를 설계해보겠다.

 

3.1. State diagram 그리기

 

 

3.2. 카르노 맵을 그려 논리식 간소화

 

 

3.3. 디지털 회로 그리기

D Flip Flop으로 구현한 4진 동기 업 카운터

 

 

 

 

 

4. 6진 동기 업 카운터 설계 (T Flip Flop,  Don't Care 고려 O)

• T Flip Flop을 이용하여 6진 동기 업 카운터를 설계해보겠다.

 

4.1. State diagram 그리기

 

 

4.2. 카르노 맵 그려 논리식 간소화

 

 

4.3. 디지털 회로 그리기

6진 동기 업 카운터 (T F/F + Negative edge), Source : 한빛 아카데미, 디지털 회로 실험 with PSpice