오늘날의 세계는 ‘디지털’의 세계라 불릴 만큼, 우리 생활 전반에 걸쳐 디지털 방식으로 처리되는 기기들이 거의 대부분이다. 디지털 통신 기기, 디지털 가전, 컴퓨터, 전자 제어 방식의 자동차 등 그 예를 들자면 한이 없을 것이다.



따라서 이제 디지털 개념을 이해하는 것은 거의 필수적이며, 어느 정도 규모의 디지털 회로는 직접 설계할 수 있는 능력을 갖추는 것이 기술자의 기본이 되었다 해도 과언이 아닐 것이다.



예전의 디지털 회로는 게이트들의 조합으로 이루어진 회로도 방식으로 설계하는 방식이 주류를 이루었다. 그러나 요즈음에는 이러한 회로도 방식보다는 VHDL이나 Verilog-HDL 같은 하드웨어 기술 언어로써 회로를 설계하는 것이 더 일반화되어 있는 추세이다.



따라서 본 교재에서는 최근에 기업에서 그 사용 비중이 더 커지고 있는 Verilog-HDL에 의한 방식으로 디지털 회로를 설계하는 과정에 대해 설명하고 교육하고자 하였다.



본 교재에서 실습 시 사용하는 툴은 FPGA 공급 회사 중의 하나인 미국 Xilinx사에서 제공하는 무상 설계 소프트웨어인 Vivado 최신 버전 2018.1을 사용하였다.



또한 설계한 회로의 이상 여부를 Xilinx FPGA를 탑재한 교육용 트레이닝 키트인 FSK III에서 구현시켜 동작시켜 봄으로써 확인하도록 하였다.



교재의 구성은 1부. 개요 / 2부. 디지털 조합회로 설계 / 3부. 디지털 순차회로 설계 / 4부. 응용회로 설계의 총 4부로 나누어 서술하였으며, 맨 뒤에는 소프트웨어 설치 과정 등 관련되는 내용들을 정리하여 부록으로 덧붙였다.



1부에서는 FPGA, Vivado, FSK III, Verilog-HDL에 대한 개요를 설명하였고, 2부에서는 기본 게이트 및 가산기, MUX 등 여러 조합 논리 함수에 대해 설계해 보았다.



3부에서는 플립플롭 및 그 응용회로인 카운터, 쉬프트 레지스터 등에 대해 설계하는 과정을 보였다.

4부에서는 여러 응용 회로들을 설계하여 보는 과정을 실었다. 7 세그먼트 LED, Text LCD, 부저 및 LCD Monitor 등을 활용하는 설계 및 실습 과정에 대해 설명하였다.



부록 A에는 설계 소프트웨어인 Vivado를 설치하는 법에 대해 정리하였고, 부록 B에는 FSK III에서 사용되는 주요 핀 정보를 보였다.



아무쪼록 본 교재를 통하여 보다 많은 사람들이, FPGA를 시작하는 디지털 회로 설계자들이 어렵지 않게 요구되는 기법들을 체계적으로 익히고 실습해 보았으면 한다. 그리하여 혼자 힘으로 완벽히 동작하는 디지털 회로를 설계한 후에 느낄 수 있는 뿌듯함과 기쁨의 기회를 갖게 되기를 바란다.

제 1 부. 개요

제 1 장. ASIC과 FPLD, FPGA 개요

제 2 장. 설계 SW-Vivado

제 3 장. 트레이닝 키트와 동작 검증

제 4 장 Verilog-HDL을 이용한 설계



제 2 부. 디지털 조합회로 설계

제 5 장. 기본 게이트-NOT, AND, OR

제 6 장. 반가산기와 전가산기

제 7 장. 3선/8선 디코더

제 8 장. 4입력 멀티플렉서

제 9 장. 1선/4선 디멀티플렉서



제 3 부. 디지털 순차회로 설계

제 10 장. 기본 FlipFlop-D F/F와 JK F/F

제 11 장. 4비트 2진 카운터

제 12 장. 4비트 시프트 레지스터

제 13 장. 3비트 존슨 카운터



제 4 부. 응용회로 설계

제 14 장. 7세그먼트 LED 제어기의 설계

제 15 장. 글자 LCD 제어기의 설계

제 16 장. 피에조 부저 제어기의 설계

제 17 장. VGA 모니터 제어기의 설계



부록 A. Vivado 18.1 설치하기

부록 B. FSK III 주요 핀 정보