Smart Controller

반파 정류 회로 PCB 만들기

기판의 종류에는 단면/양면/4층/6층/8층이 있다.

Art Work의 작업 순서

1. 부품의 위치 선정

2. 선긋기

3. 거버(Gerber) 파일 변환

기판의 층을 세팅하여 준다.

Layout Plus에서 옵션,

Solder Mask 기판 위에 납이 묻지 않도록 초록색으로 코팅하는 것.

Top과 bottom 체크 박스에 있는 3가지 항목에 모두 체크 표시를 해준다.

Component tool을 누른 후 부품을 알맞게 배치해 준다.

Autopath Route Mode를 사용하여 선을 연결해준다.

Obstable tool을 활용하여 board ouline을 설정해준다.

다시 Obstacle tool을 사용하여 obstacle type에서 copper pour을 선택하고 내부에 copper를 씌워준다.

Options에 gerber setting을 선택한 후 그냥 엔터를 눌러준다.

options에 post process를 선택한 후 batch enabled에서 pcb작업이 필요한 항목만 yes로 바꿔준다.

바꾸는 방법은 options에 있는 enable for post processing에서 체크박스를 클릭하여 변경해주면 된다. 체크 박스를 클릭하면 YES가 되고 해지하면 NO가 된다.

디자인 룰체크(DRC)를 수행 후 문제가 없는 경우 auto - run post processor를 선택한다.

아래와 같은 메모장이 생성되고 batch enabled에 yes가 선택된 항목들이 파일로 작성되어 폴더에 저장되는데 이것을 PCB제작하는 곳에 맡기면 PCB를 제작하여 준다.

대표적인 PCB제작 회사는 https://www.hsdgt.com/ 이다.

 반파 정류 회로 Capture 설계

RMS(Root Means Square)

AC 220V는 220v * 루트2 = 311.12...

OrCAD 매뉴얼 및 반파정류, 전파정류

제어기초 - OrCAD 매뉴얼 및 반파정류, 전파정류

<BUS의 사용>

선이 복합할 경우 이를 단순하게 표현하기 위하여 BUS를 사용한다. 버스에는 네트 네임을 적는데 형식은[네트시작번호..네트 끝번호]이다. ex) A[1...5]

핀을 wire와 그리고 wire와 bus사이에 entry를 이용하여 연결.

연결된 pin에 해당 네트 네임을 net alias를 이용하여 표기.

<교차점의 사용>

교차점

교차점 마크는 두 wire가 가로지를 때 wire를 연결해 주는 역할을 한다. 가로지를 때 wire상에서 한번 클릭을 해주면 되고 그냥 지나가면 생성이 되지 않는다.

OrCAD 매뉴얼과 반파/정파 전류

#1. OrCAD 기본 사용 설명

ORCAD(회로도 작성을 위한 준비부터)

회로도란?

회로의 동작을 다른 사람에게 전달하거나 동일한 것을 만들 수 있도록 하기 위한 것.

설계자의 의도를 표현한 것.ex)다이오드, 캐피시터의 삽입 이유

회로도의 기본적인 요소

부품의 명칭 또는 종류 -> 어떠한 부품을 사용하는가?

사용하고 있는 부품의 정수 -> 부품의 정수는 얼마인가?

부품 사이의 접속 관계 -> 각 부품들은 어ᄄᅠᇂ게 연결되었는가?

접속과 교차

회로도에서 부품 사이 접속 관계는 직선으로 표시

1. T자형 교차점은 접속된 것이다.

2. +자형 교차점에 점이 있으면 접속된 것이며, 그렇지 않은 것은 접속되지 않은 것

3. +자형 교차점에 반원이 있으면 접속되지 않은 것이며, 그렇지 않은 것은 교차한 것

** 2항과 3항은 한 회로도에서 중복되지 않음.

기본단위

<Capture의 기능 및 특징>

OrCad Capture program은 회로도 분석을 쉽게 하고, 상징적인 전자회로 도면을 그려서 이를 인쇄회로기판으로 실제적인 작업을 하기 위한 최종의 Netlist file을 생성하는 것이다.

기구설계프로그램과 연계하기 위한 Auto CAD, Genertic CAD 등에 필요한 DXF 파일을 Netlist작성시에 생성할 수 있으며, EDIF, VHDL, Verilog HDL과 다른 전자회로 설계 프로그램으로도 Netlist 파일을 생성할 수 있다.

Pspice Library를 포함하여 약 44,000개 이상의 많은 library를 내장

새롭게 부품 혹은 심볼을 생성하기가 쉽다.

