Jun 172013
 
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MCU GPIO나 FPGA보드의 포트는 3.3V인데 5V 콘트롤 신호를 만들어야 한다거나

거꾸로 5V 포트인데 3.3V나 1.8V 포트에 연결해서 인터페이스 해야 한다거나 하는 경우가 가끔 있다.

보통 레벨시프터(Level shifter)나 OP-AMP를 이용하는 게 보통일텐데 이런 부품이 딱딱 있는 경우가 별로 없다.

이 때, 타이밍 문제가 크지 않다면 쉽게 쓸 수 있는 방법이 74시리즈를 이용하는 것이다.

74시리즈는 여러 버전이 있지만 흔하게 볼 수 있는 것이 74HC (CMOS버전) 같은 것들. 74뒤에 C가 붙은 놈들은 CMOS 공정으로 만든 것들, B가 붙은 것은 BiCMOS, S가 붙은 것은 Schottky 다이오드 기반으로 만든 것들, 그 외의 것은 bipolar(TTL) 라고 생각해도 무리 없다. 아무튼 요즘 흔하게 쓰이는 것은 HC같은 CMOS기반 로직들. 추가적으로 T가 따로 붙는 것은(HCT처럼) CMOS나 BiCMOS라도 TTL과 호환 가능하게 만들었다는 표시.

그리고 74가 붙은 놈들은 단순히 AND, OR, NAND, XOR, OR 게이트부터 버퍼, 소용량 메모리, 버스 트랜시버, 카운터, 먹스/디먹스, 인코더/ 디코더, 애더/멀티플라이어, 랫치, 플립플롭 등등 종류도 겁나 많다.

서론이 길었고… 결론으로 돌입.

 

3.3V 포트를  5V 포트로 연결해서 단방향으로 신호를 주고 싶으면,  TTL 계열이나 HCT처럼 TTL 호환 AND(7408)/OR(7432) /NAND(7400)/XOR(7486)/NOR(7402) 게이트 같은 것을 쓰면 된다.

AND 게이트의 경우 입력 단자 가운데 하나에 3.3V 콘트롤 신호 넣고, 다른 입력은 VCC (5V)를 넣는다. 그리고 출력을 5V 포트에 연결하면 약간의 지연(10나노 정도?)이 있는 5V 콘트롤 신호가 만들어져 들어간다.

OR 게이트의 경우도 비슷. 입력 단자 가운데 하나에 3.3V 콘트롤 신호 넣고, 다른 입력은 GND를 넣는다. 그리고 출력을 5V 포트에 연결하면 약간의 지연이 있는 5V 콘트롤 신호가 만들어져 들어간다.

NAND의 경우는 살짝 귀찮기는 하지만, 원하는 콘트롤 신호를 만들고 NOT을 시켜서 3.3V로 내보내서 입력 중 하나로 넣고 다른 입력에 VCC를 넣은 후 출력을 5V 포트에서 받아 쓰면 된다.

XOR는 OR와 마찬가지.

NOR는 NAND 비슷하게 3.3V 포트로 콘트롤 신호 내보내기 전에 반전(NOT) 시켜서 보내서 입력 중 하나로 넣고 다른 입력에 GND를 넣은후 출력을 5V포트에 연결해 쓴다.

 

이렇게 쓸 수 있는 이유는, logic high와 low를 정하는 입력 전압 범위 때문인데 이것은  정리된 표를 보자.

VCC는 입력 전압이다.

V_OH나 V_OL 은 일단 신경쓰지 말고;;

V_IH는 입력이 이거 이상 들어오면 1로 보겠다는 것이다. V_IL은 입력이 이거 이하로 들어오면 0 (zero=logic low)으로 보겠다는 것이고. 일단 값이 정해진 후에 사이에서 왔다 갔다 하는 것은 기존 값을 유지해 준다.

TTL이나 TTL 호환 CMOS를 보면 V_OH가 2볼트다. 즉 3.3 볼트 포트에서 나오는 로직 하이는 널널하게 1로 인식 해준다는 뜻. V_IL도 보면 0.8볼트 이하면 적당히 0으로 인식하겠다는 말.

결론적으로 3.3볼트 콘트롤 신호가 위에 언급한 방법을 이용하여  TTL이나 TTL호환 CMOS 등을 지나가면 로직 1은 5V (4.7V 이상), 로직 0은 0V(0.2V 이하)로 내보내서 5V 사용 포트에서 받아볼 수 있다는 얘기.

 

그럼 74 시리즈 구동을 위한 5V는 어떻게 만드냐고 할 수 있는데… 5V 포트 쓰는 칩이라면 5V 전원도 사용하는 경우가 농후하므로 대부분의 경우 문제 없음.

5V 포트에서 3.3V 포트로 연결하고 싶으면 200옴 근처 저항을 달아서 전압을 강하시켜서 사용(연결하기 전에 오실로스코프로 전압 확인 필수).

 

양방향으로 왔다갔다 하고 싶으면… 레벨시프터 하나 구하세요;;;

 

위 방법의 전제 조건은, 동작 주파수가 너무 높지 않을 것!(통상 1MHz 이하, 그 이상은 지연시간 등 확인해서).

