카운터(디지털)

Counter (digital)
이 글은 전자기기, 컴퓨팅 및 기계계수장치에서 사용되는 용어 카운터에 대한 것입니다.그 외의 용도는, 「카운터」(명확화)를 참조해 주세요.
바이너리 카운터 카운트의 5개 출력에서 전압이 00000(왼쪽)에서 11111(또는 31), 오른쪽(수직)으로 변경됩니다.

디지털 로직과 컴퓨팅에서 카운터는 특정 이벤트 또는 프로세스가 발생한 횟수를 저장하는 장치이며, 종종 시계와 관련지어 표시합니다.가장 일반적인 유형은 클럭이라고 불리는 입력 라인과 여러 출력 라인이 있는 순차 디지털 로직 회로입니다.출력 라인의 값은 이진수 또는 BCD 번호 시스템의 숫자를 나타냅니다.클럭 입력에 인가되는 각 펄스는 카운터의 수를 증가 또는 감소시킵니다.

카운터 회로는 보통 캐스케이드로 연결된 다수의 플립 플랍으로 구성됩니다.카운터는 디지털 회로에서 매우 널리 사용되는 컴포넌트이며 별도의 집적회로로 제조되며 대형 집적회로의 부품으로도 통합됩니다.

전자 카운터

전자 카운터는 클럭 입력 신호와 정수 "카운트" 값을 나타내는 출력 신호 그룹을 가진 순차 논리 회로입니다.수식 클럭에지마다 카운트가 증가합니다(또는 회선 설계에 따라서는 감소합니다).카운트가 카운트 시퀀스의 끝에 도달하면(증가 시 최대 카운트, 감소 시 0 카운트), 다음 클럭에 의해 카운트가 오버플로 또는 언더플로가 발생하고 카운트 시퀀스가 다시 시작됩니다.내부적으로 카운터는 플립 플랍을 사용하여 현재 카운트를 나타내며 클럭 간의 카운트를 유지합니다.카운터 유형에 따라 출력이 카운트의 직접 표현(2진수)이거나 인코딩될 수 있습니다.후자의 예로는 링 카운터 및 그레이 코드를 출력하는 카운터가 있습니다.

많은 카운터는 다음과 같은 추가 입력 신호를 제공하여 카운트 시퀀스의 동적 제어를 용이하게 합니다.

  • Reset – 카운트를 0으로 설정합니다.일부 IC 제조업체는 이를 "clear" 또는 "master reset (MR)"로 명명합니다.
  • 활성화 – 카운트를 허용 또는 금지합니다.
  • 방향 – 카운트의 증가 또는 감소 여부를 결정합니다.
  • 데이터 – 특정 카운트 값을 나타내는 병렬 입력 데이터.
  • 로드 – 병렬 입력 데이터를 카운트에 복사합니다.

일부 카운터는 다음 클럭이 오버플로 또는 언더플로우 발생을 나타내는 터미널 카운트 출력을 제공합니다.이것은 보통 카운터의 Terminal Count 출력을 다음 카운터의 Enable 입력에 접속함으로써 카운터 캐스케이드(여러 카운터를 조합하여1개의 큰 카운터를 작성)를 실장하기 위해서 사용됩니다.

카운터의 계수는 카운터의 카운트 시퀀스 내의 스테이트 수입니다.가능한 최대 계수는 플립 플랍 수에 따라 결정됩니다.예를 들어 4비트 카운터는 최대 16(2^4)의 계수를 가질 수 있습니다.

카운터는 일반적으로 동기 또는 비동기 중 하나로 분류됩니다.동기 카운터에서는 모든 플립 플랍이 공통 클럭을 공유하고 동시에 상태를 변경합니다.비동기 카운터에서는 각 플립 플랍에는 고유한 클럭이 있으며 플립 플랍 상태는 다른 시간에 변화합니다.

동기 카운터는 다양한 방법으로 분류됩니다.예를 들어 다음과 같습니다.

