서강대학교 디지털논리회로실험 3주차

서강대학교 디지털논리회로실험 3주차 - Decoders and Encoders

문서 내 토픽

1. Karnaugh Map

Karnaugh map은 변수들의 조합을 표시하기 위해 변수들을 table에 배치하고 가질 수 있는 값들을 주어 모든 경우의 수를 표현하되, 변수의 상태는 1비트씩 차이가 나도록 나열 해 변수들과 함수값 사이의 관계를 표현해놓은 표다. 설계한 수식을 그대로 회로로 만들기 엔 같은 계산을 반복하게 될 수도 있어 비효율적일 수 있으므로 minimize하는 과정이 필요 한데, 이때 이 카르노맵을 통해 minimize가 가능하다. 표에서 1의 값을 가지는 요소들을 짝수 개만큼 묶어서 최소한의 sum of product의 형태로 minimize를 시킬 수 있다.
2. Decoder

Decoder는 신호체계를 변환할 수 있는 회로로써, 소수의 입력을 다수의 출력으로 변환할 수 있다. 이러한 decoder는 일반적으로 n-to-2^n decoder, 즉 binary decoder가 쓰이는 데, 이름 그대로 소수의 입력인 n 비트의 신호를 다수의 출력인 2^n 비트의 신호로 변환한다. 또한 n 비트의 신호 외에 enable이란 신호는 말 그대로 이 회로를 enable 할지 정하는 신호로써 High 신호가 입력되는 경우에만 모든 출력이 High의 값을 가질 수 있게 된다. 그리고 decoder의 출력신호가 LED에 전달되도록 해 만들어낸 7-segment decoder는 decoder를 7-segment 통해 신호로 숫자를 연결된 표현하기 7-segment 위해 사용되는 회로다.
3. Encoder

Encoder는 Decoder와 마찬가지로 신호체계를 변환할 수 있는 회로지만, decoder와는 반대로 다수의 입력을 소수의 출력으로 변환할 수 있다. 이러한 encoder는 일반적으로 2^n-to-n encoder가 사용된다. 그리고 encoder의 경우 입력이 많은 특성상 동시에 여러 입력이 들어오는 경우 하나만 동작하도록 우선순위를 정해야 하는데, 이때 반드시 동작해야 하는 경우 karnaugh map에서 하던 대로 1로 표기하고 그 외에 겹치지만 우선순위가 밀리 는 것들은 X:don't care로 표기하여 우선순위를 조정하여 설계한다.
4. 7-segment Decoder

7-segment decoder는 decoder를 7-segment 통해 신호로 숫자를 연결된 표현하기 7-segment 위해 사용되는 회로다. 그리고 이러한 decoder에 diplay는 common anode와 commoncathode로 종류가 나뉘어 지는데, common anode는 common pin에 Vcc가 연결되어있 어 LED 단자에 GND가 연결될 때 다이오드를 통해 전류가 흘러 불이 들어오고, common cathode는 반대로 common pin에 GND가 연결되어있어 LED 단자에 Vcc가 연결될 때 불이 들어온다.
5. 회로 설계 및 구현

이 실험에서는 Decoder와 Encoder의 기본적인 회로를 직접 설계하고 구현하여 그 결과를 확인하였다. 특히 Karnaugh map을 이용하여 논리식을 minimize하는 과정을 거쳤으며, 7-segment decoder를 활용하여 숫자를 표시하는 회로도 설계하였다. 전반적으로 이론과 동일한 실험 결과가 나왔지만, 일부 시행착오로 인한 오차도 있었다. 이를 통해 회로 실험에서는 하나하나 꼼꼼히 실험 환경을 준비해야 한다는 것을 알 수 있었다.
6. Combinational 논리 회로의 최소화

Combinational 논리 회로의 최소화(minimization)는 실제 회로 구현에 있어 경제적인 측면에서 중요한 영향을 미친다. 최소화를 하지 않을 경우 불필요한 계산과 gate가 추가로 필요하게 되어 사용되는 트랜지스터의 개수가 늘어나게 되어 경제적인 손실이 발생한다. 따라서 능률적이고 경제적인 설계를 위해 minimization 과정이 요구된다.
7. Decoder의 메모리 연결 활용

Decoder 회로는 메모리 연결 분야에서 많이 활용된다. 디코더를 이용하면 적은 입력 수로 많은 출력 수를 커버할 수 있어 메모리 분야에서 값이 저장된 레지스터의 구분을 위한 주소부여에 많이 사용된다.
8. 2-to-4 Decoder를 이용한 3-to-8 Decoder 설계

2-to-4 decoder인 D2_4E를 두 개 연결하여 3-to-8 decoder를 설계할 수 있다. 이때 E 신호의 입력상태를 정반대로 연결하면 E 신호가 0일 때는 첫 번째 decoder가, E 신호가 1일 때는 두 번째 decoder가 작동하여 A0~A7까지의 출력값이 번갈아가며 1을 출력하게 된다.
9. 7-segment 회로의 저항 크기 결정

7-segment에 연결하는 저항은 과전류로 인한 회로 손상 방지를 위해 사용된다. 이 저항의 크기는 공급되는 5V에서 LED에 걸리는 전압을 빼주고, 이걸 LED의 허용 전류량으로 나눠주면 옴의 법칙에 의해 사용할 전압의 크기를 구할 수 있다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. Karnaugh Map

