[디지털공학] 플립플롭(Flip-Flop)을 이용한 신호등 제어기 작성

목차

목표 : 플립플롭을 이용한 신호등 제어기 작성.

◆ Flip-Flop
●FLIP FLOP
●타이밍 순서
●카운터(counter)
●리플카운터는 F/F 각각의 지연시간 때문에 용도에 따라서는 적합하지 않을 때가 있다.

♣패턴1
♣패턴2
♣패턴3
♣패턴4
♣패턴5
♣패턴6

◆ 동기 이진 카운터

실험 결과 및 고찰

본문내용

: 빨간불
보행자: 정지
▷거리 신호등
북쪽,남쪽 신호등: 빨간불 자동차:정지
서쪽,동쪽 신호등: 좌회전
자동차:좌회전
◆ 동기 이진 카운터
-특정 입력신호(클럭)에 따라 카운터 내의 모든 플립플롭이 같이 동기화 변화하는 카운터.
현재상태
다음상태
현재상태
다음상태
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1111
0000
<동기식 이진카운터 상태 값>
입력신호
사거리 차량신호
횡단보도
남북
동서
남북
동서
w
x
y
z
CR1
CY1
CL1
CG1
CR2
CY2
CL2
CG2
SR1
SG1
SGG1
SR2
SG2
SGG2
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1
<신호 제어 진리표>
CR : (적색신호)
CY : (황색신호)
CL : (좌회전신호)
CG : (청색신호)
SR : (횡단보도 적색 신호)
SG : (횡단보도 청색 신호)
SGG : (횡단보도 청색 점멸 신호)
◆사거리 신호등
1) 남북》》적 : w'x'y'z'+w'x'y'z+w'x'yz'+w'x'yz+w'xy'z'+w'xy'z+wxyz'+wxyz 황 : wxy'z'+wxy'z
좌 : w'xyz'+w'xyz
청 : wx'y'z'+wx'y'z+wx'yz'+wx'yz+wxy'z'+wxy'z
2) 동서》》적 : w'xyz'+w'xyz+wx'y'z'+wx'y'z+wx'yz'+wx'yz+wxy'z'+wxy'z
황 : w'xy'z'+w'xy'z
좌 : wxyz'+wxyz
청 : w'x'y'z'+w'x'y'z+w'x'yz'+w'x'yz+w'xy'z'+w'xy'z
◆횡단보도 신호등
1) 남북》》
적 : w'xyz'+w'xyz+wx'y'z'+wx'y'z+wx'yz'+wx'yz+wxy'z'+wxy'z+wxyz'+wxyz
청 : w'x'y'z'+w'x'y'z+w'x'yz'+w'x'yz
청(점멸 : w'xy'z'+w'xy'z
1) 동서》》
적 : w'x'y'z'+w'x'y'z+w'x'yz'+w'x'yz+w'xy'z'+w'xy'z+w'xyz'+w'xyz+wxyz'+wxyz
청 : wx'y'z'+wx'y'z+wx'yz'+wx'yz
청(점멸 : wxy'z'+wxy'z
<각자 신호 별 SOP>
◆ 간소화된 논리식
1) 남북》》적 : w'x'+w'y'+wxy 황 : wxy'
좌 : w'xy
청 : w'x'+w'y'
2) 동서》》적 : wx'+wy'+w'xy
황 : w'xy'
좌 : wxy
청 : w'x'+w'y'
◆횡단보도 신호등
1) 남북》》적 : w+xy
청 : w'x'
청(점멸: w'xy'
1) 동서》》적 : w'+xy
청 : wx'
청(점멸: wxy'
<간소화된 SOP>
<7475를 이용한 4비트 16진 카운터 발생 회로>
<16진 카운터 발생 회로의 심볼>
회로를 간단하게 하기위하여 심볼화 하였다.
<심볼을 이용한 신호등 회로>
<각 입력에 대한 출력 파형>
이 회로는 4비트 동기 카운터를 통하여
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,0,1,2,…이렇게 숫자가 하나하나씩 올라가게 하여 Q3 Q2 Q1 Q0를 디코더에 연결하고 회로를 구성하여 각 6가지의 상황이 순서대로 반복되게 작성하였다.
<각 상황별 순환 상태도>
<4비트 2진 카운터 상태도>
<4비트 2진 카운터의 상태표>
< J-K플립플롭을 이용한 4비트 2진 카운터의 여기표>
실험 결과 및 고찰:
처음에는 프립플롭으로 과연 신호등 제어를 할 수 있을까 하는 고민이 들었다. 하지만 책을 보면서 지난번 실습시간때 했던 4비트 2진 카운터 작성(10-1)이 생각나 다시한번 확인 해 본 결과 JD 플립플롭보다, J-K 플립플롭을 사용하면 더 쉽게 접근 할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
상황의 기본은 지난번 텀프로젝트때 작성하였던것을 기본으로 하였다.
상황은 총 여섯가지가 있으며 각 상황별로 맞는 신호를 설정해 주었다.
지난번에 간소화된 SOP로 작성하였던 신호등 회로를 병렬 연결된 J-K 플립플롭 4개와 연결하여 0~15까지의 상황을 발생하게 하였다.
(여기서 J-K 플립플롭을 이용한 카운터는 회로의 간단하게 하기 위하여 심볼로 설정해 주었다.) 각 상황별에 해당하는 비트를 상태천이도로 작성하여보았으며 그로 인한 여기표 작성을 문제없이 할 수 있었다.
J-K 플립플롭의 특성표를 이용하여 여기표를 얻는과정은
현재상태
차기상태
요구 입력
Q(t)
Q(t+1)
J
K
0
0
0
X
0
1
1
X
1
0
X
1
1
1
X
0

이 같은 특성을 교과서 P-340쪽을 참고하여 사용하였다.
맥스 2 플러스 툴을 이용하여 실험 결과 위에서 나온 결과와 같이 각상황에 맞는 신호에 진리값이 일치함을 확인 할 수 있었다.
이번 과제을 통하여 동기 순서논리회로에 대하여 이해를 더 명확하게 할 수 있었으며, 카운터의 특성이라던지 , 여기표 , 상태도 등 사용법을 익숙하게 할 수 있는 과제였다.
원래의 과제였던 7-세그먼트를 이용한 학번 출력 또한 이와 같이 플립플롭을 사용하여 상태도를 작성하면 쉽게 회로를 작성 할 수 있을 것이다.
사용 툴: Max + plus 2 10.1
Microsoft Office Power point 2007
Microsoft Office Publisher 2007
참고문헌
임경호·홍경호,『논리회로 이론,실습,시뮬레이션』,한빛미디아,2005.
로널드 토시,디지털 시스템 원리 및 응용』,Inter vision,2007.
이희규,『디지털 공학』,지앤북,2007

키워드

디지털공학,   플립플롭을 이용한 신호등 제어기 작성,   신호등 제어기 작성,   플립플롭,   Flip-Flop