래치와 플립플랍_예비보고서

목차

1. 실험 목표

2. 실험 준비물

3. 예비 이론

4. 실험 방법 및 시뮬레이션

5. 고찰

본문내용

입력 신호를 받아들여 정확한 디지털 값을 출력하게 되므로 해결 가능해진다.
⑨클록 플립플랍 : 클록의 변화에 의해서만 출력의 상태가 바뀌는 플립플랍이다. 클록은 일정한 주기로 펄스파형을 만들기 때문에 내부에 에지를 검출하는 회로가 내장되어 있어 클록의 파형이 PGT인지 NGT인지를 판별해 낸다.
- Positive edge triggered 플립플랍 : PGT에서 작동하는 플립플랍
- Negative edge triggered 플립플랍 : NGT에서 작동하는 플립플랍
⑩S-R 플립플랍, JK 플립플랍, D 플립플랍, T 플립플랍 4가지 종류의 작동방식을 살펴보자.
아래는 회로도와 시뮬레이션의 결과이다.
[점검문제 8.1] S-R 플립플랍의 VHDL 코드를 작성하시오.
S-R 플립플랍의 출력 파형을 살펴보면 S-R이 1과 0이고 클록이 상승할 때 출력이 1이 나옴을 알 수 있다. 또한, RESET이 0일 때는 아무것도 출력되지 않음을 알 수 있다. VHDL에서 S-R이 1과 1일 경우 X가 출력되도록 했는데 0이 출력됨을 알 수 있다.
VHDL 코드를 작성하면 다음과 같다.
[점검문제 8.2] T 플립플랍을 나타내는 VHDL 코드를 작성하시오.
T 플립플랍은 T가 0, 클록이 상승하는 경우 출력이 그대로 나오고 T가 1, 클록이 상승하는 경우에는 Q' 즉 반대로 출력이 나옴을 파형을 통해 확인할 수 있다. S-R 플립플랍과 마찬가지로 RESET이 0일 경우엔 출력이 항상 0이 됨을 알 수 있다.
VHDL 코드를 작성하면 다음과 같다.
4. 실험 방법 및 시뮬레이션
[예비실험 1.] NOR 소자와 스위치 그리고 LED를 사용해서 S-R latch 회로를 구성하고
진리표를 확인하시오.
회로도를 작성하고 시뮬레이션 하면 다음과 같다.
NOR S-R 래치의 진리표
S
R
Q
0
0
변화없음
0
1
0
1
0
1
1
1
사용 안함
출력 파형을 확인한 결과 위의 진리표와 동일함을 알 수 있었다. S-R이 0과 0일 때의 출력 값은 변화가 없는 것으로 나왔는데 이는 초기값이 설정되지 않았기 때문이고 S-R이 1과 1일 경우 출력 값이 아무것도 나오지 않은 건 S-R 래치에서 사용하지 않기 때문이다.
[예비실험 2.] 다음 스위치 회로를 연결하고 출력되어지는 파형을 오실로스코프로 확인하시오.
아래의 회로도는 래치를 사용하지 않은 회로도이다. 기계적인 스위치를 작동하다보면 접촉면의 바운싱에 의해 출력으로 나타나는 신호가 떠는 현상, chattering이 발생해야 하지만 출력 파형을 보면 0V에서 5V로 바운싱이 없이 부드럽게 올라가는 것을 확인할 수 있다. 아마도 실제 실험에선 chattering이 발생할 것으로 예상된다.
아래는 작성한 회로도와 시뮬레이션의 모습이다.
(시뮬레이션은 바탕색이 검정색이라서 반전처리하여 캡쳐 하였습니다.)
[예비실험 3.] 다음 스위칭 회로에서 작동을 설명하고 스위치를 1위치에서 2위치로 바꿀때의 출력을 오실로스코프로 측정하여 보시오.
