본문내용
1. 개요
1.1. 프로젝트 선정 배경
이번 학기 '기초 전자 회로 실험 2' 강의를 수강하면서 진행한 '디지털 11장 16진 카운터' 실험과 '디지털 12장 60진 카운터/타이머 설계' 실험에서 배운 이론을 응용할 수 있는 '디지털 알람 시계'를 프로젝트 주제로 선정하였다.
1.2. 최초 목표 및 사양
사용자가 직접 현재 시각과 알람 시각을 설정할 수 있고, 설정한 알람 시각에 알람이 울리며, 시, 분, 초가 표시되는 디지털 알람시계를 제작한다.
2. 연구 내용
2.1. 설계 관련 이론
2.1.1. 카운터 회로
7490 IC는 2진 카운터와 5진 카운터가 내장되어 있는 IC 칩이다. 2진 카운터의 출력 12번 핀과 5진 카운터의 입력 1번 핀을 연결하면 10진 카운터로 사용할 수 있다. 7492 IC는 2진 카운터와 6진 카운터가 내장되어 있는 IC 칩이다. 2진 카운터의 출력 12번 핀과 6진 카운터의 입력 1번 핀을 연결하면 12진 카운터로 사용할 수 있다. 이처럼 카운터는 입력 펄스의 수를 세는 장치이며, 입력 펄스에 따라 다양한 진수의 카운터를 구현할 수 있다. 이러한 카운터의 특성은 디지털 시계 회로 설계에 활용된다. 디지털 시계에 사용되는 카운터는 enable 제어 신호를 가지고 있어, 각 카운터가 동기화되어 동작하도록 설계되어 있다. 이를 통해 초, 분, 시 단위의 값이 정확히 증가하도록 할 수 있다.
2.1.2. 발진 회로
발진 회로는 외부로부터 가해진 신호에 의하지 않고, 전원으로부터의 전력으로 지속되는 전기 진동(교류 전압 또는 전류)을 발생시키는 회로이다. 발진 원리는 다음과 같다.
먼저, 전원을 넣으면 공진 회로에 공진 주파수의 진동이 발생한다. 이 일부가 입력부에 귀환하여 증폭기 입력이 된다. 그러면 이 입력이 증폭되어 출력부에 나타나고, 출력의 일부가 다시 입력부에 귀환한다. 이러한 작용이 반복되면 지속적인 일정 주파수의 출력을 얻을 수 있다.
이러한 발진 회로는 디지털 시계의 작동을 위한 clock을 발생시키는데 사용된다. 디지털 시계에 사용되는 발진 회로에는 555 타이머 소자와 저항, 커패시터로 구성된 1Hz 발진 회로와 수정 진동자를 이용한 10MHz 발진 회로가 있다. 555 타이머 기반 회로는 clock의 주기가 1초에 가깝게 나타나고, 수정 진동자 기반 회로는 분주 회로와 함께 1Hz를 생성한다. 또한 RC 공진 회로를 이용한 1Hz 발진 회로도 설계되었다. 그러나 실제 구현시 이론적으로 예상한 값과는 다른 결과가 나타나 슈미트 트리거를 추가하여 디지털 신호로 변환하는 과정이 필요했다.
따라서 디지털 시계 구현을 위해서는 안정적인 clock 발생이 필수적이며, 555 타이머, 수정 진동자, RC 공진 회로 등 다양한 발진 회로 설계 방식이 활용될 수 있다. 그러나 실제 구현 시에는 이론적 예상과 다른 결과가 발생할 수 있으므로, 이를 보완하기 위한 추가 회로 설계가 필요하다.
2.1.3. 분주 회로
4020 IC는 발진 회로로부터 받은 구형파를 분주하여 1Hz를 출력하기 위한 IC 칩이다. 10번 핀으로 클락을 입력받아 Q11으로 1Hz를 분주하여 카운터 회로에 입력 신호를 제공한다. 이를 통해 디지털 시계가 작동하는데 필요한 1Hz의 클록 신호를 생성한다. 따라서...
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