홍익대 디지털논리실험및설계 4주차 예비보고서 A+

문서 내 토픽

1. 멀티플렉서와 부호기(encoder)의 차이

멀티플렉서는 n개의 입력값을 받고 그 중 하나의 값만 선택하여 출력하는 단자이다. 부호기는 이진수를 사람이 읽을 수 있는 형태의 문자로 해석해주는 단자로, 2^n개의 입력값을 받고 n개의 출력값 중 하나에만 유의미한 숫자를 출력한다. 멀티플렉서는 데이터 선택기 라고도 불리며 선택된 입력값을 그대로 출력하지만, 부호기는 입력값을 이진수로 부호화하여 출력한다는 차이가 있다.
2. 4-to-1 Multiplexer 74153, 2-to-1 Multiplexer 74157, 1-of-4 Decoder 74139, 3-INPUT AND 게이트 7411의 datasheet 확인

4-to-1 Multiplexer 74153은 8번핀에 Ground, 16번 핀에 VCC를 결선해야하며, 4-to-1 Multiplexer가 a, b 두 개 들어있다. 2-to-1 Multiplexer 74157도 16번 핀과 8번핀에 Vcc와 GND, 15번 핀에 Enable을 결선하며, 총 4개의 2-to-1 Multiplexer가 들어있다. 1-of-4 Decoder 74139도 Vcc와 GND를 결선해야하며, 1-of-4 Decoder가 2개 들어있다.
3. 4-to-1 Multiplexer 74153의 EN 단자 설명

멀티플렉서의 스위치와 비슷한 존재로, 이 단자를 ON 해야 Multiplexer가 작동한다. EN은 Active-LOW이기 때문에 0일 때 멀티플렉서가 작동하여 입력받은 값들 중 선택된 값을 출력한다. 반대로, EN에 1을 입력하면 멀티플렉서가 작동하지 않아 S1, S0에 어떤 값을 입력하더라도 출력값은 무의미한 숫자인 0이 된다.
4. 1-of-4 Decoder 74139의 Decoder와 Demultiplexer 기능

Demultiplexer는 Output 단자를 선택하는 단자이다. 그리고 1-of-3 Decoder는 입력이 두 개이며, 2진수의 의미를 가지는 입력을 십진수로 바꾸어 0~3중 하나의 출력으로 내보내는 소자이다. 따라서 1-of-4 Decoder 74139는 Demultiplexer와 같은 기능을 수 있다.
5. 응용 실험 (1)의 8-to-1 멀티플렉서 동작 원리

4-to-1 멀티플렉서 74153과 2-to-1 멀티플렉서 74157으로 구성된 회로이다. 8-to-1 멀티플렉서는 8개의 입력 중에서 원하는 하나의 값만 Y를 통해 출력할 수 있는 단자이다. 입력값이 8개이므로 이진수로 표현하기 위해서 3개의 비트가 필요하다. 따라서 S0, S1, S2로 모두 표현할 수 있다. 74157 단자의 네 개의 2-to-1 멀티플렉서 중 하나만 사용하며, S가 1을 입력받으면 Z는 무조건 I1을 출력하고, S가 0을 입력받으면 I0를 출력한다. 따라서 두 개의 4-to-1 멀티플렉서에서 S0, S1을 이용하여 각각 원하는 값을 Y1, Y2로 출력한 후, S2를 이용해 최종적으로 Y에 선택된 값을 출력할 수 있다.
6. 응용 실험 (2)의 4-to-1 멀티플렉서 동작 원리

4-to-1 멀티플레서는 input 단자를 선택하는 것으로, S0과 S1을 이용하여 D0, D1, D2, D3중 하나를 선택하여 Y로 출력한다. 다음의 진리표를 따른다: S0S1Y00I010I101I211I3
7. 기본실험 (1)의 예상 결과

Enable은 Active-LOW 이므로 1일때에는 멀티플렉서가 작동하지 않아 Y에 0이 출력된다. Enable이 0일 때에는 멀티플렉서가 제대로 작동되므로 (S0, S1)가 (0,0) (0,1) (1,0) (1,1) 일 때에 차례로 D0, D1, D2, D3을 출력한다.
8. 기본실험 (2)의 예상 결과

EN을 input처럼 사용하고 A,B를 이용하여 출력 단자를 선택한다. EN은 멀티플렉서의 스위치와 비슷하게 작동하므로 Active-LOW인 EN에 1을 입력하면 작동하지 않아 Y0, Y1, Y2, Y3가 모두 1을 출력한다.
9. 응용실험 (1)의 예상 결과

