디지털회로실습 (제2판)

학습 01 디지털 기초 이론

1.1 디지털 시스템과 아날로그 시스템

1.2 논리회로 설계의 중요성

1.3 집적회로

1.4 TTL 집적회로 명명법

1.5 논리레벨과 펄스

1.6 디지털 IC 용어

1.7 디지털 IC 사용상의 주의점

학습 02 OrCAD PSpice 따라하기

2.1 PSpice란?

2.2 OrCAD PSpice 시작

2.3 OrCAD PSpice 디지털 회로도 설계하기

2.4 OrCAD PSpice 시뮬레이션 설정

2.5 시뮬레이션 실행하기

2.6 그 외의 시뮬레이션 조건 설정하기

학습 03 기본 조합 논리게이트

3.1 기본 논리게이트

3.2 조합 논리게이트

3.3 부울 대수와 드모르간 정리

3.4 부울 대수식을 이용한 조합논리회로 구성

학습 04 응용 논리게이트

4.1 응용 논리 게이트

4.2 패리티 생성기/검사기

학습 05 코드 변환기

5.1 BCD 코드

5.2 BCD-3초과 코드 변환기

5.3 2진수-그레이 코드 변환기

5.4 그레이-2진수 코드 변환기

학습 06 연산회로

6.1 가산기

6.2 감산기

6.3 가감산기

6.4 병렬 2진 가산기

6.5 병렬 2진 감산기

6.6 병렬 2진 가감산기

학습 07 디코더/인코더

7.1 디코더

7.2 BCD-7세그먼트 디코더

7.3 인에이블 입력을 갖는 2×4 디코더

7.4 인코더(Encedor)

학습 08 멀티플렉서/디멀티플렉서

8.1 멀티플렉서

8.2 멀티플렉서를 이용한 논리회로 설계

8.3 디멀티플렉서

8.4 디코더와 디멀티플렉서와의 관계

학습 09 발진회로

9.1 비안정 멀티바이브레이터

9.2 단안정 멀티바이브레이터

9.3 단안정 멀티바이브레이터 IC

9.4 IC 타이머 555의 비안정 동작

9.5 IC 타이머 NE555의 단안정 동작

9.6 수정발진기

9.7 채터링 방지회로

학습 10 플립플롭

10.1 RS 플립플롭

10.2 JK 플립플롭

10.3 D 플립플롭

10.4 T 플립플롭

학습 11 비동기식 카운터

11.1 2n진 리플 카운터

11.2 리셋형 카운터

11.3 직접 리셋형 카운터

학습 12 동기식 카운터

12.1 동기식 순차회로 설계

12.2 여기표에 의한 동기식 카운터 설계

학습 13 레지스터

13.1 데이터의 저장

13.2 데이터의 디코딩

13.3 시프트 레지스터

13.4 링 카운터

13.5 존슨 카운터

학습 14 아날로그 장치와의 연결

14.1 OP AMP 회로의 기초

14.2 D/A 변환기

14.3 A/D 변환기

부록 TTL IC 핀 연결도

참고문헌
 

최근 들어, 정부에서는 핵심 국정과제로 대학의 교육체제를 국가직무능력표준(NCS :National Competency Standards) 기반 교육과정 운영에 온 힘을 쏟고 있는 실정이며, 이를 효율적으로 운영하기 위해서는 국가차원에서 표준화한 NCS 기반 학습모듈이 반드시 필요하다. 학습모듈은 수행준거에 의거하여 학습목표, 예비지식, 수행내용, 수행과제 평가, 피드백으로 구성되어 있어야 하므로, 본 교재는 기존 교재를 학습모듈의 형식 및 수행준거에 맞춰 시뮬레이션 부분을 추가하여 재편집한 것으로 아직도 미미한 형편이다.

디지털 전자회로 기술은 컴퓨터와 데이터 통신의 급속한 발전과 더불어 현대의 새로운 정보화 시대를 구축해 가는데 필요한 기술로 산업 전반의 모든 분야에서 광범위하게 활용되어 이제는 전자 엔지니어만의 전유물로 남기를 스스로 포기해야 하는 디지털 시대의 현실에서, 시대 흐름에 부흥한 디지털 시스템의 설계에 몰두하는 일이야말로 전자공학도로서 매우 가치있는 일이 아닐 수 없다.

본 교재는 디지털 논리회로 설계 기술의 기초를 공고히 하고, 그 이론을 체계적으로 손쉽게 파악하도록 함으로써, 새로운 디지털 논리회로를 최적화하여 설계할 수 있는 능력을 갖도록 하였으며, 각 대학의 전기, 전자, 통신, 컴퓨터 관련 학과에서 필수과목으로 공부하는 학생들이 기본적인 회로동작과 원리를 쉽게 이해하기 위하여 각종 IC 소자들을 게이트 회로로 구성한 후 실험을 통하여 내부 논리를 이해하도록 상세히 기술하였고, 학생 자신이 생각하여 문제해결 방법을 찾을 수 있도록 MSI 급의 IC를 이용한 디지털 논리회로 설계를 많이 다루어 실제 응용에 적용하기 쉽게 하였다. 또한, 대표적인 전자회로 시뮬레이션 툴인 OrCAD Capure PSpice를 이용하여 모든 회로를 시뮬레이션하도록 수행과제를 추가하여 디지털 회로의 이해를 공고히 하였다. 

