[논리회로] (11) - 카운터(Counter)

 

 

 

카운터(Counter)

고정된 상태열(예, 000, 001, 010, 011, ... , 111)을 가지고 순환하는 회로를 카운터라고 합니다.

 

간단하게는 레지스터의 출력을 입력에 피드백하여 설계할 수 있으며,

이렇게 설계한 반전된 피드백을 가진 쉬프트 레지스터를 존슨 카운터(Johnson counter) 혹은 트위스트 링 카운터(twisted ring counter)라고 부릅니다.

피드백이 반전되지 않았다면 그 쉬프트 레지스터 카운터를 링 카운터(ring counter)라고 합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

존슨 카운터(Johnson counter)

반전된 피드백을 가진 쉬프트 레지스터로써 다음과 같이 구성됩니다.

 

 

 

 

 

 

 

링 카운터(ring counter)

반전되지 않은 피드백을 가진 쉬프트 레지스터로써 다음과 같이 구성됩니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2진 카운터

카운터는 동기식(synchronous) 카운터와 비동기식 카운터로 나눌 수 있습니다.

 

동기식 카운터는 여러 개의 플립플롭들의 상태 변화가 공통된 클럭펄스에 의해 동기화되어 발생합니다.

즉 상태의 변화가 동시에 발생합니다.

 

 

이에 반하여 하나의 플립플롭의 상태 변화가 다음 플립플롭의 상태변화를 촉발(trigger)시키는 카운터를 리플 카운터(Ripple counter)라 하며, 이에 대해서는 다루지 않겠습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2진 카운터의 종류

2진 카운터의 종류들을 살펴본 이후, 이에 대해 설계하는 과정을 일반화하여 알아보도록 하겠습니다.

 

살펴볼 카운터는 다음과 같습니다.

• Binary (Up) Counter 
• Binary Up-Down Counter
• Binary Counter for Other Sequences

그리고 이후 특수한 성질을 갖는 카운터인 Self-Starting Counter에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Binary (Up) Counter

이진수를 1씩 증가시키는 카운터로 다음과 같은 순서열을 가집니다.

000 -> 001- > 010 -> 011 -> 100 -> 101 -> 110 -> 111 -> 000 -> ...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Binary Up-Down Counter

이진수를 1씩 증가시키거나, 1씩 감소시킬 수 있는 카운터로 상태 그래프는 다음과 같습니다.

입력 D가 들어오면 1을 증가시키며, 입력 U가 들어오면 1씩 감소시킵니다.

둘 다 1인 경우는 허용하지 않습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Binary Counter for Other Sequences

(임의의 순서를 가지는 이진 카운터)

 

카운터의 상태 순서가 단순 2진수의 순서가 아닐 수도 있습니다.

예를 들어 다음과 같은 순서열을 갖는 카운터도 존재할 수 있으며, 설계하는 것이 가능합니다.

000 -> 100 -> 111 -> 010 -> 011

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Self-Strarting Counter

위에서 보았던 임의의 순서 카운터는, 명세된 순서열이 아닌 나머지 상태들에 해당하는 입력에서 작동될 경우, 다음과 같은 두 가지 상황이 발생할 수 있습니다.

• 몇번의 클럭에지 후에 메인 카운터 상태에 들어간다.
• 메인 상태에 들어가지 못하고 다른 임의의 상태가 반복된다.

 

이때 첫번째 경우의 카운터에 대해, 자가 출발 카운터(self-starting counter)라고 부릅니다.

 

 

어떠한 상태에서 시작하더라도, 몇번의 클럭 이후에 카운터의 주된 순서열(sequence)에 들어갈 수 있는 카운터를 자가 출발 카운터(self-starting counter)라 부릅니다.