10 장카운터

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류원 탄
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1 0 장카운터

2 u 리플카운터의회로연결및동작 : 비동기 ( 리플 ) 카운터 모든 JK(T) 입력은 로연결하여토글모드로동작 클럭펄스는 LSB F/F에만인가 - 클럭펄스의 NGT/PGT에서출력변화 나머지 F/F의 CLK는그전단의 LSB의출력연결 - 그전단출력의 NGT/PGT에서출력변화 모든 clear 입력은동시에연결 각 F/F 사이에는시간지연발생 MOD : N 개의 F/F 사용시최대 2 N - 까지계수, mod-2 N 카운터 u 2 비트비동기 2 진카운터 2개의 J-K 또는 T F/F을사용하여구성 상태 으로동작되는카운터 T T 2 T 3 T 4 CLK J J CLK 0 0 K FF K FFB 0 0 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 2

3 u 000 부터 까지계수 : Mod-8 카운터 u 증가카운터 3 비트비동기카운터 J J J C CLK K K K FF FFB FFC T T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 T 7 T 8 CLK C u 감소카운터 : 반전출력사용 J J J C CLK K FF K FFB K FFC 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 3

4 v v v v v 비동기식감소카운터 up counter : 0 부터증가하는순서로계수 down counter : 최대값으로부터감소하는순서의카운터 3 비트 mod-8 다운카운터동작순서 F/F(LSB) 은클럭펄스마다반전 ( 토글 ) B F/F은 가 0에서 로될때토글 C는 B가 0에서 로될때토글리플다운카운터의 입력클럭이 NGT로동작한다면 -> F/F의출력을인버터로반전하여야다운카운터로동작 F/F의반전출력을다음단의 CLK에연결 CB Recycles 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 4

5 카운터 control 입력 Mod-8 비동기증가 / 감소카운터 Count-up C J J J CLOCK K K K Count-down u 주파수분주한개의 F/F 는 CLK 입력에대해입력주파수의 /2 로주파수를분주클럭주파수가 8 khz이면, 의파형은 4 khz, 출력 는 2 khz, 출력 C 는 khz이다. à 입력클럭을 /8 로분주즉, 카운터의마지막출력주파수는입력주파수를 MOD 수에의해분주 예 : 전원 60Hz 입력으로부터 Hz출력을내는 MOD-60 카운터는몇개의필요? 2 6 = 64, 최소 6개의 F/F 필요 F/F 이 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 5

6 MOD 수 2 N 인카운터 u 2 N 보다작은 MOD 수로동작하는카운터 u 0에서 2 N 이하의 MOD 수까지연속적인값으로계수하는회로예 : 3 비트리플카운터를 MOD6 카운터로설계 모든 F/F는리플카운터로연결 NND 게이트의출력을모든 F/F의클리어입력에연결 NND 입력에 B 및 C F/F의출력연결 CB = 카운터를클리어시키기위한임시상태 * 0 상태 : NND 출력이 0 가되어 F/F 의비동기클리어가바로동작하여모든 F/F 는 0 가된다. 이때 0 의임시상태는잠시나타났다가바로 000 가되어카운터는 Mod-6 로동작 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 6

7 카운터에서의 Glitch 출력 글리치가발생하는출력 : 출력 B 는 의파형순서에서 0--0 로잠시 의상태로좁은양의펄스인 spike 또는 glitch 발생 u Mod-6 카운터의상태도 unused state : unstable state : 0 u MOD 수의변환 리플카운터의모드수는원하는모드값이되었을때 이되는모든 F/F 의출력을 NND 게이트입력으로연결하여 F/F 를강제로리셋 예 : mod-7 카운터 상태가될때 000 으로리셋하기위해 NND 에 BC F/F 출력연결 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 7

8 모드수와주파수 예 : 다음카운터의 mod 수와출력 D에서의주파수는? 그림 (a) NND 입력인 D,C,B는카운터가 0에도착하였을때 0000으로리셋 카운터는 0000부터 0까지의안정된 4개의상태로 mod-4 카운터 입력주파수 = 30 khz D 출력주파수 = 30 khz / 4 = 2.4 khz 예 : 그림 (b) 는 00 에서리셋 ß Mod-0 카운터 0000 ~00 : BCD 카운터 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 8

