기초전자공학실험2 (synchronous counter)

목차

1.Title

2.Name

3.Abstract

4.Background

5.Simulation

본문내용

<금오후1조>
기초전자 공학 실험2
<#5, Synchronous Counter>
실험날짜: 2008, 10, 17
조 : 금오후1조
조원: 200412413 윤철민
200710678 이은예
200711558 최성진
1.Title
Synchronous Counter
2.Name
200412413 윤철민
200710678 이은예
200711558 최성진
3.Abstract
Synchronous Counter와 MOD-N카운터의 원리를 이해하고 회로를 설계한다. 그 중 JK Flip-Flop을 사용한 Synchronous MOD 10 Counter, T Flip-Flop을 사용한 Synchronous MOD 12 Counter, 74LS161을 사용한 Synchronous MOD N Counter를 제작하고 동작을 확인한다.
4.Background
플립플롭회로 [flip-flop circuit]
[2개의 안정한 정기적 상태를 지닌 회로]
즉 2개의 안정상태를 지니고, 트리거에 의해 한쪽 안정상태에서 다른 안정상태로 바뀌고, 다음 트리거에 의해 본래의 상태로 되돌아가는 것을 반복하는 회로를 말한다. 다시 말해 플립플롭 회로는 세트(set) ·리세트(reset:복귀)라는 2개의 입력단자와, 마찬가지로 세트 ·리세트라는 2개의 출력단자를 가지고 있다. 세트입력에 신호를 받으면 다음 순간부터 세트출력에서 신호를 내고, 리세트입력에 신호를 받으면 다음 순간부터 리세트출력에서 신호를 낸다. 전자를 세트상태, 후자를 리세트상태라고 한다. 이와 같이 플립플롭은 2개의 안정상태를 1 또는 0에 대응시켜 1비트를 기억할 수 있다. 실제 회로는 증폭회로를 2단고리처럼 연결한 형식이 기본이다. 플립플롭회로는 컴퓨터의 연산 ·제어회로에서 수를 저장하거나 정보의 흐름을 제어하기 위해 많이 사용된다.
플립플롭의 여기표
플립플롭의 논리적 성격과 동작 표시.
특성표 : 현재 상태에서 입력 값이 입력될때 다음 상태가 어떻게 변하는 가를 나타내는 표.
여기표 : 현재 상태에서 다음 상태로 변화했을 때 플립플롭의 입력조건이 어떤 상태인가 나타내는 표.
플립플롭의 여기표 정리
현상태 다음상태
Q(t) Q(t+1)
S-R F/F
R S
J-K F/F
J K
D F/F
D
T F/F
T
0 0
0 1
1 0
1 1
0 d
1 0
0 1
d 0
0 d
1 d
d 1
d 0
0
1
0
1
0
1
1
0
○ 펄스-구동 JK 플립플롭
○ 펄스-구동 T-플립플롭
○ 펄스-구동 D-플립플롭
순차 논리 회로
1. 특징
○ 현재의 입력과 이전의 출력 상태에 의하여 현재 출력이 결정되는 회로.
○ 이전 상태를 저장하는 기억 소자와 귀환기능을 포함.
○ 메모리 상태는 시간순차에 의해 결정.
Y(t) = X(t) · Y(t-1)
2. 분류
○ 동기(Synchronous) 순차 논리회로
→ 클럭(clock)을 이용하여 새로운 입력의 순차와 응답의 출력 생성이 일정한 시간 간격을 둔 상태에서 제어된다.
→ 일정한 시간 지연 디자인 과정의 단순화.
○ 비동기(Asynchronous) 순차 논리회로
→ 출력이 외부로부터의 관리에 의해서가 아닌 내부의 지연에 의해 일정하지 않은 시간 간격을 두고 발생한다.
→ 동기 순차 논리회로보다 설계 과정이 어렵다.
3. 구성
○ 조합 논리회로 + 기억 소자
○ 기억 소자(Memory Element)
- 시스템의 상태를 기억(저장)
- 현재 상태(present state) = 기억 소자의 현재 저장 값
○ 조합 논리회로
- 현재의 입력 신호와 기억 소자의 현재 상태 값을 이용하여 출력 값과 다음의 상태 값을 산출
○ 동기 순차 논리회로는 클럭을 이용하여 조합 논리회로에서 산출된 다음 상태 값을 기억 소자에 저장하여 상태 값을 갱신한다
4. 동작
단계 1. 시스템의 초기 상태 또는 "power-up" 상태를 결정하는 기억 소자의 초기값을 가정한다
단계 2. 입력 신호를 인가한다
단계 3. 현재 상태와 새로운 입력을 이용하여 출력과 기억 소자의 다음 값을 산출한다
단계 4. 클럭 신호의 제어 하에 기억 소자의 내용이 갱신된다. 즉, 다음 상태의 값이 현재 상태 값이 된다
단계 5. 단계 2로 복귀
5. 종류
밀리(Mealy) 순차회로 : 조합회로의 출력이 현재의 입력과 현재 상태 값에 의해 결정되는 회로
무어(Moore) 순차회로 : 조합회로의 출력이 단지 현재 상태 값에 의해 결정되는 회로
5. 해석
순차 논리회로의 입·출력에 대한 변수명을 붙인다.
조합논리 회로가 있는 경우 부울함수를 구한다.
현재 상태, 다음상태, 출력관계를 기본상태표로 작성.
순차 논리 회로로부터 상태 방정식을 구한다.
플립플롭의 현재 상태에 대한 다음 상태의 상태표를 각각의 항에 맞게 작성한다.
상태표로부터 상태도를 구한다.
상태표와 상태도를 분석하여 순차논리회로의 동작을 작성.
상태표
입력과 출력 및 플립플롭의 상태를 나타내며 현재 상태에 대하여 클럭펄스가 입력될 때 다음 상태와 출력 변화를 나타내는 표.
상태도
상태표에 있는 상태변화와 동작 형태를 다이어그램에서 상태를 원으로 표시하고, 전이를 원을 잇는 화살표로 표시한 것
순차논리회로에 클록 펄스가 입력될 때마다 변화하는 내용을 쉽게 그림으로 나타낸 것.
상태방정식
플립플롭의 상태변화에 관한 조건을 명시하는 부울대수식
부울 대수식의 왼쪽은 플립플롭의 다음 상태를 나타내고 오른쪽은 다음 상태를 논리 1로 하는 현재 상태의 조건을 나타냄.
카운터의 설계
비동기식 카운터(asynchronous counter)
○ Ripple counter
○ 설계방법이 간단하나 전파 지연시간의 누적에 의해 장시간 지나면 오차가 발생한다.
○ 타이밍 차트를 이용
- 10진 카운터를 비동기식으로 구성한 예
동기식 카운터(synchronous counter)
○ 설계방법이 어려운 반면에 정확하다.
○ 순차논리회로를 이용하여 설계.
5.Simulation
<실험1>
<실험2>
<실험3>
References
www.alldatasheet.co.kr
pspice 기초와 활용
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