[eBook] 디지털 논리회로 설계(1판)

PART 1 이론 및 실습편

Chapter01 디지털 논리회로 설계 기초(수 체계)

왜 디지털(DIGITAL)인가?

디지털 시스템이란

간단한 컴퓨터의 역사

디지털 시스템의 장점

디지털 기술의 한계성

디지털 논리회로 설계란?

디지털 논리 설계에서는 무엇을 배우는가?

디지털 시스템의 설계 과정

간단한 디지털 시스템 블록도

아날로그와 디지털 신호란 무엇인가?

수 체계(Numeric System)

진법 변환

보수(Complement)

2진수의 사칙연산

부호-크기 표현

IEEE 754에 의한 수의 표현

[Lab_Sheet_01A]

[Lab_Sheet_01B]

Chapter02 부울대수(Boolean Algebra)

부울대수(Boolean Algebra)

헌팅턴의 가설

2치의 부울 대수

벤 다이어그램(Venn Diagram)

부울 함수의 성질

부울 대수의 기본 정리

기본 논리 게이트

XOR/XNOR 회로

ANSI/IEEE 표준 게이트 기호

등가 게이트

NAND/NOR Gate만을 사용한 회로 설계

[Lab_Sheet_02A]

Chapter03 간략화

디지털 논리회로의 종류

디지털 논리회로의 표현 방법

부울 함수의 표현

논리식의 다양한 표현

[Lab_Sheet_03A]

부울 함수의 간략화(simplifying)

부울 함수의 간략화 방법

카노우 맵에 의한 간략화(Karnaugh Map simplificaion)

[Lab_Sheet_03B]

[Lab_Sheet_03C]

퀸-맥클러스키(QM : Quine-McKluskey)의 간략화

[Lab_Sheet_03D]

[Lab_Sheet_03E]

[Lab_Sheet_03F]

Chapter04 조합회로-연산회로

디지털 논리회로의 종류

조합회로의 설계 절차

조합회로의 분석

기본적인 조합회로들-1

[Lab_Sheet_04A]

[Lab_Sheet_04B]

[Lab_Sheet_04C]

[Lab_Sheet_04D]

[Lab_Sheet_04E]

Chapter05 조합회로

기본적인 조합회로들-2 (자료 선택/변환 회로)

[Lab_Sheet_05A]

[Lab_Sheet_05B]

Chapter06 MyLogic Station Quick Start

MyLogic Quick Start Schematic Editor [Full Adder]

MyLogic Quick Start Logic Simulator [MySim]

Chapter07 Latch & Flip-Flop

순서(순차) 논리 회로

Clock(Clk, CP)

Latch와 FlipFlop

플립플롭의 여기표

플립플롭의 시간 특성

주/종 플립플롭

에지 트리거드 플립플롭(edge-triggered flip-flop)

비동기 입력

[Lab_Sheet_07A]

[Lab_Sheet_07B]

[Lab_Sheet_07C]

Chapter08 순서회로의 설계

순서회로의 설계

동기식 순서 회로의 설계

회로 동작 기술

Chapter09 카운터(COUNTER)

카운터(COUNTER)

[Lab_Sheet_09A]

Chapter10 레지스터

레지스터

레지스터의 동작 유형에 따른 구분

병렬 로드가 가능한 레지스터(4-bit register with parallel load)

양방향 시프트 레지스터

[Lab_Sheet_10A]

Chapter11 메모리(Memory)

메모리(Memory)

ROM

PLA

RAM

[Lab_Sheet_11A]

Chapter12 비동기식 순서회로

비동기 순서회로

비동기 순서회로의 분석

비동기 순서회로의 설계

경주 문제와 해저드

디바운스 스위치 회로

펄스 발생기

Chapter13 논리회로설계 종합정리

Part.0 Student ID Print (200731099인 경우)

Part.1 Lab_Student ID2 Print (본인 학번)

Part.2 본인 학번이 출력되는 순서회로를 설계하여라.

Part.3 "ABCD+본인학번"이 출력되는 순서회로를 설계하고 시뮬레이션하여라.

Chapter14 Xilinx ISE

Xilinx ISE를 이용한 VHDL Design Lab

시뮬레이션-1 (Xilinx 자체 Simulator를 사용하는 경우)

시뮬레이션-2 (ModelSim을 사용하는 경우)

Stnthesis (논리 회로도 생성)

Chapter15 MP1000X Prototyper

Chapter16 CLOCK(VHDL)

VHDL을 이용한 디지털 시계 설계 실습

PART 2 부록

1. 디지털 시스템 설계 방법

2. TTL & IC(Transistor-Transistor Logic circuit & Integrated Circuit)

3. IC Package의 종류

4. NAND Gate

5. 논리회로의 다양한 표현

6. Switch Level의 논리 회로도

7. 반도체 제조 공정

8. 집적회로(IC : Integrated Circuit)

9. 집접회로 설계흐름

10. 다양한 회로 설계 방법

디지털 논리 회로는 실생활에서 이용하는 다양한 전자기기 뿐 만아니라 사회 전반에 걸쳐 사용되는 다양한 시스템의 기본 원리로 전기/전자/정보통신/컴퓨터 등의 공학 분야를 공부하기 위한 가장 기본적이며 필수적인 학문이다.


우리는 디지털 논리회로를 학습함으로써 디지털 시스템의 구성 및 동작원리를 이해하고 이를 바탕으로 디지털 시스템을 설계 제작할 수 있는 능력을 배양할 수 있다.


본 교재에서는 디지털 논리회로를 이해하기 위하여 수 체계, 부울 대수, 논리 연산, 논리식 표현, 논리식의 변환, 논리식의 간략화 등의 기초 과정을 학습하고, 디지털 시스템의 동작원리에 따라 조합회로와 순차회로로 구분하여 연산 회로 및 변환 회로 등 다양한 논리 회로의 원리를 이해하고 분석할 수 있도록 구성하였다.


또한 실무에서 활용한 다양한 EDA Tool(MyCAD, Xilinx)을 활용하여 이론으로 학습한 논리회로를 직접 설계하고, 검증할 수 있도록 구성하였으며, 이를 통하여 현장감 있는 실무 수행 능력을 배양할 수 있도록 하였다.


교재 후반부에서는 하드웨어 설계의 또 다른 방법인 VHDL을 이용한 디지털 시스템의 설계 과정을 직접 수행해 볼 수 있도록, Digital Clock의 VHDL Design 과정과 FPGA PrptoTyper MP1100X를 이용한 Hardware의 구현 및 검증 과정을 설명하였다.


본 교재는 학교 수업이 지나치게 이론에 치우거나 빠르게 변화하는 기술 트랜드를 수용하지 못하여 산업 현장의 요구를 충족시키지 못하는 문제를 조금이나마 개선코자 모든 학습 내용을 이론 중심이 아닌 실무 중심으로 구성하였으며 가능한 교재에 소개된 모든 논리 회로들을 EDA Tool을 활용하여 직접 설계하고 검증할 수 있도록 구성하였다.


부디, 본 교재를 통하여 디지털 논리 회로와 디지털 시스템의 원리와 동작을 이해하고 직접 설계, 제작하는 과정을 학습함으로써 현장에서 요구하는 하드웨어 디자이너로 발전하기를 기원한다.

2013년 3월

저자 씀