9 MOD X 카운터의일반적설계과정. 2 N X를만족하는 F/F의최소수 N을결정하고리플카운터로연결만약, 2 N = X라면과정 2 와 3은생략 2. 모든비동기클리어입력에 NND 게이트의출력연결 3. 카운트값 X에서 이되는 F/F의출력들을 NND 입력에연결 < 예 > 0부터 2까지카운트할수있는 MOD-22 카운터설계 2 5 = 32이므로 5개의 F/F 필요, Mod-22=00 에리셋하기위하여 E, C, B 출력을 NND 입력에연결 < 예 > 60Hz의라인주파수를 Hz로분주하는 MOD-60 카운터설계 2 6 = 64 > 60 : ß N=6개의 F/F 사용 60(00) 을카운트할때클리어 <- C, D, E, F 출력을 NND에연결 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 9

10 BCD (MOD-0) 리플카운터 0(0000) 에서 9(00) 까지 0개의상태 4개의 F/F 00 에서비동기리셋 글리치발생 : 00 à 00 à 0000 ç B출력 J J J C J D CLK K R FF K R FFB K R FFC K R FFD CLK 돌발펄스 C D CLR 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 0

11 비동기프리셋카운터 0 보다큰수로부터카운터시작 LOD = : 프리셋입력으로초기화 (P P B P C =00 이면, C =00) LOD = 0 : 정상상승카운터로동작 Ø 다음회로를추가하여 mod 수가변 - C =000 일때 NOR 게이트의출력인 LOD= 이되고, 그외는 LOD=0 이다. 따라서 P P B P C =00 으로설정하면카운터의 C = 000 이되는순간카운터의출력은 00 으로프리셋된다. 시작 Ø Modulus 설정방법, n = # of FFs ( 프리셋카운터의 mod) = ( 최대 mod, 2 n ) - ( 프리셋된수 ) 한국기술교육대학교전기전자통신공학부

12 u 74293/74LS293, 7493 비동기 IC 카운터 출력 : 0 (LSB),, 2, 3(MSB) - 두개의클럭입력 : 은 0의입력, 은 의입력으로 NGT에동작 - 비동기리셋입력 : MR,MR2는 master reset, 일때모든 F/F를클리어 -, 2, 3는 3비트리플카운터로연결ß mod8 카운터 0 ß mod2 카운터 mod2 x mod8 = mod6 u 74LS293 에 0 khz의클럭을입력하여 mod6 카운터로동작하도록결선 0의출력을에연결하면 mod2 x mod8 = mod6 카운터 0 khz의펄스는 0의클럭인에인가 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 2

13 74293 의여러가지결선 u 74293을 mod-0 카운터로결선 - mod-0은 4개의 F/F가필요하므로 0는 에연결 - 카운터가 00(mod수 =0) 이될때 3과 의출력을마스터리셋에연결 ( 내부적으로 NND 게이트가있으므로이를사용 ) u 을이용한 mod-4 카운터 - 0(4) 에도달하였을때 3, 2, 출력을 NND 로입력 ß 외부에 ND 게이트를하나사용 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 3

14 mod-60 카운터 u 을 2 개사용하여구성한 mod-60 카운터 두단계에의해서입력주파수를 /60으로분주 mod-0 카운터는 00일때리셋 3 = fin/0로 mod-6 카운터의 에입력 mod-6 카운터는 0는미사용, 0일때리셋 3 주파수 : fout = (fin/0) / 6 = fin / 60 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 4

15 0.2 동기 ( 병렬 ) 카운터 클럭펄스가모든플립플롭의클럭입력에연결되며, 하나의마스터클럭은모든플립플롭을동시에동작시킴 ß 병렬카운터 순차논리회로의설계에따라설계할수있다. 카운터의동작시전파지연시간이없다. <- 고속카운터동작 u 2 비트동기식 2 진카운터 순차논리회로방식으로설계 상태도여기표작성 J = B = K, J B = = K B 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 5

16 3 비트 synchronous binary 카운터 u 3 비트동기식 2 진카운터 순차회로설계방법사용 J = K = BC, J B = K B = C, J C = K C = T T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 T 7 T 8 CLK C 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 6

