디지털 논리회로 설계 - 가산기, 인코더, 디코더, 멀티플렉서, 7

Embedded/STM32, Arduino

디지털 논리회로 설계 - 가산기, 인코더, 디코더, 멀티플렉서, 7_Segment

잇(IT) 2024. 4. 25. 22:29

기본 논리게이트에 대한 내용 (NOT, AND, OR, NAND, NOR XOR)

https://insoobaik.tistory.com/576

기본 논리 게이트 설계 (아두이노 IC Chip, Code 구현, C언어 Code 구현)

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insoobaik.tistory.com

가산기

4bit 병렬 가산기 (7483)

전감산기

디코더 (74138)

인코더

Multiplexer

7-Segment

가산기, 감산기, 디코더, 인코더, 멀티플렉서, 7_Segment (C언어)

가산기

가산기 : 숫자나 다른 이진수를 더하는데 사용되는 디지털 논리 회로다. 일반적으로 이진수를 더하는 용도로 사용되며, 덧셈 연산을 수행한다.

Sum : A와 B의 합을 나타낸다. XOR 게이트로 A와 B를 입력받아 결과를 출력한다.

Carry : A와 B를 더했을 때 발생하는 올림 값을 나타낸다. AND 게이트로 A와 B를 입력받아 결과를 출력한다.

PSPICE

진리표

A	B	Cin	S	Co
0	0	0	0	0
0	0	1	1	0
0	1	0	1	0
0	1	1	0	1
1	0	0	1	0
1	0	1	0	1
1	1	0	0	1
1	1	1	1	1

아두이노

4bit 병렬 가산기 (7483)

4bit 병렬 가산기는 4개의 입력 비트(A, B)를 받고, 덧셈 결과인 4bit의 합(Sum)과 올림(Carry)을 출력하는 가산기다.

각 비트마다 전가산기(Full Adder)를 사용하여 합과 올림을 계산한다. 전가산기는 두 입력 비트와 이전 단계에서 받은 올림을 입력으로 받는다.

PSPICE

Datasheet (7483)

진리표

C0	A4 A3 A2 A1	B4 B3 B2 B1	C4	sum4 sum3 sum2 sum1
0	0000	0011	0	0011
0	0011	1000	0	1011
0	1000	1010	1	0010
0	1010	1111	1	1001
0	1111	0001	1	0000
1	0001	0101	0	0111
1	0101	0111	0	1101
1	0111	1011	1	0011
1	1011	1110	1	1010
1	1110	0001	1	0000

아두이노

전감산기

전감산기는 두 개의 이진수를 뺄셈하는 디지털 논리 회로다. 기본적으로 감산기는 두 개의 이진수(A와 B)를 받아 차와 빌림을 계산한다.

차 : A에서 B를 뺀 결과를 나타낸다.

빌림 : B가 A보다 큰 경우, 빌림은 1이 되며 뺄셈 과정에서 A로부터 빌림을 받는다.

전감산기의 경우 세 개의 입력(A, B, Borrow-in)을 받아 차와 새로운 빌림을 출력한다.

PSPICE

진리표

A	B	Bi	D	Bo
0	0	0	0	0
0	0	1	1	1
0	1	0	1	1
0	1	1	0	1
1	0	0	1	0
1	0	1	0	0
1	1	0	0	0
1	1	1	1	1

아두이노

디코더

디코더는 입력선에 나타나는 n비트 2진 코드를 최대 2^n까지 정보로 바꿔주는 조합논리회로다.

PSPICE

Datasheet (74138)

진리표

Enable	C	B	A	출력
Enable	C	B	A	Y0	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5	Y6	Y7
G1 = 1 G2A = 0 G2B = 0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1
	0	0	1	1	0	1	1	1	1	1	1
	0	1	0	1	1	0	1	1	1	1	1
	0	1	1	1	1	1	0	1	1	1	1
	1	0	0	1	1	1	1	0	1	1	1
	1	0	1	1	1	1	1	1	0	1	1
	1	1	0	1	1	1	1	1	1	0	1
	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0

아두이노

2x4 디코더

3x8 디코더

인코더 (74148)

인코더는 디코더의 반대 기능을 수행하여 2^n개의 서로 다른 정보로 입력 신호로부터 n개의 출력신호를 만드는 조합 논리 회로이다.

2^n개 중 활성화된 하나의 1비트 입력 신호를 받아서 그 숫자에 해당하는 n비트 2진 정보를 출력한다.

PSPICE

Datasheet (74148)

아두이노

Multiplexer

멀티플렉서는 디지털 입력 신호 중 하나를 선택하여 선택된 입력을 하나의 라인에 전달하는 디지털 논리 회로다.

SEL 값에 따라 입력선이 선택된다.

PSPICE

Datasheet

진리표

입력 데이터				선택 신호		X(출력)
D0	D1	D2	D3	S1	S2	X(출력)
1	0	1	0	0	0	1
1	0	0	1	0	0	1
1	0	1	0	0	1	0
1	0	0	1	0	1	0
1	0	1	0	1	0	1
1	0	0	1	1	0	0
1	0	1	0	1	1	0
1	0	0	1	1	1	1
0	1	1	0	0	0	1

아두이노

7-Segment

7-세그먼트 7개의 획으로 이루어진 숫자를 나타내는 표시 장치이며 FND라고 불린다.