Wire, Bus 등 연결점의 자동표현(Auto Junction), Macro 기능 지원 등의 기능 외에도 비트맵 이미지 등의 Logo File 또한 불러들일 수 있다.

명령어의 빠른 접근을 위한 Toolbar와 Tool Palette 제공, 부품 목록, 도면 정보 등의 문서화 시켜서 이를 database화 할 수 있다.

한글 Windows 상에서의 한글 서체 지원, 작성한 회로도면의 미리 보기 기능 지원, 사용의 편리성을 위한 On-line Help와 interactive tutorial 제공, Excel, Lotus 등 각종 스프레드시트 등과 파일 호환기능이 있다.

<Capture 프로그램 실행>

윈도우 시작 -> 프로그램 -> OrCAD_10.5 -> Capture(CIS)선택

Capture 초기 화면 메뉴 Bar 중에서 File -> New -> project를 선택

Analog or Mixed-Signal Circuit Wizard

Analog 또는 Analog/Digital 혼합회로 설계를 위한 Pspice Project option.

PC Board Wizard

PCB를 설계용 OrCad layout을 사용하기 위한 Project option.

Programmable logi Wizard

CPLD 나 FPGA design, Digital simulate 용 OrCAD Express를 사용하기 위한 Project option.

Schematic

Schematic 작성용 Capture를 사용하기 위한 Project Option.

ORCAD PROGRAM 사용 KEY POINT

항상 마우스의 오른쪽 버튼을 생각하면 접근하기가 수월하다.

Program 창의 메뉴 항목에 작업 수행에 따른 해당 항목을 왼쪽 마우스로 클릭하면 활성화 되고, 그 상태에서 오른쪽 마우스를 클릭하며 그 작업에 관련된 option이 나타나게 된다.

일반적으로 어떤 작업의 속성을 보기 위해서는 객체 활성화-> 오른쪽 마우스 -> Edit Properties를 선택하면 되고, 그 작업을 빠져나가려면 오른쪽 마우스 -> End mode(End command)를 선택하면 된다.

OrCad Program에서는 Excel과 같이 Spreadsheet data를 관리하므로 작업 관리 및 Editing이 빠르고 편리하다.

Capture For Window 기본 정보

opj (OrCAD project file) - design file과 해당 programme을 link시켜주는 file.

drc - 실제 회로도를 담고 있는 design file.

alb - 파트와 심볼정보를 담고 있는 file.

upd - 회로도에 쓰인 부품안에 파트의 속성을 포괄적으로 집어넣을 때 사용 되는 file.

swp - layout상에서 변경된 정보를 capture상에 적용 시키는 파일.

drc - 전기적인 rule의 검사결과가 저장되는 파일

bom - 부품 목록이 저장되는 파일

xrf - 회로도에 쓰여진 part의 정보를 담고 있는 파일

mnl - 핀과 핀간의 연결 정보와 footprint정보를 담고 있는 파일

#2. OrCAD 메뉴얼

OrCAD 주요 단축(HOT) Key

줌인(마우스포인트를 기준으로) : I

줌아웃 : O

줌센터 : C

repeat : F1

Any angle wire = shift + mouse

Mirror horizonatally: h

only move part : Alt + mouse

redraw :F5

select copy : ctrl + mouse

회로도의 구조

1.단면 구조

2.평면 구조

3.계층구조

1. 단순 계층 구조

2 복합 계층 구조

단면구조

회로도면 구조의 가장 기본적인 형태 한 장의 도면으로 만 구성되어 있다.

부품의 어ᄄᅠᆫ pin과 연결될 다른 pin간에서 보통 wire를 사용하여 연결

거리가 먼 경우나 도면을 깔끔하게 구성 해기 위해 Bus나 nex alias를 사용한다.

Net Alias

Bus와 Bds entry

버스에는 별도의 다렙ㄹ을 붙혀준다.

<평면 계층 구조)

단일 구조 형태0에서 manager창의 schemick 폴 더 아래엥있는 page가 여러 개 생성되는 형태.

OFF-PAGE Connector 기능

(flast rwh, onsecc구조)

계층 구조(단순, 복합)

회로도의 임의의 영역을 다른 계층의 도면으로 관리하는 경우 사용되며 project manager창의 schematic 폴더 아래에 또 다른 schematic 폴더가 존재하는 형태로 나타난다.