17 u mod-6 이진병렬카운터 동기 4 비트이진카운터 동기식카운터의동작원리 의 JK는 이므로 NGT가발생할때마다토글 B는 =인상태에서 NGT가들어올때마다토글 ( =일때 JK=) C는 =B=일때 NGT가들어오면토글 (B=일때 JK=) F/F D는 =B=C=일때 NGT 신호가들어가면토글 (BC=일때 JK=) 이와같이 F/F 수가확장되더라도유사하게연결 - IC 74LS60/62, 74HC60/62 : 동기식십진카운터 74LS6/63, 74HC6/63 : 동기식 6 진카운터 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 7

18 u 3 비트동기식 2 진증감카운터 x=0 증가 x= 감소 동기식 2 진증감카운터 J = K = JB = KB = xor x JC = KC =Bx' +'B'x c IC : 74LS90, 74HC90 J C C J B J 동기식업 / 다운카운터 K C C K B K FFC FFB FF x 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 8

19 동기형 Preset 카운터 u 비동기 ( 클럭에무관 ) 또는동기적으로카운터의시작점을 미리설정할수있는카운터 PL = : 정상카운터동작 = 0 : 병렬데이터 ( P 2 P P 0 ) 를비동기적으로카운터에 load , 749, 7492, 비동기프리세트카운터 IC - 동기식프리세트카운터 : 프리세트시병렬로드입력이클럭에동기 7460, 746, 7462, 7463 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 9

20 7493 동기형카운터 u 비동기프리셋과리셋을가진 mod-6 up/down 동기형카운터 T CU 와 T CD : 출력이최대값 () 또는최소값 (0000) 에도달하였을때발생하는캐리로카운터확장시클럭으로사용 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 20

21 7493 카운터응용 예 : 7493 이업카운터로동작하는회로의병렬입력이 0 이고, U, PL, MR 을그림과같이인가. 카운터의초기상태를 0000 이라할때카운터의출력파형 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 2

22 7493 카운터응용 u 다운카운터로구성된 7493, 병렬입력은 0 로연결, 카운터의초기상태가 0000 이라할때출력파형 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 22

23 7493 카운터응용 u 7493을이용한가변 MOD 수 프리셋을이용하여 MOD수변화 : 프리셋수부터최대 ( 최소 ) 수까지카운트 u 7493을 00 (5) 의병렬로드입력을가진다운카운터로구성하시오 TC D 를 PL에연결- 카운터가 0000이면 TC D =0 이되고이때병렬입력 load ßTC D 는반주기이전에카운터가 00이되므로다시 로간다.(glitch 발생 ) 카운터는 (0,5) (0,5) 로 mod-5 : 프리셋시반주기는 0000, 반주기는 00 상태 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 23

24 u Multistage 연결 카운터확장 TC D 와 TC U 는둘이상의카운터를다단계로연결할때사용 (up) 또는 255 0(down) 의카운터동작 8 비트병렬입력과카운터출력 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 24

25 7463 동기형 IC 카운터 u 4 비트동기 2진카운터로서 4개의 D FF 으로구성, 4 비트의병렬입력과병렬출력이있다. Clock CLR LOD ENP,ENT 기능 0 X 0 X X 0 Clear, 동기형병렬 load, 동기형 Hold count u ENP 와 ENT 입력및 RCO 출력은더높은계수순서를갖는카운터를설계할때사용 D C B D C B ENP ENT RCO ENP ENT RCO CLER LOD 7463/ 746 CLER LOD 7463/ 비트카운터 D C D C u 임의의 modulus 카운터로사용가능 D C B ENP ENT RCO Mod- 카운터 CLER LOD D C 7463/ 746 Mod-4 카운터 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 25