멀티플렉서는 입력받은 단자들 중 하나를 선택하는 역할을 한다. 입력값은 I0~I7 으로 총 8개이므로 이진수로 암호화하면 3개의 비트가 필요하다. 따라서 S0, S1, S2로 모두 표현할 수 있다. 2-to-1 멀티플렉서 74157의 구조를 보면 S2가 0일 때엔 I0, 1일 때엔 I1을 출력한다. 따라서 S0, S1을 이용해 4-to-1 멀티플렉서에서 입력 단자들 중 하나씩 선택한 뒤 이를 입력받은 2-to-1 멀티플렉서에서 최종 선택을 하면 된다.
10. 응용실험 (2)의 예상 결과

기본실험(1)의 4-to-1 Multiplexer과 동일한 진리표가 나오게 된다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 멀티플렉서와 부호기(encoder)의 차이

멀티플렉서와 부호기(encoder)는 모두 디지털 회로에서 중요한 역할을 하지만, 그 기능과 동작 원리에는 차이가 있습니다. 멀티플렉서는 여러 개의 입력 신호 중 하나를 선택하여 출력으로 전달하는 회로입니다. 반면, 부호기(encoder)는 여러 개의 입력 신호 중 하나를 선택하여 이진 코드로 변환하는 회로입니다. 멀티플렉서는 데이터 선택을 위해 사용되며, 부호기는 데이터 변환을 위해 사용됩니다. 이러한 차이로 인해 두 회로는 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있습니다.
2. 4-to-1 Multiplexer 74153, 2-to-1 Multiplexer 74157, 1-of-4 Decoder 74139, 3-INPUT AND 게이트 7411의 datasheet 확인

이 주제는 다양한 디지털 IC 소자의 datasheet를 확인하는 것입니다. datasheet에는 각 소자의 기능, 동작 원리, 핀 배열, 전기적 특성 등 중요한 정보가 포함되어 있습니다. 이를 통해 소자의 특성을 이해하고 적절한 활용 방법을 파악할 수 있습니다. 특히 멀티플렉서와 디코더는 디지털 회로 설계에서 자주 사용되는 핵심 소자이므로, 이들의 datasheet를 면밀히 검토하는 것이 중요합니다. 또한 AND 게이트와 같은 기본 논리 게이트의 특성도 함께 확인하면 디지털 회로 설계 능력을 향상시킬 수 있습니다.
3. 4-to-1 Multiplexer 74153의 EN 단자 설명

4-to-1 Multiplexer 74153의 EN(Enable) 단자는 멀티플렉서의 동작을 제어하는 중요한 단자입니다. EN 단자가 활성화되면 멀티플렉서가 정상적으로 동작하여 선택된 입력 신호가 출력으로 전달됩니다. 반면 EN 단자가 비활성화되면 멀티플렉서의 동작이 중지되고 출력이 고impedance 상태가 됩니다. 이를 통해 멀티플렉서의 동작을 선택적으로 제어할 수 있습니다. EN 단자의 활용은 디지털 회로 설계에서 매우 중요한데, 예를 들어 여러 개의 멀티플렉서를 병렬로 연결할 때 EN 단자를 이용하여 각 멀티플렉서의 동작을 독립적으로 제어할 수 있습니다.
4. 1-of-4 Decoder 74139의 Decoder와 Demultiplexer 기능

1-of-4 Decoder 74139는 디코더와 디멀티플렉서의 기능을 모두 수행할 수 있는 IC입니다. 디코더 기능은 이진 입력 신호를 4개의 출력 중 하나만 활성화되도록 변환하는 것입니다. 이를 통해 특정 출력을 선택할 수 있습니다. 한편 디멀티플렉서 기능은 단일 입력 신호를 4개의 출력 중 하나로 전달하는 것입니다. 즉, 디코더와 디멀티플렉서는 입력과 출력의 관계가 반대이지만, 동일한 회로 구조를 사용합니다. 74139 IC는 이러한 두 가지 기능을 모두 제공하여 다양한 디지털 회로 설계에 활용될 수 있습니다.
5. 응용 실험 (1)의 8-to-1 멀티플렉서 동작 원리