본서의 구성은 크게 세 부분으로 나뉘어 질 수 있다. 즉, 학습 01에서 학습 08까지는 디지털기초 이론과 논리게이트의 동작 원리를 이해하고, 논리게이트를 이용한 각종 회로를 설계한 후 실험을 통하여 검증하도록 구성하였으며, 학습 09에서 학습 13까지는 플립플롭 실험시 사용할 클럭펄스를 발생시키는 발진회로에 대하여 익힌 후, 래치회로와 플립플롭의 동작 원리를 이해하고, 플립플롭을 이용한 각종 카운터, 레지스터 등 순차회로를 설계한 후 실험을 통하여 검증하도록 구성하였고, 학습 14에서는 각종 A/D 및 D/A 변환기에 대하여 익힌 후 실험을 통하여 검증하도록 구성하였다.

본 서의 학습별 내용은 다음과 같다.

① 학습 01은 디지털회로 에 필요한 디지털 신호인 펄스와 논리레벨에 대하여 이해하고,디지털 IC의 기본 명명법 및 용어에 대하여 알아본다.

② 학습 02는 전자회로 시뮬레이션 툴인 OrCAD Capture PSpice 사용법을 학습하고, 이후 진행되는 모든 은 수행과제로 툴을 이용한 시뮬레이션 결과로 검증할 수 있도록편성하였다.

③ 학습 03은 디지털회로의 가장 기초가 되는 기본 및 조합 논리게이트인 AND, OR, NOT,NAND, NOR 게이트를 이용하여 회로를 구성하고 실험을 통하여 동작을 검증하고, 논리식을 간소화하는 방법에 대하여 실험을 통하여 학습한다.

④ 학습 04는 기본 논리 연산회로에 많이 사용되는 EX-OR, EX-NOR 게이트의 유용성에대하여 이해하고, 패리티 생성기/검사기 시스템에 대하여 실험을 통하여 익힌다.

⑤ 학습 05는 디지털회로 중 조합 논리 회로인 각종 코드변환기에 대하여 이해하고, 게이트를 이용한 설계방법과 설계된 회로를 구성하고 실험을 통하여 검증한다.

⑥ 학습 06은 조합 논리 회로 중 가산기와 감산기의 연산 회로를 게이트 레벨에서 설계하고 구성한 후 실험을 통하여 검증한다.

⑦ 학습 07은 조합 논리 회로로 설계되어 있는 회로들 중 많이 사용되는 디코더와 인코더에 대하여 게이트 레벨에서 설계하고 구성한 후 실험을 통하여 검증한다.

⑧ 학습 08은 멀티플렉서와 디멀티플렉서의 원리를 이해하고, 4×1 및 8×1 멀티플렉서를 이용하여 논리회로를 구성한 후, 실험을 통하여 동작을 검증한다.

⑨ 학습 09는 발진회로를 이해하기 위하여 무안정 멀티바이브레이터, 단안정 멀티바이브레이터의 구성원리를 학습하고, 인버터, NAND 게이트, 555 IC를 이용한 펄스 발생회로의 구성법과 스위치의 ON, OFF시 발생하는 차터링 현상을 방지하는 회로의 동작원리를 이해하고, 그 구성법을 익힌 후, 실험을 통하여 동작을 검증한다.

⑩ 학습 10은 2진 데이터 저장의 기본 원리인 Latch를 이해하고, 각종 플립플롭의 구성과 동작을 실험을 통하여 검증한다.

⑪ 학습 11, 학습 12는 순서 논리 회로의 한 형태인 비동기식 및 동기식 카운터의 구성과 기본 원리를 이해하고, 플립플롭을 이용한 설계방법과 설계된 회로를 구성한 후 실험을 통하여 특성과 같이 동작하는지 검증한다.

⑫ 학습 13은 플립플롭을 응용한 레지스터의 구성과 기본원리를 이해하고, 입출력 방식에 의한 각종 방식의 특성을 이해한 후, 데이터의 저장, 디코딩 방법과 시프트 레지스터의 구성과 원리를 이해하고, 실험을 통하여 검증한다.

⑬ 학습 14는 아날로그 신호를 디지털 신호로, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 각종 D/A 및 A/D 변환기의 기본원리를 이해하기 위하여 이상증폭기인 OP AMP회로의 해석 및 동작특성에 대하여 학습하고, D/A 및 A/D 변환기 IC인 DAC0808 및 ADC0801에 대하여 익힌 후, 응용회로를 통하여 검증한다.

끝으로 본 실험 가운데에는 무리한 풀이가 없지 않을 것이나, 동학 선배 및 동료 여러분의 많은 지적과 편달을 바라며, 짧은 기간임에도 불구하고 이 책의 출판을 위하여 정성을 다해 주신 복두출판사의 송광헌 사장님과 편집자 여러분께 감사드리고, 디지털 시스템 기술을 필요로 하는 공학도 및 현장 기술자들에게 미력하나마 도움이 되기를 간절히 바라는 바이다.

2015. 7월

著者 씀