MSI 소자를 이용한 논리회로 설계

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MSI 소자를 이용한 논리회로 설계에 대한 보고서 자료입니다.

목차

없음

본문내용

은 ROM(read only memory)가 있다.
1.1 멀티플렉서 및 디멀티플렉서
멀티플렉서는 데이터 선택기라고도 하며 보통 MUX라는 표현을 쓴다. 아날로그 선택스위치와 기능이 동일하다. 즉 n개의 입력에 대해 1개의 출력을 가지므로 n개의 입력 중 1개가 선택되어 출력으로 전달된다. n개 가운데 1개를 선택하는 것은 m(n=2n)개의 선택을 위한 제어 입력에 의해 결정된다.
4:1 MUX인 경우에는 2개, 8:1 MUX는 3개의 선택 입력으로 제어된다.
현재 여러 종류의 MUX LSI 소자가 사용되고 있다. 74XX153은 이 중 4:1, 74XX151은 8:1, 74XX150은 단일 16:1 MUX IC이다.
디멀티플렉서(demultiplexer)는 보통 줄여서 DEMUX라고 하며, 데이터분배기라고도 하는데 1개의 입력을 n개의 출력 중 하나의 출력으로 보내기 위해서 별도의 l제어 입력을 가진다. 제어 입력이 n개이면 가능한 출력은 2n개다.
멀티플렉서를 사용하는 설계를 살펴보면 MUX의 입력단에 순서대로 부울함수의 출력값을 연결하여 주고 MUX의 선택 단자에 입력변수를 차례로 연결하면 쉽게 부울함수를 실현할 수 있다.
>> 8:1 MUX의 사용 예
f(A,B,C)=∑(1,3,5,6) 함수를 8:1 MUX를 사용하여서 실현하여 보자.
카노맵에서 각 사각형에 최소항을 배치하는 것처럼 MUX의 실행표의 각 cell에 배치가 달라지게 된다. 최소항 번호를 2진수 b2b1b0로 나타낼 수 있다고 하면 최소항을 배치하게 되는데 MUX 입력에 사용될 변수에 따라 최소항이라고 하자.
■ A 입력변수를 선택한 경우
A변수가 선택되었고 가장 높은 자리 변수이므로 b2 자리를 대신하여 들어가게 하면 이젠 최소항 번호를 Ab1b0로 표시 할 수 있다.
■ B 입력변수를 선택한 경우
B 입력을 택하였기 때문에 실행표에 채워지는 최소항 번호가 b2Bb0가 된다.
■ C 입력변수를 선택한 경우
C 입력을 택하였기 때문에 실행표에 채워지는 최소항 번호가 b2b1C이다.
1.2 디코더 및 인코더
컴퓨터나 디지털시스템에서는 2진수로 0과 1만으로 표시하지만 일상생활에서는 10진수를 사용하고 있다.. 따라서 2진수로 나타낸 데이터를 10진수로 변환하여 출력하는 조합회로를 디코더(decoder)라 한다. 디코더는 보편적으로 사용되는 집적회로이다. 디코더는 입력변수들에 인가된 코드를 변환하여 출력코드를 제공하는 조합논리회로이다.
인코더(encoder)는 디코더와 반대되는 기능을 수행한다. 디코더는 n개의 입력에 대해 2n개의 출력을 나타내는 반면에, 인코더는 반대로 2n개의 입력들로부터 n개의 출력을 만든다.
조합회로를 실현하는데 있어서 디코더를 사용하면 사용되는 IC의 수가 줄어드는 이점이 있다. 그러나 디코더를 사용하는 것이 보다 간단하고 좋은 방법인지를 결정하는 데는 우선 논리식을 간략화한 다음, 구현하는데 사용되는 게이트의 수를 결정해야 한다.
▶ 2.1