  • Modulus 카운터: 특정 수의 상태를 카운트합니다.
  • 10진수 카운터: 모듈러스 10 카운터(카운트~10 상태).
  • 업/다운 카운터 – 제어 입력에 의해 지시된 대로 업과 다운을 모두 카운트합니다.
  • 링 카운터 – "원형" 시프트 레지스터에 의해 형성됩니다.
  • Johnson 카운터 – 트위스트 링 카운터.
  • 그레이 코드 카운터 - 그레이 코드 시퀀스를 출력합니다.

카운터는 전용 MSI 및 LSI 집적회로, ASIC 내의 임베디드 카운터, 마이크로 컨트롤러의 범용 카운터 및 타이머 페리페럴, FPGA의 IP 블록 등 다양한 방법으로 구현됩니다.

비동기(리플) 카운터

2개의 JK 플립플롭에서 생성된 비동기 카운터

비동기(리플) 카운터는 토글(T) 플립플랍의 "체인"이며, 여기서 최하위 플립플랍(비트0)은 외부신호(카운터 입력클럭)에 의해 클럭되고, 다른 모든 플립플랍은 최하위 플립플랍(예를 들어 비트0 비트1 플립플랍 비트2 비트클럭)의 출력에 의해 클럭된다..) 첫 번째 플립 플랍은 상승 에지로 측정되며 체인 내의 다른 모든 플립 플랍은 하강 클럭 에지로 측정됩니다.각 플립 플랍은 클럭 엣지에서 출력 토글까지의 지연을 초래하여 입력 클럭이 체인을 통해 전파될 때 카운터 비트가 서로 다른 시간에 변화하고 파급 효과를 발생시킵니다.개별 플립 플랍을 사용하여 구현되는 경우 리플 카운터는 일반적으로 JK 플립 플랍과 함께 구현되며 각 플립 플랍은 클럭 시 전환되도록 설정됩니다(즉, J와 K는 모두 로직 하이에 연결됩니다).

가장 단순한 경우 1비트카운터는 1개의 플립플랍으로 구성됩니다.이 카운터는 클럭 사이클마다 1회씩 증가하며(출력을 전환하여), 오버플로우 전에(제로에서 다시 시작) 0부터1까지 카운트됩니다.각 출력 상태는 2개의 클럭 사이클에 대응하므로 플립 플랍 출력 주파수는 입력 클럭 주파수의 정확히 절반이다.이 출력이 두 번째 플립 플랍의 클럭 신호로 사용되는 경우 플립 플랍 쌍은 다음 상태 시퀀스를 가진 2비트 리플 카운터를 형성합니다.

클럭 사이클 문제 1 문제 0 (Q1:Q0) 10진수
0 0 0 0
1 0 1 1
2 1 0 2
3 1 1 3
4 0 0 0

각 비트의 출력 주파수가 가장 가까운 중요하지 않은 비트의 주파수의 정확히 절반과 동일한 임의의 워드 크기의 카운터를 형성하기 위해 추가 플립 플랍을 체인에 추가할 수 있다.

리플 카운터는 입력 클럭이 회로를 통해 전파되는 동안 불안정한 출력 상태를 나타냅니다.이 불안정성의 지속 시간(출력 안착 시간)은 플립 플랍 수에 비례합니다.이로 인해 리플 카운터는 빠른 출력 안착 시간을 필요로 하는 동기 회로에서 사용하기에 적합하지 않습니다.또한 리플 효과로 인해 비트 간의 타이밍 스큐가 발생하기 때문에 리플 카운터 출력 비트를 외부 회로의 클럭으로 사용하는 것은 실용적이지 않은 경우가 많습니다.리플 카운터는 일반적으로 순간 카운트 및 타이밍 스큐가 중요하지 않은 애플리케이션에서 범용 카운터 및 클럭 주파수 분할기로 사용됩니다.

동기 카운터

JK 플립 플랍스를 사용한4비트 동기 카운터

동기 카운터에서는 플립 플랍의 클럭 입력이 서로 접속되어 모든 플립 플랍이 공통 클럭에 의해 동시에 트리거된다.이것에 의해, 모든 플립 플랍의 상태가 동시에(병렬하게) 변화한다.

