예비,결과보고서 - 비동기 계수기,동기 계수기

목차

● 실험원리
○ 동기식 카운터와 비동기식 카운터의 차이
○ 비동기식 계수기 (asynchronous counter)

● 가상실험

● 예비보고서

● 동기식 계수기

● 가상실험

● 결과 보고서
○ 비동기 계수기
○ 7진 리플 카운터 설계
○ 10진 리플 카운터 설계

●동기 계수기

●비고및 고찰

본문내용

다른 값으로 초기화한 후 사용하여야 한다. 그림 9-7(b)의 상태천이도는 링 카운터의 가장 일반적인 상태천이도이다.
Δ 존슨 카운터(Johnson or twisted-ring counter)
그림(a)에 나타낸 것과 같이 마지막(맨 오른쪽) D 플립플롭의 반전출력(inverted output) Q'가 첫번째(맨 왼쪽) 플립플롭의 입력 D에 연결된다는 점을 제외하면 링 카운터와 동일한 구조를 갖는다. 그림(a)는 4비트 존슨 카운터 회로이며, 그림(b)의 상태 천이도에 나타낸 것과 같이 총 8가지 상태값을 가진다. 일반적으로 n비트 존슨 카운터는 2n 개의 상태를 가지게 된다.
존슨 카운터의 상태값은 주로 그림에 나타낸 것과 같이 디코딩(decoding)하여 사용된다.
즉 존슨 카운터의 상태값 Q3Q2Q1Q0이 0000일 때 출력 T0가 1이 되고, Q3Q2Q1Q0=1000일 때는 T1=1이 되고, Q3Q2Q1Q0=1100일 때는 T2=1이 되는 식으로 출력 T0～T7 까지의 타이밍 신호(timing signal)를 만들어 사용한다. 그림(c)에서 카노맵을 이용하여 출력 T0～T7 출력신호에 대한 논리식을 구할 때, 사용되지 않은 상태들은 모두 무정의조건 x로 처리되었음에 유의하라.
● 가상실험
1. SN7476과 7478을 사용하여 다음의 리플캐리 방식의 4단 병렬 계수회로를 구성하라. 먼저 CLEAR를 시킨후 push ON/ release OFF S/W( 예비지식 "입력신호" 참조 )로 CLK신호를 가하라. 이때, 출력을 관측하여 상태천이표를 작성하라. 카운터시는 CLR=1 이 되어야 한다.
6. <그림 14-6>의 회로를 구성하고 CLR을 Low에서 High로 하고, CLK를 16번 인가하여 출력상태를 기록하라. (리플 캐리 카운터)
7. <그림 14-7>의 회로를 구성하고 CLR을 Low에서 High로 하고, CLK를 16번 인가하여 출력상태를 기록하라.
8. <그림14-8>의 회로를 구성하고, CLR을 Low에서 high로 하고, CLK를 16번 인가하여 출력상태를 기록하라.
Δ 가상 실험을 할 수 있는데 까지 max-plus2를 실행시켜 보았다. 다른 문제들은 정확한 결과 값을 알지 못해 미심쩍었다. 회로를 짜보는 것과 상향계수기와 하향계수기의 파형 특성을 살펴보는 것과 비동기식과 동기식에서의 파형 차이를 조사해보는 것으로 가상실험을 마친다.
저번 실험에서의 쉬프트 파형은 오실로스코프에서 클럭의 속도가 너무 빨라 LED를 이용하여 측정하였다. 이번에는 오실로스코프로 파형을 두개씩 비교해보아도 될 것 같다.
● 결과 보고서
○ 비동기 계수기
<그림 13-5>의 회로를 구성하고, CLK를 16번 인가하여 출력상태를 기록하고, timing diagram을 작성하라.