PSPICE

Datasheet

진리표

핀 번호	7-세그먼트 마디
핀 번호	a	b	c	d	e	f	g	DOT
1	0	0	0	0	1	0	0	0
2	0	0	0	1	0	0	0	0
3	0	0	0	0	0	0	0	0
4	0	0	1	0	0	0	0	0
5	0	0	0	0	0	0	0	1
6	0	1	0	0	0	0	0	0
7	1	0	0	0	0	0	0	0
8	0	0	0	0	0	0	0	0
9	0	0	0	0	0	1	0	0
10	0	0	0	0	0	0	1	0

아두이노

가산기, 감산기, 디코더, 인코더, 멀티플렉서, 7_Segment (C언어)

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

void add() {

	int A;
	int B;
	int C;

	bool a;
	bool b;
	bool c;
	bool a_xor_b;
	bool a_and_b;
	bool a_xor_b_and_c;

	bool sum;
	bool cout;

	printf("가산기 A값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &A);
	a = (A == 0) ? false : true;
	printf("가산기 B값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &B);
	b = (B == 0) ? false : true;
	printf("가산기 올림(Carry)값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &C);
	c = (C == 0) ? false : true;

	a_xor_b = a ^ b;
	a_and_b = a && b;
	a_xor_b_and_c = a_xor_b && c;

	sum = a_xor_b ^ c;
	cout = a_xor_b && a_xor_b_and_c;

	printf("\n");
	printf("A, B, Carry값을 가산기로 연산한 Sum : %d / Cout : %d\n", sum, cout);
}

void sub() {

	int A;
	int B;
	int BI;

	bool a;
	bool b;
	bool bi;
	bool Not_a;
	bool not_a_And_b;
	bool a_Xor_b;
	bool Not_a_xor_b;
	bool not_a_xor_b_And_bi;
	bool not_a_and_b_Or_not_a_xor_b_and_bi;
	bool a_xor_b_Xor_bi;

	bool d;
	bool bo;

	printf("감산기 A값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &A);
	a = (A == 0) ? false : true;
	printf("감산기 B값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &B);
	b = (B == 0) ? false : true;
	printf("감산기 BI값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &BI);
	bi = (BI == 0) ? false : true;

	Not_a = !a;
	not_a_And_b = Not_a && b;
	a_Xor_b = a ^ b;
	Not_a_xor_b = !a_Xor_b;
	not_a_xor_b_And_bi = Not_a_xor_b && bi;
	not_a_and_b_Or_not_a_xor_b_and_bi = not_a_And_b || not_a_xor_b_And_bi;
	a_xor_b_Xor_bi = a_Xor_b ^ bi;

	d = not_a_and_b_Or_not_a_xor_b_and_bi;
	bo = a_xor_b_Xor_bi;

	printf("\n");
	printf("A, B, BI값을 감산기로 연산한 D : %d / BO : %d\n", d, bo);
}

void decoder() {
	int A;
	int B;

	bool a;
	bool b;
	bool Not_a;
	bool Not_b;

	bool y0;
	bool y1;
	bool y2;
	bool y3;

	printf("2x4 디코더 A값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &A);
	a = (A == 0) ? false : true;
	printf("2x4 디코더 B값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &B);
	b = (B == 0) ? false : true;

	Not_a = !a;
	Not_b = !b;

	y0 = Not_a && Not_b;
	y1 = a && Not_b;
	y2 = Not_a && b;
	y3 = a && b;
	printf("\n");
	printf("A, B 입력에 의한 디코더 값은\nB\tA\t\n%d\t%d\t\ny3\ty2\ty1\ty0\t\n%d\t%d\t%d\t%d\t 입니다.\n",B, A, y3, y2, y1, y0);
}

void incoder() {
	int D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7;
	bool d0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7;
	bool b0, b1, b2;

	printf("8x3 인코더 D0값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &D0);
	d0 = (D0 == 0) ? false : true;
	printf("8x3 인코더 D1값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &D1);
	d1 = (D1 == 0) ? false : true;
	printf("8x3 인코더 D2값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &D2);
	d2 = (D2 == 0) ? false : true;
	printf("8x3 인코더 D0값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &D3);
	d3 = (D3 == 0) ? false : true;
	printf("8x3 인코더 D4값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &D4);
	d4 = (D4 == 0) ? false : true;
	printf("8x3 인코더 D5값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &D5);
	d5 = (D5 == 0) ? false : true;
	printf("8x3 인코더 D6값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &D6);
	d6 = (D6 == 0) ? false : true;
	printf("8x3 인코더 D7값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &D7);
	d7 = (D7 == 0) ? false : true;

	b0 = d1 || d3 || d5 || d7;
	b1 = d2 || d3 || d6 || d7;
	b2 = d4 || d5 || d6 || d7;