계층 구조를 구성하는 3가지 요소

1. Hierarchical block

2. Hierarchical pin

3. Hierarchical port

계층 구조는 계층간 연결 형태에 따라 단순 계층 구조와 복합 계층구조의 2가지로 나누어 볼 수 있다.

<Generic, 계층 구조 port기능>

계층 구조 + 플랫 구조 + 원 시트 구조

주의> 위의 모든 구조가 사용 가능 하지만 플랫 또는 원시트에 계층구조 port사용시 DRC 확인 시 상호 연결 checking이 되지 않음.

평면도면 -> off-page Connector사용

계층도면 -> 계층 port를 사용

<ORCAD CAPTURE For Windows 환경>

1. Capture 작업환경(3개의 Window로 구성)

Project manager window

디자인 파일을 생성하거나 오픈할 때 사용하는 윈도우로 상위 도면과 하위 도면의 연결구조 상태를 볼 수 있으며, 해당도면에서 생성되는 라이브러리(디자인 캐쉬), 보고서 파일과 도면 정보 검사 파일 등의 파일들을 포함하고 있는 전체 작업 진행을 관리하는 창이다.

Schematic page editor window

회로설계의 작성이 이루어지는 창이며, 매니저 창이 활성화 되었을 때와 회로도 창이 활성화 되었을 때 각각 메뉴 항목이 달라지게 된다. Parts나 심볼 작성시에는 part editor windows라 한다.

Session log window

도면 완성 후 작업이 진행되는 내용을 표시하는 창

부품의 참조 명칭(u1, u2...)을 결정하는 annotate(update part reference)의 내용과 도면검사 기준설정인 ERC(error rules check)에 따른 도면 검사 (DRC: 디자인 룰 체크)를 실행한 결과 기록, 넷리스트 생성에 따른 내용 등을 나타낸다.

5가지 capture bar의 종류

title/menu/tool/status bar/tool palette

title bar: orcad capture의 로그 표시된 바로서 전체 화면의 복귀, 확대, 닫기를 관리한다.

menu bar: 파일의 저장, 닫기와 편집뿐 아니라 전체적인 작업을 관리하는 tool 메뉴, 도면 작성을 위한 place메뉴, 환경 설정을 위한 options 메뉴 등으로 구성되어 있다.

tool bar: 새로운 파일 생성과 오픈, 세이브, 도면의 확대, 축소의 기능과, annotation, 디자인 룰 체크, 넷리스트 생성 등 전체적인 작업을 진행하는데 필요한 기능을 아이콘으로 표시해 놓은 bar이다.

Annotate(업데이트 파트 레퍼런스): 부품의 참조명칭 부여하는 기능.

back annotate: 회로도의 게이트와 핀의 교체

디자인 룰 체크: 회로도의 디자인 규칙 위반 사항 검사.

Create 넷리스트: 회로도의 부품과 선 연결정보 파일 작성.(여러가지 포맷 제공)

Cross reference part: 회로도의 부품 사용 경로와 각 정보를 포함하는 교차 참조 보고서 파일 작성.

bill of materials: 회로도에 사용된 주품의 개수, 종류, 수량, 주품 값 등을 포함하는 부품 목록 보고서 파일 작성.

#3. OrCAD 메뉴얼

<Tool palette>

place junction: 배선과 배선의 접속점 표시.

place bus entry: 버스와 일반 wire와의 연결 부분 지정.

place power: 회로도에 전원 신호 연결.

place ground: 회로도에 접지신호 연결.

place hierarchical block: 회로도에 계층구조의 블록 설정.

place port : 계층구조 핀과 연결되어 사용되는 포트

place pin : 계층구조 블록 위에 핀 배치

place off-page connector : 평면 구조의 회로도 연결 시 사용 되는 포트.

place no connect : 부품의 pin에 배선 등을 연결시키지 않을 때 사용.

place line : 전기적 속성을 지니지 않은 선

place polyline : 전기적 속성을 지니지 않은 일반 다각도 선 그리기

place rectangle : 직사각형 그리기

place eclipse : 타원형

place arc : 반원

<Status Bar>

현재 도면에서의 상태, 마우스 포인터가 가리키는 좌표와 현재 사용자가 선택하고 있는 객체의 개수 등을 표시하는 바이다.

//부품 검색 도중 부품명이 생각나지 않을 때는 *또는 ?를 사용하여 검색하면 된다.

//*는 자릿수를 무시하고 ?는 넣는 개수만큼 자리수를 인식하여 검색해준다.

Bus entry를 제외하고는 대각선 와이어는 사용하지 않는다.

Place Net Alias

배선에 라벨을 붙이는 기능을 한다.