 

3.3V 입출력핀을 가진 FPGA 보드에서 콘트롤 신호 만들어 LED 드라이버를 제어해야 하는데 이 때 콘트롤 신호로 5V가 필요해서 있는 것으로 해결할 방법이 없나..하다가 74HCT 시리즈의 AND, OR, XOR 게이트가 굴러다니길래 사용해서 동작하는거 확인하고 혹시 도움될까 싶어서 적어 놓음.

 

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Jun 152013
 
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요즘 심심할 때마다 유튜브에서 관심있는 자료를 보고 있는데 새삼 느끼지만 재미있는 게 엄청 많아서 정신을 못차릴 정도다.
그런데 그 와중에 느낀 것이 있는데, 가르치는 방식의 형태는 조금씩 달라도 결국 근본적으로는 과거의 교육 방식과 크게 달라지지 않았다는 것이다.

뭔가에 대해 남보다 평균 이상으로 잘 알아서 혹은 잘 해서 가르치는 사람이 있고,

그 사람은 결국 글, 그림, 행위를 바탕으로 ‘말’로 설명한다.

이건 학교에서 선생님이 판서를 바탕으로 가르치거나, 가끔 시청각 자료를 보여주거나, 직접 실험 등을 시연하는 것과 전혀 다르지 않다.

다만 마주보고 강의하지 않기 때문에 전통적인 질문과 답변은 댓글과 링크로 대신하고 있고, 무엇을 먼저 보고 나중에 볼지에 대한 커리큘럼은 ‘플레이 리스트’가 대신하고 있다.
다른 점은 완전히 똑같은 강의를 엄청나게 많은 사람에게 보여줄 수 있다는 것과(즉 실수로라도 서로 다르게 설명할 가능성이 줄어듦), 시간상으로 엄청나게 압축해서 보여줄 수 있다는 점(동영상 편집의 힘!). 심지어 전 세계의 유튜버끼리 협력하여 시너지를 내는 수준까지 왔다.
유튜브 동영상 강의가 항상 재미있는 것은 아니다. 근데 재미있는 동영상 강의의 공통점이 있는데

  1. 짧다 – 보통 5분 내외, 길어도 15~20분을 넘기지 않는다. 잠깐 잠깐 보기 좋다. 하나에 한 가지 주제만 집중적으로 다루기 때문에 몰입도도 높다.
  2. 빠르다 – 말도 빠르고 화면 전환도 빠르다. 놓치고 지나간 것은 다시 돌려보면 되니까 느리게 할 이유가 없어진다. 집중도도 높아진다.
  3. 스토리가 압축되어 있다 – 온갖 시청각 자료로 스토리를 만들어 전한다. 이런 것 한 번 보면 정성이 느껴진다(약간 레트로삘).
  4. 열정적이다 – 가르치는 사람이 엄청 열정적이다. 가르치는 분야에 대한 사랑이 마구 마구 느껴진다. 어떻게 보면 자기가 좋아하는 것을 ‘전도’하는 느낌이다.

반대로 현실의 교육은 이와 완전히 반대다.

  1. 길다 – 수업 시간은 기본이 30분 이상이다. 같은 시간 같은 장소에 있어야 한다는 제약 때문에 한 번 수업하면 1시간 안팎을 쉬지 않고 한다. 듣던지 말던지 큰 신경도 안 쓴다.
  2. 느리다 – 판서하는 시간은 길다. PT 자료로 하더라도 충분히 연습하지 않으면(그리고 대부분 연습하지 않는다) 정리되지 않은 생각을 뒤죽 박죽 얘기하기 일쑤. 서로 다른 수준의 사람들을 가르쳐야 하기 때문에 난이도는 왔다갔다. 강사나 청자가 집중하기 힘든 상황이 빈번히 발생하여 흐름이 깨지기 일쑤.
  3. 스토리가 없다 – 흔히 얘기하는 기승전결이 없다. 재미있는 강의는 거의 예외없이 다음과 비슷한 흐름을 갖는다.
    1. 과거 강연이나 최근 이슈를 언급하며 호기심 유발
    2. 왜 이 내용을 보면 좋은지 동기부여
    3. 보통 사람들의 (잘못된) 상식을 간략히 소개
    4. (새로운 혹은 올바른) 사실을 쉽게 전달
    5. 전달한 사실의 의미 및 이를 바탕으로 한 열린 질문, 혹은 다음 강의에 대한 호기심 유발로 마침.
  4. 열정이 없다 – 직업이니까 한다. 나름 소명 의식을 가진 분들도 있지만, 교사는 산업 사회에서 그냥 하나의 직업이 된지 오래다. 교사가 되기까지는 힘든 과정을 거치지만, 교사가 된 후에는 큰 노력이 필요 없다. 잘 가르치든 못가르치든 학생은 배정되고, 평가가 후하든 박하든 수업은 진행된다. 사실상 잘 가르쳤는지에 대한 평가는 없다시피하고 잘가르쳤든 못가르쳤든 학생 평가만 혹독하다. 재미가 느껴질리 만무하다;;;

넋두리에 가까운데… 논문 쓰는 중에 모르는 게 너무 많이 튀어나와서 같은 시간으로 더 잘 배울 수는 없었을까? 라는 생각을 하다보니 뻘글이 툭;;

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