【早わかり電子回路】カウンタICの仕組み（バイナリカウンタの例で解説）

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ロジックIC

今回は、以前の当連載で紹介した「標準ロジックIC」のうち、機能特化型のロジックICとしてよく使われている「カウンタIC」をご紹介します。

［※関連コラム：ロジックICの基本の解説はこちらをご参照ください］

１．カウンタICとは？

「カウンタIC」とは、デジタル回路の1種で、カウント（計数）する機能を備え、主に特定の事象の頻度を数えるために使用されるICです。
例えば、デジタルタイマー、計算機、ストップウォッチなどさまざまな機器に組み込まれています。

計数カウンタと分周カウンタ

カウンタを大きく分けると、「計数カウンタ」と「分周カウンタ」に分けられます。

「計数カウンタ」は、クロックパルス等に基づいて、内部のレジスタに格納された数値を1つずつ増やす（アップカウント）、または減らし（ダウンカウント）、目指す数値に達したとき、もしくは外部機器から要求があったときに計数結果を出力します。
計数結果は、BCD（2進化10進数）やバイナリコードで出力します。

「分周カウンタ」は、カウントパルスの何個かに１個または複数個のパルスを出力するカウンタです。

（※カウンタの基礎知識については、当連載の「【早わかり電子回路】カウンタ回路とは？前提となる2進数の理解から丁寧に解説」もご参照ください。）

２．バイナリカウンタの仕組み

最も基本的なカウンタICであり、2進数で数え上げることができる「バイナリカウンタ」について説明します。
Nビットのバイナリカウンタは、0から「2の N乗―1」までの数値を表現できます。

バイナリカウンタの例（TC74HC161APの回路図）
【図1　バイナリカウンタの例（TC74HC161AP）】

図1は、TC74HC161AP（東芝製）というカウンタICで、「同期式4ビットバイナリカウンタ」と呼ばれるものです。「同期式カウンタ」とは、IC内部のフリップフロップ回路が、共通のクロックパルスをトリガにして同時に応答するカウンタICです。

TC74HC161APは、4ビットなので、0000 から 1111（0～15）までカウントできます。
また、任意の初期値を設定（プリセット）してその値からカウントアップすることが可能です。

表1に各ピンの機能を示します。

ピン名	機能
QA～QD	カウンタの出力
DA～DD	プリセット用の入力
CK（クロック）	クロック入力
LOAD	プリセットを行うための端子。この端子をLにしてクロックが立ちあがったとき、初期値の設定が行われる。
CLR（クリア）	CLR＝Lでカウンタは 0000 になる。クロックに関係なく直接クリアが行われる。（非同期クリア）
ENABLE　P ENABLE　T	カウンタをカウント／ストップさせる端子 P＝1、T＝1でカウンタはカウント動作を行う。
RIPPLE CARRY　OUTPUT(CO)	このカウンタの４桁がすべて『1』であることを示す

【表1 TC74HC161APの各ピンの機能】

表2に真理値表を示します。

【表2 TC74HC161APの真理値表】

表2に示されるように、CLRをLレベルにすると、出力は全てLレベル、すなわちリセットになります。
CLRをHレベルにして、LOADをLレベルにすると、カウンタは、入力のDA、DB、DC、DDに設定された論理レベルを読み込み、プリセット状態になります。
ここで、LOADがHレベル、ENPとENTがHレベルになると、クロックの立ち上がりで、プリセットの次の数からカウントします。

図2にタイムチャートを示します。

【図2　TC74HC161APのタイムチャート】