#4. 반파정류/전파정류

한전에서 공급하는 가정용 전기는 AC 220V/60HZ이다. 이것을 5V 전기로 바꾸고자 하면

1. AC - DC Converter로 교류전기를 직류 전기로 바꾸고

2. Trans로 감압한 후 정류 시켜 주면 된다.

정류작용 - 반파정류/전파정류

반파정류는 다이오드를 하나만 사용하여 한쪽으로 나오는 전류만 사용하는 것이고

전파 전류는 다이오드 4개를 사용하여 모든 전류를 사용하는 것이다.

리플 전기를 안정화 시켜주기 위해서 제너다이오드를 사용한다.

회로 설계 기초(회로도를 그리기 전에 알아야 할 상식)

//이전에 했던 내용과 중복이 있지만 복습한다는 생각으로 학습에 임하면 된다.

목차

- 전원과 그라운드

- 전기 전자 전류 전압의 용어

- 전기의 흐름, 직류와 교류

- 규칙적 변화, 주기와 주파수

- 저항

- 축전기

<전원과 그라운드>

전류 : 전기라고 부르는 것에 흐르고 있는 것들

전기의 방향은 전원에서 그라운드로 쪽으로 움직인다.

전원에서 전기를 공급받고 그라운드로 내보낸다.

그라운드는 전압의 기준점으로써 +와 -의 전위차를 전압이라고 한다.

<용어: 전기, 전자, 전류 전압>

전기는 물질 안에 있는 전자 또는 공간에 있는 자유 전자나 이온의 움직임 때문에 생기는 에너지의 한 형태

전기는 음전기와 양전기 두 가지가 존재하며, 같은 종류의 전기는 서로 밀어내고 다른 종류의 전기는 끌어당기는 힘이 있다.

전자는 음전하 성질(-극성)을 가진 입자이다. 전기가 흐르는 것은 전자가 이동하기 때문이다. 전자는 -극에서 +극으로 흐른다.

//전하는 물질이 가지고 있는 전기의 양이다.

<전기의 흐름, 진류와 교류>

직류: 시간에 관계없이 전류의 방향과 크기가 일정한 전기의 흐름을 직류전류라고 한다.

교류: 시간에 따라서 전류의 방향과 크기가 주기적으로 변하는 전류. 전압이 계속 바뀌므로 방향이 계속 바뀐다.

<규칙적 변화, 주기와 주파수>

주파수: 전파나 음아가 1초 동안 진동하는 횟수, 교류 전기에서 1초 동안 전류의 방향이 바뀌는 횟수

// 우리가 쓰는 전기는 60hz

//AC ~, DC - 파형의 모양을 따라 이와 같이 표현해 준다.

// 전류의 단위는 암페어(A)

// 교류는 극성이 필요 없기에 +/- 표시가 없다.

주기: 같은 현상이나 특징이 한번 나타나고부터 다음 번 되풀이되기 까지의 기간. 회전하는 물체가 한 번 돌아서 본래의 위치로 오기까지의 기간. 진동하는 물체가 한 방향으로 움직였다가 다시 반대 방향으로 그 만큼 움직여 본래의 자리로 돌아오는데걸리는 시간.

주기와 주파수의 관계는 반비례이다.

저항: 전기적 흐름을 강제로 방해하는 소자. 전류가 흐르는 것을 방해하여 전기적 위치 에너지의 차이를 만든다. 전기적 흐름을 제어하여 원하는 만큼의 전류를 흐르게 한다.

//저항 읽는 법 재학습하기

1005타입 이하의 저항은 저항 값이 표시되지 않는다. 왜냐하면 표시해도 보이지 않기 때문이다.

옴의 법칙: 회로의 흐르는 전류의 크기는 저항에 비례하고, 저항에 반비례한다.

저항의 직렬 연결: 다수의 저항을 일렬로 한 개의 선으로 연결한 것. 합성 저항의 값은 직렬로 연결된 저항 값을 합한 값.

저항의 병렬 연결: 저항을 옆으로 연결시켜 놓은 것. 합성 저항 값은 각 저항의 값의 역수를 합한 값의 역수.

// 저항을 읽는 단위는 옴이다.

회로적 의미와 용도: 전류의 제어. 회로블럭이 손상되는 것을 막아준다.

전압의 분배

// 저항이 0가 되면 전류가 무한대가 됨으로 저항은 반드시 있어야 한다.

// embeded에서 쓰는 전압은 5, 3.3, 1.8V이다.