2번 실험의 회로도에 74279IC소자를 래치로 사용하여 디바운싱 회로로 만든 것이다. t가 0이 되는 순간에는 2번 스위치가 닫히게 되고 74279의 6번 입력단(2S)로 5V, 즉 1이 입력되는 반면 5번 입력단 으로는 0V, 즉 0이 입력된다. 결과적으로 7번 단자(2Q)로 나오는 출력값은 0이된다. 이 후 0.1us가 되면 1번 스위치가 닫히게 되어 74279의 6번 입력단(2S)로 0V, 즉 0이 입력되고 5번 입력단 으로는 5V, 즉 1이 입력되어 7번단자로 나오는 출력값이 1이 된다. 출력 파형을 보면 chattering이 거의 없이 직선 형태로 나타남을 볼 수 있다.
회로도를 작성하면 다음과 같다.
다음은 시뮬레이션의 결과이다.
[예비실험 4,5,6] J-K 플립플랍, D 플립플랍, T 플립플랍을 사용하여 진리표를 구하시오.
회로도를 작성하여 시뮬레이션 해보면 다음과 같다.
- JK 플립플랍의 경우 DATA_A를 J, DATA_B를 K로 본다. 출력 결과를 확인해보면 J,K가 모두 0 일 때 출력은 그대로 유지되고, 0과 1일 경우에는 0, 1과 0일 경우에는 1이 출력됨을 알 수 있다. 그리고 1과 1일 경우에는 출력이 반전되어 0이 됨을 알 수 있다. 시뮬레이션의 결과가 진리표와 일치함을 확인할 수 있었다.
- D 플립플랍의 경우 DATA_B를 D로 본다. 출력값은 클록이 상승할 때 입력 값과 같음을 확인할 수 있었다. 시뮬레이션의 결과가 진리표와 일치함을 확인할 수 있었다.
- T 플립플랍의 경우 DATA_B를 T로 본다. 클록이 상승할 때 입력이 0이면 출력은 그대로 유지되고 입력이 1이 되면 출력은 반전됨을 확인할 수 있었다. 시뮬레이션의 결과가 진리표와 일치함을 확인할 수 있었다.
[토론 7.] S-R Latch나 플립플랍에서 파워를 켰을 때 현재 출력하는 상태는 얼마인가?
만약 출력의 상태를 결정할 수 없다면 어떻게 원하는 상태로 설정해야 하는가?
S-R Latch나 플립플랍은 초기값이 따로 설정되어 있지 않고 입력을 넣어 주었을 때 연결되어 있는 입력에 따라 값은 다르게 나타난다. 출력의 상태를 결정할 수 없을 땐 preset나 clear를 통해 변경이 가능하다. 시뮬레이션에서 위의 사실을 확인할 수 있었다.
5. 고찰
이번에는 래치와 플립플랍에 대해서 알아보았다. 디지털 회로설계 강의시간에 아직 공부하지 않은 내용이라 이해하는 데에 좀 어려움이 있었지만 가상 시뮬레이션을 통해 어느 정도 개념을 이해할 수 있었다. 실제 실험을 통해서는 더 많은 것들을 배울 수 있을 것 같다. 디바운싱 회로에 대해 알아보면서 스위치를 작동 시킬 때 발생하는 신호의 떨림 현상(chattering)을 없앨 수 있다는 사실을 알게 되었다. 프로젝트 준비 시에 유용하게 쓰이는 지식이 될 것 같은 생각이 들었다. 실제 실험에서는 플립플랍 소자들을 처음 접해보는 거라서 실수도 하겠지만 소자의 핀 배열 등을 잘 보고 실험에 임한다면 실수 없이 성공적인 실험을 할 수 있을 것 같다. 디지털회로 설계 과목에서 조만간 래치와 플립플랍을 배우게 될텐데 많은 도움이 될 수 있도록 실험 시에 그 개념을 정확히 익혀야 하겠다.

키워드

래치,   플립플랍,   S-R래치,   디바운싱