본문내용
1. 서론
1.1. 실험의 목적
Xilinx 프로그램을 이용하여 HDL 중 하나인 verilog를 사용하여 조합회로 중 디코더, 인코더, 멀티플렉서를 구현하고 그 원리를 이해하는 것이 이 실험의 목적이다.
디코더는 n비트 2진수 입력 신호를 2^n개의 출력 신호로 변환시키며, 결과값 중 하나만 1의 값을 가지고 나머지는 0을 갖는다. 인코더는 2^n개의 입력 신호를 n비트 2진수 출력 신호로 변환시키는데, 디코더와 비슷한 구조를 가진다. 멀티플렉서는 2^n개의 입력 데이터 중 하나를 선택하여 출력하는 논리 회로이다. 또한 BCD 코드는 4비트를 이용하여 십진수를 그대로 표현하는 코드이고, BCD to Excess-3 Code Convertor는 BCD 코드에 3을 더한 값을 사용하는 코드이다.
프로젝트를 HDL로 설정하여 생성하고, text file로 회로를 구현한 뒤 test bench를 통해 functional simulation과 timing simulation을 수행한다. 2비트 2:1 MUX, 4:1 MUX, BCD to Excess-3 Code Convertor를 각각 설계하고, MUX 모델링과 BCD to Excess-3 Code Convertor 모델링에 대해 토론한다.
이를 통해 조합회로 중 디코더, 인코더, 멀티플렉서의 원리와 동작을 이해하고, BCD 코드와 Excess-3 코드 간 변환 과정을 파악할 수 있다. 또한 Xilinx 프로그램을 활용하여 HDL 설계와 시뮬레이션을 수행함으로써 디지털 논리회로 설계 능력을 향상시킬 수 있다.
1.2. 배경 지식
1.2.1. 디코더
디코더는 말 그대로 해독기를 의미한다. 임의의 입력 번호에 대응하는 출력만을 활성화 시키며 n비트 2진수 입력 신호를 2^n 개의 출력 신호로 변화시킨다. 결과값 중 하나만 1의 값을 가지며 나머지는 0을 갖는다. 예를 들어 3x8 디코더에서의 경우 3개의 입력과 8개의 출력을 갖는다. 이를 통해 And gate 8개와 Inverter 3개를 사용하여 회로를 구현할 수 있다. 디코더는 입력 신호를 해독하여 특정 출력을 활성화시키는 역할을 하므로, 다양한 디지털 회로에서 핵심적인 기능을 수행한다.
1.2.2. 인코더
인코더는 디코더의 반대 역할을 수행한다. 디코더가 n비트의 입력 신호를 2^n개의 출력 신호로 변환하는 것과 달리, 인코더는 2^n개의 입력 신호 중 하나만 활성화되면 이를 n비트의 출력 신호로 변환한다.
예를 들어 4x2 인코더의 경우, 4개의 입력 신호 중 하나만 1이고 나머지는 0이면 이를 2비트의 이진 출력 신호로 변환한다. 인코더 회로는 And 게이트 1개와 3개의 Or 게이트, 그리고 Inverter로 구현할 수 있다. 인코더의 입력은 하나만 1이고 나머지는 0이라는 특성을 이용하여 입력 중 하나만 감지하여 해당하는 2비트 이진 출력 값을 생성할 수 있다. 이처럼 인코더는 디코더와 대비되는 기능을 수행하여 복잡한 신호 처리 과정에서 널리 활용된다. 이와 같은 인코더의 특징과 구현 방식을 이해하는 것은 조합 논리회로 설계 시 매우 중요한 기초 지식이 된다.
1.2.3. 멀티플렉서
멀티플렉서는 여러 개의 데이터를 입력 받을 때 그 중 하나를 선택하여 출력하는 논리 회로이다. 선택은 지정된 선택 입력 신호에 의해 제어된다. 2^n개의 입력 데이터 중 하나를 선택하며 n개의 신호선으로 제어한다.
예를 들어 4x1 멀티플렉서에서는 2개의 선택 신호선으로 4개의 입력 데이터 중 하나를 선택하여 출력하게 된다. 선택 신호는 00, 01, 10, 11과 같이 2비트로 구성되며, 각각의 조합에 따라 다른 입력 데이터가 출력된다. 멀티플렉서는 디코더와 유사한 구조를 가지고 있지만, 디코더가 입력을 디코딩하여 출력하는 것과 달리 멀티플렉서는 선택된 입력을 그대로 출력한다는 차이가 있다.
멀티플렉서는 디지털 논리 회로에서 매우 중요한 역할을 하며, CPU의 레지스터 파일, 메모리 접근 제어, 데이터 선택기 등 다양한 응용 분야에 활용된다. 특히 병렬 처리 시스템에서 병렬로 처리된 데이터를 순차적으로 출력...
