24. 카운터 (Counter)

카운터는 동기식과 비동기식 카운터로 나뉘는데, 비동기식 카운터는 리플 카운터라고도 한다.
카운터는 순차 회로이며, 고정된 상태 시퀀스를 순환한다. (0~111까지 세고 다시 0으로 초기화)

n-bit 카운터는 n개의 플립플롭을 가지며, 최대 $2^n$개의 상태를 순환한다.

리플 카운터 (Ripple Counter)

리플 카운터의 Reset 신호는 모든 출력을 0으로 초기화한다. 카운트 신호는 저레벨의 플립플롭의 출력을 토글하는데, 저레벨 플립플롭은 고레벨 플립플롭에 신호를 제공한다.

클럭 주기 변화

카운터를 특정 엣지에서만 토글되게 하여, 클럽의 주기를 변화시킬 수 있다. 위 적용사례의 경우, 한 카운터를 신호가 통과할 때 마다 주기가 2배로 길어지는 것을 확인할 수 있다.

동기 카운터 (Synchronous Counters)

동기 카운터는 평행 카운터라고도 한다. 신호가 저레벨에서 고레벨 플립플롭으로 전파되는 비동기 카운터와 달리, 동기 카운터에서는 모든 플립플롭이 동시에 변화한다.

플립플롭의 입력이 0이면 값을 유지하고 1이면 토글되는, 상승 엣지에 변화하는 모습을 보인다. 

컴퓨터 시스템의 대부분의 카운터는 동기 카운터이다.

J-K가 11이면 Toggle 기능이다!

Up-Down 동기 카운터

Up-Down 카운터는 이름대로 값을 내릴 수도 있는 카운터이다. 가감이 각 클럭 사이클에서 발생하고, 출력의 변화는 상승 엣지에서 발생한다.

초기값이 있는 카운터

초기값이 있는 카운터를 만들 수도 있다. 위 카운터는 I를 통해 입력된 초기값부터 카운트를 시작한다.

이진 카운터의 설계

1. 원하는 카운터의 상태 그래프를 그린다.
   1. (n-1)개의 상태를 갖고, 값이 점점 작아지는 n-bit 카운터 등
2. 상태 그래프를 기반으로 상태표를 그린다.
3. K-map을 이용해 상태표를 최적화한다.
4. 각 플립플롭의 입력 식을 유도한다.

D 플립플롭을 이용한 상태표 예시