소개글
"아주대학교 논리회로실험 5"에 대한 내용입니다.
목차
1. 개요
1.1. 실험 목적
1.2. 실험 소자 소개
1.2.1. 74HC04
1.2.2. 74HC08
1.2.3. 74HC20
1.2.4. 74HC42
1.2.5. 74HC148
2. 실험 이론
2.1. Decoder
2.2. Encoder
2.3. BCD 코드
2.4. Excess-3 코드
2.5. Priority Encoder
3. 실험 과정
3.1. 실험 1: 2x4 Decoder
3.2. 실험 2: BCD to Decimal Decoder
3.3. 실험 3: Encoder / Excess-3
3.4. 실험 4: 8x3 Priority Encoder
4. 실험 결과 및 분석
4.1. 실험 1 결과 분석
4.2. 실험 2 결과 분석
4.3. 실험 3 결과 분석
4.4. 실험 4 결과 분석
5. 고찰
6. 참고 문헌
본문내용
1. 개요
1.1. 실험 목적
본 실험의 목적은 이전 실험에 이어서 조합 논리회로의 일종이라고 생각할 수 있는 디코더와 인코더에 대해 다루는 것이다. 앞선 멀티플렉서와 디 멀티플렉서의 기능과 유사하게 작동하는 인코더와 디코더는 특정 입력을 특정 출력과 연결하는 역할을 수행한다. 이러한 소자들의 작동원리와 입출력, 다시 말해 코드가 변환되는 과정을 예상하고 이해하는 것을 목적으로 한다."
1.2. 실험 소자 소개
1.2.1. 74HC04
'74HC04 Input Output 핀 1(A1) 핀 2(Y1) L H H L'이다. 다음 그림은 74HC04칩의 IC Gate 구성도이다. IC Gate 구성도를 확인하면 한 개의 입력(An)을 가진 NOT Gate 6개로 구성되어있고, 입력값에 해당하는 output의 결과를 Yn에 해당하는 핀에 출력한다. 양쪽의 핀이 7개씩 총 14개가 존재하고, 7번 핀과 14핀은 회로를 동작시키기 위한 전원이 들어간다. 핀1번에 들어오는 input값의 결과를 핀2번에 출력하고, 핀3번에 들어오는 input값의 결과를 핀4번에 출력, 핀5번에 들어오는 input값의 결과를 핀 6번에 출력, 핀9번에 들어오는 input값의 결과를 핀 8번에 출력, 핀11번에 들어오는 input값의 결과를 핀 10번에 출력, 핀13번에 들어오는 input값의 결과를 핀 12번에 출력하는 구성을 하고 있다. 이를 핀1, 2번에 대해 truth table로 나타내면 다음과 같다. 나머지 핀도 동일한 동작을 하므로 생략한다.
1.2.2. 74HC08
'74HC08'은 Quad 2-input AND Gate 집적회로이다. 이 소자는 4개의 2-입력 AND 게이트로 구성되어 있다. 각 AND 게이트는 2개의 입력(A, B)과 1개의 출력(Y)을 가지고 있다.
입력 A와 B가 모두 High(1)일 경우에만 출력 Y가 High(1)가 되고, 그 외의 경우에는 출력 Y가 Low(0)가 된다. 이를 진리표로 나타내면 다음과 같다:
Input Output
A B Y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
이처럼 74HC08은 2개의 입력 신호가 모두 1일 때만 출력이 1이 되는 논리 함수를 구현한다. 이러한 AND 게이트는 다양한 조합 논리 회로 설계에 활용될 수 있다.
1.2.3. 74HC20
74HC20 소자는 2개의 Dual 4-input NAND Gate로 구성되어 있다. 각 게이트는 4개의 입력(nA, nB, nC, nD)을 가지고 있으며, 이에 대한 출력(nY)이 있다.
74HC20 소자는 다음과 같은 특징을 가지고 있다. 첫째, 4개의 입력 중 하나라도 LOW(0)이면 출력(nY)이 HIGH(1)이 된다. 둘째, 4개의 입력이 모두 HIGH(1)일 때만 출력(nY)이 LOW(0)가 된다. 셋째, 핀 3과 11번은 n.c.로 연결되어 있지 않다.
74HC20 소자의 핀 구성을 살펴보면, 핀 1, 2, 4, 5번에 입력이 들어가며 핀 6번에 출력이 나오고, 핀 9, 10, 12, 13번에 입력이 들어가며 핀 8번에 출력이 나온다. 따라서 74HC20 소자는 네 개의 입력을 가지는 NAND Gate 2개로 구성되어 있다고 볼 수 있다.
