Senkron Sayıcı / Synchronous Counter

Senkron sayıcılarda devredeki tüm Flip-Flop’ lar eş zamanlı (senkron) olarak tetiklenirler.
Ortak saat darbesi, asenkron sayıcıda olduğu gibi sırası ile tetikleme yerine, tüm Flip-Flop’ ları
aynı anda tetikler. Flip-Flop’ un çıkışının değişerek bir sonraki duruma geçmesi ise, J ve K
girişlerinin değerleri belirler. J=K=0 durumunda Flip-Flop bulunduğu çıkış durumunu
korurken, J=K=1 Durumunda ise bir önceki çıkış durumunun “değilini” (tümleyeni) çıkışta
gösterir. Devreye yapılan tek giriş, saat darbesidir. 

Senkron sayıcı istenilen Mod’ da
tasarlanabilir. Tasarlama süreci şu şekildedir. Tasarım yapılırken bir sonraki durum göz önüne
alınmalıdır. Daha sonra bu durumu sağlayacak J ve K girişlerinin alması gereken değerler
Karnaugh Haritasına aktarılır. Burada uygun sadeleştirmeler yapılır ve Flip-Flop’ ların
girişlerinin kontrolü için gerekli lojik değerler bulunur ve devre tasarlanır.

Önceki Asenkron ikili sayıcı öğreticisinde, bir sayaç aşamasının çıkışının doğrudan bir sonraki sayaç aşamasının saat girişine bağlı olduğunu ve zincir boyunca böyle devam ettiğini gördük.

Bunun sonucu, Asenkron sayacın, zamanlama sinyalinin her flip-flop boyunca bir miktar geciktirildiği “Yayılma Gecikmesi” olarak bilinen şeyden muzdarip olmasıdır.

Bununla birlikte, Senkron Sayaç ile, harici saat sinyali, sayaç içindeki her tekli flip-flop’un saat girişine bağlanır, böylece tüm flip-flop’lar aynı anda (paralel olarak) sabit bir zaman vererek saatlenir. Başka bir deyişle, çıkıştaki değişiklikler saat sinyali ile “senkronizasyon”da meydana gelir.

Bu senkronizasyonun sonucu, tüm tekli çıkış bitlerinin, ortak saat sinyaline yanıt olarak, dalgalanma etkisi ve dolayısıyla yayılma olmaksızın tam olarak aynı anda durum değiştirmesidir.

Senkron Sayıcı

Yukarıda, harici saat darbelerinin (sayılacak darbeler) karşı zincirdeki JK flip-flopların her birine doğrudan bağlandığı ve hem J hem de K girişlerinin geçiş modunda birbirine bağlı olduğu, ancak yalnızca ilk flip-flop, FFA’da (LSB) YÜKSEK, mantıksal 1e bağlanıdığına dikkat edin. Flip-flop’un her saat darbesinde geçiş yapmasına izin veriliyor. Daha sonra senkron sayıcı, her darbe için bir durum ilerleterek, ortak saat sinyaline yanıt olarak önceden belirlenmiş bir durum dizisini takip eder.

Flip-flop FFB’nin J ve K girişleri, flip-flop FFA’nın QA çıkışına doğrudan bağlanır, ancak flip-flop FFC ve FFD’nin J ve K girişleri, aynı zamanda, FFC ve FFD’den gelen sinyallerle de sağlanan ayrı VE(AND() geçitlerinden sürülür. Bu ek VE kapıları, bir sonraki aşamanın JK girişleri için gerekli mantığı üretir.

Her bir JK flip-flop’unun önceki tüm flip-flop çıkışlarının (Q) “YÜKSEK” olup olmadığına bağlı olarak geçiş yapmasını sağlarsak, asenkron devre ile aynı sayma sırasını elde edebiliriz, ancak dalgalanma etkisi(ripple) olmadan, çünkü her flip-flop Bu devrede tam olarak aynı anda saatlenecektir.

O zaman, senkron sayıcılarda doğal bir yayılma gecikmesi olmadığından, tüm sayaç aşamaları aynı anda paralel olarak tetiklendiğinden, bu tip bir frekans sayacının maksimum çalışma frekansı, benzer bir asenkron sayaç devresinden çok daha yüksektir.

4-bit Senkron Sayıcı Dalga Formu Zamanlama Şeması

Senkron Sayıcı

Bu 4 bitlik senkron sayıcı her saat darbesinde sıralı olarak saydığı için, elde edilen çıkışlar 0’dan (0000) 15’e (1111) kadar yukarı doğru sayar. Bu nedenle, bu tip sayıcı aynı zamanda 4-bit Senkron Yukarı Sayıcı olarak da bilinir.

