논리회로설계 3 장 성공회대학교 IT 융합학부 1

논리회로설계 3 장 성공회대학교 IT 융합학부 1

제 3 장기본논리회로 명제 참인지거짓인지정확하게나타낼수있는상황 ( 뜻이분명한문장 ) 2진논리 참과거짓 두가지논리로표시하는것 0 / 1 로표현가능 논리함수 여러개의 2진명제를복합적으로결합시켜표시하고, 이를수학적으로나타낸것 디지털논리회로 일정한입력에대하여논리적인판단을할수있는전자회로로구성 - 입력된 2진논리신호들에대해적당한 2진신호를출력 2진신호 SW의 ON/OFF - 전압의높 낮음 : High ( 1 ), Low ( 0 ) 디지털논리 NOT, ND, OR 회로 기본회로 NND, NOR OR NOR 위의기본회로를조합 2

3.1 NOT 회로 논리회로를사용하여 2 진논리를취급할때 - 신호전압이높은지낮은지를판단할필요가있다 논리회로가입력전압레벨에따른출력전압레벨의높낮이로표시되기때문 - 일반적표현 : 전압레벨이높을때 : H (High) 전압레벨이낮을때 : L (Low) 논리레벨을결정하는방법 (1) 정 (+) 의논리 : 높은전압 : 1 낮은전압 : 0 (2) 부 (-) 의논리 : 높은전압 : 0 낮은전압 : 1 게이트 (Gate) 기본논리연산을수행하는회로 3

NOT 회로 (INVERTER 회로 ) - 반전 or 보수의기본논리기능을수행하는회로 - 어떤논리가주어졌을때그반대의논리로변환하는회로 V SW off: 0 on: 1 불 off: 0 on: 1 Timing chart 그림 3-2 NOT 논리기호 그림 3-1 NOT 회로도 Input H L H Output H L 입력 출력 변수 변수 그림 3-3 NOT 회로의동작파형 0 1 1 0 표 3-1 NOT 진리표 Ex) NOT 회로를이용한 1 의보수회로 1 1 0 1 NOT 회로의논리식 : 혹은 0 0 1 0 5

ND 회로 3.2 ND 회로 - 2개이상의입력단자와 1개의출력단자로구성 - 논리연산 : 모든입력이논리 1인경우만출력이 1 하나라도논리 0인경우는출력이 0 V SW off: 0 on: 1 불 off: 0 on: 1 그림 3-5 ND 논리기호 그림 3-4 ND 회로도 NOT 회로의논리식 :,, 입력 출력 변수 변수 변수 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 표 3-4 ND 진리표 Timing chart Input Input Output 그림 3-6 NOT 회로의동작파형 7

OR 회로 3.3 OR 회로 - 2개이상의입력단자와 1개의출력단자로구성 - 논리연산 : 입력중하나라도논리 1 인경우 : 출력 1 입력이모두 0 인경우 : 출력 0 V 그림 3-8 OR 논리기호 그림 3-7 OR 회로도 OR 회로의논리식 : 입력 출력 변수 변수 변수 Timing chart 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 표 3-3 OR 진리표 Input Input Output 그림 3-9 OR 회로의동작파형 9

NND 회로 3.4 NND 회로 - NOT-ND 의약자 ND회로의결과에 NOT을접속한것과같다 - 2개이상의입력단자와 1개의출력단자로구성 - 논리연산 : 모든입력이논리 1 인경우만 : 출력 0 입력중하나라도 0 인경우 : 출력 1 그림 3-10 NND 논리기호 NND 회로의논리식 :,, 입력 출력 변수 변수 변수 Timing chart 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 표 3-4 NND 진리표 Input Input Output 그림 3-9 OR 회로의동작파형 11

NOR 회로 3.5 NOR 회로 - 2개이상의입력단자와 1개의출력단자로구성 - 논리연산 : 모든입력이논리 0 인경우만 : 출력 1 입력중하나라도 1 인경우 : 출력 0 OR회로의결과에 NOT회로를접속한것과같다 그림 3-12 NOR 논리기호 NOR 회로의논리식 : 입력 출력 변수 변수 변수 Timing chart 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 표 3-5 NOR 진리표 Input Input Output 그림 3-13 NOR 회로의동작파형 13

3.6 OR 회로 OR 회로 (Exclusive OR) - 2개이상의입력단자와 1개의출력단자로구성 - 논리연산 : 두입력이같은경우에는 : 출력 0 서로다른경우 : 출력 1 -불일치회로 많은응용분야에서중요한역할을하기때문에기본논리소자로취급 그림 3-14 OR 논리기호 그림 3-15 기본논리소자에의한 OR 회로 입력 출력 OR 회로의논리식 :, 변수 변수 변수 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 표 3-6 OR 진리표 Timing chart Input Input Output 그림 3-16 OR 회로의동작파형 15

3.7 NOR 회로 NOR 회로 (Exclusive NOR) - 2개이상의입력단자와 1개의출력단자로구성 - 논리연산 : 두입력이같은경우에는 : 출력 1 서로다른경우 : 출력 0 - 일치회로 OR 의부정에해당 그림 3-17 NOR 논리기호 그림 3-18 기본논리소자에의한 NOR 회로 입력 출력 NOR 회로의논리식 :,, 변수 변수 변수 Timing chart 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 표 3-7 NOR 진리표 Input Input Output 그림 3-19 NOR 회로의동작파형 17