예를 들어 오른쪽에 표시된 회선은 JK 플립 플랍을 사용하여 구현된 상승(업 카운트)4비트 동기 카운터입니다.이 카운터의 각 비트는 중요하지 않은 모든 비트가 로직 하이 상태일 때 전환할 수 있습니다.클럭 상승 에지 시 비트 0이 로직 높으면 비트 1이 토글되고 비트 0과 1이 모두 높으면 비트 2가 토글되며 비트 3이 토글됩니다.

디케이드 카운터

JK 플립 플랍(74LS112D)을 사용한 회선 디케이드카운터

10진수 카운터는 2진수가 아닌 10진수로 카운트되는 카운터입니다.10년 카운터는 각각(7490 집적회로와 같이 바이너리 부호화 10진수로 카운트 가능) 또는 기타 바이너리 부호화를 포함할 수 있습니다.10진수 카운터는 1001(10진수 9)까지 카운트하도록 설계된 바이너리 카운터입니다.오른쪽에 도식처럼 NAND 게이트를 추가하면 일반 4단 카운터를 10년 카운터로 쉽게 변경할 수 있다.FF2와 FF4는 NAND 게이트에 입력을 제공합니다.NAND 게이트 출력은 각 FF의 [1]CLR 입력에 연결됩니다.이 값은 0 ~9로 카운트된 후 0으로 리셋됩니다.카운터 출력은 리셋 라인을 로우로 펄스하여 0으로 설정할 수 있습니다.그 후 카운트는 1001(10진수 9)에 이를 때까지 각 클럭 펄스에 대해 증가합니다.1010(10진수 10)으로 증가하면 NAND 게이트의 입력이 모두 높아집니다.그 결과 NAND 출력이 낮아지고 카운터가 0으로 리셋됩니다.D가 로우 상태가 되면 CARY OUT 신호가 될 수 있습니다.이것은 10의 카운트가 있었음을 나타냅니다.

링 카운터

주요 기사 : 호출음 카운터

링 카운터는 하나의 플립 플랍만 상태가 되고 다른 플립 플랍은 제로 상태가 되도록 시작되는 원형 시프트 레지스터입니다.

링 카운터는 시프트 레지스터(플립 플랍의 캐스케이드 접속)이며, 마지막 1개의 출력이 첫 번째, 즉 링 내의 입력에 접속되어 있습니다.보통 1비트로 구성된 패턴이 순환되므로 n개의 플립 플랍이 사용되는 경우 n개의 클럭사이클마다 상태가 반복됩니다.

존슨 카운터

주요 기사: Johnson 카운터

Johnson 카운터(또는 스위치 테일링 카운터, 트위스트링 카운터, 워킹링 카운터 또는 Möbius 카운터)는 마지막 스테이지의 출력이 반전되어 첫 [2][3][4]번째 스테이지로 피드백되는 수정된 링 카운터입니다.레지스터는 일련의 비트패턴을 순환합니다.비트 패턴의 길이는 시프트레지스터의 2배 길이와 같아 무기한 계속됩니다.이러한 카운터는 decade 카운터, Digital-to-Analog 변환 등과 같은 특수한 응용 프로그램을 찾습니다.D형 또는 JK형 플립 플랍을 사용하여 쉽게 구현할 수 있습니다.

컴퓨터 과학 카운터

주요 기사:등록기

계산 가능성 이론에서 카운터는 메모리의 한 종류로 간주됩니다.카운터는 단일 자연수(처음에는 0)를 기억하며 임의로 길 수 있다.카운터는 보통 Finite-State Machine(FSM; 유한 상태 머신)과 함께 고려되며, Finite-State Machine)은 카운터에서 다음 작업을 수행할 수 있습니다.

  • 카운터가 0인지 확인합니다.
  • 카운터를 1씩 늘립니다.
  • 카운터를 1씩 감소시킵니다(이미 0인 경우 변경되지 않습니다).

다음 기계들은 전원순으로 나열되며, 각 기계들은 아래의 기계들보다 훨씬 강력합니다.

