구분실험 제목조학번이름설계 316진 동기 및 비동기 카운터21. 실험 조건TTL IC(SN7400, SN7476, SN7490)를 이용하여 구현한다.2. 설계 과정비동기 및 동기식 카운터의 구조와 동작원리를 이해하여 16진 동기 및 비동기 카운터를 설계한다.1) SN7400 및 SN7476, SN7490의 회로도를 구현한다.2) TTL chip을 이용한 회로도를 설계한다.3) 동작 검증을 위한 실험 방법 및 절차를 만든다.4) 실험을 통해 동작 결과를 검증한다.5) 실험 결과를 바탕으로 결과 보고서를 작성한다.3. 실험 이론1) 16진 비동기 카운터비동기식 카운터는 첫 단의 플립플롭에 클럭 신호가 인가되어 첫 단 플립플롭의 출력이 다음 단의 플립플롭을 트리거 시키도록 되어있는 회로로, ripple counter라고도 불립니다. 이러한 비동기식 카운터는 동기식 카운터에 비해 회로가 단순하여 간단히 만들 수 있는 장점이 있지만, 동기식 카운터와 비교했을 때 전달 지연이 있어 계수 속도가 상대적으로 느립니다. 이는 각 단 플립플롭들이 누적된 횟수만큼 전달 지연에 더 영향을 받기 때문입니다. 카운터에서 한 계수 사이클 동안에 계수입력에 들어온 클럭 신호의 수를 modulus라 하며, modulus가 n인 카운터를 mod-n 카운터라고 합니다. 16진 비동기 카운터는 비동기식 카운터 중 서로 다른 16가지의 상태를 나타내는 카운터를 말하며, 0부터 15까지의 수를 카운트할 수 있습니다. 16진 비동기식 Up 카운터는 0부터 15까지 차례로 계수하는 것이고, 16진 비동기식 Down 카운터는 15부터 0까지 거꾸로 계수하는 것입니다.2) 16진 동기 카운터동기식 카운터는 비동기식 카운터와는 달리 공통의 클럭 신호에 맞춰 플립플롭들이 동시에 상태를 바꾸어가는 회로로, 전달지연이 대단히 작습니다. 또한 글리치 등의 염려가 없고, 작은 전달 지연으로 인해 빠른 클럭 신호에 의해서 구동할 수 있다는 점에서, 동기식 카운터가 비동기식 카운터보다 복잡함에도 일반적으로 많이 사용되는 이유입니다. 동기식 계수기는 계수의 방향에 따라 올려세기 계수기(up counter)와 내려세기 계수기(down counter) 등으로 구별할 수 있습니다. 그 외에 쉬프트 레지스터도 일종의 계수기로 볼 수 있는데, 귀환 반복한다 하여 고리계수기(ring counter)라고도 부르며 그 변형에 Johnson 계수기가 있습니다. 16진 동기식 카운터 또한 16진 비동기식 카운터에서의 원리와 같이 16가지의 상태를 나타낼 수 있습니다. 하지만 아래 시뮬레이션에서도 확인할 수 있듯 16진 비동기식 카운터에서 생기는 조금의 전달 지연이 16진 동기식 카운터에선 전혀 없어, 이론이 성립함을 알 수 있습니다.4. 설계 과정 및 시뮬레이션- 16진 비동기식 Up 카운터4개의 JK 플립플롭을 이용하여 16진 비동기식 Up 카운터를 구성하였습니다. Up 카운터이므로 결과 또한 0000,0001, 0010, 0011,…,1111로 나옴을 확인하고 올바른 회로로 결선했음을 알 수 있습니다. 0부터 15까지 총 16가지의상태를 카운트할 수 있는 회로입니다. 아래의 동기식 카운터와 비교해보면 알 수 있듯, 16진 비동기식 카운터에선 약간의 전달지연이 발생했음을 확인할 수 있습니다. 또한 동기식 카운터와 얼추 비슷한 회로를 갖지만, 7476에는 NOT이달려있지 않아 16진 비동기식 Up 카운터를 구성하기 위해서는 NOT Gate를 사용해야 한다는 것에 유의해야 합니다.그리고 비동기식 카운터이므로, 첫 번째 플립플롭에만 클럭을 인가하였습니다. 이를 표로 나타내어보면 다음과 같습니다. 만약 Down 카운터를 구성한다면 이 시뮬레이션과 반전된 결과로, 15부터 1111, 1110,…, 0000의 순으로 DCBA값이 나올 것임을 알 수 있습니다. (회로와 타이밍도의 PR값의 이름이 다른 것은 maxplus에서 회로 결선 및 캡쳐 후 시CLK012345*************41516A0*************010B*************0110C*************1110D00*************10뮬레이션 실행 시, 다른 maxplus창이 열려있어 시뮬레이션이 돌아가지 않았기 때문에 모든 창을 닫고 회로를 새로 결선했기 때문입니다.)- 16진 동기식 Up 카운터4개의 JK 플립플롭을 이용하여 16진 동기식 Up 카운터를 구성하였습니다. Up 카운터이므로 결과 또한 비동기식Up 카운터와도 같이 0000, 0001, 0010, 0011,…,1111로 나옴을 확인하고 올바른 회로로 결선했음을 알 수 있습니다.또한 비동기식 카운터 그래프와 비교했을 때 좀 더 지연이 없고 정밀한 timing diagram이 만들어짐을 확인할 수 있습니다. 16진 카운터이므로 0부터 15까지 총 16가지의 상태를 카운트할 수 있는 회로입니다. 동기식 카운터이므로, 위의비동기식 카운터 설계와 달리 모든 플립플롭에 클럭을 인가했다는 것 또한 확인할 수 있습니다. 이를 표로 나타내어보
