조합회로 IC7447 설계

목차

1. 개요

1.1 주제, 배경, 원리 및 목표

1.2 7-Segment 개념

1.3 IC7447 개념

2. 수행 과정 및 결과

2.1 진리표 작성

2.2 카르노맵을 이용한 설계

2.3 상용 로직 분석 프로그램으로 회로 동작 확인

2.4 브레드 보드에 설계

2.5 회로를 기판에 납땜

3. 결론 및 논의

1. 개요

1.1 주제, 배경, 원리 및 목표

이번 실험에서 다룰 주제는 기초적인 기본 게이트들을 활용하여

IC7447을 설계하는 문제이다. 기본 게이트는 AND, OR, NOT, XOR 등이 있는데, 이를 활용해 어떤 조합으로 결과를 나타낼 수 있는 구

조이다. 이 회로는 Input에 따라 결과가 나타나고 이는 바뀌지 않는

조합회로이다. 이 실험에서는 카르노 맵을 활용한 논리적 설계를 하

고, 기초적인 IC 사용법을 알고 직접 전선을 활용해 동작을 확인하

고 직접 납땜을 하여 납땜질 기초적 실력을 쌓는데 목표가 있다.

1.2 7-Segment 개념

7-세그먼트는 표시장치의 일종으로 7개의 획으로 숫자, 문자 또는

점을 나타낼 수 있다. 7-세그먼트 표시장치의 각 획은 맨 위쪽 가로획부터 시계 방향으로, 그리고 마지막 가운데 가로획까지 각각 a~g에 해당하는 LED가 있다.

1.3 IC7447 개념

4bit BCD를 입력으로 받아 7-세그먼트의 입력인

a~g를 출력하는 디코더이다. 이는 16-leg로 VCC, GND 소자에 BCD 입력, a~g 출력, 그 외 display test, blank output, blank input 등 추가적인 기

능이 존재한다. 이 실험에서는 기초적 Input, Output에 중점을 둔다.

2. 수행 과정 및 결과

2.1 진리표 작성

이 문제를 해결하기 위해서 첫 번째로 해야 할 것은 어느 때 LED가 켜지고, 꺼지는지 알

수 있어야 한다. 이를 알기 위해 가장 기초적인 방법으로 진리표를 사용한다. 진리표는 입

력인 0, 1의 조합에 따라 출력이 0, 1로 나타나는 것을 표로 나타낸 것이다. 여기서는 BCD로 입력되는 4bit 입력을 7-Segment의 a~g 입력으로 들어가는 디코더의 진리표를 작성하

였다. 입력이 4개이고 출력이 7개인 회로의 진리표이다. 7-segment는 0~9까지의 숫자만을

출력하므로 나머지(10~15) 숫자는 표현하지 않는다.

입력 출력

A B C D a b c d e f g

0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0

1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0

2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1

3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1

4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1

5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1

6 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1

7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0

8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

9 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1

2.2 카르노맵을 이용한 설계

진리표를 작성했으면 카르노맵을 사용하여 최적화된 불 대수식을 만들 수 있다. 카르노맵

은 4변수 기준 4x4 형태로 나타내고 진리표를 참고해 mapping한 뒤 1과 don’t-care 부분

을 제일 큰 부분으로 묶어 간략화해 정리하는 과정을 가진다. 아래 표들은 카르노맵을 활용

해 a~g 에 대한 대수식을 작성한 것이다. 추가로 이 실험에서는 XOR를 적극적으로 활용하

였다.

2.3 상용 로직 프로그램으로 회로 동작 확인

이번 실험에서는 Logic CAD 프로그램으로 Flowrian을 사용하였다. 이는 LogicWorks보다 복잡하지만, 입력값을 시간에 따라 설계할 수 있고 직접 제작한 IC를 사용할 수 있으며, Control Unit 제작에 매우 쉽다는 장점이 있다. 다변수 입력 심볼을 활용해 그림 3에 해당

하는 회로를 작성하였고, 시간에 따른 입력을 조절해 그림 4에 해당하는 출력을 확인하였

다.로직웍스(Logic Works)-캐소드로함

2.4 브레드 보드에 설계

프로그램으로 설계한 회로도와 진리표를 바탕으로 브레드보드에 직접 IC 소자들을 달고

전선으로 연결하여 테스트하는 과정을 거쳤다. AND, OR, NOT, XOR은 각각 IC7408, IC7432, IC7404, IC7486에 해당하며 데이터시트를 참고해 VCC, GND를 연결하고 IC 하나

당 4개 또는 6개의 출력을 확인할 수 있어서 최대한 활용해 IC 사용을 최소한으로 줄였다. BCD에 해당하는 입력 부분은 Logic Unit의 1~4에 해당하는 부분을 사용하였으며 각각의

스위치를 HI 상태는 1, LO 상태는 0으로 사용했으며, 출력은 7-세그먼트를 직접 활용하였

다.