이 실험은 0~9까지를 세는 10진 비동기 카운터였다. 결과에서 원래는 파형이 계속적으로 반복을 보여야 하지만 그렇지 않았다. 9번째 클럭이 들어가면 처음으로 돌아가는 모습을 볼 수 있었다. 이것을 오실로스코프로 측정하는 것은 쉽지가 않았다. 주파수를 맞추는 것이 힘들었고, 파형이 바뀌는 모습이 너무 빨랐기 때문이다. 오실로스코프로 측정 할 때는 주파수를 10Hz로 했는데, 파형이 바뀌는 모습을 더 정확히 관찰하기 위해 LED를 꽂았을 때는 500mHz를 주었다. LED의 불이 깜박이며 바뀌는 것을 미리 관찰해놓은 아래의 표를 보면서 맞춰보았다. 가끔 느려지는 부분이 있기는 하였으나 오실로스코프보다 더 정확히 값을 관찰할 수 있었다.
클럭의 수
D
C
B
A
10진수
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
2
0
0
1
0
2
3
0
0
1
1
3
4
0
1
0
0
4
5
0
1
0
1
5
6
0
1
1
0
6
7
0
1
1
1
7
8
1
0
0
0
8
9
1
0
0
1
9
10
0
0
0
0
0
11
0
0
0
1
1
12
0
0
1
0
2
13
0
0
1
1
3
14
0
1
0
0
4
15
0
1
0
1
5
16
0
1
1
0
6
○ 7진 리플 카운터 설계
16번의 클럭을 준다. 출력은 각 JK플립플롭의 Q이다. max-plus2로 파형을 보고자 했는데 계속 마지막 플립플롭과 00소자의 한 부분이 연결이 안됐다고 나와서 못했다.
○ 10진 리플 카운터 설계
위의 것은 JK플립플롭으로 책과는 다르게 비동기식 10진 카운터를 설계 한 것이고, 아래의 그림은 T플립플롭으로 계수기를 설계한 것이다.
●동기 계수기
5. 다음의 상태 천이표를 가지고 JK 플립플롭(SN7476)으로 회로를 구성하고 표 14-2 와 결과를 비교하라.
표 14-2
상태
C
B
A
0
0
0
0
1
0
0
1
2
0
1
0
3
0
1
1
4
1
0
0
5
1
1
1
●비고및 고찰
BCD 카운터는 우리들의 생활에서 익숙한 10진수를 기반으로 한 10진 카운터(decimal counter)이다. 4개의 플립플롭을 직렬로 연결하면 일반적으로 16가지의 출력상태가 생기게 되는데, 10진 카운터는 여기에 귀환을 가함으로써 10가지의 출력 상태만이 반복되도록 한 것이다. 비동기식 BCD 카운터 회로에서 10번째 클럭 펄스가 들어오면 원래 출력은 1010이 되어야 하는데, 이 때 NAND게이트가 출력이 0으로 바뀌게 되므로 이것이 귀환되어 결국 모든 플립플롭을 클리어 시켜 맨 처음의 상태 0000으로 되돌아가게 된다.
실험에 대해서는 위에서 적은 바와 같이 실험이 갈수록 회로가 복잡해져서 간혹 실수하는 부분이 많아 처음에는 결과가 제대로 나오지 않았지만 다시 검토하여 회로를 수정하고 결과를 볼 수 있을 때는 너무 기분이 좋았다.
비동기식 카운터는 회로에서 보는 바와 같이 클럭이 개별적으로 들어간다. 즉 앞 플립플롭의 출력이 다음 플립플롭의 클럭으로 들어가는 것을 볼 수 있다. 이에 지연시간이 생기는데, 만약 더 복잡한 카운터 회로를 만들어 플립플롭이 더 많이 필요할 때는 그 플립플롭의 수만큼 많은 지연시간이 생길 것이라고 생각된다.
이에 반해 동기식 계수기의 시뮬레이션을 해 본 결과 회로에서 보듯이 비동기식과는 다르게 클럭이 동시에 인가되는 것을 알 수 있다. 회로는 동기식 계수기가 더 복잡한 것을 알 수 있다.

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