Bununla birlikte, yukarıdakinin tersi bir dalga biçimi zamanlama diyagramı üretmek için gösterildiği gibi VE kapılarını flip-flopların Q çıkışına bağlayarak kolayca 4-bit Senkron Aşağı Sayıcı oluşturabiliriz. Burada sayaç tüm çıkışları YÜKSEK ( 1111 ) ile başlar ve tekrar tekrarlamadan önce her saat darbesinin sıfıra ( 0000 ) uygulanmasında geriye doğru sayar.

İkilik(Binary) 4-bit Senkron Aşağı Sayıcı

Senkron Sayıcı

Senkron sayıcıları, flip-flop’ları birbirine bağlayarak oluşturulduğundan ve herhangi bir sayıda flip-flop birbirine bağlanabildiğinden veya “n-bölünen” ikili sayıcı oluşturmak için “basamaklı” yapılabildiğinden, “MOD” numarası olduğu gibi hala geçerlidir. Asenkron sayıcılar için 0’dan 2n-1‘e kadar sayıları olan bir onluk sayıcı veya BCD sayıcı, kesilmiş dizilerle birlikte oluşturulabilir. Yukarı veya aşağı senkron bir sayacın MOD sayısını artırmak için ihtiyacımız olan tek şey, ek bir flip-flop ve bunun karşısındaki VE kapısıdır.

Onluk 4-bit Senkron Sayıcı

0’dan 9’a kadar bir sayım dizisi üretmek için senkron ikili sayıcılar kullanılarak 4 bitlik bir onluk senkron sayıcıda da oluşturulabilir. İstenen durum dizisi “1001” sayısına ulaştıktan sonra sayaç “0000” a geri döner. 

Senkron Sayıcı

Ek VE kapıları, sayma dizisinin “1001”e (İkililik 10’a) ulaştığını algılar ve flip-flop FF3’ün bir sonraki saat darbesinde geçiş yapmasına neden olur. Flip-flop FF0 her saat darbesinde geçiş yapar. Böylece sayım sıfırlanır ve senkron onluk sayıcı üreterek “0000” da yeniden başlar.

Yukarıdaki sayıcı devresindeki ek VE kapılarını, “0000” ila “1011” (0 ila 11) arasında 12 durumu sayan bir Mod-12 sayacı gibi diğer sayım numaralarını üretmek için kolayca yeniden düzenleyebiliriz.

Senkronize Sayıcının Tetiklenmesi

Senkron Sayıcılar, kontrol girişindeki saat darbesinin “pozitif kenar” (yükselen kenar) veya “negatif kenar” (düşen kenar) üzerindeki durumları değiştiren kenardan tetiklenen flip-floplar kullanır.

Genel olarak, senkron sayıcılar, saat sinyalinin düşükten yükseğe geçişi olan yükselen kenarda ve asenkron dalgalanma sayaçları, saat sinyalinin yüksekten alçağa geçişi olan düşen kenarda sayılır.

Senkron Sayıcı

Dalgalanma sayıcıları durumu değiştirmek için saat döngüsünün düşen kenarını kullanması alışılmadık görünebilir, ancak bu sayıcıları birbirine bağlamayı kolaylaştırır çünkü bir sayıcının en önemli biti (MSB) bir sonrakinin saat girişini çalıştırabilir.

Bir sonraki bit, bir önceki biti yüksekten düşüğe değiştiğinde – sonraki bit için bir taşımanın gerçekleşmesi gereken noktada durumu değiştirmelidir. Senkron sayıcılar, herhangi bir yayılma gecikmesi oluşturmadan sayıcıları birbirine bağlamak için genellikle bir yürütme ve bir taşıma girişine(pinine) sahiptir.

Özetle

  • Senkron Sayıcılar Toggle veya D tipi flip-floplardan yapılabilir.
  • Senkron sayıcıların tasarımı, asenkron sayıcılardan daha kolaydır.
  • Flip-flopların saat girişi olduğundan senkron sayıcılar olarak adlandırılırlar.
  • Hepsi aynı saat sinyaliyle aynı anda birlikte saatlenir.
  • Bu ortak saat darbesi nedeniyle, tüm çıkış durumları aynı anda değişir.
  • Tüm saat girişleri birbirine bağlıyken, doğal bir yayılma gecikmesi yoktur.
  • Saat tüm flip-flop’lara paralel olarak beslendiğinden senkron sayıcılara bazen paralel sayıcılarda denir.
  • Dahili bellek devresi, sayıcıların mevcut durumunu takip eder.
  • Sayım dizisi, mantık kapıları kullanılarak kontrol edilir.
  • Asenkron sayıcılara kıyasla genel olarak daha hızlı çalışma sağlanabilir.