동기 카운터

동기식 이란 카운터?

동기식 카운터 , 비동기 카운터와 대조 , 출력 비트가 리플 없이 동시에 상태를 변경하는 비트입니다.

J-K 플립플롭에서 이러한 카운터 회로를 구축할 수 있는 유일한 방법은 모든 클록 입력을 함께 연결하여 각 플립플롭이 정확히 동일한 시간에 정확히 동일한 클록 펄스를 수신하도록 하는 것입니다.

이제 문제는 J와 K 입력으로 무엇을 하느냐는 것입니다. 우리는 이진 시퀀스로 계산하기 위해 여전히 동일한 2로 나누는 주파수 패턴을 유지해야 하며 이 패턴은 플립플롭의 "토글" 모드를 사용하여 가장 잘 달성된다는 것을 알고 있습니다. J 및 K 입력은 모두 (때때로) "높음"이 분명해야 합니다.

그러나 비동기 회로에서와 같이 모든 J 및 K 입력을 전원 공급 장치의 양극 레일에 연결하면 모든 플립 플롭이 동시에 토글되기 때문에 분명히 작동하지 않습니다. 클럭 펄스!

4비트 이진 계산 시퀀스를 다시 검사하고 비트의 토글을 예측하는 다른 패턴이 있는지 확인합니다.

비동기식 카운터 회로 설계는 이전 비트가 "높음"에서 "낮음"(1에서 0으로)으로 토글되는 동시에 각 비트 토글이 발생한다는 사실을 기반으로 합니다.

동기 카운터 회로에서 이전 비트의 토글을 기반으로 비트의 토글을 클럭할 수 없으므로(이렇게 하면 리플 효과가 생성됨) 비트를 트리거하는 데 사용할 수 있는 카운팅 시퀀스에서 다른 패턴을 찾아야 합니다. 토글:

4비트 바이너리 카운트 시퀀스를 살펴보면 또 다른 예측 패턴을 볼 수 있습니다.

비트가 토글되기 직전에 모든 선행 비트는 "하이"입니다.

이 패턴은 또한 카운터 회로를 설계할 때 활용할 수 있는 것입니다.

동기식 "위쪽" 카운터

이전의 모든 플립플롭 출력(Q)이 "하이"인지 여부에 따라 각 JK 플립플롭이 토글되도록 하면 리플 효과 없이 비동기 회로와 동일한 카운팅 시퀀스를 얻을 수 있습니다. 이 회로에서 정확히 같은 시간에 클럭됩니다.

결과는 4비트 동기식입니다. "위" 카운터. 모든 이전 플립플롭의 Q 출력이 "하이"인 경우 고차 플립플롭 각각은 토글할 준비가 되어 있습니다(J 및 K 입력 모두 "하이").

그렇지 않으면 해당 플립플롭에 대한 J 및 K 입력이 모두 "낮음"이 되어 다음 클록 펄스에서 현재 출력 상태를 유지하는 "래치" 모드로 전환됩니다.

첫 번째(LSB) 플립플롭은 모든 클록 펄스에서 토글해야 하므로 J 및 K 입력이 V_cc에 연결됩니다. 또는 V_dd , 항상 "높음"이 될 것입니다.

다음 플립플롭은 토글할 준비가 되기 위해 첫 번째 플립플롭의 Q 출력이 높음을 "인식"하기만 하면 되므로 AND 게이트가 필요하지 않습니다.

그러나 나머지 플립플롭은 모두 하위 출력 비트는 "높음"이므로 AND 게이트가 필요합니다.

동기 "다운" 카운터

동기식 "다운" 카운터를 만들려면 카운트다운하는 동안 각 토글 상태를 예측하는 적절한 비트 패턴을 인식하는 회로를 구축해야 합니다.

당연하게도 4비트 바이너리 카운트 시퀀스를 조사할 때 토글 이전에 모든 선행 비트가 "낮음"임을 알 수 있습니다(아래에서 위로 시퀀스를 따름).

각 JK 플립플롭에는 Q' 출력과 함께 Q 출력이 장착되어 있으므로 Q' 출력을 사용하여 각 후속 플립플롭에서 토글 모드를 활성화할 수 있습니다. 해당 Q가 "낮음"인 시간:

선택 가능한 "up" 및 "down" 카운트 모드가 있는 카운터 회로

이 아이디어에서 한 걸음 더 나아가 "up" 및 "down" 카운팅 시퀀스에 대한 적절한 비트 조건을 감지하는 AND 게이트의 이중 라인을 사용하여 "up" 및 "down" 카운트 모드 사이에서 선택 가능한 카운터 회로를 구축할 수 있습니다. 그런 다음 OR 게이트를 사용하여 AND 게이트 출력을 각 후속 플립플롭의 J 및 K 입력에 결합합니다.