26 동기형 IC 카운터종류 q7462(synchronous presettable BCD counter with asynchronous clear) 핀기능, 동작, 사용법등이 7463 과같으며, 7463 은 4 비트동기 6 진카운터이지만, 7462 는 4 비트 0 진동기카운터 q746 (synchronous presettable mod-6 counter with asynchronous clear) 핀기능, 동작, 사용법등이 7463 과같은 presettable 6 진동기식상승카운터비동기적클리어입력 q7460 (synchronous presettable BCD counter with asynchronous clear) 746 과동일한입력과출력을가지며, 7460 은 4 비트 0 진동기카운터 q 7469(Synchronous presettable up/down mod-6 counter) 6 진상승 / 하강동기식카운터 q7468(synchronous presettable up/down BCD counter) 0 진의단일 modulus 를가지며동작은 7469 에준한다. q 7490(presettable synchronous up/down BCD counter) 핀기능, 동작등이 7463 과같은 presettable 6 진동기식상승카운터 비동기적클리어입력 q749(presettable synchronous up/down mod-6 counter) 4- 비트 6 진상승 / 하강동기식카운터로서핀배치도는 7490 과같다. 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 26

27 타이밍순차회로 u 타이밍순차회로 (Timing Sequencer) 동작순서 (sequence of operations) 는제어장치에의해정의되고, 동작을주관하는제어장치는타이밍신호들로구성되며, 이신호는동작이수행되는타이밍순차를결정 u 카운터와디코더를사용한타이밍신호발생기 2 비트의카운터는 4 개의서로다른상태를출력하며, 디코더는카운터의출력을입력하여 4 개의서로다른타이밍신호상태를출력 동작원리 : 디코더가카운터에서발생되는 4 개의상태를구분시켜타이밍신호의순차를발생시키며, 임의의주어진시간의하나의타이밍신호는 4 개의클럭펄스주기가된다 비트카운터 2 4 디코더 I I 2 D D D D T T T T T T T T 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 27

28 카운터의디코딩 mod-x 카운터는 X 개의서로다른상태가있으며어떤특정한상태를인지하는회로를카운터디코딩이라한다. 디코더출력의논리레벨에따라 active HIGH 또는 active LOW 디코더 mod-8 카운터와디코딩회로 : 8 개의 3 입력 ND 게이트는 한번에하나씩만 high 출력발생 카운터의특정상태를이용한 제어파형발생회로 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 28

29 디코딩글리치 - 리플카운터에서 F/F 간의전달지연시간차이에 의하여 ND 게이트출력에서글리치발생 - X0, X2 디코딩파형에서의글리치는 와 B의지연이원인 - 글리치가문제가되는경우 : 카운터의출력을다른회로를제어하기위하여사용할때 - 비동기리플카운터 : F/F간의지연시간차이에의해임시적상태발생예 : 카운터가 0에서 00 변화시 0 -> 00 -> 000 -> 00으로차례로변화하므로 00과 000의임시상태존재 - 디코딩글리치문제가심각한경우문제해결방법 () 동기식병렬카운터사용 (2) strobing : 모든 ND 입력에스토로브신호연결 - 모든 F/F이 NGT에서응답하여안정된상태가될때까지디코딩ND 게이트를동작시키지않도록스트로브신호사용 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 29

30 Ring counter Circulating shift register : 마지막 F/F 출력을첫단 F/F 입력으로 feedback 연결 구성 F/F 중 비트만 의상태로유지 -> power-on시 개의 F/F만을 로하고나머지는 0 상태로프리셋하는회로필요 클럭의 PGT에서 비트씩우로이동 (shift right), 마지막비트는피드백 N 비트링카운터는 MOD-N카운터 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 30

31 Johnson Counter u Twisted-ring counter : switched-tail ring 링카운터의마지막단의반전출력을첫단의입력에연결 N 비트로서 MOD-2N 카운터구성 각 F/F 출력파형의 duty cycle 은 50% 3 비트 -D FF 사용 4 비트 -JK FF 사용 J K J K FF FFB J K FFC J K FFD 존슨카운터의디코딩 - 존슨카운터는링카운터보다 /2의 F/F 수를사용하지만카운터의상태를알기위해서는디코딩게이트가필요 - 디코딩게이트는항상 2N개의 2 입력 ND 게이트로구현가능존슨카운터의단점미사용상태에한번들어가면미사용상태의순서 (2N) 가계속순환된다 ß 유효카운터 ß 무효카운터수정회로 D C = ( + C ) 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 3