Karnaugh Map은 디지털 논리 회로 설계에서 매우 중요한 도구입니다. 이를 통해 복잡한 논리 함수를 간단하게 최소화할 수 있습니다. Karnaugh Map은 입력 변수의 수가 많아질수록 복잡해지지만, 체계적인 접근 방식을 통해 효과적으로 사용할 수 있습니다. 이 기법을 이해하고 활용하는 것은 디지털 회로 설계 능력을 향상시키는 데 매우 중요합니다.
2. Decoder

Decoder는 디지털 회로 설계에서 매우 유용한 구성 요소입니다. 입력 신호를 해석하여 출력 신호를 생성하는 역할을 합니다. 디코더는 다양한 응용 분야에서 사용되며, 특히 메모리 주소 디코딩, 7-세그먼트 디스플레이 제어, 다중화 회로 등에 활용됩니다. 디코더의 설계와 구현을 이해하는 것은 디지털 회로 설계 능력을 향상시키는 데 필수적입니다.
3. Encoder

Encoder는 디지털 회로 설계에서 중요한 구성 요소입니다. 여러 개의 입력 신호를 하나의 출력 신호로 변환하는 역할을 합니다. 인코더는 다양한 응용 분야에서 사용되며, 특히 키보드, 마우스, 조이스틱 등의 입력 장치 인터페이스, 우선순위 인코더, 데이터 압축 등에 활용됩니다. 인코더의 설계와 구현을 이해하는 것은 디지털 회로 설계 능력을 향상시키는 데 필수적입니다.
4. 7-segment Decoder

7-세그먼트 디코더는 디지털 회로 설계에서 매우 중요한 구성 요소입니다. 이를 통해 이진수 입력을 7-세그먼트 디스플레이에 표시할 수 있습니다. 7-세그먼트 디코더의 설계와 구현은 복잡할 수 있지만, 이를 이해하는 것은 디지털 회로 설계 능력을 향상시키는 데 매우 중요합니다. 7-세그먼트 디코더는 다양한 응용 분야에서 사용되며, 특히 디지털 시계, 계측기, 전자 기기 등에 활용됩니다.
5. 회로 설계 및 구현

회로 설계 및 구현은 디지털 회로 설계의 핵심 부분입니다. 이를 통해 논리 회로를 실제 하드웨어로 구현할 수 있습니다. 회로 설계 및 구현 과정에서는 다양한 고려 사항이 있습니다. 예를 들어 회로의 크기, 속도, 전력 소비, 비용 등을 최적화해야 합니다. 또한 실제 구현 시 발생할 수 있는 문제들을 해결할 수 있어야 합니다. 회로 설계 및 구현 능력은 디지털 회로 설계 분야에서 매우 중요한 기술입니다.
6. Combinational 논리 회로의 최소화

Combinational 논리 회로의 최소화는 디지털 회로 설계에서 매우 중요한 기술입니다. 이를 통해 회로의 복잡도를 줄이고, 크기, 속도, 전력 소비 등을 최적화할 수 있습니다. Karnaugh Map, Quine-McCluskey 알고리즘 등의 기법을 활용하여 논리 함수를 최소화할 수 있습니다. 이러한 기술을 이해하고 활용하는 것은 효율적인 디지털 회로 설계를 위해 필수적입니다.
7. Decoder의 메모리 연결 활용

Decoder의 메모리 연결 활용은 디지털 회로 설계에서 매우 중요한 기술입니다. Decoder는 메모리 주소 디코딩에 사용되며, 이를 통해 메모리 셀에 효과적으로 접근할 수 있습니다. 또한 Decoder는 다양한 응용 분야에서 활용되며, 이를 이해하는 것은 디지털 회로 설계 능력을 향상시키는 데 필수적입니다. 메모리 연결 활용 기술을 익히면 보다 효율적이고 복잡한 디지털 회로를 설계할 수 있습니다.
8. 2-to-4 Decoder를 이용한 3-to-8 Decoder 설계

2-to-4 Decoder를 이용한 3-to-8 Decoder 설계는 디지털 회로 설계에서 매우 유용한 기술입니다. 이를 통해 입력 변수의 수가 증가하더라도 기존의 Decoder 회로를 활용하여 새로운 Decoder를 구현할 수 있습니다. 이러한 방식은 회로의 복잡도를 줄이고, 설계 시간을 단축할 수 있습니다. 이 기술을 이해하고 활용하는 것은 효율적인 디지털 회로 설계를 위해 매우 중요합니다.
9. 7-segment 회로의 저항 크기 결정

7-세그먼트 회로의 저항 크기 결정은 디지털 회로 설계에서 중요한 부분입니다. 적절한 저항 크기를 선택하면 7-세그먼트 디스플레이의 밝기와 전류 소비를 최적화할 수 있습니다. 이를 위해서는 7-세그먼트 디스플레이의 특성, 구동 전압, 전류 제한 등을 고려해야 합니다. 저항 크기 결정 기술을 이해하고 적용하는 것은 효율적인 7-세그먼트 회로 설계를 위해 필수적입니다.