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제4장 회로실험 - 4강 4. 순차논리회로 실험(이론만 전개) 4-1. 쉬프트 레지스터(Shift Register) 전자계산기에서 2의 키를 누르면 2가 표시되고 그 다음에 4의 키를 누르면 앞의 2가 좌로 이동(Shift)하고 그 자리에 4가 위치한다. 이처럼 키가 눌릴때마다 그 값을 디스플래이상에서 이동(Shift)시켜주는 기능이 쉬프트 레지스터이다. 다음 그림은 D F_F 4개를 사용하여 Shift_ Register를 구성한 회로이다.  D F_F 1의 출력이 D F_F 2의 입력이되고 다시 D F_F 2의 출력이 D F_F 3의 입력이 되었다. 아래의 타이밍 챠트를 보면 시간이 가로축을 따라 흘러가고 있으며 세로 방향으로 같은 위치에 있는 점들은 동일 시점이 된다. ①의 순간에 Q1 의 출력이 D1 의 입력상태를 반영해서 High 로 반전되었다. CK에 펄스가 가해진 ① 의 순간에 동시에 CK2 에도 펄스가 가해졌으므로 D F_F 1의 출력 Q1이 D2의 입력이 되는 상황에서 이 Q1 의 값이 Q2에도 나타나야 하는데 ① 의 순간에는 챠트에서 약간의 간격을 두었듯이 Q1 이 0에서 1로 반전하기 바로 직전이므로 Q2 에는 ①의 순간에 Q1 의 반전 직전상태(0)가 나타났다. 이것은 게이트간의 시간지연 때문인 것이다. 이는 IC 의 실제적인 특성으로 수나노초(10-9초)에서 수십 ns 정도가 된다. 그리고 ② 의 순간에는 화살표의 시작점이 입력되고 끝점이 출력인 것과 같이 각각 입력에 해당하는 신호를 각 출력에 나타낸다. 따라서 마지막 4번째 펄스가 가해진 후 Q1 ～ Q4를 살펴보면 처음 D1으로 시간에 따라 차례로 1 0 1 0을 입력한 것이 Q1 Q2 Q3 Q4에 각각 0 1 0 1이 출력되었다. 결국 시간에 따라 입력된 1 0 1 0의 신호가 거꾸로 Q4 Q3 Q2 Q1에 나타났다. 이는 처음 Q1 에 입력된 값 1이 매번 CK에 펄스가 가해짐에 따라 Q2 Q3을 거쳐 Q4에 마지막으로 나타나게 되는데 이것이 바로 쉬프트_레지스터의 동작 원리이다.  아래 회로도는 4 BIT 쉬프트_레지스터의 내부등가 회로도이고 1번 핀 SERIAL INPUT 는 위에서 설명한 D1이되고 Qa ～ Qb 가 각각 Q1 ～ Q4 에 해당한다. 4-2. 래치(Latch) 아래 그림은 D F_F 4개를 사용한 4bit 래치회로이다. ① 시점에서 여기에 하나의 펄스(0 1 0)를 가하면 D1 ～ D4 의 값(1 0 1 0)들이 출력인 Q1 ～ Q4 에 나타나고 CK에 새로운 펄스가 가해지지 않으면 ② 시점에서 D1 ～ D4 의 data를 새로운 값(1 0 1 1) 으로 바꾸더라도 이전의 D1 ～ D4 의 값(1 0 1 0)을 여전히 Q1 ～ Q4에 나타낸다. 그러다가 CK 에 또 하나의 펄스가 ③시점에서 가해지면 이제 D1 ～ D4 의 새로운 값(1 0 1 1)이 Q1 ～ Q4에 나타나게 되는 것이다. 이처럼 래치회로는 한번 화면에 쓴 값을 그대로 화면상에 유지시키고 정해놓는 주기가 지나면 또 다시 측정한 값을 디스플래이 하게 된다.  래치의 등가회로  4-3. 카운터(Counter) 회로 카운터는 숫자를 세는 장비를 말한다. 펄스는 규칙적이던 불규칙적이던지 일정한 크기만큼 커지고 작아진다. 커질때(Up) 이것을 체크하는 기능을 Up eddge trigger 라고 하는 데 바로 이런 펄스의 개수를 세는 역할을 한다. 아래의 타이밍 챠트에서 (a) 는 T F_F를 4개 연결해서 쉬프트_레지스터처럼 출력을 다음 F_F 의 입력으로 제공하고 있다. (b)의 그림에서도 알 수 있듯이 Q1에서 Q2로 Q2에서 Q3 로 신호가 전달됨에 따라 주기가 2배로 되고 있다. 그러면 과연 펄스 9개가 지나간후 Q1 ～ Q4 의 상태로서 이 펄스의 개수를 맞힐 수 있을 까 ? 표 이진수와 십진수를 참조하면 이진수 1 0 0 1이 십진수 9가되며 우리는 Q1 ～ Q4의 상태를 확인함으로써 입력된 펄스의 개수를 알 수 가 있는 것이다. 또 이러한 것들을 Binary(이진) 카운터(Counter) 라고 하며 74LS69 에서는 이러한 2진 카운터가 제공된다.  6. 로직체커 실습 6-1. 기본 스위칭 회로 1) 실험내용 : 전기스위치를 이용하여 LED를 구동한다 2) 준비물 : - Φ3 LED x 1 EA - 브레드_보드 x 1 식 - 점퍼 와이어 x 1 set 3) 실습회로도 (전기스위치)  6-2. 로직체커 1) 실험내용 : Inverter 74LS04를 이용하여 LED를 구동하되 Inverter 의 특징을 알아본다 2) 준비물 : - 74LS04 x 1EA / Φ3 LED x 2 EA - 브레드_보드 x 1 식 / 점퍼 와이어 x 1 set 3) 실습회로도 (로직체커)  7. LED 순차점등 실습 1) 실험내용 : 펄스와 입출력 순환기인 LS164를 이용하여 LED를 순차점등한다 2) 준비물 : - Φ3 LED x 8 EA - 제너_다이오드 x 3 - 브레드_보드 x 1 식 - 점퍼 와이어 x 1 set - 74LS164 x 2 / 74LS04 x 1 - 74LS393 x 2 - OSC x 1 (384KHz) - 100μF (전해콘덴서) - 8.3KΩ x 1 / 330Ω x 8 3) 실습회로도  3) 실습해설 OSC (384KHz) : 초당 384000번의 진동을 수행 (지속적인 펄스공급) 74LS393 : 펄스주파수를 낮추기 위한 두 개의 카운터 회로 내장 - Pin 2, 12 번 Clear 단자는 Gnd 시켜야 IC 가 동작한다.(Clear 단자는 High Active 이므로 ) - 펄스가 카운터 회로 한 개를 거칠 때 24(16배) 만큼 늘고 주파수는 16배 만큼 작아진다 여기서는 카운터가 4개이므로 16 x 16 x 16 x 16, 즉, 384000을 164 로 나누면 5.9 Hz 가 되므로 LED 는 약 0.17초에 한번 점등한다. 74LS164 : 쉬프트 레지스터 (1 bit 쉬프트 기능) 아래 회로도처럼 2개를 연결하면 입출력 순환회로를 구성할 수 있다  위의 회로도는 74LS164 두 개를 사용하여 서로 자신의 출력을 상대의 입력으로 순환시키는 회로이다.  |
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