[디지털] 1. 2진 숫자, 논리레벨과 디지털 파형

아날로그? 디지털?

2진 숫자와 논리레벨

 

2진 숫자는 말 그대로 2진법(binary digit)을 사용하여 숫자를 나타내는 것이다. 오직 1과 0만을 사용하고, 1은 HIGH로 0은 LOW로 표현한다. 이렇게 표현하는 것을 양 논리(positive logic)라고 한다. 이 때 비트(bit)는 한 개의 이진 숫자를 의미한다.

논리 레벨(logic level)은 디지털 논리 시스템에서 0과 1을 표현하기 위해 사용하는 전압을 말한다. 보통 데이터시트에서 High-level input voltage는 HIGH로 인식되는 최소 입력 전압을 나타내고, Low-level input voltage는 LOW로 인식되는 최대 입력 전압을 말한다. 최소, 최대 전압 사이에 있는 전압 구간은 허용되지 않는 전압 범위이므로 디지털 논리 시스템을 설계할 때 이 구간에서 신호가 발생되지 않도록 주의해야 한다.

(참고) 2진수와 논리 레벨 https://m.blog.naver.com/seo0511/10101884358

 

 

 

디지털 파형(Digital Waveforms)

 

 

 

<출처>https://www.electronics-tutorials.ws/waveforms/waveforms.html

 

 

HIGH 와 LOW 레벨 또는 상태를 반복하는 전압 레벨로 구성되어있다. 위로 볼록한 부분을 양의 펄스(Positive-going Pulse), 아래로 볼록한 부분을 음의 펄스(Negative-going Pulse)라고 한다. 그림에서 위로 올라가는 부분을 상승엣지(Rising Edge), 아래로 내려가는 부분을 하강엣지(Falling Edge)라고 한다. 그림에서는 사각형으로 표현되어 있지만 사다리꼴로 비스듬하게 표현하기도 한다. 펄스 진폭이 10%~90% 레벨까지 증가하는데 걸리는 시간을 상승시간(t_r), 펄스 진폭이 90%에서 10%레벨로 감소하는데 걸리는 시간을 하강시간(t_f), 상승 엣지와 하강 엣지에서 50%인 두 점 사이의 시간을 펄스 폭(t_w)(Pulse width)라고 한다. 주기와 주파수의 관계는 아래와 같다. 파형에는 주기적 파형인 구형파와 그렇지 못한 비주기적 파형이 있다.

 

 

<출처> https://www.electronics-tutorials.ws/waveforms/waveforms.html

 

공부하다 보니깐 펄스(Pulse)와 파형(waveforms)이 헷갈렸다. 찾아보니 펄스는 짧은 시간 동안만 존재하는 일련의 파동이다. 기준값에서 더 높거나 낮은 값으로 신호의 진폭이 빠르게 일시적으로 변한 후 기준값으로 빠르게 복귀한다. 이 펄스들이 상승 하강을 반복해서 나타나면 파형이다. 이때 duty cycle은 t_w /T  x 100% 즉, 주기에 대한 펄스폭의 비를 표시한 것이다. 주기적인 펄스는 음의 펄스과 양의 펄스가 같으므로 Duty rate가 50%가 나오지만 비주기적인 펄스는 음의 펄스와 양의 펄스가 일치하지 않아 Duty rate가 50%가 되지 않는다.

 

 

<출처> https://www.youtube.com/watch?v=ERMAPLVG8Z8

 

<출처> https://www.electronics-tutorials.ws/waveforms/waveforms.html

 

 

클럭이란 디지털 시스템에서 한 비트 시간과 동일한 펄스 간격을 갖는 주기적인 파형이다. 이와 같은 파형은 논리 분석기(logic analyzer)를 사용하여 직접 관찰한다. 이 때 여러 파형의 상호 시간 관계와 각 파형이 다른 파형들과 관련되어 어떻게 변하지는지를 나타내느 디지털 파형의 그래프를 타이밍 도(Timing Diagrams)라고 한다.

 

 

여기서 비트(Bit)는 디지털 정보의 최소 단위로 0 또는 1로 두 가지 상태 중 하나를 나타낸다. 니블(Nibble)은 4개의 비트로 구성되어 있어 1 바이트를 구성하는 8비트 중 상위 4비트 또는 하위 4비트를 의미하고, 바이트(Byte)는 비트(Bit) 8개가 모여있는 단위이다. ASCII 문자 하나를 나타낼 수 있다. n개의 비트가 표현할 수 있는 가짓수는 2^(2)개 이다. 한 자리에 0과 1만 들어가므로 2를 n제곱 해주면 된다. 4비트에서 0(0000), 3(0011), 7(0111), 10A(1010), 12C(1100), 15F(1111)은 외워두자.

 

비트가 디지털 정보의 최소 단위라면, 이 비트들을 묶어 놓은 BUS도 존재한다. BUS는 데이터들을 빠르고 간단하게 볼 수 있도록한 디지털 정보의 경로라고 보면 된다. BUS는 아래 그림과 같이  아 조따 힘들어 내일 할래