전력: 전류가 단위 시간(1초)에 하는 일, 단일 시간에 사용되는 에너지의 양. 값은 전압과 전류의 곱으로 나타난다. 단위는 w와 kW

P = I * V = I제곱 * R = V제곱/R

전력은 전류의 제곱에 비례, 전압의 제곱에 비례, 저항의 반비례

전력량: 실제 시간에 따른 전력 소비량을 계산한 것. 전력에 시간을 곱하여 계산한다.

W = V X I X time

저항에서 전력을 알아야 하는 이유는 전력은 일을 한 양이므로 필연적으로 열이 발생한다. 이 열 때문에 정격 전력을 알아야 한다. 정격 전력이란 저항에서 버틸 수 있는 전력의 크기이다.

권선저항: 단순히 도선을 길게 만들어서 만든 저항이다. 구조가 단순하다는 장점이 있지만 고 저항값의 제작은 비효율적이고, 고주파 회로에 적용 시 잡음이 많이 발생할 수 있다는 단점이 있다. 주 사용처는 매우 정밀한 회로나 고주파에 사용 된다.

탄소 피막 저항: 저항 중에가장 흔하고 저렴한 저항이다. 세라믹을 이용하여 봉을 만든 후 탄소계의 저항체를 붙여 만들며, 이때 저항체로 사용되는 피막을 나선형으로 홈을 만들어 저항의 크기를 조절한다. 온도에 따른 저항 값의 변화가 크고 미세한 노이즈가 있어서 정밀한 신호 회로에 사용되지 못한다는 단점이 있다. 하여 주로 디지털 회로에 사용 된다. 보통 DIP 타입으로 제작된다.

금속 피막 저항: 탄소피막 저항과 제조 방식 및 구조 동일하나 소재가 금속이라는 차이가 있다. 온도에 따른 저항 값의 변화가 적다. 때문에 정밀함이 필요한 아날로그 회로에 사용 된다.

가격이 저렴하고 도장형, 박막형 등 여러 가지 타입이 존재한다. 보통 DIP타입으로 제작된다.

칩 저항: 내부에 탄소계 저항체를 넣고 전연체로 포항하여 만든다. 구조가 단순하고 매우 작다. 잡음이 많이 발생하고 고 전력을 견디지 못하고 아날로그 회로나 전력 회로에는 부적절하다. 대부분 디지털 회로에 많이 사용 된다.

네트워크 저항(Array 저항)

여러 개의 저항을 하나로 묶어 만든 저항이다. IC 주변 회로에 많이 사용 된다. 내부 구조가 다양하게 존재하기 때문에 반드시 데이터시트를 봐야 한다.

가변 저항: 값이 변하는 저항

가변 저항의 예는 아날로그식 TV 볼륨이다.

DIP 타입의고정 저항 값을 읽는 방법은 띠가 4줄(J급)인 경우와 5줄인 경우가 있다.

//검, 갈, 빨, 주, 노, 초, 파, 보, 회, 흰 의 순서로 0부터 9까지 표현된다. (남은 뺀다)

칩 저항의 고정 저항 값 읽기

R은 소수점을 의미한다.

저항체의 크기가 클수록 wage 값도 크다.

저항 설계 시 고려해야 할 사항

1. 정확한 의도를 가지고 설계에 반영

2. 저항의 특성

3. 저항의 가격

<Capacitor>

Capacitor란 무엇인가?

전류를 저장하고 그 저장된 전류를 방출하는 소자(축전기, 콘덴서)이다. 전류의 흐름을 안정화 시켜야 할 때 Capacitor를 사용하여 흐름이 원활할 때 저장해 놓고 흐름이 원활하지 못할 때 전류를 흘려줌.

병렬전류를 직렬로 변환할 때 발생하는 ripple(잔류)를 방지하기 위해 사용된다.

Capacitor의 원리는 두 도체 간에 절연체를 채우고 전기적으로 연결되지 않도록 한다.

양단에 전압이 걸리면서 도체에 전하가 모이게 된다. 전하가 모이게 되면 전류가 충전 되고 이때 충전되는 전하량은 Q이다.

(Q는 전하량, C는 정전용량, V는 전압 , A는 단면적, L은 두판 사이의 거리, ε는 절연체의 비유전율)

Q = CV[C]

이 때 Capacitor의 정전용량 C는 단면적과 거리에 영향응ㄹ 받는다.

Q = εA/L

단면적이 넓을수록 두 극판 사이에 거리가 가까울수록 정전용량이 크다.