	printf("\n");
	printf("D0~D7 입력에 의한 인코더 값은\nD7\tD6\tD5\tD4\tD3\tD2\tD1\tD0\n%d\t%d\t%d\t%d\t%d\t%d\t%d\t%d\nB2\tB1\tB0\n%d\t%d\t%d\n", d7, d6, d5, d4, d3, d2, d1, d0, b2, b1, b0);
}

void mux() {
	int D0, D1, D2, D3;
	int S1, S2;
	bool d0, d1, d2, d3;
	bool s1, s2;
	bool and0, and1, and2, and3, or1, or2, or3;
	bool out;

	printf("mux D0값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &D0);
	d0 = (D0 == 0) ? false : true;
	printf("mux D1값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &D1);
	d1 = (D1 == 0) ? false : true;
	printf("mux D2값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &D2);
	d2 = (D2 == 0) ? false : true;
	printf("mux D3값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &D3);
	d3 = (D3 == 0) ? false : true;
	printf("mux S1값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &S1);
	s1 = (S1 == 0) ? false : true;
	printf("mux S2값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &S2);
	s2 = (S2 == 0) ? false : true;

	and0 = d0 && !s1 && !s2;
	and1 = d1 && !s1 && s2;
	and2 = d2 && s1 && !s2;
	and3 = d3 && s1 && s2;

	or1 = and0 || and1;
	or2 = and2 || and3;
	or3 = or1 || or2;

	out = or3;

	printf("D0~D3, S1,S2 입력에 의한 멀티플렉서 out의 값은\nD0\tD1\tD2\tD3\n%d\t%d\t%d\t%d\nS1\tS2\n%d\t%d\nOUT = %d\n", d0, d1, d2, d3, s1, s2, out);
}

void segment() {
	int A, B, C, D;
	int sum;
	bool a, b, c, d, e, f, g;

	printf("seg A값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &A);
	printf("seg B값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &B);
	printf("seg C값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &C);
	printf("seg D값을 입력하세요.(0 or 1) : ");
	scanf("%d", &D);

	sum = D * 8 + C * 4 + B * 2 + A;

	switch (sum) {
	case 0:
		a = 0, b = 0, c = 0, d = 0, e = 0, f = 0, g = 1;
		break;
	case 1:
		a = 0, b = 0, c = 0, d = 1, e = 1, f = 1, g = 1;
		break;
	case 2:
		a = 0, b = 0, c = 1, d = 0, e = 0, f = 1, g = 0;
		break;
	case 3:
		a = 0, b = 0, c = 0, d = 0, e = 1, f = 1, g = 0;
		break;
	case 4:
		a = 1, b = 0, c = 0, d = 1, e = 1, f = 0, g = 0;
		break;
	case 5:
		a = 0, b = 1, c = 0, d = 0, e = 1, f = 0, g = 0;
		break;
	case 6:
		a = 1, b = 1, c = 0, d = 0, e = 0, f = 0, g = 0;
		break;
	case 7:
		a = 0, b = 0, c = 0, d = 1, e = 1, f = 1, g = 1;
		break;
	case 8:
		a = 0, b = 0, c = 0, d = 0, e = 0, f = 0, g = 0;
		break;
	case 9:
		a = 0, b = 0, c = 0, d = 1, e = 1, f = 0, g = 0;
		break;
	case 10:
		a = 1, b = 1, c = 1, d = 0, e = 0, f = 1, g = 0;
		break;
	case 11:
		a = 1, b = 1, c = 0, d = 0, e = 1, f = 1, g = 0;
		break;
	case 12:
		a = 1, b = 0, c = 1, d = 1, e = 1, f = 0, g = 0;
		break;
	case 13:
		a = 0, b = 1, c = 1, d = 0, e = 1, f = 0, g = 0;
		break;
	case 14:
		a = 1, b = 1, c = 1, d = 0, e = 0, f = 0, g = 0;
		break;
	case 15:
		a = 1, b = 1, c = 1, d = 1, e = 1, f = 1, g = 0;
		break;
	}

	printf("\n7_segment A, B, C, D 값에 의한 a, b, c, d, e, f, g의 값은\n\nD\tC\tB\tA\n%d\t%d\t%d\t%d\t\n\na\tb\tc\td\te\tf\tg\n%d\t%d\t%d\t%d\t%d\t%d\t%d\n", A, B, C, D, a, b, c, d, e, f, g);

}


void main() {
	
	while (true) {
		int num;
		printf("1. 전가산기\t2. 전감산기\t3. 디코더\t4. 인코더\t5. 멀티플렉서\t6. 7_segment\t0. 종료\n");
		printf("원하는 연산 게이트를 입력하세요 : ");
		scanf("%d", &num); 
		switch (num) {
		case 1:
			add();
			printf("\n");
			break;
		case 2:
			sub();
			printf("\n");
			break;
		case 3:
			decoder();
			printf("\n");
			break;
		case 4:
			incoder();
			printf("\n");
			break;
		case 5:
			mux();
			printf("\n");
			break;
		case 6:
			segment();
			printf("\n");
		case 0:
			break;
		}
		if (num == 0) {
			break;
		}
	}
}

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