알테라(Altera) 를 이용한 디지털 시계 구현

소개글

알테라(Altera) 를 이용한 디지털 시계 구현에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적

2. 사용 부품 및 계측기

3. 이론적 내용 및 모의실험
②. 분주기 설계
③ 시계 및 시 조정 회로 설계시 조정회로알람회로 설계
⑤ STOP WATCH 설계 및 동작원리
⑥ 세그먼트표시기
⑧ WATCH, ALARM, STOP WATCH 모드변환 회로디지털 시계 전체 회로도

본문내용

이 기능회로의 회로설계
먼저 시조정회로에서 모드를 설정하면 그 모드값이 세그먼트 변환회로의 디코더 드라이브 인에이블 단자에 입력값으로 주어 모든 세그먼트창이 켜져있게 만들어야 한다. 평소 시계동작을 할때는 OR GATE를 사용하여 세그먼트를 동작시키고 시조정모드로 전환되었을 때 아래의 AND GATE의 값에 따라 세그먼트가 동작하도록 설계하였다. 옆의 그림처럼 OR GATE를 사용 한 것은 평소 시계 동작에는 그대로 카운터의 출력값의 클럭에 따라 세그먼트가 동작하도록 설계하기 위해서 사용하였다. OR GATE의 동작 특성에 따라 깜박이 기능 회로의 동작이 하지 않은 상태에서는 시계 클럭의 동작을 OR GATE에서 입력값을 그대로 출력하기 때문이고 만약 시 조정회로에서 MODE 가 전환되면 이 세그먼트변화회로를 동작시키면 안 되기 때문에 MODE 입력단자의 값을 변환회로에서 사용되는 디코더의 인에이블 단자에 연결하여 동작을 멈추게 만들어야 한다.
왼쪽 그림의 동작원리는 시조정회로의 MODE 입력단자에서 시간을 맞출려고 입력값이 들어오면 OR GATE의 한쪽 입력은 들어오지 않게 되기 때문에 세그먼트는 계속 켜져있는 상태가 된다. 그러면 나머지 한쪽 OR GATE의 입력단자에 옆의 회로의 AND GATE의 출력값을 입력으로 집어 넣는다. AND GATE의 두 입력값에는 시조정 회로의 POSITION 입력단과 클럭이 인가된다. 디코더의 출력값에 따라 여섯개의 AND GATE중 하나가 선택되어 HIGH값이 들어가게되는데 HIGH가 들어가게 되는 AND GATE에 클럭은 항상 인가되므로 POSITION에 의해 선택된 세그먼트만이 클럭이 인가된 값이 들어가게된다. 세그먼트는 앞서 설명한대로 GND에 HIGH가 들어가게 되면 불이 꺼지는 동작을 하게 되고 LOW가 들어가면 불이 켜지므로 이 AND GATE의 출력 클럭에 따라 불이 깜박이는 동작을 반복하게 된다.
시간을 원하는 시간을 맞춘 다음 다시 모드를 변환하면 AND GATE는 동작 안하게 되며 세그먼트 변환회로에서 입력되는 값이 세그먼트 창에 출력되게 되는 동작원리를 갖는다.
⑧ WATCH, ALARM, STOP WATCH 모드변환 회로
현재 가지고 있는 저장장소를 F/F을 사용 하였기 때문에 각각의 회로를 따로 설계하였는데 이러한 3가지 기능을 사용하는데 있어 세그먼트 창은 하나이기때문에 세그먼트창은 공유를 하여야한다. 그러기 위해서는 이러한 모드변환 회로가 필요한데 앞서 설계한 변환회로와 WATCH ALARM, STOP WATCH 회로를 서로 연결하여 설계하였다.
◎ WATCH 와 4 BITE 출력회로
시계 회로와 모드 변환회로를 이용하여 설계하였다.
시계의 24BITE 출력값을 모드 변환 회로의 입력값으로 넣어 4BITE의 출력값이 발생하도록 설계하였다.