이와 같은 74HC20 소자의 특성은 실험 3에서 BCD to Excess-3 변환 회로를 구성하는데 활용되었다. 입력 SW0~SW5가 74HC20 소자의 입력 핀에 연결되었고, 그 출력이 다이오드 D0~D3에 연결되어 Excess-3 코드로 변환되는 과정을 확인할 수 있었다.
1.2.4. 74HC42
74HC42 소자는 BCD to Decimal Decoder로 사용된다. 이 소자는 4개의 입력(A, B, C, D)과 10개의 출력(Y0`~Y9`)을 가지고 있으며, BCD 코드를 입력받아 해당하는 10진수 출력을 활성화시킨다.
74HC42 소자의 IC 게이트 구성도를 살펴보면, 4개의 입력과 9개의 출력을 가지고 있고 양쪽에 8개씩 총 16개의 핀이 존재한다. 8번과 16번 핀은 회로를 동작시키기 위한 전원이 연결된다. 12번부터 15번 핀에 BCD 코드가 입력되면, 해당하는 출력 핀(Y0`~Y9`)에 Low(0) 신호가 출력된다. 출력이 active-low 특성을 가지기 때문에 다이오드를 Vcc에 연결하여 출력이 Low(0)일 때만 전위차가 발생하여 불이 들어오게 된다.
이때 BCD 코드의 범위가 0000부터 1001까지만 허용되며, 그 이상의 범위(1010~1111)는 허용되지 않는 입력으로 간주되어 모든 출력 핀에 High(1) 신호가 출력된다. 이는 4비트 BCD 코드로는 10진수 10 이상을 표현할 수 없기 때문이다.
따라서 74HC42 소자를 이용하면 BCD 코드를 입력받아 해당하는 10진수 출력을 활성화시킬 수 있으며, 이는 디코더의 기능을 수행한다고 볼 수 있다."
1.2.5. 74HC148
'1.2.5. 74HC148'은 8x3 우선순위 인코더(Priority Encoder)이다. 이 IC는 9개의 입력(En, I_{0}, I_{1}, I_{2}, I_{3}, I_{4}, I_{5}, I_{6}, I_{7})과 5개의 출력(A2, A1, A0, GS, EO)을 가지고 있다. 핀이 8개씩 총 16개가 존재하며, 8번과 16번 핀은 회로를 동작시키기 위한 전원이 들어간다.
입력 핀 I_{0}부터 I_{7}에는 10진수 입력이 들어가며, 출력 핀 A2, A1, A0에는 해당 10진수를 2진수로 변환한 값이 출력된다. 또한 GS(General Select)와 EO(Enable Output) 출력이 추가되어 있다. GS는 하나 이상의 입력이 Low(0)일 때 Low(0)가 되고, EO는 모든 입력이 High(1)이면서 소자가 Enable일 때 Low(0)가 된다.
이 IC는 우선순위 인코더의 특성을 가지고 있다. 일반적인 인코더는 입력이 여러 개 있어도 지정된 결과를 출력하지만, 우선순위 인코더는 여러 개의 입력이 동시에 Low(0)일 경우 가장 높은 차수의 입력에 해당하는 출력을 내보낸다. 예를 들어 I_{7}, I_{4}, I_{1}이 Low(0)인 경우 I_{7}에 해당하는 출력이 나오게 된다.
이러한 우선순위 인코더의 특성은 멀티플렉서와 디코더를 결합한 형태의 회로에서 유용하게 사용될 수 있다. 입력이 여러 개 있을 때 가장 중요한 입력 정보를 선별하여 출력할 수 있기 때문이다.
2. 실험 이론
2.1. Decoder
디코더는 부호화된 입력을 부호화된 출력으로 변환하는 다중입력, 다중출력을 하는 논리회로이다. 일반적으로 입력의 개수는 출력의 개수보다 작다. 가장 보편적으로 사용하는 디코더는 이진 디코더로 n-bit 입력에 대하여 2^n개의 출력 중 하나의 출력만 활성화 하고자할 때 사용한다. 흔히 입력이 n개, 출력이 m개인 디코더를 n x m 디코더라고 하며, m은 2^n과 같다. 예를 들어 2 x 4 디코더의 경우 2개의 입력 A1, A0에 따라 4개의 출력 D3, D2, D1, D0 중 하나가 활성화된다.
