1. 디지털공학실험의기초 -...
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1. 디지털공학 실험의 기초
2005. 3. 17
김태형ㆍ김병호
경성대학교 전기전자ㆍ메카트로닉스 공학부
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디지털공학실험의 목적강좌1.강좌1.
수동소자+능동소자+집적회로 >> 응용전자회로의 실험 및 이해
아날로그회로와 디지털회로의 비교
아날로그회로 : 수동소자 및 능동소자를 이용하여 연속인 신호를 처리
디지털회로 : 집적회로를 이용한 이산적인 신호를 처리
디지털회로의 장단점
장점 : 0/1의 논리조합을 통하여 손쉽게 상황을 처리할 수 있다.
단점 : 실시간 처리가 어려우며, 정보의 손실이 발생할 우려가 있다.
아날로그회로(비교, 증폭)
디지털회로(비교, 증폭)
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논리게이트와 집적회로강좌1.강좌1.
논리게이트 : 논리연산처리를 위해 조합된 특정기능의 회로(AND, OR, NOT, NOR, NAND, XOR등이 기본게이트에 포함)
구조에 따른 분류 : TTL(Transistor-Transistor Logic), ELC (Emitter Copled
Logic), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등
논리게이트의 입출력 표현(전압준위에 따라 구분)
정논리 : 기준 전압준위 이상일 경우 ‘1’로 표현부논리 : 기준 전압준위 이하일 경우 ‘1’로 표현
0 1 0 1 0 0
0[V]
5[V]High Voltage Level : 2.0[V]
Low Voltage Level : 0.8[V]정논리게이트
1 0 1 0 1 1
0[V]
5[V]High Voltage Level : 2.0[V]
Low Voltage Level : 0.8[V]
부논리게이트
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논리게이트와 집적회로강좌1.강좌1.
논리게이트의 형태
1
2
3
4
5
6
7
14
13
12
11
10
9
8
그림. 14pin DIP type 7400의 구조와 핀배열
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논리소자(TTL, CMOS의 특성)강좌1.강좌1.
논리소자의 종류에 따른 표기 형식
부계열은 소자에서 회로를 구성하기 위해 사용한 부품에 따라 부여, 각 구성에 따라 소비전력, 동작속도 및 기타 특성이 다름
부계열은 TTL형태일 경우 S, H, L, LS, ALS, AS, F등
CMOS형태일 경우 HC, HCT, AC, ACT등
CMOS형태의 소자를 사용할 경우 소자의 최대 공급전류를 확인하여 사용하여야 함
7454[ ]
제조사 부계열 게이트의 번호
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논리소자(TTL, CMOS의 특성)강좌1.강좌1.
TTL소자와 CMOS소자의 특성비교
항목 TTL(LS계열) CMOS(HC계열)
전파지연(ns) 9.5 8
게이트당 소비전력(mW) 2 0.075
최대동작주파수(MHz) 33 55
팬아웃 (LS 부하) 20 10
공급전원범위 4.75~5.25 2~6
입력전압VILMax : 0.8
VIHmin : 2.0
VILMax : 1.35
VIHmin : 3.15
출력전압VOLmax : 0.4
VOHmax : 2.7
VOLmax : 0.1(20uA부하)
VOHmax : 4.4(20uA부하)
잡음여유폭VNMH : 0.4
VNML : 0.7
VNMH : 1.25
VNML : 1.25
장점전력소비가 작음. 잡음여유가 큼, 낮은 전압에도 동작이 가능
단점동작속도가 빠름, 전류구동능력이 커 팬아웃(Fan-out)이 많음
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논리소자(TTL 소자의 동작원리)강좌1.강좌1.
1. A가 V(0)=0.2[V]일때 Q1은 순방향 바이어스2. Q1과 Q2가 off라면 Q1의 콜렉터로 들어가는 전
Ic1은 Q2의 이미터에 역방향 포화전류와 같음.3. P점의 전압 Vp=V(0)+Vce(sat)=0.2+0.4[V]이므
로 Q2를 켜주기에는 작음, 그러므로 Q3도 off4. 결과적으로 출력은 Vcc5. A와 B가 모두 Vcc일 경우 Q1의 이미터는 역방향
콜렉터는 순방향 바이어스됨6. 그러므로 Q1은 반전모드로 동작, 전류이득은 1보
다 작게 되며, Ic1=-(1+Br)IB1이므로 Q2와 Q3가충분히 포화되어 출력은 0가된다.
• 팬인(Fan-in)한 입력에 연결할 수 있는 최대 게이트의 수
• 팬아웃(Fan-out)한 출력에 연결할 수 있는 최대 게이트의 수
그림. TTL NAND 소자의 구조
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논리소자(TTL소자의 동작원리)강좌1.강좌1.
토플템 (능동적 풀업, Active pull-up)
1. 입력용량 및 부유용량 발생2. R4ㆍCi에 해당되는 시간지연 발생3. R4감소를 통해 시간지연을 줄임4. 출력이 0일 경우 소비전력증가5. 소비전력 감소를 위해 Q4사용
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논리소자(TTL소자의 동작원리)강좌1.강좌1.
