2016학년도 2학기 강의핵심노트 -...

2016학년도 2학기 강의핵심노트

강 좌 명 디지털공학 강좌번호 EES33-01 이수구분 전공선택

사전학습

점수비율 20% 학 점 3 강의시간

월 4-6

화 9-11

선수과목 없음 후수과목 없음

교원

정보

담당교수 김동민 소 속 전기공학과 E-mail [email protected]

면 담

가능시간 수시 연구실 1공학관 315-A

연구실번호

및 연락처 061-330-3205

1. 교과목개요 ⋄ 본 교과목은 디지털시스템에 대한 이해와 설계능력을 배양하여, 학생들에게 디지털

전기제어의 기초 분야를 학습하게 하여 전기공학 분야의 전문 기술인으로 양성하는

것을 목표로 한다.

2. 사전학습

3. 선행학습 목차

◎ 1주 : 교과목 오리엔테이션 & 1장 디지털의 개요 (1)

◎ 2주 : 1장 디지털의 개요 (2)

◎ 3주 : 1장 디지털의 개요 (3)

◎ 4주 : 2장 디지털 표현

◎ 5주 : 3장 디지털 코드 (1)

◎ 6주 : 3장 디지털 코드 (2)

◎ 7주 : 4장 기본 논리 게이트 (1)

◎ 8주 : 중간 고사

◎ 9주 : 중간고사 풀이 & 4장 기본 논리 게이트 (2)

◎ 10주 : 8장 부울 대수와 논리회로의 간략화 (1)



◎ 13주 : 9장 비교기와 연산회로 (1)

◎ 14주 : 9장 비교기와 연산회로 (2) & 16장 DA 및 AD변환

◎ 15주 : 기말고사

4. 선행학습 내용

◎ 1주 : 교과목 오리엔테이션 & 1장 디지털의 개요 (1)

1. 학습개요

- 교과목 오리엔테이션

- 아날로그와 디지털을 구분하여 이해한다.

2. 학습목표

- 아날로그와 디지털을 구분하여 이해하고, 디지털 데이터의 표현법을 학습한다.

3. 학습내용

1. 아날로그와 디지털의 비교

4. 직렬 데이터 전송

4. 정리하기

1. 아날로그와 디지털의 비교

• 아날로그는 연속적이고 디지털은 단속적이라 볼 수 있다.

• 아날로그를 디지털로 바꾸는 과정을 양자화라고 한다.

2. 디지털데이터의 표현

• 두 가지의 상반된 또는 대조적인 표현 (전구의 켜짐 꺼짐, 남 여 등)을 0,1로 표현

• 전기적인 디지털 표현은 전압의 크기로 결정

• 시간에 따라 디지털 데이터를 하나씩 내보내는 전송 – 직렬 데이터 전송

• 디지털 시스템에서 한꺼번에 여러 개의 데이터를 보내는 경우 – 병렬 데이터 전송

2. 디지털 데이터의 표현

3. 병렬 데이터 전송

◎ 2주 : 1장 디지털의 개요 (2)

1. 학습개요

- 디지털 파형의 기초

2. 학습목표

- 디지털 파형의 기초를 학습한다.

3. 학습내용

1. 디지털 펄스 파형

2. 정에지 부에지

3. 상승시간 하강시간

4. 전파지연시간

4. 정리하기

1. 디지털 펄스 파형

• 이상적인 디지털 파형은 구형파 또는 펄스라고 하며, 직사각형의 모양을 갖는다.

• 그러나 실제의 디지털 시스템에서 펄스파형은 굴곡을 갖고 나타나는 경우가 많다.

2. 정에지 부에지

• 디지털 시스템에서 펄스의 동작시점에 따라 정에지 펄스와 부에지 펄스로 구분한다.

• 정에지 펄스는 0에서 1로 변하고, 부에지 펄스는 1에서 0으로 변한다.

• 각 모서리를 정에지(positive edge), 부에지(negative edge)라 한다

3. 상승시간 하강시간

• 일반적으로 출력파형은 들어간 시점에서보다 다소 늦게 나타나며, 이를 상승시간과

하강시간으로 나타낸다.

• H레벨 입력전압의 10%에서 90%까지 증가하는 데 걸리는 시간을 상승시간(rise time),

90%에서 10%까지 감소하는 데 걸리는 시간을 하강시간(fall time, )이라 한다.

• 상승시간 및 하강시간이 짧을수록 스위칭(switching) 시간이 빨라진다.

4. 전파지연시간

• 입력전압이 0 [V]에서 1.5 [V]에 도달하는 시간과 출력전압이 1.5 [V]에 도달하는

시간간격과, 입력전압이 5 [V]에서 1.5 [V]에 도달하는 시간 또는 출력전압이 1.5

[V]에 도달하는 시간간격의 산술 평균값이 전파지연시간이다.

