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전자회로실험 시프트레지스터 카운터 실험 레포트

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최초등록일 2025.04.19 최종저작일 2022.01
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전자회로실험 시프트레지스터 카운터 실험 레포트
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    • 🔬 전자회로 및 FPGA 설계에 대한 심층적인 기술 이해 제공
    • 💻 베릴로그(Verilog) 프로그래밍 언어의 상세한 문법과 특징 설명
    • 🧩 시프트 레지스터와 카운터의 실무적 구현 방법 상세 해설

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    목차

    1. 실험 제목
    2. 실험 주차에 해당하는 이론 및 회로
    3. Vivado

    본문내용

    1. 실험 제목
    시프트 레지스터 카운터
    - 시프트 레지스터 카운터의 순환 검사
    - 오실로스코프를 이용한 두 종류의 시프트 레지스터 카운터에 대한 타이밍 다이어그램 작성

    2. 실험 주차에 해당하는 이론 및 회로
    - FPGA 보드
    FPGA 보드는 범용 반도체(ASSP)와 주문형 반도체(ASIC)의 중간 정도에 위치한 성격을 가지는 logic반도체이다. 주문자들이 직접 설계할 수 있는 형태로 만들어져 있다. 프로그래밍을 위한 소프 트웨어를 제공하여, 소비자들이 추후 소프트웨어를 통해 용도에 맞게 활용할 수 있도록 만들어져 있다. 장점으로는 간편하게 설계한 로직을 반복적으로 이식 할 수 있고, 업데이트가 가능하다는 점이 있다. 단점으로는 고비용, 사이즈문제가 있다.

    - 베릴로그(Verilog)
    IEEE 1364로 표준화된 베릴로그(Verilog)는 전자 회로 및 시스템에 사용되는 하드웨어 기술 언어로, 회로 설계, 검증, 구현 등 여러 용도로 사용할 수 있다.
    C 언어와 비슷한 문법을 가져서 사용자들이 쉽게 접근할 수 있도록 만들어졌다. ‘if’나 ‘while’과 같 은 제어 구조도 동일하며, 출력 루틴 및 연산자들도 거의 비슷하다. 다만 C 언어와 달리, 블록의 시작과 끝을 중괄호 기호를 사용하지 않고, 대신에 Begin과 End를 사용하여 구분하고, HDL의 특 징인 시간에 대한 개념이 포함되었다는 것 등의 일반적인 프로그램과의 다른 점도 존재한다.

    - "<="는 일반적인 언어와는 다른 기능을 수행한다. 이것은 ‘논블로킹’(non-blocking)으로 불리며, 클럭(clock)이 발생할 때, 병렬로 동시에 실행된다는 것을 의미한다. 따라서 ‘클록 주기’(clock cycle) 마다 동시에 서로 바뀌게 될 것이다.
    즉, 대입식의 오른쪽 모두 처리 후 왼쪽에 대입하는 것이다. (기술순서에 영향X), clock cycle 끝 단 에서 assignment

    참고자료

    · 베릴로그 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전 (wikipedia.org)
    · https://www.youtube.com/watch?v=Xi8P8s7FQns
    · https://terms.naver.com/entry.naver?docId=589893&cid=42340&categoryId=42340
    · https://blog.naver.com/makeflood/222542698347
    · https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1613884&cid=50324&categoryId=50324
    · https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%8B%9C%ED%94%84%ED%8A%B8_%EB%A0%88%EC%A7%80%EC%8A%A4%ED%84%B0
    · http://esslab.hanyang.ac.kr/uploads/security_circuit_design/lecture_note/8046f8d687beab9b5bc99594ff3be505/%5BSecu-2%5D%20Verilog%20%EA%B8%B0%EC%B4%88%EB%AC%B8%EB%B2%95.pdf
  • AI와 토픽 톺아보기

    • 1. 시프트 레지스터(Shift Register)
      시프트 레지스터는 디지털 회로의 기본적이면서도 매우 중요한 구성 요소입니다. 데이터를 순차적으로 이동시키는 능력은 직렬-병렬 변환, 데이터 지연, 그리고 다양한 신호 처리 응용에서 필수적입니다. 특히 SISO, SIPO, PISO, PIPO 등 다양한 구성 방식이 있어 유연한 설계가 가능합니다. 클록 신호에 동기화되어 동작하므로 타이밍 제어가 정확하며, 하드웨어 구현이 간단하면서도 효율적입니다. 현대의 고속 데이터 통신, 암호화, 이미지 처리 등 많은 분야에서 여전히 광범위하게 활용되고 있으며, 그 단순성과 신뢰성으로 인해 앞으로도 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.
    • 2. 링 카운터(Ring Counter)
      링 카운터는 시프트 레지스터의 출력을 입력으로 피드백하는 구조로, 매우 우아하고 효율적인 카운팅 메커니즘입니다. 한 번에 하나의 비트만 활성화되는 특성으로 인해 디코딩이 필요 없고, 상태 해석이 직관적입니다. 특히 순차적 제어, 타이밍 신호 생성, 멀티플렉싱 등에서 탁월한 성능을 발휘합니다. 다만 n비트 링 카운터는 n개의 상태만 가지므로 카운팅 범위가 제한적이며, 초기화 상태 설정이 중요합니다. 전력 소비 측면에서도 효율적이고 구현이 간단하여, 마이크로컨트롤러나 FPGA 기반 설계에서 여전히 유용하게 활용되고 있습니다.
    • 3. 존슨 카운터(Johnson Counter)
      존슨 카운터는 링 카운터의 변형으로, 출력의 반전된 신호를 피드백하는 구조입니다. 이는 n비트 존슨 카운터가 2n개의 상태를 가질 수 있다는 장점을 제공하여 카운팅 범위를 두 배로 확장합니다. 링 카운터보다 더 많은 상태를 표현할 수 있으면서도 여전히 간단한 디코딩 로직을 유지합니다. 특히 위상 시프트 신호 생성, 순차 제어, 그리고 다양한 타이밍 응용에서 매우 유용합니다. 초기화 조건에 대한 의존성이 있지만, 적절한 설계로 극복 가능합니다. 현대 디지털 시스템에서 효율적인 상태 머신 구현의 좋은 선택지이며, 특히 FPGA 설계에서 자주 활용됩니다.
    • 4. 베릴로그(Verilog) 하드웨어 기술 언어
      베릴로그는 하드웨어 설계의 표준 언어로서 산업에서 광범위하게 인정받고 있습니다. C 언어와 유사한 문법으로 진입 장벽이 낮으면서도, 병렬 처리와 시간 개념을 자연스럽게 표현할 수 있어 하드웨어 설계에 매우 적합합니다. 시뮬레이션과 합성 모두에 사용 가능하여 설계 검증과 구현이 효율적입니다. FPGA와 ASIC 설계에서 필수적이며, 다양한 EDA 도구들이 베릴로그를 지원합니다. 다만 초보자에게는 동시성 개념과 타이밍 문제 이해가 도전적일 수 있습니다. SystemVerilog의 등장으로 더욱 강력해졌으며, 현대 하드웨어 엔지니어에게 필수 기술로 남아있습니다.
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      실험 주차에 해당하는 이론 및 회로에 대한 내용을 체계적으로 정리하여 제공하고 있으며, 다양한 참고 자료를 통해 주요 개념들을 심도 있게 다루고 있다.
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