Capacitor의 직렬 연결

전체 Capacitor의 용량 값의 역수는 각 Capacitor의 용량 값 역수의 합과 같다.

Capacitor의 병렬 연결

전체 Capacitor의 용량 값은 각 Capacitor의 용량 값의 합과 같다.

완전 조립 후 센서를 활용한 로봇 만들기

Mindstorm #2

센서를 활용한 자동차 후방 감지센서 만들기

LEGO - Mindstorm

펌웨어를 짤 때 프로그램의 구조를 이해하는데 도움이 되기에 Mindstorm으로 실습한다.

1. Sound를 활용한 간단한 멜로디 만들기

2. Ultrasonic 센서를 활용하여 거리 차에 따라 다른 소리/문자 출력하기

3. 거리 측정기 만들기

20150203 - ADC와 Lego Mindstorm.hwp

학습목표 - ADC의 원리를 이해하고 종류에 대해 안다

ADC

아날로그 변환을 A/D변환을 거쳐 아날로그로 바꾸는 원리이다.

원리<그림>:계단 모양으로 아날로그 입력 전압에 따른 디지털 출력

디지털 출력의 폭이 좁을수록 분해능이 좋다라고 표현한다.

카운터 램프형(추적형) AD 변환기<그림>

아날로그 입력>귀환 전압 -> x=1

램프형 A/D변환기<그림>

아날로그 압력전압이 높아질수록 카운트를 하기 위한 시간이 길어지는 단점이 있다.

아날로그 전력이 클럭보다 클 때 1이 발생되어 변환된다.

축자 근사형 A/D변환기

최상위 비트로부터 순서대로 하위 비트 쪽으로 수정하여 가는 방법으로 DAC의 출력을 훨씬 빨리 아날로그 입력 전압에 근사 시킨다.

100-110-111-110의 과정으로 최종적으로 디지털 변환출력 110을 얻는다.

비교적 변환시간이 빠르고 회로도 간단하여 현재 저가형 이면서 분해능이 비교적 높은 범용A/D Converter에 가장 널리 사용되고 있다.

변환 중에 아날로그 입력전압에

잡음 제거 방법

독립적인 아날로그 회로 전원 단자 AVCC 및 기준 전원 입력단자 AREF를 가지고 있음에도 불구하고 A/D컨버터는 잡음에 상당히 민감하다.

아날로그 입력 선은 최소한 짧게 잡음의 영향을 받지 않도록 AVCC는 디지털 전원 VCC를 LC필터로 안정화 시켜 인가

A/D변환 결과가 잡음 등에 의하여 흔들리는 경우에는 디지털 필터를 사용하거나, 여러번 A/D변환하여 읽어 들인 결과를 평균 처리하여 사용하면 좋다.

LEGO MINDSTORM

소프트웨어 설치 및 기본 설정

LEGO Mindstorm NXT 소프트웨어를 레고 홈페이지에서 다운로드 받는다.

20150202 - 마이크로 컴퓨터와 ADC &amp; DAC.hwp

마이크로 컴퓨터와 ADC & DAC

학습목표 - 마이크로 컴퓨터의 역사와 특징을 설명할 수 있다.

ADC와 DAC의 특징과 용도에 대하여 설명할 수 있다.

마이크로 컴퓨터(Micro Computer)

마이크로 프로세서의 역사

-4비트 마이크로 프로세서-Intel 4004(1969), 4040

-8비트 마이크로 프로세서(1970년대 중반)

- 인텔(Intel)- Intel 8008(1972년)-> Intel 8080(1973년)->Intel 8085

- 모토로라(Motorola) - MC 6800(1974년) -> MC 6802

- 자일로그(Zilog)- Z80 <- Intel 8080을 개선, Intel 8080의 명령어를 모두 포함하 고 내부 구조도 크게 향상

- MOS 테크(MOS Technology)-MCS6502 -> Apple II의 CPU(Central Process Unit)로 사용

-32비트 마이크로 프로세서

- Intel 80386, MC 68020, MC68030(1985년), Z80000(1986년)

- Intel 80486 -> 386PC;MC 68020 ->매킨도시 II

- Intel 80486 -> IBM PC 486, PS/2;MC 68030 -> Power Book 컴퓨터, MC 68040 -> 매킨토시 FX

- Intel 80586(Pentium, 1992년) - CISC -> P6

- IBM, 모토롤라, 애플사가 공동으로 RISC형태인 파워 PC 601을 발표 (1993sus) ->IBM의 파워 PC, 애플사의 파워 PC

- 마이크로 프로세서의 2대 계열

- 80계열과(펜티티엄으로 넘어감) 68계열(Apple)

특징

- 고집적 회로(LSI; Large Scale Itegrated Circuit) 구성으로 제품의 소형화

- 가격 저렴

- 기능의 변경이나 확장 용이

- 신뢰성 향상

* 은행 현금 인출기에 들어가는 CPU는 486성능. Embedded에 들어가는 OS는 PC버젼보다 가볍다.