◎ 3주 : 1장 디지털의 개요 (3)

1. 학습개요

- 스위칭과 디지털 데이터

2. 학습목표

- 스위칭과 디지털 데이터 생성의 관계를 학습한다.

3. 학습내용

1. 스위치에 의 한 디지털 데이터의 발생

2. 트랜지스터의 스위칭 동작과 디지털 데이터

4. 정리하기

1. 스위치에 의 한 디지털 데이터의 발생

• 스위치가 0 [V] 위치에 있으면 데이터는 0이고, ＋5 [V] 위치에 있으면 데이터는

1이다.

• 그러나 이 방법은 스위치의 접속시 그림 (b)처럼 잡음성 작은 펄스가 발생하므로

이를 제거하기 위한 회로가 필요하다.

2. 트랜지스터의 스위칭 동작과 디지털 데이터

• 트랜지스터의 입력 데이터가 0(0 [V])이면 트랜지스터는 차단상태이므로 출력전압의

디지털 데이터는 1(＋5 [V])이고, 입력 데이터가 1(＋5 [V])이면 트랜지스터가

도통상태가 되므로 출력전압의 디지털 데이터는 0(0.3 [V])이다.

• 트랜지스터가 도통이 된다고 해도 컬렉터와 이미터 사이의 포화전압(0.3[V])이

존재하기 때문에 출력전압은 정확히 0 [V]가 되지 않는다.

◎ 4주 : 2장 디지털 표현

1. 학습개요

- 사전학습 내용 (2진수와 16진수)

2. 학습목표

- 사전학습 내용 (Basic principles)을 정리하고, 그 내용을 평가한다. 3. 학습내용

1. 수의 체계

2. 2진수 와 10진수

- 2진수에서 웨이트가 가장 높은 맨 왼쪽의 자릿수를 MSB(MostSignificant Bit)

- 웨이트가 가장 낮은 맨 오른쪽 자릿수를 LSB(Least Significant Bit)

3. 16진수

4. 2진수의 가산과 감산

4. 정리하기

• 16진수: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F로 나타낸 수

• 1의 보수: 2진수에서 0을 1로, 1을 0으로 바꾼 수

• 2의 보수: 1의 보수에 1을 더한 수

• LSB: 2진수의 최하위 자릿수

• MSB: 2진수의 최상위 자릿수

• 비트(Bit): 2진수의 자릿수(0, 1의 개수)

• 니블(Nibble): 4비트

• 바이트(Byte): 8비트

• 워드(Word): 컴퓨터에서 사용하는 명령의 단위(8, 16, 32, 64)

◎ 5주 : 3장 디지털 코드 (1)

1. 학습개요

- 디지털 코드의 개념과 BCD코드

2. 학습목표

- 디지털 코드의 개념을 이해하고, BCD코드를 학습한다.

3. 학습내용

1. 디지털 코드의 개념

- 리모컨 코드의 예

2. BCD코드

4. 정리하기

• 코드(code): 어떤 의미를 부여한 부호

• 10진수를 2진수로 나타낸 코드를 BCD 코드(Binary Coded Decimal Code)라 한다.

• 4비트로 만들어질 수 있는 조합은 16개이며, 이를 모두 활용한 것이 16진수라면 BCD

코드는 10진수 0∼9에 해당하는 10개의 조합만 사용해서 수를 표시한다

• 예컨대 10진수 13의 2진수 표현은 1101이지만 BCD 코드에서는 0001 0011과 같이

2자리의 BCD 코드를 사용한다.

• 각 자릿수에 해당하는 2진수를 해당 자릿수에 넣은 것과 같다.

• 따라서 BCD 코드를 사용한 수의 표현에서 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 1111은

사용되지 않음을 알 수 있다.

◎ 6주 : 3장 디지털 코드 (2)

1. 학습개요

- 3초과 코드, 그레이 코드, 아스키 코드, 패리티 비트 및 해밍 코드

2. 학습목표

- 3초과 코드, 그레이 코드, 아스키 코드, 패리티 비트 및 해밍 코드를 학습한다.

3. 학습내용

1. 3초과 코드

2. 그레이 코드

3. 아스키 코드

4. 패리티 비트 및 해밍 코드

- 데이터에 1비트의 0 또는 1을 넣어서 전체 1의 비트수가 홀수이면 홀수 패리티,

짝수이면 짝수 패리티이다.

- 패리티 비트는 착오교정을 할 수 없지만 해밍 코드(Hamming code)는 착오를 스스로

교정할 수 있는 코드이다.