SN74150은 밑에 그림과 같이 16:1 멀티플렉서로서 4개의 선택 입력과 16개의 데이터 입력단자를 가지고 있는 24핀 DIP이다. 또한 부논리 동작의 스트로브(strobe) 입력 S가 붙어 있어서 이 단자를 0으로 하면 출력이 enable 되어 부논리의 W 출력이 10번 핀으로 나온다.
여기서 선택입력은 D(11번 핀)가 MSB이고 A(15번 핀)가 LSB에 해당한다. 이 IC는 4변수의 논리함수를 구성하는데 이용할 수 있을 뿐만 아니라 병렬-직렬 데이터 변환이나 임의 입력변수의 멀티플렉서를 구성하는데도 편리하게 사용할 수 있다.
▶ 2.2
BCD를 10진 코드로 변환하는 디코더 IC SN7442의 단자배치는 아래 그림과 같으며, 10진 출력은 부논리로 출력된다.
■ 3.1
논리식 f(a,b,c,d) = ∑(0,1,3,6,7,8,11,12,14)를 8:1 멀티플렉서를 사용하여 실현하고자 한다. 이때 MUX의 입력단으로 입력변수 c를 선택하여 사용한다. MUX의 입력에 연결될 신호를 설계하는 과정을 보여라.
▶▶ 풀이과정
A B C D
F
0 0 0 0
1
0 0 0 1
1
0 0 1 0
0
0 0 1 1
1
0 1 0 0
0
0 1 0 1
0
0 1 1 0
1
0 1 1 1
1
1 0 0 0
1
1 0 0 1
0
1 0 1 0
0
1 0 1 1
1
1 1 0 0
1
1 1 0 1
0
1 1 1 0
1
1 1 1 1
0
■ 3.2
3개의 부울 함수가 f1(a,b,c)=∑(0,2,4,6), f2(a,b,c)=∑(1,3,4,6), 그리고 f3(a,b,c)= +bc로 주어졌을 때 이를 3:8 디코더와 OR 게이트를 사용하여 구성하여라.
>>진리표
A B C
F1
F2
F3
0 0 0
1
0
1
0 0 1
0
1
1
0 1 0
1
0
1
0 1 1
0
1
1
1 0 0
1
1
0
1 0 1
0
0
0
1 1 0
1
1
0
1 1 1
0
0
1
>>회로도
sol 1
sol 2
>> SN74138
■ 3.3
여러 개의 작은 크기의 멀티플렉서를 가지고 보다 큰 멀티 플렉서를 만들 수 있다. 8:1 멀티플렉서 4개와 4:1 멀티플렉서 1개를 사용하여 32:1 멀티플렉서를 구성할 수 있음을 보여라.
4-비트 레지스터, 2-비트 카운터 그리고 4:1 MUX를 사용하여 병렬신호를 직렬신호로 변환하여 전송할 수 있다. 아래 그림은 4-비트 병직렬 데이터 전송회로를 나타낸다.
레지스터는 4-비트 병렬데이터를 저장하고 있다. 2-비트 카운터는 MUX 제어신호 S1과 S2를 생성한다. 클럭이 카운터에 인가될 때마다 MUX의 다른 입력이 선택되어, X0, X1, X2, X3와 같은 순서로 출력(Serial Line)으로 나온다. 그림과 같은 회로를 구성하고 동작을 확인하라.
>>타이밍도
■ Quiz 5.1
멀티플렉서를 사용한 회로와 디코더를 사용한 회로의 장단점을 간략하게 설명하라.
장 점
단 점
멀티플렉서를
사용한 회로
▶4변수의 논리함수를 구성 가능
▶병렬-직렬 데이터 변환 구성 가능
▶임의 입력변수의 MUX 구성 가능
IC의 수 감소
디코더를
사용한 회로
설계가 복잡
구현시 미리 논리식 구현 후
게이트 수를 판단하여
결정해야 한다.

키워드

MSI 소자를 이용한 논리회로 설계,   멀티플렉서 ,   디코더