[전자공학실험] Shift Register & Division Circuit 실험

목차

1. Title

2. Name

3. Abstract

4. Background
(1) Shift register
(2) Divider

5. Simulation

6.Experimental Results

7. Analysis

8.Conclusion

9. Reference

본문내용

이 중요하다고 판단하여 실험 2에서 사용하였던 Board를 하나 더 추가하여 74LS164와 연결하였다.
Quartus에서 Simulation한 결과를 보면 Serial Input A와 Serial Input B의 입력이 같은 경우에 Serial Input이 1로, 다른 경우에 0으로 들어가는 것을 확인할 수 있다. 즉, 구현한 Board에서는 Switch 2개를 설정하여 각각 Serial Input A, Serial Input B로 지정한뒤, A를 이용하여 Shift되는 신호를 입력하였다.
사용한 Clock은 실험 2와 같이 주기 3초의 사각파를 입력하였다. 처음 Serial Input을 입력하기 위해 Switch를 누른 시간을 t라고 하고 이후에는 74LS164에 의해 신호가 Shift 동작이 되는 것을 확인 할 수 있었다. 다음은 실험 3을 DE2 Board에 구현하여 동작을 확인한 사진을 첨부한다. 8 개 bit의 초기값은 모두 0이며, Clock의 상승 edge에서 shift될 때마다 사진을 촬영하였다. 사진에서는 Serial Input Switch중 하나가 지면상 나타지 않았으나 하나의 Serial Input Switch는 눌리지 않은 상태로, 1의 값을 지녔다. 두 Serial Input이 같은지 다른지 여부에 따라 shift할 값이 결정되기 때문에 하나의 Serial Input만으로 실험이 가능했다. 8개의 LED가 모두 발광된 뒤에는 Serial Input Switch 하나를 눌러 Serial Input의 값이 서로 다르도록 입력하여 하나의 LED를 꺼지게 하고 이를 Shift하였다. 따라서 꺼진 LED가 이동하는 것처럼 보이며 마지막으로 하나의 간격을 둔 신호를 Shift 시켰다. 실험 결과는 다음과 같다.
7. Analysis
실험 1은 Counter를 이용하여 분주기를 제작하는 실험이다. 74LS161이 16진 Counter이고, Load할 수 있다는 것을 이용하여 10진 Counter를 만들어 10분주기를, 그리고 여기서 나오는 신호를 다음 Counter의 Clock으로 사용하여 Counter에 입력하여 100분주기를 제작하는 실험이다. 그동안 실험에서는 Oscilloscope를 잘 이용하지 않았지만 이번 실험은 기기를 통하여 직접 출력되는 신호를 측정하는 것이 정확하고 빠른 실험을 할 수 있을 것이라고 판단하였다. 2 개의 Prove를 이용하여 한 화면에 파형을 측정하는 것도 좋은 방법이겠지만 실험을 끝낸 뒤에 생각한 탓에 측정한 사진도 따로 올렸다.
특히 DE2 Board를 이용한 회로 구성은 100분주기를 7-Segment를 통해 구현 하였고 분량이 많아 100분주를 하는 것은 Reference에 첨부하였다.
실험 2는 D Flip-Flop을 이용한 4bit Shift Register 회로를 제작하여 확인하는 실험이다. 그 동안의 실험은 순차회로가 아니거나 단순히 7-Segment의 출력을 측정하는 것으로서 4 개의 출력 혹은 7개의 출력을 한꺼번에 측정해야 할 필요성을 느끼지 못했다. 하지만 이번 실험은 단순히 출력이 0, 1인지가 중요한 것이 아니라 전체적으로 신호가 전달되고 있는가를 확인 해야하는 실험이었다. 따라서 출력의 값을 멀티미터로 측정하는 것은 무의미했으며 실험 여건상 Oscilloscope를 이용하려면 나누어 측정하여야 하기 때문에 역시 실험의 취지에 벗어나게 된다. 따라서 미리 준비해둔 Board의 LED와 Swich를 이용하여 회로를 구성하였으며, LED가 발광한다는 것은 TTL (Transistor Tran- sist or Logig) Level에서의 1, 즉 5v를 의미한다. 따라서 보다 실험을 능률적이고 빠르게 진행할 수 있었다.
실험 3은 74LS164를 사용하여 8 bit Shift Register 회로를 제작하여 그 동작을 확인하는 실험이었다. 5주차 실험과 같이 하나의 Chip에 4 개의 Flip-Flop이 내장되어 있어 4bits Counter를 구성하였던 것처럼 74LS164 역시 4 개의 Flip-Flop을 하나의 Chip에 내장하여 4 Bits Shift Register를 구성한 것이다. 따라서 회로의 구성은 매우 간단하며 결과도 명확하게 나왔다. 문제는 실험을 시작하기 전이었는데 DATA Sheet를 참고 하지 않아 올바르게 회로를 구성하였음에도 불구하고 Chip을 동작 시키지 못했다. 74LS164는 2개의 Serial Input 입력을 가지고 있으며 이 두 입력이 다를 경우에 Serial Input을 0으로, 두 입력이 모두 1일 경우에는 Serial Input을 1로 넣어주는 특징을 가지고 있다. 따라서 DE2 Board에 구현할 때는 Serial Input Switch 하나를 제어하여 Serial Input을 조정하였다.
8.Conclusion
분주회로는 카운터기능을 하는 74LS161를 사용하여 기본 Clock으로 그보다 작은 Clock으로 분주하는데 사용된다. 5주차에서 실험한 counter를 응용해 분주회로를 제작하여 로 분주되는 것을 확인하였고, 이를 응용하여 입력 Clock을 로 분주하는 것 또한 이해하였다.
D Flip-Flop을 이용해 4Bit Shift Register를 제작하여 Shift Register의 구동원리를 이해하였다. 이는 D Flip-Flop을 직렬로 연결하여 만들어지며 한 Flip-Flop의 출력은 다음 Flip-Flop으로 연결된다. 그리고 Clock은 모든 Flip-Flop에 동시에 가해져, 데이터의 전송은 Clock에 동기된다. Shift하는 것을 살펴보면 상수에 2를 곱하거나 나눈다는 것을 쉽게 알 수 있다.즉, 이는 Shift Register 곱셉기와 나눗셈기의 기능을 하는 것을 의미하며 주요한 기능으로는 ALU연산에서 곱셈과 나눗셈 연산을 하는데 사용되어진다. 또한 데이터의 직병렬 변환 기능을 한다는 것을 알았다.
9. Reference
-M. Morris Mano 외1, 2008, Prentice Hall
-전기전자기초실험, 신정록 외 공저, 한올출판사
-Logic and Computer Design Fundamentals 3rd

키워드

Shift Register,   Shift,   Register,   Division Circuit,   circuit,   Divider,   12분주 카운터,   카운터