[A+] 중앙대학교 아날로그 및 디지털 회로 설계실습 예비보고서 12. Stopwatch 설계

문서 내 토픽

1. 클럭 생성 회로 및 카운터 회로 테스트

Function generator를 이용하여 실습서와 동일하게 Frequency는 1 [Hz], Amplitude는 0 ~ 5 [V]의 square wave의 clock 신호를 만든다. 이후 Decoder와 7-segment 사이에 330 [Ω]의 저항을 달아 과전류를 방지하고, decoder의 출력 방식과 7-segment LED의 type 간의 매칭을 유의하며 점퍼선을 연결한다. 74HC192라는 BCD 카운터를 사용하였고, Count up mode로 동작시키기 위해 [그림 1]을 참고하면 MR은 Low 를, CPu에는 clock을, CPd에는 High 신호를 인가한다.
2. 2자리 숫자 표시 및 최대 숫자 제어

앞서 제작한 회로를 이용해서 2자리 (00 ~ 99)숫자 표시 카운터를 제작한다. 이론서 95p를 보면 TCU와 TCD는 Carry/Borrow 신호로, 74HC192/193을 cascade로 연결할 경우 다음 단의 74HC192/193칩의 clock으로 사용하면 된다.
3. 3자리 숫자 표시(시간표현) 카운터 설계

앞서 2자리 숫자 표시 카운터를 제작한 것과 동일한 방식으로 3자리 숫자 표시 카운터를 제작한다. 하지만, 실습서에서 설계 조건으로 두 번째 자리 카운터의 Reset을 조작하여 60이 최대치가 되게 조작하라고 하였다. 두 번째 10진 카운터가 0110 즉, 6이 되었을 때 AND gate를 이용해서 MR에 연결하여 Reset 신호가 High가 되도록 설계하였으며 이 신호가 다음 74HC192/193의 CPu로 들어가 LOW-to-HIGH 신호가 인가되도록 하였다.
4. Stop/Restart 기능 추가

[그림 1]의 74HC192 진리표를 보면, MR은 Low, PL, CPu, CPd가 High일 때 No Change Mode가 되므로 Count up인 상황에서 CPu에만 High를 인가하면 된다. Switch를 이용하여 NAND gate에 clk와 GND를 연결하고 output을 CPu에 인가하면 stop이 되고, NAND gate에 clk와 HIGH를 연결하고 output을 CPu에 인가하면 restart가 된다.
5. Reset 기능 추가

MR 핀은 Asynchronous Reset으로, [그림 1]에서 High 신호가 들어올 경우 출력이 모두 0으로 reset되는 것을 이용하여 OR gate와 switch를 연결한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 클럭 생성 회로 및 카운터 회로 테스트

클럭 생성 회로와 카운터 회로는 디지털 시스템에서 매우 중요한 역할을 합니다. 클럭 생성 회로는 시스템의 동기화를 위해 필수적이며, 카운터 회로는 시간 측정, 이벤트 계수 등 다양한 기능을 수행합니다. 이러한 회로들의 정확한 동작을 검증하는 것은 시스템의 안정성과 신뢰성을 확보하는 데 매우 중요합니다. 회로 설계 시 클럭 신호의 타이밍, 카운터의 동작 특성 등을 면밀히 분석하고 테스트해야 합니다. 또한 회로의 동작 범위, 오차 허용 범위 등을 고려하여 적절한 설계 및 구현이 이루어져야 합니다.
2. 2자리 숫자 표시 및 최대 숫자 제어

2자리 숫자 표시 및 최대 숫자 제어는 디지털 시스템에서 매우 일반적인 기능입니다. 이를 구현하기 위해서는 적절한 디스플레이 장치와 함께 숫자 표시 및 최대값 제어 로직이 필요합니다. 디스플레이 장치로는 7세그먼트 LED, LCD 등이 널리 사용되며, 숫자 표시 및 최대값 제어를 위해서는 카운터 회로와 비교기 회로 등이 활용될 수 있습니다. 이 과정에서 숫자 표시의 정확성, 최대값 제어의 안정성, 그리고 전체 시스템의 효율성 등을 고려해야 합니다. 또한 사용자 편의성과 시각적 명확성도 중요한 설계 요소가 될 수 있습니다.
3. 3자리 숫자 표시(시간표현) 카운터 설계

3자리 숫자 표시 카운터는 시간 표현, 측정 등의 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있습니다. 이를 구현하기 위해서는 3자리 숫자 표시를 위한 디스플레이 장치와 함께 시간 단위 변환, 최대값 제어 등의 로직이 필요합니다. 예를 들어, 시간 표현을 위해서는 시, 분, 초 단위의 카운터가 필요하며, 이를 적절히 조합하여 3자리 숫자로 표시할 수 있습니다. 또한 최대값 제어를 통해 시간 표현의 범위를 제한할 수 있습니다. 이 과정에서 디스플레이 장치의 선택, 카운터 회로의 설계, 시간 단위 변환 로직 등을 종합적으로 고려해야 합니다. 사용자 편의성과 시스템 안정성도 중요한 설계 요소가 될 수 있습니다.
4. Stop/Restart 기능 추가

Stop/Restart 기능은 시간 측정, 이벤트 계수 등의 응용 분야에서 매우 유용한 기능입니다. 이를 구현하기 위해서는 카운터 회로에 대한 제어 로직이 필요합니다. 예를 들어, Stop 기능을 위해서는 카운터의 동작을 일시 중지시키고, Restart 기능을 위해서는 중지된 상태에서 다시 동작을 시작할 수 있도록 해야 합니다. 이 과정에서 사용자 입력 처리, 카운터 상태 관리, 타이밍 제어 등의 요소를 고려해야 합니다. 또한 Stop/Restart 기능이 다른 시스템 기능과 원활하게 연동될 수 있도록 설계해야 합니다. 사용자 편의성과 시스템 안정성이 중요한 설계 요소가 될 수 있습니다.
5. Reset 기능 추가

Reset 기능은 시간 측정, 이벤트 계수 등의 응용 분야에서 매우 유용한 기능입니다. 이를 구현하기 위해서는 카운터 회로에 대한 제어 로직이 필요합니다. 예를 들어, Reset 기능을 통해 카운터의 값을 초기 상태로 되돌릴 수 있습니다. 이 과정에서 사용자 입력 처리, 카운터 상태 관리, 타이밍 제어 등의 요소를 고려해야 합니다. 또한 Reset 기능이 다른 시스템 기능과 원활하게 연동될 수 있도록 설계해야 합니다. 사용자 편의성과 시스템 안정성이 중요한 설계 요소가 될 수 있습니다. 특히 Reset 기능은 시스템 오류 발생 시 신속한 복구를 가능하게 하므로, 시스템 신뢰성 향상에 기여할 수 있습니다.

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