응용 실험 (1)에서는 8-to-1 멀티플렉서의 동작 원리를 다룹니다. 8-to-1 멀티플렉서는 8개의 입력 신호 중 하나를 선택하여 출력으로 전달하는 회로입니다. 이를 위해 3개의 선택 신호(S0, S1, S2)를 사용하여 8개의 입력 중 하나를 선택합니다. 멀티플렉서의 동작 원리는 다음과 같습니다. 선택 신호에 따라 내부 스위치가 제어되어 특정 입력 신호가 출력으로 전달됩니다. 예를 들어 S0=0, S1=0, S2=0이면 입력 0이 선택되어 출력으로 나타나게 됩니다. 이러한 방식으로 8개의 입력 중 하나를 선택할 수 있습니다.
6. 응용 실험 (2)의 4-to-1 멀티플렉서 동작 원리

응용 실험 (2)에서는 4-to-1 멀티플렉서의 동작 원리를 다룹니다. 4-to-1 멀티플렉서는 4개의 입력 신호 중 하나를 선택하여 출력으로 전달하는 회로입니다. 이를 위해 2개의 선택 신호(S0, S1)를 사용하여 4개의 입력 중 하나를 선택합니다. 멀티플렉서의 동작 원리는 다음과 같습니다. 선택 신호에 따라 내부 스위치가 제어되어 특정 입력 신호가 출력으로 전달됩니다. 예를 들어 S0=0, S1=0이면 입력 0이 선택되어 출력으로 나타나게 됩니다. 이러한 방식으로 4개의 입력 중 하나를 선택할 수 있습니다.
7. 기본실험 (1)의 예상 결과

기본실험 (1)에서는 4-to-1 멀티플렉서의 동작을 확인하는 실험을 수행합니다. 이 실험에서는 4개의 입력 신호(A, B, C, D)와 2개의 선택 신호(S0, S1)를 사용합니다. 선택 신호 S0, S1의 조합에 따라 4개의 입력 중 하나가 출력으로 전달될 것으로 예상됩니다. 예를 들어 S0=0, S1=0이면 입력 A가 출력으로 나타나고, S0=1, S1=1이면 입력 D가 출력으로 나타날 것입니다. 이를 통해 4-to-1 멀티플렉서의 기본적인 동작 원리를 확인할 수 있을 것으로 기대됩니다.
8. 기본실험 (2)의 예상 결과

기본실험 (2)에서는 1-of-4 디코더의 동작을 확인하는 실험을 수행합니다. 이 실험에서는 2개의 입력 신호(A, B)와 4개의 출력(Y0, Y1, Y2, Y3)을 사용합니다. 입력 신호 A, B의 조합에 따라 4개의 출력 중 하나만 활성화될 것으로 예상됩니다. 예를 들어 A=0, B=0이면 출력 Y0만 활성화되고, A=1, B=1이면 출력 Y3만 활성화될 것입니다. 이를 통해 1-of-4 디코더의 기본적인 동작 원리를 확인할 수 있을 것으로 기대됩니다.
9. 응용실험 (1)의 예상 결과

응용실험 (1)에서는 8-to-1 멀티플렉서의 동작을 확인하는 실험을 수행합니다. 이 실험에서는 8개의 입력 신호(A, B, C, D, E, F, G, H)와 3개의 선택 신호(S0, S1, S2)를 사용합니다. 선택 신호 S0, S1, S2의 조합에 따라 8개의 입력 중 하나가 출력으로 전달될 것으로 예상됩니다. 예를 들어 S0=0, S1=0, S2=0이면 입력 A가 출력으로 나타나고, S0=1, S1=1, S2=1이면 입력 H가 출력으로 나타날 것입니다. 이를 통해 8-to-1 멀티플렉서의 동작 원리를 확인할 수 있을 것으로 기대됩니다.
10. 응용실험 (2)의 예상 결과

응용실험 (2)에서는 4-to-1 멀티플렉서를 활용하여 8개의 입력 신호 중 하나를 선택하는 회로를 구현하는 실험을 수행합니다. 이 실험에서는 8개의 입력 신호(A, B, C, D, E, F, G, H)와 2개의 선택 신호(S0, S1)를 사용합니다. 선택 신호 S0, S1의 조합에 따라 4-to-1 멀티플렉서가 8개의 입력 중 하나를 선택하여 출력으로 전달할 것으로 예상됩니다. 예를 들어 S0=0, S1=0이면 입력 A가 출력으로 나타나고, S0=1, S1=1이면 입력 H가 출력으로 나타날 것입니다. 이를 통해 4-to-1 멀티플렉서를 활용한 8-to-1 멀티플렉서 구현 방법을 확인할 수 있을 것으로 기대됩니다.

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2023.03.21· 5페이지