Anz.	Bezeichnung	Datenblatt
1	Batterie/Spannungsquelle 9V
2	CMOS-IC 4027
1	CMOS-IC 4069
1	CMOS-IC 4081
4	Widerstand 470 Ohm
1	Widerstand 47 kOhm
1	Elektrolytkondensator 10 µF / 16V
4	Standard-Leuchtdiode 3mm oder 5mm	3mm, 5mm

Soll in Digitaltechnik etwas gezählt werden greift man meist auf integrierte Zählerbausteine zurück. Die Auswahl hier ist nahezu erdrückend. Aufwärts/Abwärts-Zähler, Binär oder Dezimalzähler, mit Reseteingang oder programmierbar usw. usf. Aber auch ein weiteres Merkmal taucht immer wieder auf. Es gibt auch die zwei Zählerarten Asynchron und Synchron. Was hat es damit auf sich?

Bei asynchronen Zählern, werden die einzelnen FlipFlop-Stufen hintereinander geschaltet. Das erste FlipFlop erhält den Zählertakt und die weiteren Stufen werden immer von der vorhergehenden gespeist. Dies hat auch zur Folge, dass das Zählerergebnis sich bei jeder Zählerstufe um die Laufzeit des jeweiligen FlipFlops verzögert. Je größer also der Zählerbereich ist, desto länger dauert ist, bis der endgültige Zählerstand fest steht. Bei den meisten Anwendungen spielt dies keine Rolle. Hier würde es erst zu einem Problem werden, wenn man mehrere hundert FlipFlops in Reihe schaltet. So einen Zählerbereich braucht wohl niemand.

Es gibt aber auch Anwendungen, da muss das Zählerergebnis so schnell wie möglich zur Verfügung stehen wie zum Beispiel bei der Frequenzmessung beziehungsweise Zählung. Hier greift man auf synchrone Zähler zurück. Bei dieser Zählerart steht das Ergebnis nach einer Gatterlaufzeit zur Verfügung, da die einzelnen FlipFlop-Stufen den aktuellen Zählerstand sofort und gleichzeitig bearbeiten da jede Stufe den Takt erhält. Nachteil bei diesem Zähler ist es, dass der Verdrahtungsaufwand etwas höher ist und ein weiterer Schaltkreis, ein UND-Gatter, benötigt wird.

Das hier verwendete FlipFlop muss erst einmal zu einem T-FlipFlop konfiguriert werden. Hierzu legt man die J und K-Eingänge auf 1-Signal.

Um dem Verhalten der Schaltung auf den Grund zu gehen, wird hier ein vereinfachtes Schaltbild eingesetzt. Im ersten Moment sind noch alle Ausgänge auf 0. Somit sind die Gegenausgänge auf 1, welche dann die jeweils nachfolgenden Takteingänge des nächsten FlipFlops mit 1 versorgen.

Steigt nun das Taktsignal so reagiert das erste FlipFlop entsprechend und dessen Ausgang wechselt von 0 auf 1. /Q geht hierbei auf 0. Da das FlipFlop nur auf eine steigende Taktflanke reagiert, passiert bei der zweiten Zählerstufe zunächst nichts.

Erst, wenn das Taktsignal das nächste Mal von 0 auf 1 wechselt reagiert auch das zweite FlipFlop. Aber erst dann, wenn das erste FlipFlop seinen Ausgang wieder geändert hat. Der invertierte Ausgang wechselt hierbei jetzt auch von 0 auf 1. Die zweite Stufe reagiert nun auch darauf und wechselt den Ausgang.

Bei einem weiteren Taktsignalwechsel von 0 auf, wird der Zustand der ersten Stufe wiederum gewechselt. Jetzt bleibt die zweite Stufe wieder unberührt. Dieses Spiel setzt nun mit allen FlipFlops fort. Man kann hier ganz gut erkennen, dass die einzelnen FlipFlop erst nacheinander reagieren. Sich die Verarbeitungszeit pro FlipFlop-Stufe addiert.

Für den synchronen Zähler wird noch ein zusätzlicher Schaltkreis benötigt welcher UND-Gatter enthält. Bei diesem Aufbau zählt nun jede Stufe gleichzeitig mit dem Takt. Egal, ob man 4 Zählstufen, wie hier, oder 1000 Stufen hintereinander schaltet. Das Zählergebnis steht einem sofort, wenn man von der immer nötigen Gatterlaufzeit einmal absieht, zur Verfügung.

Selbst am vereinfachten Schaltbild ist schon gut zu sehen, dass der Aufbau hier ein wenig komplizierter ist. Die J und K-Eingänge der ersten Stufe werden dauerhaft auf 1-Signal gelegt. Wieder nehmen wir an, dass alle Ausgänge zunächst ein 0-Pegel führen und das Taktsignal derzeit auf 0 ist.

Geht jetzt der Taktpegel auf 1, reagiert wieder die erste FlipFlop-Stufe und ändert den Ausgang. Da im Moment des Taktpegelwechsels an den JK-Eingängen der zweiten Stufe noch ein 0-Signal anliegt, bleibt dieses vorerst in seiner Position.

Beim erneuten Anstieg des Taktpegels liegt am zweiten FlipFlop noch das 1-Signal an. Dies veranlasst diese Stufe zum Wechsel des Ausgangs. Die erste Stufe wechselt ebenso gleichzeitig den Ausgangspegel.

Das Ganze geschieht nun mit jeder weiteren Zählerstufe. Wie zu sehen ist, reagiert jede FlipFlop-Stufe gleichzeitig. Unabhängig davon, wie viele Zählerstufen man der Schaltung hinzufügt. Eine eventuelle 1000nde Stufe reagiert ebenso gleichzeitig mit dem Takt wie die erste.