4. 정리하기

• 3초과 코드: BCD 코드에 3(0011)을 더한 코드

• 그레이 코드: 입 출력장치 및 아날로그-디지털 변환에 사용하는 코드로서 바로 앞

수와 각기 한 비트만 다르게 구성되어 있음

• 아스키(ASCCI) 코드: 7비트로 구성되어 있으며, 컴퓨터 키보드의 문자, 숫자, 부호,

기호, 구두점, 제어문자 등을 나타내는 코드

• 패리티 비트: 오류검출 코드로서 전체 1의 숫자를 홀수로 만들기 위한 홀수 패리티

비트와 짝수로 만들기 위한 짝수 패리티 비트가 있음

• 해밍 코드: 디지털 시스템에서 전송 데이터의 오류를 검출하고 이를 교정할 수 있는

코드이며, 3비트를 전송 데이터의 적절한 위치에 삽입

◎ 7주: 4장 기본 논리 게이트 (1)

1. 학습개요

- 논리 게이트의 개요, NOT, AND, NAND, OR, NOR, X-OR, X-NOR

2. 학습목표

- 논리 게이트의 개요, NOT, AND, NAND, OR, NOR X-OR, X-NOR 게이트를 이해한다.

3. 학습내용

1. NOT 게이트(인버터)

- 입력값이 반전되어 출력에 나타나는

논리 게이트

2. AND 게이트.

(1) 대수 표현

(2) 진리표 (3) 논리기호

3. OR 게이트

(1) 대수 표현


4. NAND 게이트

(1) 대수 표현


4. 정리하기

◎ 8주 : 중간 고사

1. 학습개요

- 중간 고사

2. 학습목표

- 1주에서 7주차에 학습한 내용을 평가한다.

3. 학습내용

1. 펄스의 [ns], [ns], [ns], [ns]이라면, 전파지연시간

를 구하라.

2. 10진수 (252)10는 16진수로 얼마인가?

3. BCD코드 0101 1001 0010은 10진수로 얼마인가?

4. 1101001의 홀수 패리티 비트는 얼마인가?

5. 아래 표를 이용하여, Y = X +7을 아스키(ASCII) 코드로 표시하라.

6. 2진수 (110.1101)2은 10진수로 얼마인가?

7. 2진수의 연산 (10110)2-(01010)2을 2의 보수를 사용하여 행하시오.

4. 정리하기

1. 아날로그는 (연속적)이고, 디지털은 (단속적)이라 볼 수 있다.

2. 디지털데이터를 시간에 따라 하나씩 내보내는 전송을 (직렬)데이터 전송이라 한다.

3. 상승시간 및 하강시간이 짧을수록 스위칭시간이 (빨라)진다.

4. (논리적)은 AND를 의미하고, (논리화)는 OR을 의미한다.

5. 바로 앞의 수와 각기 한 비트만 다르게 만든 코드를 (그레이)코드라 한다.

◎ 9주 : 중간고사 풀이 & 4장 기본 논리 게이트 (2)

1. 학습개요

- 중간고사 풀이 및 X-OR, X-NOR 게이트, 정/부논리, 액티브 하이/로우

2. 학습목표

- X-OR, X-NOR 게이트 및 정/부논리, 액티브 하이/로우를 이해한다. 3. 학습내용

1. X-NOR 게이트

(1) 대수 표현


3. 정논리와 부논리 (등가)

2. 기본게이트의 입출력 펄스 파형

4. 액티브 하이와 액티브 로우

4. 정리하기

• NOT 게이트(인버터): 입력값이 반전되어 출력에 나타나는 논리게이트

• OR 게이트: 입력 가운데 하나로도 1이면 출력이 1로 나타나는 논리게이트

• AND 게이트: 입력 모두가 1일 때만 출력이 1로 나타나는 논리게이트

• X-OR 게이트: 2개 입력 중 입력이 서로 다를 때만 출력이 1로 나타나는 논리게이트

• 정논리: H레벨을 1, L레벨을 0으로 취급하는 논리

• 부논리: H레벨을 0, L레벨을 1로 취급하는 논리

• 액티브 하이: 논리레벨이 H(1)일 때 동작상태에 들어감

• 액티브 로우: 논리레벨이 L(0)일 때 동작상태에 들어감


1. 학습개요

- 부울대수

2. 학습목표

- 부울대수를 학습한다.

3. 학습내용

1. 쌍대(雙對: duality)의 원리

① 0은 1로, 1은 0으로 고친다. ② OR를 AND로, AND를 OR로 고친다.

2. 기본 부울대수

(1) OR의 논리식을 일반식으로 놓으면

아래와 같다.