  1. 결정론적 또는 비결정론적 FSM + 2개의 카운터
  2. 비결정론적 FSM + 1개의 스택
  3. 비결정적 FSM + 1개의 카운터
  4. 결정론적 FSM + 1개의 카운터
  5. 결정론적 또는 비결정론적 FSM.

처음과 마지막으로 FSM이 결정론적 유한 오토마톤인지 비결정론적 유한 오토마톤인지는 중요하지 않습니다.그들은 같은 힘을 가지고 있다.처음과 마지막 두 가지는 촘스키 계급의 수준입니다.

첫 번째 기계인 FSM + 2개의 카운터는 튜링 기계와 동등합니다.증거는 카운터 머신에 관한 기사를 참조해 주세요.

웹 카운터

주요 기사:웹 카운터

웹 카운터 또는 히트 카운터는 특정 웹 페이지가 받은 방문자 수 또는 조회 수를 나타내는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램입니다.설정 후 이러한 카운터는 웹 브라우저에서 웹 페이지에 액세스할 때마다 1씩 증가합니다.

이 번호는 보통 인라인 디지털이미지 또는 플레인텍스트 또는 기계 카운터 등의 물리 카운터에 표시됩니다.이미지는 다양한 글꼴 또는 스타일로 표시될 수 있습니다. 전형적인 예는 주행 기록계의 휠입니다.

웹 카운터는 1990년대 중후반과 2000년대 초반에 널리 사용되었으며, 이후 보다 상세하고 완전한 웹 트래픽 측정으로 대체되었습니다.

컴퓨터 기반 카운터

많은 자동화 시스템은 PC와 노트북을 사용하여 기계와 실제 가동 데이터의 다양한 파라미터를 감시하고 있습니다.카운터는 생산된 조각의 수, 생산 배치 수, 사용된 재료의 양 측정과 같은 매개변수를 계산할 수 있습니다.

기계 카운터

주요 기사:기계식 카운터

전자제품이 보편화되기 훨씬 전에는 사건을 세는 데 기계 장치가 사용되었다.이것들은 집계 카운터라고 불립니다.일반적으로 축에 장착된 일련의 디스크로 구성되며 가장자리에 0부터 9까지의 숫자가 표시됩니다.오른쪽의 디스크는 이벤트마다 1씩 이동합니다.왼쪽 끝을 제외한 각 디스크에는 1회전 완료 후 다음 디스크를 왼쪽 디스크로 이동시키는 돌출부가 있습니다.이러한 카운터는 자전거와 자동차의 주행 기록계, 테이프 레코더, 연료 분배기, 생산 기계 및 기타 기계에서 사용되었습니다.가장 큰 제조업체 중 하나는 Veeder-Root 회사였고, 이러한 유형의 [5]카운터에 종종 이름이 사용되었습니다.

핸드헬드 집계 카운터는 주로 재고 조사 및 이벤트 참석자 수 계산에 사용됩니다.

전기 기계식 카운터는 데이터 처리 산업을 개척한 기계의 합계를 집계하기 위해 사용되었습니다.

  • Mechanical counter wheels showing both sides. The bump on the wheel shown at the top engages the ratchet on the wheel below every turn.

    양쪽이 모두 보이는 기계식 카운터 휠상단에 표시된 휠의 범프는 회전할 때마다 휠 아래의 래칫과 맞물립니다.

  • Several mechanical counters.

    여러 개의 기계 카운터.

  • Early IBM tabulating machine using mechanical counters.

    기계 카운터를 사용하여 머신을 표로 작성하는 초기 IBM.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "Decade Counter". Integrated Publishing. Retrieved 19 Mar 2020.
  2. ^ Singh, Arun Kumar (2006). Digital Principles Foundation of Circuit Design and Application. New Age Publishers. ISBN 81-224-1759-0.
  3. ^ Horowitz, Paul; Hill, Winfield (1989). The Art of Electronics. Cambridge University Press. ISBN 0-521-37095-7.
  4. ^ Graf, Rudolf F (1999). Modern Dictionary of Electronics. Newnes. ISBN 0-7506-9866-7.
  5. ^ 를 클릭합니다VR History, Veeder.

외부 링크