콜렉터 개방형 TTL일 경우풀업저항이 필요
콜렉터 개방형 TTL
토플템회로를 이용시 발생하는 다량의전류에 의한 소자의 파괴를 보완하기위해 트렌지스터의 콜렉터를 개방시킨형태의 TTL
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논리소자(CMOS소자의 동작원리)강좌1.강좌1.
소자 1 소자 2
소자 3
소자 4
소자 1
소자 2
소자 3 소자 4
소자 1
소자 2
A가 1일 경우소자 1은 P형이므로 Off소자 2는 N형이므로 On>> 출력은 GND
A가 0인 경우소자 1은 P형이므로 On소자 2는 N형이므로 Off>> 출력은 Vcc
A가 0, B가 0일 경우소자 1 On, 소자 2 On 소자 3 Off, 소자 4 Off>> 출력은 Vcc
A가 0, B가 1일 경우소자 1 Off, 소자 2 On, 소자 3 off, 소자 4 On>> 출력은 Vcc
A가 1, B가 0인 경우>>위와 동일하게 출력은 Vcc
A가 1, B가 1일 경우소자 1 Off, 소자 2 Off, 소자 3 On, 소자 4 On>> 출력은 GND
A가 0, B가 0일 경우소자 1 On, 소자 2 On 소자 3 Off, 소자 4 Off>> 출력은 Vcc
A가 0, B가 1일 경우소자 1 On, 소자 2 Off, 소자 3 Off, 소자 4 On>> 출력은 GND
A가 1, B가 0인 경우>> 위와 동일하게 출력은 GND
A가 1, B가 1일 경우소자 1 Off, 소자 2 Off, 소자 3 On, 소자 4 On>> 출력은 GND
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논리소자(CMOS소자와 TTL소자의 연결)
강좌1.강좌1.
CMOS를 통한 TTL 구동(전류능력)전류 공급원으로서의 능력은 강하나 전류싱크(sink)로서는 미약하므로 최대 팬아웃은 최대출력전류(IOL)에 의해 결정
TTL을 통한 CMOS의 구동(전압능력)TTL소자의 출력전압값에 따라 최대 팬아웃이 의존(CMOS는 전류값이 작으므로구동전류에는 큰 영향을 미치지 않음)
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부울대수 및 카노도표(부울대수)
강좌1.강좌1.
“0”과 “1”의 논리연산에서의 기본연산을 정의
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부울대수 및 카노도표(부울정리)강좌1.강좌1.
기본법칙을 이용하여 논리식을 간소화 시키기 위한 기본 정리
( )
( )( )
( )( )
( )( )
( )( )
A AB A B
A A B ABA AB AA A B AAB AC A B CA B A C A BC
A B A B
AB A B
A B A C AC AB
AB AC A C A B
+ = +
+ =+ =+ =+ = ++ + = +
+ =
= +
+ + = +
+ = + +
i
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부울대수 및 카노도표(카르노도표)강좌1.강좌1.
A B C X
0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1
X가 참일 경우만 고려한다.각 입력의 열은 AND로 각 행은 OR로 묶는다.불대수를 이용하여 간략화 하면 아래와 같다.
①
②③④⑤
ABC
ABC
ABC
ABCABC
C AB 00 01 11 10
0 1 1
1
1
1 1
① ②
③
④
⑤
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실험 1. 기본논리게이트
2005. 3. 17
김태형ㆍ김병호
경성대학교 전기전자ㆍ메카트로닉스 공학부
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NOT GATE(인버터)
입력을 반전시킴(입력이 1이면 출력은 0, 입력이 0이면 출력은 1).
AND GATE
모든 입력이 1일 경우 출력이 1(하나의 입력이라도 0이면 출력이 0).
기본논리게이트
A X
0 1
1 0
실험1.실험1.
A B X
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
디지털공학실험, 김태형, 김병호, 2005.03.17(목요일)
AX=A
A
B X=AㆍB
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OR GATE
입력 중 하나라도 1이면 출력이 1(입력이 모두 0일 경우에만 출력이 0)
NAND GATE
모든 입력이 1일 경우 출력이 1(하나의 입력이라도 0이면 출력이 0).
기본논리게이트
A B X
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
실험1.실험1.
A B X
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
디지털공학실험, 김태형, 김병호, 2005.03.17(목요일)
A
B
A
B
X=A + B
X=AㆍB
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NOR GATE
입력 중 하나라도 1이면 출력이 0(입력이 모두 0일 경우에만 출력이 1)
XOR GATE
입력이 다를 경우에만 출력이 1(하나가 0이고 하나가 1일 경우 출력이 1)
같은 입력이면 0을 출력
기본논리게이트
A B X
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
실험1.실험1.
A B X
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
디지털공학실험, 김태형, 김병호, 2005.03.17(목요일)
A
B X=A + B
A
BX=A + B