Counter

시간의 흐름을 표현하는 것을 카운터라고 한다. 레지스터의 한 형태라 할 수 있다.
클록의 주기를 1초로 맞춰두면, 1초 단위의 시간 흐름을 표현할 수 있다.

Asynchronous Counter

첫번째 플립플롭만 외부 클록의 신호를 받고, 나머지 플립플롭은 이전 플립플롭의 출력을 클록으로 받는다. 따라서 구조적으로 단순하지만, 클록 엣지가 모든 플립플롭에 동시에 도달하지 못한다. 따라서 출력에 지연이 생기며, 높은 클록 주기에서는 이 지연에 의해 오류가 생길 수 있다.

▲ BCD 코드를 이용하여 시간을 나타내는 10초카운터의 로직 다이어그램. 타이밍도에서 각 State들의 플립이 서로 다른 지연시간을 가지고 이뤄지는 것을 볼 수 있다.

Three-Decade Decimal BCD Counter

▲ BCD 리플 카운터의 간단한 활용

Synchronous Counter

모든 플립플롭이 하나의 클록 신호에 동기화 되므로, 추가적인 지연이 없어서 높은 동작 속도에서도 안정적이다.

▲ 우상단 타이밍도를 리플 플립플롭과 비교해보면, Synchronous 카운터의 경우 각 State가 동시에 플립된다.

▲ 직전에 보았던 4-Bit Synchronous Binary Counter를 응용하여, Down을 추가한 것이다.

▲ Parallel Load 기능이 추가된 카운터이다.

이를 BCD 카운터로 만들기 위해서는, 적절한 시기에 0000을 Load해 주거나 Clear를 해줘야 한다.
따라서 구현하는 방법이 2가지인데, 이는 아래와 같다.

▲ (a)는 0000을 load해 줌으로써 초기화 하고, (b)는 clear에 0을 넣어줌으로써 초기화한다.

누가 더 빠른 템포로 초기화되겠는가? 왜 이렇게 짜였는가? 에 대해 고민해보면, 한층 더 이해가 깊어질 수 있다.