이 회로는 처음 나타나는 것처럼 복잡하지 않습니다. Up/Down 제어 입력 라인은 단순히 AND 게이트의 상위 문자열 또는 하위 문자열이 Q/Q' 출력을 플립플롭의 다음 단계로 전달할 수 있도록 합니다.

Up/Down 제어 라인이 "high"이면 상단 AND 게이트가 활성화되고 회로는 이 섹션에 표시된 첫 번째("up") 동기 카운터 회로와 정확히 동일하게 기능합니다.

Up/Down 제어 라인을 "low"로 설정하면 하단 AND 게이트가 활성화되고 회로는 이 섹션에 표시된 두 번째("down" 카운터) 회로와 동일하게 기능합니다.

설명을 위해 다음은 "업" 카운팅 모드의 회로를 보여주는 다이어그램입니다(모든 비활성화된 회로는 검은색이 아닌 회색으로 표시됨).

여기에서는 비활성화된 회로를 나타내는 동일한 회색으로 "다운" 카운팅 모드로 표시됩니다.

업/다운 카운터 회로는 매우 유용한 장치입니다. 일반적인 애플리케이션은 로터리 샤프트 ​​인코더라는 장치가 있는 기계 모션 제어입니다. 기계적 회전을 일련의 전기 펄스로 변환합니다. 이러한 펄스는 카운터 회로를 "클러킹"하여 전체 동작을 추적합니다.

기계가 움직일 때 인코더 샤프트를 돌려 LED와 포토트랜지스터 사이에 광선을 생성 및 차단함으로써 클럭 펄스를 생성하여 카운터 회로를 증가시킵니다.

따라서 카운터는 샤프트의 전체 운동을 통합하거나 누적하여 기계가 얼마나 멀리 이동했는지를 전자적으로 표시하는 역할을 합니다.

전체 움직임을 추적하는 데 관심이 있고 방향의 변경 사항을 고려하지 않는 경우 이 배열이면 충분합니다.

그러나 카운터를 증가하려면 한 방향의 움직임과 감소 반대 방향의 움직임으로 업/다운 카운터와 서로 다른 방향을 구별할 수 있는 인코더/디코딩 회로를 사용해야 합니다.

두 세트의 LED/광 트랜지스터 쌍을 갖도록 인코더를 다시 설계하면 해당 쌍은 구형파 출력 신호가 90 ^o 이 되도록 정렬됩니다. 서로 위상이 다르기 때문에 직교 출력이라고 하는 것이 있습니다. 인코더("구적"이라는 단어는 단순히 90 ^o 각도 분리).

위상 감지 회로는 시계 방향 펄스 시퀀스와 반시계 방향 펄스 시퀀스를 구별하기 위해 D형 플립플롭으로 만들 수 있습니다.

인코더가 시계 방향으로 회전하면 "D" 입력 신호 구형파가 "C" 입력 구형파를 리드합니다. 즉, "C"가 "낮음"에서 "낮음"으로 전환될 때 "D" 입력이 이미 "높음"이 됩니다. "높음", 따라서 설정 모든 클록 펄스에서 D형 플립플롭(Q 출력을 "하이"로 만들기)

"하이" Q 출력은 카운터를 "업" 카운트 모드로 전환하고 인코더(두 LED 중 하나에서)에서 클록이 수신한 클록 펄스는 카운터를 증가시킵니다.

반대로 인코더가 회전을 반대로 하면 "D" 입력이 "C" 입력 파형보다 뒤쳐지며 "C" 파형이 "낮음"에서 "높음"으로 전환될 때 "낮음"이 되어 D가 강제로 -재설정에 플립플롭을 입력합니다. 모든 클록 펄스와 함께 상태(Q 출력을 "낮음"으로 만들기)

이 "낮음" 신호는 인코더의 모든 클록 펄스와 함께 감소하도록 카운터 회로에 명령합니다.

이 회로 또는 이와 유사한 회로는 펄스 인코더 센서를 기반으로 하는 모든 위치 측정 회로의 핵심입니다.

이러한 응용 프로그램은 로봇 공학, CNC 공작 기계 제어 및 가역적 기계적 동작 측정과 관련된 기타 응용 프로그램에서 매우 일반적입니다.

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동기 카운터 워크시트