(2) 위 식의 쌍대는 아래와 같다.

(3) NOT 게이트를 부정(NOT)하면 긍정이

된다.

부정의 부정을 논리식으로 표기하면

2중바(＝)이므로 아래와 같다.

(4) 네 가지 법칙은 아래와 같다.

① 교환법칙

② 결합법칙

③ 흡수법칙

④ 분배법칙

3. 드모르간의 법칙 : 드모르간의 정리는 아래와 같다.

4. 정리하기


1. 학습개요

- 카르노도

2. 학습목표

- 카르노도를 이용하여 논리회로를 간햑화하는 방법을 학습한다.

3. 학습내용

1. 카르노도의 개념 [2변수 카르노도]

2. 4변수 카르노도의 이해 [옥텟 말아감기 예제]

4. 정리하기


1. 학습개요

- 2진 비교기와 반가산기

2. 학습목표

- 2진 비교기 및 반가산기를 학습한다.

3. 학습내용

1. 2진 비교기

[비교표] [7485의 종속접속예제]

[2진 비교 회로도] [종속입력의 개념]

2. 반가산기

4. 정리하기


1. 학습개요

- 전가/감산기, 승산기, ALU

2. 학습목표

- 2 전가/감산기, 승산기 및 ALU를 학습한다.

3. 학습내용

1. 가/감산회로

[전가산기] [전감산기]

[7483 & 74283의 핀 접속도]

[4비트 2진 병렬 감산기] [74LS83과 74LS86을 사용한 4비트 가/감산회로]

2. 4비트 BCD 병렬가산기 3. 2비트 승산기

4. 4비트 ALU

4. 정리하기

◎ 14주 : 10장 인코더와 디코더

1. 학습개요

- 인코더/디코더

2. 학습목표

- 인코더 및 디코더를 학습한다.

3. 학습내용

1. 인코더

• 인코더(Encoder)란 복수입력을 대응하는 2진 코드로 변환하는 논리회로이다.

부호기(符號器)라고도 한다.

2. 디코더

• 디코더(Decoder)는 인코더와 반대로 2진 코드 입력에 해당하는 하나의 출력을

나타내는 논리회로로서 복호기(復號器)라고도 한다.

3. BCD 7-세그먼트 디코더

- 7-세그먼트 LED 표시기

- 7-세그먼트 LED 표시기의 0~15 표시 (10~15는 에러)

- 7447의 종속연결과 RBI, RBO의 연결

4. 정리하기

◎ 15주 : 기말고사

1. 학습개요

- 기말고사

2. 학습목표

- 9주에서 14주차에 학습한 내용을 평가한다.

3. 학습내용

1. 논리식 Y= ABCD+AB˙ ˙ ĊḊ+ȦBC˙ ˙D+ȦBĊḊ+ȦBCḊ+ABCḊ+ABĊḊ

• 위 조건의 카르노도를 표현하시오.

• 최대한 간략 화된 논리식을 구하고, AND, OR, NOT게이트를 이용하여 표현하시오.

• 위 결과를 NAND게이트만을 이용하여 표현하시오.

2. 4비트 2진 병렬 가산기

• NOT 게이트 4개를 추가하고, 일부 결선을 수정하여, 4비트 2진 병렬 감산기의

논리회로를 그리시오.

• X-OR 게이트 4개를 추가하고, 일부 결선을 수정하여, 4비트 2진 병렬 가/감산

논리회로를 그리시오.

• 10진수 (9-6= )를 위에서 그린 감산기 논리회로를 이용하여 계산하시오.

3. 7-세그먼트 공통 애노드형 디코더의 동작 표

10

진수

입력

출력

D C B A

0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1

1 1 x 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1

3

: : : : : : : : : : : : : : :

9

: : : : : : : : : : : : : : :

x x x x x x 0 1 1 1 1 1 1 1

0 x x x x x 1 0 0 0 0

0

4. 정리하기

1. (인코더) 또는 (부호기)는 복수의 입력을 대응하는 2진 코드로 변환하는

논리회로를 뜻한다.

2. (디코더) 또는 (복호기)는 2진 코드 입력에 해당하는 하나의 출력을 나타내는

논리회로를 뜻한다.

3. BCD 가산기는, 사용하지 않는 (6)개의 코드로 답이 나올 경우 결과에 대한 보정이

이루어 져야하며, 이를 위해 BCD 코드로 합이 (9)를 초과할 때, (6)를 더해주면

올바른 BCD 코드 값이 얻어진다.

4. (ALU)는 가감산 등의 산술연산과 AND OR 등의 논리연산을 수행하는 논리회로이다.

5. (논리적)은 AND를 의미하고, (논리화)는 OR을 의미한다.

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