디코더의 동작을 불 대수식으로 표현하면 다음과 같다. 2 x 4 디코더의 경우 출력 D1 = A1 ∙ A0, D2 = ¬A1 ∙ A0, D3 = A1 ∙ ¬A0, D4 = ¬A1 ∙ ¬A0이다. 즉, 입력 A1, A0의 조합에 따라 각 출력이 활성화되는 것을 알 수 있다.
디코더는 다양한 응용 분야에서 사용되는데, 특히 메모리 디코더, 주소 디코더, 데이터 선택기 등에 널리 활용된다. 또한 디코더는 디지털 회로 설계에서 매우 중요한 역할을 한다. 복잡한 논리 회로를 단순화하고 구현을 용이하게 하는데 기여하기 때문이다.
최근에는 딥러닝 기술의 발전으로 인해 디코더의 응용 분야가 더욱 확대되고 있다. 예를 들어 이미지 압축 및 복원, 음성 합성, 기계 번역 등의 분야에서 인코더-디코더 모델이 널리 사용되고 있다. 이러한 모델에서 디코더는 입력 데이터를 의미 있는 출력 데이터로 변환하는 핵심적인 역할을 한다.
따라서 디코더는 디지털 시스템 설계와 최신 인공지능 기술에서 매우 중요한 논리회로라고 할 수 있다.
2.2. Encoder
인코더는 앞에서 설명한 디코더와 반대동작을 하는 논리회로로 10진수나 8진수의 입력을 받아 BCD, Excess-3와 같은 코드로 변환해주는 논리회로이다. 일반적으로 출력의 개수는 입력의 개수보다 작다. 디코더와 마찬가지로...
참고 자료
아주대학교 논리회로 실험 강의 노트 (2020)
임석구 외 1인 공저, 『디지털 논리회로 (이론, 실습, 시뮬레이션)』, 제 2판, 2009 .p86-97, p280-303
wikipedia, (2020.10.02.), (2020.10.02.), ‘Encoder’, https://en.wikipedia.org/wiki/Encoder
wikipedia, (2020.10.02.), (2020.10.02.), ‘Decoder’, https://en.wikipedia.org/wiki/Decoder
ALLDATASHEET, (2020.10.02.), (2020.10.02.),
‘74HC04’, https://www.alldatasheet.co.kr/view.jsp?Searchword=74HC04
‘74HC08’, https://www.alldatasheet.co.kr/view.jsp?Searchword=74HC08
‘74HC20’, https://www.alldatasheet.co.kr/view.jsp?Searchword=74HC20
‘74HC42’, https://www.alldatasheet.co.kr/view.jsp?Searchword=74HC42
‘74HC148’, https://www.alldatasheet.co.kr/view.jsp?Searchword=74HC148
아주대학교 논리회로 실험 강의 노트 (2020)
임석구 외 1인 공저, 『디지털 논리회로 (이론, 실습, 시뮬레이션)』, 제 2판, 2009 .p86-97, p280-303
wikipedia, (2020.10.02.), (2020.10.02.), ‘Encoder’, https://en.wikipedia.org/wiki/Encoder
wikipedia, (2020.10.02.), (2020.10.02.), ‘Decoder’, https://en.wikipedia.org/wiki/Decoder
ALLDATASHEET, (2020.10.02.), (2020.10.02.),
‘74HC04’, https://www.alldatasheet.co.kr/view.jsp?Searchword=74HC04
‘74HC08’, https://www.alldatasheet.co.kr/view.jsp?Searchword=74HC08
‘74HC20’, https://www.alldatasheet.co.kr/view.jsp?Searchword=74HC20
‘74HC42’, https://www.alldatasheet.co.kr/view.jsp?Searchword=74HC42
‘74HC148’, https://www.alldatasheet.co.kr/view.jsp?Searchword=74HC148
John F. Wakerly, (2006). 디지털 디자인 Fourth Edition (김도현, 역). 경기도: 사이텍미디어. (원서출판 불명). p141(CMOS 논리군).
위의 책, p333~336(디코더)
위의 책, p352~355(인코더, 우선순위 인코더)
위의 책, p48~49(BCD 코드, excess-3 코드)
논리회로실험 실험5 강의노트
74HC Series[웹사이트]. (2020.10.05.). URL: https://www.futurlec.com/IC74HC00Series.shtml
74 Series[웹사이트]. (2020.10.05.). URL: https://www.futurlec.com/74/IC7442.shtml