32 카운터의응용. 디지털시계 발진회로 분주회로 카운터회로 디코더회로 표시회로 u 발진회로 디지털시계의블록다이어그램 v 디지털시계에안정적인클록 (clock) 을제공할목적으로설계되는회로 첫번째방법 : 가정용 220[V] 전원의안정된 60Hz의주파수를이용 두번째방법 : CR 발진회로를이용하는방법 세번째방법 : 수정발진자 (crystal oscillator) 를사용하는방법 수정발진자 R R R C C R 2 R 2 R 2 CR 발진회로 수정발진자를사용한회로 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 32

33 u 분주회로 발진회로로부터얻어진구형파를이용하여디지털시계의기본단위인 초를나타내기위한 Hz 주파수를얻는회로 60Hz 슈미트트리거 60Hz 6Hz Hz u 카운터회로 60Hz 정현파에서 Hz 구형파를얻는회로 CLK RES 4020 =2048 Hz 인가 4020 을이용하여 Hz 구형파를얻는회로 Hour Minute Second 2 진카운터 6 진카운터 0 진카운터 6 진카운터 0 진카운터 카운터회로의블록도 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 33

34 D 7492( 6) C D 7490( 0) C Hz 분, 초단위의카운터디코더및드라이브회로 7447 또는 또는 7448 a b c d e f g a b c d e f g R 0 () R 0 (2) 7492( 2) R 0 () R 0 (2) 7490( 0) 펄스 / 시간 시단위의카운터, 디코더및드라이브회로 D C D C a 7447 또는 7448 b c d e f g a 7447 또는 7448 b c d e f g 000 (2) 에서비동기리셋 0~ 시카운트 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 34

35 디지털시계의전체회로도 +5V +5V +5V +5V +5V +5V SND57 SND57 SND57 SND57 SND57 e f d g a b c a b c d e f g a b c d e f g a b c d e f g a b c d e f g a b c d e f g a b c d e f g B C D E F G BI / R R B O BI LI B C D E F G BI / R R B O BI LI B C D E F G BI / R R B O BI LI B C D E F G BI / R R B O BI LI B C D E F G BI / R R B O BI LI B C D E F G BI / R R B O BI LI B C D 7492 B C D B C D B C D 7490 B C D 7492 B C D B R 0 R 0 () (2) B R 0 R 0 R 9 R 9 ()(2) () (2) B R 0 R 0 () (2) B R 0 R 0 R 9 R 9 ()(2) () (2) B R 0 R 0 () (2) B R 0 R 0 R 9 R 9 ()(2) () (2) HC04 : GND(7), Vcc(4) 74LS0 : GND(7), Vcc(4) 74LS47 : GND(8), Vcc(6) 74LS90 : GND(0), Vcc(5) 74LS92 : GND(0), Vcc(5) 4020 : GND(8), Vcc(6) S S 2 hour Hz 2Hz minite 00K HC04 0.0m 진카운터회로오류 - 비동기리셋둘다 D 에연결할것 K 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 35

36 2. 주파수카운터 v 임의의주기적파형의주파수 (frequency) 를측정하는디지털기기 v 측정주파수는 Counter Output Frequency = v t v t=초이면표시된수치가바로주파수가된다. v t=0초이면소수점을한자리높인다. v t=0.초이면소수점을한자리낮춘다. 미지입력 증폭기 카운터 클록발진기 분주기 t Gate Enable 주파수카운터블록도 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 36

37 Gate 신호 파형정형 Reset 용 시작 끝 시작 끝 Gate Enable strobe 미지입력 주파수카운터회로도 CLK RESET 한국기술교육대학교전기전자통신공학부 37

Microsoft PowerPoint - 제10장.ppt [호환 모드]

Microsoft PowerPoint - 제10장.ppt [호환 모드] 10장카운터 비동기 ( 리플 ) 카운터 리플카운터의회로연결및동작 : 모든 JK(T) 입력은 1로연결하여토글모드로동작 클럭펄스는 LSB F/F 에만인가 -클럭펄스의 NGT/PGT 에서출력변화 나머지 F/F의 CLK는그전단의 LSB의출력연결 - 그전단출력의 NGT/PGT에서출력변화 모든 clear 입력은동시에연결 각 F/F 사이에는시간지연발생 MOD : N 개의