디지털공학 및 실험 디지털 공학: 부울대수를 기반으로 하는 논리적인 회로의 입출력에 대하여 공부하고 이를 응용한 기능을 설계하는 과목. 부울대수: 참, 거짓 두 종류의 입력(출력)데이터와 AND, OR, NOT 등의 연산자사이의 관계를 정의해 놓은 학문분야. 값의 명칭:

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1 디지털공학 및 실험 디지털 공학: 부울대수를 기반으로 하는 논리적인 회로의 입출력에 대하여 공부하고 이를 응용한 기능을 설계하는 과목. 부울대수: 참, 거짓 두 종류의 입력(출력)데이터와 AND, OR, NOT 등의 연산자사이의 관계를 정의해 놓은 학문분야. 값의 명칭: 부울 대수에서 처리의 대상인 두 개의 값에 대한 명칭은 응용분야에 따라서 주로 아래와 같이 사용된다. 본 과목에서는 크게 구분하지 않고 아래의 명칭을 혼용할 것이다. 참(True) 수학 컴퓨터 전자공학 거짓(False) 1 High Low 전압(74 TTL) 0V~0.8V 2V~5.25V

2 디지털공학은 논리회로를 다루는 과목으로서 회로의 구성은 전자부품으로 이루어 지지만
회로의 입 출력 부에서 다루는 값은 High, Low (1, 0) 두 개 중의 하나이고 이 값의 결정은 AND, OR, NOT, XOR등의 연산에 의해서 결정되므로 과목의 성격은 하드웨어적이기 보다는 소프트웨어적인 성격의 과목이다. 디지털 회로의 한 개의 입력 혹은 출력부의 값은 High, Low 중 하나의 상태만 나타낼 수 있으므로 다양한 값을 가질 수 있는 데이터를 나타내기 위하여서는 여러 개의 입력 혹은 출력부가 그룹으로 사용되어야 한다. 예를 들어서 최대 16개의 출력 값(0~15)을 나타내기 위해서는 High 혹은 Low 의 값을 나타내는 출력이 4개가 한 그룹을 이루어서 0000 ~ 1111까지의 값을 나타낼 수 있다. 최대 256개의 다른 출력 값을 표현해야 한다면 8개로 이루어진 그룹이 필요할 것이다. ~

3 디지털 회로에 외부 입력 전달하기 하나의 디지털 회로의 출력의 값을 다른 디지털 회로의 입력으로 전달하기 위해서는
출력 부와 입력 부를 도선으로 연결해 주면 된다. 아래 왼쪽의 그림은 NAND게이트의 출력이 Inverter의 입력으로 연결된 그림이다. 입력상태(Low?) 5V 7400 7404 출력 입력 7404 입력상태(High?) 그러나 외부의 입력데이터가 사람에 의하여 수동으로 이루어져야 하는 경우에는 위의 오른쪽 그림과 같이 스위치를 사용하여 직접 입력부의 논리적인 값을 High(1)혹은 Low(0)로 인위적으로 만들어 주어야 한다. High 상태는 대략 2V ~ 5.25V 이고 Low 상태는 0V ~ 0.8V 이므로 스위치에 전원을 연결하여 스위치의 상태에 따라서 입력부가 High, 혹은 Low상태가 되도록 해 주어야 한다.

4 (나) (가) (다) 스위치를 닫으면 A 혹은 B는 LOW 상태 그러나 스위치가 열렸을 때는?
스위치를 열려있으면 A 혹은 B는 HIGH 상태 그러나 스위치를 닫았을 때는? (다) 위의 (가), (나)의 구조를 합친 구조로서 저항 R은 스위치를 닫았을 경우에 그라운드로 흐르는 전류를 제한하는 목적으로 사용된다. 그러나 저항 R을 통과하는데 전압이 어느 정도 떨어질 것이다. 따라서 저항 R은 과전류가 흐르는 것을 막고 동시에 입력부분(A, B)의 전압에 크게 지장을 주지 않아야 한다. 저항 R의 적절한 크기는 얼마여야 하는가?

5 다음 ? 위치의 전압은 (그라운드에 비하여) 몇 Volt인가? 또, 각 선을 흐르는 전류는 몇 Ampere인가?
Pullup 저항을 사용한 입력 다음 ? 위치의 전압은 (그라운드에 비하여) 몇 Volt인가? 또, 각 선을 흐르는 전류는 몇 Ampere인가? 10Ω +5V ? 100Ω +5V ? 100Ω 400Ω +5V ? 100Ω 10000Ω +5V ? 10KΩ 4MΩ +5V ?

6 닫았을 때의 ?위치의 전압은 각각 몇Volt 인가?
1) 아래 회로에서 스위치를 열었을 때와 닫았을 때의 ?위치의 전압은 각각 몇Volt 인가? 2) 스위치를 열었을 때와 닫았을 때의 10KΩ의 저항을 지나가는 전류는 몇 A인가? 10KΩ 1MΩ +5V ? 스위치 디지털 회로 회로로 흘러 들어가는 전류가 아주 작은 경우에 디지털 회로는 정상적으로 작동될 수 있을까? (된다): 디지털 회로는 큰 전류를 필요로 하지 않는다.