3.8 집적회로 디지털 IC (Intergrated circuit) - 바이폴러형 (ipolar type) - 유니폴러형 (Unipolar type) 바이폴러형 - 동작속도가빠르다 집적도가낮다 (1) DTL (Diode and Transistor Logic) 형 - 초기에개발된 IC - 다이오드와트랜지스터로구성 - 구형 ( 현재사용안함 ) (2) TTL (Transistor and Transistor Logic) 형 - 트랜지스터로만구성 - 동작속도가빠르다. (3) ECL (Emitter Coupled Logic) 형 - 빠른스위칭속도를가짐 - 300 MHz 이상의고주파에서도동작 ( 장점 ) - 소비전력이크고 (-) 전원전압을필요 ( 단점 ) - 복잡한기능을가지는회로, 특수목적용회로에많이사용 18

유니폴라형 (1) CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) 형 - 소비전력이적다 ( 계산기, 디지털시계등에사용 ) (2) NMOS (N channel Metal Oxide Semiconductor) 형 - 회로구성이간단 - 고집적화가가능 - 초소형컴퓨터에사용 디지털 IC 는그룹별로개발 - 각그룹에속한 IC 들 Family Ex) Texas Instruments (TI) 에서개발한 IC 패밀리 SN54 시리즈 SN74 시리즈 19

구분 바이폴라 유니폴라 T T L 표 3. 8 대표적인디지털 IC 의종류 종류설명대표적인패밀리 DTL Diode and Transistor Logic 거의사용하지않음 표준 TTL Transistor and Transistor Logic SN54, SN74 저전력 Low Power TTL SN54L, SN74L 고속도 High Speed TTL SN54H, SN74H 쇼트키 Schottky arrier Diode TTL SN54S, SN74S 저전력쇼트키 Low power Schottky. D. TTL SN54LS, SN74LS 어드밴스드쇼트키 dvanced Schottky. D. TTL SN54S, SN74S 저전력어드밴스드쇼트키 dvanced Low Power Schottky. D. TTL SN54LS, SN74LS ECL Emitter Coupled Logic ECL 10000 I 2 L PMOS NMOS Integrated Injection Logic P channel MOS N channel MOS CMOS Complementary MOS CD4000, MC14500 준고속 CMOS High Speed MOS TC40H, TC74HC 20

디지털 IC 의명명법 (TI 사 ) [ SN 74 LS 04 J ] 1 2 3 4 5 6 Walter Schottky : 금속과반도체를접합시키면정류작용을하는것을이론적으로설명한사람. 1 회사고유번호 SN : TI 사 MC : Motolora 사 F : Fair Child 사 HD : Hitachi 사 TD : Toshiba 사 μpd : NEC 사 2 동작온도범위 74 : 0 ~ 70 ( 민간용 ) 54 : -55 ~125 ( 군사용 ) 3 TTL 의분류 LS : 저전력쇼트기 Low power Shottky TTL L : 저전력 Low power TTL H : 고속도 High speed TTL S : 쇼트키 Schottky barrier diode TTL 4 기능을표시하는연속번호 (0~600) 5 특성개선을표시 ( 나 는개량형 ) 6 패키지의형태 J : 세라믹 DIP (Dual Inline Package) N : 플라스틱 DIP W : 세라믹평면형 T : 금속평면형 21

Ex) 74 LS00 전원인가 4 개의 2 입력 NND 회로내장 Vcc 14 13 12 11 10 9 8 SN 7400 DIP IC 1 2 3 4 5 6 7 GND 하나만논리 0 입력 (0 V) 논리 1 출력 (5 V) 그림 3. 20 74LS00 의핀배치 접지 22

일반적인 IC 의논리값에대한허용전압 표 3. 9 논리값과입 출력허용전압 기호표시 논리값 TTL CMOS 입력전압출력전압입력전압출력전압 L O 0 ~ 0.8V 0 ~ 0.4V 0 ~ 1.5V 0 ~ 0.5V H 1 2 ~ 5V 2.4V ~ 5V 3.5 ~ 5V 4.95 ~ 5V 논리 1 (5V) 논리 0 (0V) TTL 의입력전압허용범위 5V 2V 0.8V 0V TTL 의출력전압허용범위 5V 2.4V 0.4V 0V 23

일반적인 IC 의논리값에대한허용전압 표 3. 9 논리값과입 출력허용전압 기호표시 논리값 TTL CMOS 입력전압출력전압입력전압출력전압 L O 0 ~ 0.8V 0 ~ 0.4V 0 ~ 1.5V 0 ~ 0.5V H 1 2 ~ 5V 2.4V ~ 5V 3.5 ~ 5V 4.95 ~ 5V CMOS 의입력전압허용범위 CMOS 의출력전압허용범위 논리 1 (5V) 5V 3.5V 5V 4.95V 논리 0 (0V) 1.5V 0V 0.5V 0V 24

기본논리게이트 NOT 게이트 : SN 7404 ND 게이트 : SN 7408 OR 게이트 : SN 7432 NND 게이트 : SN 7400 NOR 게이트 : SN 7402 OR 게이트 : SN 7486 NOR 게이트 : SN 74386 기본적인논리회로를조합하면다양한목적의논리함수를만들수있다. IC 회로요약 [ 표 3-10] 25

논리회로의구현 -기본적인논리회로들을조합함 2개이상의입력, 하나의출력여러개의입력, 여러개의출력 함수구현가능 ex) 논리함수 C 3개의입력 (,,C) 1 개의출력 ND 회로의조합으로구현가능 C 26

ex) 논리함수 C 3 개의입력 (,,C) 1 개의출력 NOT, ND, OR 회로의조합으로구현가능 3 개의입력을가지므로 2 3 = 8 개의출력이표시됨 C _ C + + C 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 그림 3-21 함수 C 의회로도 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 NOT ⅹ 1 NT ⅹ 3 OR ⅹ 2 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 표 3-11 함수 의진리표 29

Timing chart 1 0 1 C 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 31

Timing chart C 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 35