입력값은 시계의 값을 그대로 가지고 있으며 모드변환회로의 3개의 선택선에는 세그먼트 표시기회로의 카운터 출력값을 입력으로 넣으면 된다. 옆의 그림은 위의 회로를 간단한 하나의 칩으로 만든 것이다. 나머지 두개의 회로도 이와 같은 방식으로 설계하면 각각의 4BITE출력값을 가지는 3개의 칩이 나오는데 이값들 MUX의 동작원리를 이용하여 MODE변환 입력키를 사용하여 변환하도록 설계하면 된다.
위의 그림은 각각의 기능을 가지는 회로들을 설계하기 쉽게 하나의 칩으로 만든 그림이다.
이 칩을 이용하여 모드변환회로를 설계하면 아래그림과 같다.
4개의 4×1MUX를 사용하여 변환회로를 만들었다. MUX는 선택선에 따라 각 입력값을 출력시는 회로인데 이러한 선택선을 모두 함께 묶어 같은 선택값에 따라 공통의 입력값이 출력되게 설계하면된다. WATCH의 4BITE값을 출력 시킬려면 선택선을 00으로 하면 I0가 출력되므로 WATCH가 출력되게 되며 STOP WATCH의 출력값을 보일려면 카운터의 출력값을 01로 하면 MUX의 입력값 I1이 출력되어 STOP WATCH의 출력값이 세그먼트로 입력되게 된다. 마찬가지로 ALARM을 선택할려면 카운터의 출력을 10으로 하여 MUX의 선택선에 입력하면 I2가 출력되어 ALARM의 값이 출력되어 세그먼트에 표시되게 된다.
카운터
출력값
00
WATCH
01
STOP WATCH
10
ALARM
위의 3 MODE 변환 회로를 세그먼트 표시기회로 같이 결합한 형태이다. 앞서 설명한대로 카운터의 값을 3 모드 변환회로의 선택선 입력으로 넣으면 동작을 하게된다.
3 MODE 변환회로에서 크기 비교기가 빠져있는데 WATCH의 카운터의 출력값과 ALARM의 카운트출력값을 비교하는 회로를 외부회로로 빼내어 첨가시키면 된다.
WATCH 24BIT
ALARM 24BIT 값 입력
⑨ 디지털 시계 전체 회로도
인가되는 클럭은 붉은 색배선으로 표시하였다.
매우빠른 클럭 : 100HZ 이상
1초마다 뛰는 클럭 : 디지털 시계 와 깜박이 기능회로에 인가
0.01초마다 뛰는 클럭 : STOP WATCH에 인가
노란색 박스 : 7BIT출력값으로 세그먼트에 인가하여 세그먼트 동작
붉은색 박스 : 3 MODE 변환기로 가장 중요하고 복잡한 회로
파란색 박스 : 깜박이 기능회로
갈색 박스 : 세그먼트 변환 디코더와 카운터
◎ 전체회로를 BLACK BOX로 나타내면
입력값은 총 6가지로 구성되어 있으며 노란색 박스로 되어 있는 ON/OFF키는 알람을 켜고 끌수 있는 단자로 ON을 눌렀을 경우 LED와 연결되어 현재 알람이 켜져 있는지 꺼져있는 상태인지를 확인해주는 확인 버튼이다. 그리고 위의 파란색 박스는 분주기를 연결하여 회로에 클럭을 인가하면 되는데 분주기형태는 모두 세가지로 구성되어 있다. 세그먼트 표시회로에 쓰이는 빠른 클럭과 디지털 시계에 인가되는 1초마다 카운터되는 클럭과 STOP WATCH에 인가되는 0.01초 단위로 클럭되는 분주기가 사용된다. 총 출력값은 크게 두가지로 구분되는데 GND 출력값과 SEG출력이다. GND 출력값은 키트의 세그먼트 GND지정핀에 인가하면 되고 SEG는 세그먼트에 할당되어있는 램프에 인가하면 된다.
4. 유의사항
⇒ 회로를 그릴 때 인접한 선과 연결되지 않도록 주의 하여야한다.
⇒ 알테라 기계조작과 번호 지정 시 주의 하여야한다.

키워드

디지털 시계,   Altera,   알테라