응용 형태

- 컴퓨터 및 주변 부품으로 이용

- 독립된 장치의 내부 제어기로 이용-계측기, 자동차 분야

- 대형 시스템의 구성 요소로 사용-통신 시스템

마이크로 컴퓨터의 종류

- 슈퍼 마이크로 컴퓨터(Super microcomputer), 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 휴대형 랩탑 컴퓨터(portable laptop computer), 노트북 컴퓨터 (notebook computer), 팜탑 컴퓨터(palm computer)

마이크로 프로세서를 쓰는 이유는 데이터를 활용하는 목적한 바를 도출하려는 의도.

ADC(Analog to Digital Convert)

아날로그 : 선형, 연속적인 내용. 아날로그 신호는 주변의 간섭을 너무 많이 받는다는 단점이 있다.

아날로그의 단점을 보완하기 위해 등장한 것이 ADC이다.

디지털 : 불연속, 비선형. 간섭을 적게 받는다.

디지털 신호로 변환 시 연속된 자료를 잘게 쪼갤수록 데이터의 양은 증가하게 된다. 반대로 자료를 크게 분할할 시에는 본래 아날로그 자료의 정확도가 떨어지게 된다.

1. 디지털과 아날로그

1. 디지털 신호와 아날로그 신호

아날로그 신호(Analog Signal)

자연계에서 일어나는 물리적인 양은 시간에 따라 연속적으로 변화

온도, 습도, 소리 빛 등은 시간에 따라 연속적인 값을 갖는다.

디지털 신호(Digital Signal)

분명히 구별되는 두 레벨의 신호값(0,1 or T/F) 만을 갖는다.

2. 아날로그 시스템과 디지털 시스템

디지털 시스템

이산적인 정보를 가공하고 처리해서 최종 목적으로 하는 정보를 출력하는 모든 형태의 장치

아날로그 시스템

연속적인 정보를 입력받아 처리해서 연속적인 형태의 정보를 출력하는 시스템

디지털 시스템의 장점

디지털 시스템은 내,외부 잡음에 강함.

디지털 시스템은 설계하기가 용이.

디지털 시스템은 프로그래밍으로 전체 시스템을 제어할 수 있어서 규격이나 사양의 변경에 쉽게 대응할 수 있어서 기능 구현의 유연성을 높일 수 있고 개발기간을 단축시킬 수 있음.

디지털 시스템에서는 정보를 저장하거나 가공하기가 용이.

디지털 시스템에서는 정보처리의 정확성과 정밀도를 높일 수 있으며, 아날로그 시스템으로는 다루기 어려운 비선형 처리나 다중화 처리 등도 가능.

디지털 시스템은 전체 시스템 구성을 소형화, 저가격화로 할 수 있음.

-> 디지털 시스템의 많은 장점으로 인해 기존 아날로그 시스템이나 새로운 시스템의 대부분은 디지털 시스템으로 구성

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아날로그 회로와 디지털 회로의 상호 연결

디지털을 아날로그로 바꿀 때는 연속적인 자료가 아님으로 완벽한 아날로그(연속된 자료)가 될 수 없다.

2. 디지털 정보의 표현

1. 디지털 정보의 전압레벨

디지털 정보를 표현하기 위해 2진수 체계(Binary sistem)를 사용

“0”과 “1”만의 2종류의 디지트(digit)를 사용

** 5V 전압기준

출력 0: 0 ~ 0.4V 1: 2.7 ~ 5V

입력 0: 0 ~ 0.8V 1: 2.0 ~ 5V

그 중간 값에 있는 신호는 가까운 쪽으로 종속되게 된다. 이 때 잡음이 발생할 수 있다.