7 디지털 회로에서 입,출력부의 전압 상태(High, Low)만이 논리적인 데이터로서 의미를 가지고 있을 뿐
입,출력부의 전압을 사용하여 어떤 전기장치를 구동하려는 것이 아니기 때문에 입출력 부로 흐르는 전류는 아주 작다. 따라서 입력부의 전압이 High인 경우에도 흐르는 전류는 아주 작아도 된다. 10KΩ 내부저항 > 1MΩ +5V HIGH 10KΩ 내부저항 > 1MΩ +5V LOW

8 최대값이므로 에러를 위한 여유가 없음 따라서 실제로는 이 값보다 작은 값 10K ~ 50K를 사용 Maximum

9 와이어 그라운드 10KΩ 풀업저항 Vcc (+5V) Push Button 혹은 On/Off Switch
(스위치가 열렸을 때: High 스위치가 닫혔을 때: Low) 이 위치에 회로가 직렬로 연결될 때 회로의 내부저항의 크기에 따라서 이 위치의 전압이 결정됨. 이 부분을 디지털 회로의 입력(1: High 혹은 0: Low)으로 사용하려면 풀업저항으로 사용되는 저항의 크기는 디지털 기기의 입력 핀의 내부저항보다 훨씬 작아서 전압을 거의 5V 수준으로 유지할 수 있어야 한다. 그러나 스위치를 닫았을 때 그라운드로 흘러 들어가는 전류에 의한 전력 손실을 줄이려면 풀업저항의 크기가 너무 작아도 안 된다.

10 LED로 스위치의 High, Low 상태 표시하기
LED(Light Emission Diode)는 그림과 같이 Anode(+)쪽의 전압이 cathode(-)보다 높을 때 만 전류가 흐르고 불이 들어온다. LED + LED의 무릎전압은 약 1.7V 정도이다. (일반다이오드의 무릎전압은 0.7V) LED에 5v의 전압을 주었을 때 무릎전압 1.7v를 뺀 나머지 3.3V에 대해서 LED는 도선처럼 작용하기 때문에 저항을 사용하지 않을 경우에 과전류가 흐른다(LED가 너무 밝게 빛나거나 끊어진다) 220Ω LED 저항 Ground +5V 데이터 시트에 의하면 LED의 적정 전류는 20mA 정도이다. 예를 들면 LED의 무릎전압을 제외한 나머지 전압이 3V라고 하면 옴의 법칙에 의해 (3V / 20mA = 150Ω) 이 되므로 전류를 20mA로 유지하기 위하여 150 Ω의 저항을 직렬로 연결해 주어야 한다. 실제로는 사용자가 원하는 밝기에 따라 150Ω ~ 500Ω 사이의 저항이 사용된다.

11 LED로 스위치의 High, Low 상태 표시하기
High(5V)가 되어도 풀업저항에 의하여 전류가 매우 작게 흐르기 때문에 LED에 불이 아주 흐리게 들어올 것이다. (이 약한 전류는 ELD를 켤 수는 없지만 디지털 게이트의 입력(High)으로 사용되기에는 충분하다) + 10KΩ 풀업저항 220Ω LED저항 왼쪽과 같이 LED의 Anode(+)를 전원의 +에 직접연결하고 Cathode를 입력 스위치에 연결하면 입력부분이(빨간 사각형) Low (Ground레벨) 일 때 LED에 불이 밝게 빛남. (스위치 누르면 LOW(0): LED켜짐 스위치 놓으면 HIGH(1): LED꺼짐. 무언가 뒤집힌 느낌? ….) LED의 Anode(+)를 입력 스위치에 연결 LED의 Cathode(-)를 입력 스위치에 연결

12 하나의 스위치로 데이터의 두 가지 상태(High / Low) 모두 나타내기
A와 A’는 서로 반대되는 상태이다. + 220Ω 10KΩ A A’ +5V 스위치의 상태(1/0)를 직접 데이터로 사용하지 않고 Inverter에 입력으로 연결하면 스위치에서 Inverter로 들어가는 입력과 Inverter에서 나오는 출력은 서로 상반되는 논리 값을 나타내게 되므로 동시에 두 개의 상태를 모두 사용할 수 있다. 스위치는 두 상태의 위치를 서로 바꾸어 줄 뿐이다. 옆 회로에서 LED는 A가 High, A’이 Low일 때 켜진다. 입력 데이터로 사용되는 스위치는 이 그림의 회로를 사용할 것을 권장한다.

13 권장하지 않음 + A’ A Inverter를 사용할 경우에 LED를 왼쪽의 그림과 같이 연결하여 Inverter의
Inverter의 출력(A’) 이 High일 때 LED의 불이 켜지도록 연결. *(권장하지 않음) + 220Ω 10KΩ A A’ Gnd Inverter를 사용할 경우에 LED를 왼쪽의 그림과 같이 연결하여 Inverter의 출력이 High일 때 LED에 불이 켜지게 할 수 도 있다. 이 경우 Inverter를 통해서 나오는 출력은 풀업저항을 통하여 흐르는 전류와는 달리 LED를 켜기에 충분한(그러나 그렇게 크지는 않은) 크기이다. LED는 A가 Low, A’이 High일 때 불이 켜진다. 그러나 이 방법은 데이터로 사용될 Inverter의 전류를 LED를 켜는데 사용함으로써 회로에 안 좋은 영향을 미칠 수 있다.

14 7404 Inverter 칩(14핀) 한 개로 입력 데이터용 스위치를 6개까지 만들 수 있다.