[아날로그 및 디지털회로 설계실습] 예비 08.논리함수와 게이트

소개글

[아날로그 및 디지털회로 설계실습] 예비 08.논리함수와 게이트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 목적

2. 준비물

3. 설계실습 계획서

4. 실험에 필요한 이론과 측정 예상 값

5. 결론

본문내용

관찰하여 위상 차이를 찾는다. 만약 1단의 게이트만으로 알아내기 힘든 정도의 차이라면 여러 단으로 게이트 단을 구성하여 시간 차이를 구한 다음, 게이트단의 숫자만큼 나누어준다면 AND와 OR 게이트의 입출력의 시간 딜레이를 효과적으로 측정할 수 있다.
(3) Vcc를 5V(논리값 1)에서 0V(논리값 0)로 단계적으로 변화시켜서 NAND 게이트가 동작하는 최소 정격 전압을 구하는 설계 방법을 생각하고, 그 단계적 방법을 구체적으로 서술하라.
NAND 게이트 한 단에 입력모두에 5V의 입력을 넣고, 그 중에서 하나를 선택하여 서서히 0V로 접근시키며 출력의 변화를 지켜본다. 만약 출력에서 0V가 아닌 5V가 나오는 순간이 더 이상 NAND가 low로 인식하지 않는 기준전압이 된다. 하나에서 얻어진 값이 아닌 여러 NAND 게이트를 반복하여 실험하여 가장 높은 기준전압을 얻어낸다.
(4) 게이트를 사용하여 만든 2X4 디코더의 기능에 대해 설명하고 그 정의에 따라 진리표를 만들고, 2X4 회로도를 설계하라.
디코더(decoder)란 n비트의 2진 코드(code) 값을 입력으로 받아들여 최대 2n개의 서로 다른 정보로 바꿔 주는 조합 논리 회로를 말한다. 일반적으로 디코더는 n개의 입력선과 최대 2n개의 출력선을 가지며, 입력 에 의해 선택된 하나의 출력선이 나머지 출력선들과 반대되는 값을 갖는다.
아래에 입력선이 n=2개, 출력선이 2n=4개인 2-to-4 디코더를 나타내었다. 예를 하나 들어보면, AB 입력 값이 01일 경우에는 출력선 D1만이 1이고 나머지 출력선 D0, D2, D3은 모두 0이 됨을 알 수 있다. 나머지 입력값의 조합에 대해서도 한 출력선이 나머지 출력선들과 다른 값을 가짐을 확인할 수 있다.
2×4 Decoder를 구성할 수 있는 게이트 회로는 그 활용에 따라 수도 없이 많을 수도 있겠지만 여기서는 개인적으로 제일 간단하다고 여겨지는 Invertor와 NOR gate를 이용한 회로를 만들어 보았다.
Input
Output
xa
xb
y0
y1
y2
y3
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
1
4. 실험에 필요한 이론
(1) 실험에 사용할 소자들의 Data Sheet
(2) 논리연산게이트
디지털 컴퓨터는 각 부품의 전기, 자기 특성상, 2개의 상태만을 표현하는 방법으로 2진수를 사용한다. 실제로 디지털 컴퓨터는 2가지의 상태를 갖게 하고 0 또는 1로 표현되는 2진 정보에 대한 AND, OR 등의 논리 연산을 수행함으로써 이 두 가지 이상이 값을 다룰 수 있도록 하는 것보다 회로를 구현하기 쉽고, 신호의 송수신이 오류를 줄일 수 있어, 더욱더 안정된 시스템을 구성할 수 있다. 기본게이트(gate)에는 모든 입력이 1일 때 출력이 1이 되는 AND 게이트, 1개의 입력이라도 1이면 출력이 1이 되는 OR 게이트, 입력과 반대의 출력이 나오는 NOT 게이트들이 있다. 한가지 종의 게이트만으로 기본게이트들을 구성할 수 있는 게이트를 만능 게이트 (Universal Gate)라고 하고 NAND와 NOR 게이트가 있다.
홀수개의 1이 입력될 때 출력이 1이 되는 게이트를 XOR 라고 하고, 짝수개의 0이 입력될 때 출력이 1이 되는 게이트를 XNOR라 한다. 그 외에 논리값은 변하지 않으나 전류값만 증폭되는 버퍼(Buffer)가 있다.
① AND 게이트
Input
Output
A
B
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
② OR 게이트
Input
Output
A
B
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
③ NOT 게이트
Input
Output
1
0
0
1
④ NAND 게이트
Input
Output
A
B
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
⑤ NOR 게이트
Input
Output
A
B
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
⑥ XOR 게이트
Input
Output
A
B
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
5. 결론
이번 설계실습 계획서를 통하여 AND, OR, NOT 게이트를 사용하여 NAND, NOR, XOR, NXOR 게이트의 기능을 갖는 회로를 설계해보고 그 동작을 확인해 볼 수 있었다. 또한 AND 게이트와 OR게이트 각각의 입출력 시간 딜레이를 구하는 방법과 NAND 게이트가 동작하는 최소 정격 전압을 구하는 방법을 생각해 보았다. 마지막으로 앞에서 알아본 논리 소자들을 사용하여 2×4 디코더를 설계해봄으로써 조합 논리 회로를 구성하는 방법을 배울 수 있었다.

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