2. 디지털 정보의 표현단위

1 nibble = 4 bit

1 byte = 8 bit

1 byte = 1 character

영어는 1byte로 1문자 표현 한글은 2byte가 필요

1word : 특정 CPU에서 취급하는 명령어나 데이터의 길이에 해당하는 비트 수

3. 전자소자를 이용한 논리 표현

다이오드에 의한 스위칭

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쌍극성 트랜지스터에 의한 스위칭

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NMOS 트랜지스터에 의한 스위칭

3. 논리레벨과 펄스 파형

1. 정 논리와 부 논리

양논리 또는 부논리(Positive logic)

음논리 또는 부논리(Negative logic)

정논리와 부논리는 모두 디지털 논리 시스템에서 이용되고 있으며, 정논리가 일반적으로 많이 사용

정논리 : High = 1 Low = 0

2. 펄스(pulse) 파형

펄스파형은 low상태와 high 상태를 반복하는 전압레벨의 구성

주기 펄스(periodic pulse) & 비주기 퍼스(non-periodic pulse)로 분류

이상적인 펄스파형

이상적인 주기 펄스는 두 개의 에지로 구성

리딩 에지(leading edge) = 상승에지(rising edge)

트레일링 에지(trailing edge) = 하강에지(falling edge)

실제적인 펄스 파형

3. 주기, 주파스, 듀티 사이클

주파수(frequency)

주기적인 파형이 1초 동안에 진동한 횟수를 의미

단우는 전파를 처음으로 발견한 독일의 헤르츠의 이름을 따서 헤르츠(Hz)를 사용

주기(period)

주기적인 파형이 1회 반복하는데 걸리는 시간을 의미

ex) 1초에 1번 진동 = 1Hz

1초에 2번 진동 = 2Hz

주파수와 주기와의 관계는 역수이다.

Duty cycle = tw/T * 100(%)

High와 Low의 비율이 1:1일 때 50%라고 한다

High: Low가 6:4일때 60%이다.

Duty cycle이 80%이상이면 통상적으로 100%로 본다.

4. 디지털 직접회로

논리회로의 종류

조합논리회로(combinational logic circuit)

기본 게이트의 조합으로 구성되는 논리회로

ex)리모컨의 숫자

순서논리회로(sequential logic circuit)

조합논리회로에 플립플롭(flip-flop)또는 메모리를 부가한 논리회로.

ex)리모컨의 채널조정 상.하 버튼

1. IC 패키지

PCB(Printed Circuit Board)에 장착하는 방법에 따라 삽입 장착(through-hole mounted)형과 표면 실장(surface-mounted)형으로 구분

삽입 장착형 IC는 PCB보드의 구멍에 끼우는 핀을 가지고 있어 뒷면의 도체에 납땜으로 연결할 수 있으며, DIP형태를 갖는다.

표면 실장형 IC는 PCB표면의 금속 처리된 곳에 직접 납땜 처리

SMD는 DIP형태의 논리회로의 크기를 70%가량 줄이고, 무게를 90%만큼 감소, 또는 SMD는 PCD의 제조 가격을 크게 하락 시킴.

디지털 시스템의 장점

디지털 시스템의 소형화 및 경량화

생산가격의 저렴화

소비전력의 감소

동작속도의 고속화

디지털 시스템의 신뢰도 향상

2. 직접회로의 분류

트랜지스터의 직접도에 따른 분류

SSI = 100개 이하

MSI 1000개 이하

LSI 10,000개 이하

VLSI 1,000,000개 이하

ULSI 1,000,000개 이상

5. ADC와 DAC

아날로그-디지털 변환과정의 블록도

아날로그 신호 -(표본화)> -(양자화)> -(부호화)> 디지털 신호

1. 표본화(Sampling)

샤논의 표본화 정리 : 신호의 최고 주파수의 2배 이상의 빈도로 샘플링하면 샘플링된 데이터로부터 본래 데이터를 재현할 수 있다.

사람의 음성인 경우 1초 동안에 8000번 샘플링 필요.(2 * 4kHz= 8kHz

2. 양자화

펄스의 진폭 크기를 디지털 양으로 변환

이 과정에서 불가피한 양자화 잡음이 발생

양자화 잡음은 미리 정한 신호레벨의 수를 늘리거나 줄일 수 있으나, 데이터의 양이 많아지는 단점이 있다.

3. 부호화

부호화는 양자화한 값을 2진 디지털 부호로 변환.

일반적으로 전화 음성에서는 8비트로 부호화한다.

아날로그-디지털 변환과정의 예

<그림>

4. ADC와 DAC과정의 예

소리 MIC -> AMP -> ADC -> CD -> DAC -> AMP -> SPEAKER 소리

CD오디오 시스템에서 신호처리과정

* 영상신호 NTSC/PAL

NTSC : 29.997fps

PAL : 25fps

ADC의 적용 예 - 온도계