[0] [1]

[2] [3]

[4] [5]

[6] [7]

[8] [9]

실제 회로를 만들기 위해 브레드 보드에 먼저 설계를 해서 회로가 잘 작동하는지를 검사했

다. 사진에는 칩이 10개가 있지만 실제로는 7404칩을 하나 사용하지 않았다.

2.5 회로를 기판에 납땜

직접 커넥터의 납땜질을 통해 기판을 제작해 IC들을 연결해서 동작해보는 과정을 가졌다. 브레드보드와 동작은 같지만, IC 부분은 직접 꽂을 수 없고 커넥터를 사용하여 연결해야 했

으며, 이번 실험에는 간단히 전선 부분은 커넥터를 사용하여 쉽게 꽂을 수 있도록 하였다.

3. 결론 및 논의

조합회로 설계 실습으로 이론으로 배웠던 진리표와 카르노 맵, 회로도에 대해 더 잘 이해

하게 되었고 필요성도 실감하였고 7-세그먼트의 동작도 이 실험으로 확인할 수 있었다. 이

실험을 진행하는 과정에서 회로를 설계할 때 게이트 개수를 최소화하는 것이 가장 어려웠

다. 처음에는 AND, OR, NOT 게이트에만 집중하여 복잡한 회로도가 설계되었는데 XOR 게

이트를 활용함으로써 회로설계가 간단해졌다. 미리 게이트를 최소화해둠으로써 납땜으로 회

로를 제작하는 과정에서 전선의 뒤엉킴이나 자리가 부족해지는 현상이 적어지고 IC들도 상

대적으로 적게 사용할 수 있었다. 회로를 구성하고 제작하는 시간에서 제일 오랜 시간을 끌었던 것은 역시 납땜이었다. 옆

의 선과 붙어버리거나 회로를 수정할 때 땜을 제거한 후 다시 고정하는 일은 다소 비효율적

으로 느껴지기까지 했다. 제대로 회로를 구성했더라도 납땜 과정에서 일어난 작은 실수 한

번으로 예상의 배가 되는 시간을 소요하게 됐다. 다행이 모든 조원들이 함께 문제를 해결하

기 위해 노력한 결과 정확하게 작동하는 회로를 만들 수 있었다. 모든 작업에 함께 참여하

여 문제를 해결하였기 때문에, 다른 문제를 직면하더라도 수월하게 해결할 수 있을 것이라

고 생각한다. 또한, 어려웠던 점은 브레드보드에 설계할 때 설계과정이 복잡해서 헷갈릴까 봐 전선 길

이를 짧게 잘라서 사용했는데 오히려 잘 빠져서 오류가 발생한 점이었다. 브레드보드에 설

계할 때는 전선 길이를 길게 하여 미리 오류를 수정한 후 납땜할 때 적절한 길이로 잘라서

사용하는 것이 더 편리했다. 그리고 전선을 꽂는 과정에서는 피복을 너무 많이 벗겨 전선끼

리 맞닿으면서 합선이 발생하기도 했다. 납땜한 후 전선을 꽂을 때는 피복이 벗겨진 부분을

적당한 길이로 잘라서 사용해야 했다. 이번 실험에서 소켓은 소자를 연결할 때만 사용하고 전선은 뒤로 납땜해야 하지만 이미

전선을 꽂을 소켓까지 납땜해버려서 전선이 보이게 설계한 것이 제일 아쉬운 점이다. 반면

에 이번 실험에서 가장 잘했다고 할 수 있는 것은 카르노 맵 활용뿐만 아니라 XOR의 작동

원리를 활용해 더욱 효율적이고 간략화된 회로를 설계한 것이다. 이번 실험을 통해 이론적인 조합회로에 대한 강의 시간에 배운 내용을 직접 도전해가면서

그 내용을 마음속에 깊이 새길 수 있는 유익한 시간을 가질 수 있었다.