War3-Digital-Logic-Room

작업 시점

2022년 6월초

서론

(이미지를 클릭하시면 플레이 영상이 있는 유튜브 링크로 넘어갑니다)

맵 부분부분 마다 디지털 논리와 관련된 구현이 들어가있는 간단한 퍼즐맵 입니다
300초의 제한시간에 불린연산 퀴즈, 지뢰찾기가 컨텐츠가 있습니다

BCD COUNTER 를 구현하기위한 빅픽쳐

300초의 제한시간을 시각적으로 표현하기 위해
BCD Counter(Binary-Coded Decimal Counter) 를 구현해야합니다

일단 구현 베이스는 Synchronous counter 입니다
각각의 2진법 radix를 담당하는 플립플롭에 인자로 이전 인자의 아웃풋이 들어갑니다
해당 그림에서 Qa 가 LSB(Least Significant Bit), Qd 가 MSB(Most Significant Bit) 입니다

세부 구현을 JK 플립플롭으로 두고, BCD Counter를 구현하면
그림과 같이 0000 -> 0001 -> 0010 -> 0011 .... -> 1110 -> 1111
이런식으로 십진법 수가 증가하듯이 각 radix의 논리값들이 바뀝니다
근데 이건 16진법이라 10진법으로 바꿔야합니다

그래서 m-modulo 방식을 적용시킵니다
BCD카운터라 10-modulo 를 써야하니 Qb Qd 에 AND 오퍼레이션이 들어갑니다
10-modulo는 해당 카운터의 값이 10이 되면 초기화시킨다는 뜻입니다
즉, bit 값이 1010이 되면 0000으로 초기화시키고 초기화 됐음을 알리는 로직이 진행됩니다

초기화 됐음을 알리는 로직은 위 그림과 같이 진행됩니다

구현

일단 최하위 부품인 JK 플립플롭부터 구현해야합니다
위 그림은 JK 플립플롭 나타냅니다
그런데 구현 그림 안에 작게 박스가 하나 더있습니다
저건 SR Latch 입니다

SR Latch는 위 그림과 같은 구조고, SR NOR Latch 를 이용했습니다
여기 아웃풋을 인풋에 AND 게이트로 이어 붙히면 JK 플립플롭이 됩니다

구현은 위 그림과 같습니다
안에 들어간 변수들은 전부 불린변수 입니다

이제 JK 플립플롭을 이용해서 위 그림과 같은 BCD COUNTER를 구현합니다

이전 플립플롭들의 아웃풋값들이 AND 연산을 통해 인풋으로 들어갑니다

구현은 위 그림과 같습니다
이전 값의 아웃풋들이 AND연산을 통해 인풋으로 들어가기 때문에, 같은 JK 플립플롭이지만 인풋값에서 달라집니다

300초의 제한시간이므로 3자리수 decimal counter가 필요합니다
그래서 총 12개의 플립플롭을 만들었습니다

10-modulo 구현은 위 그림과 같습니다, 기능은 clock pulse 트리거에 있습니다
해당 부분은 radix-0 부분의 값이 1010, 즉 10이 되었을 때 진행되는 로직입니다
보다시피 radix-1 에 영향을 준다음, radix-0의 모든 변수값은 false, 즉, 0000 이 됩니다
radix-1 에서 radix-2에 영향을 주는 부분도 비슷하게 구현되어 있습니다

이제 구현된 BCD Counter를 시각적으로 표현하기 위해서, 7 segment를 구현해야합니다
해당 기능은 인풋 bit 값에 맞춰서 각 세그먼트에 불을 점등 시켜서 숫자를 표현하는 장치 입니다
위 그림에서 인풋값 0011 값이 들어오면 3을 표현함을 알 수 있습니다

각 세그먼트들에 알파벳을 붙여서 위 그림과 같이 표현했습니다
값이 0000 (숫자 0) 이면 ABCDEF 부분이 빛납니다
0001 (숫자 1) 이면 BC 부분만 빛납니다
0010 (숫자 2) 이면 ABGED 부분만 빛납니다
아무튼 숫자에 맞춰서 디스플레이가 작동되게 하면 됩니다
이제 해당 기능을 수행하기 위한 논리표를 짜야합니다

논리표는 위 그림과 같습니다
숫자는 0부터 9까지만 쓰므로, 표에서 0000 부터 1001 까지만 표현됩니다
식 구현은 0이 적으면 MaxtermExpansion을 1이 적으면 MintermExpansion을 썼습니다

구현은 위 그림과 같습니다
논리표에 쓰인 연산으로 조건판별을 하고, 만약 조건을 충족하면 타워를 생성해서 보여주는 식으로 만들었습니다
구현이 길어서 A부분만 잘랐으며, 나머지 B C D E F G 부분도 비슷하게 구현되어 있습니다

BCD Counter의 최종 구현 결과는 위 그림과 같습니다

1초마다 클럭펄스 작용시마다 해당 라딕스의 진리값이 10진수 수 증가하는 것과 똑같이 바뀌는데,
그 값들이 7 segment를 통해 디스플레이되고 있습니다

3자리수 진입시에도 매끄럽게 동작합니다

POS Quiz

Maxterm Expansions, Product Of Sum
식을 True로 만족시키는 해를 찾는 퀴즈입니다

(A+B+C)(A+B+!C)(A+!B+C)(!A+B+C)(!A+B+!C)(!A+!B+C)(!A+!B+!C) = true

를 만족시키는 A 값 B 값 C 값을 찾아내면 됩니다

지뢰찾기

디지털 논리가 주요 주제이므로 불린변수로 구현했습니다
25개의 칸중에 5개의 지뢰, 5x5 불린배열중 5개의 변수만이 True

Checked, Marked, Mine 총 3가지 5x5 배열이 있다.
클리어 조건은 25개의 칸 모두 Checked 변수가 True 일 때다.
사용자는 각각의 칸에서 채굴, 마킹, 탐색 총 3가지 행동을 할 수 있다.
채굴시 Checked 가 False 일 경우, 다음 조건 판별로 넘어간다.
채굴한 곳이 Mine 변수가 True일 경우 이는 지뢰가 있다는 뜻이고, 폭탄이 터지게 된다.
Mine이 False 일 경우, 아무일도 일어나지 않고 깃발이 꽂히고 그 지역의 Checked 변수가 True가 되게 된다.
마킹 같은경우, 해당 지역의 폭탄을 건드리지 않으며, Mine 변수가 True일 경우 Checked 변수가 True가 된다.
그런데 폭탄이 없는경우에는 Checked 변수가 작동하지 않으므로, 마킹만 하면 클리어 할 수 없다.
채굴 같은 경우, Checked 변수보다 Marked 변수가 if문 판별에 선행하는데,
그래서 폭탄위치에 마킹 해서 그 지역의 Checked가 True 이더라도,
그 곳을 다시 채굴하면 폭탄이 터지게 된다.

탐색은 해당 지역을 제외한 1칸 거리의 8칸 지역의 Mine 변수를 체크한다.
Mine 이 True 일경우, 4-bit-Synchronous counter가 작동하게 되며,
구역을 다 체크했을 경우, Segment가 작동되게 된다.
그래서 자기 지역을 중심으로 8방향에 폭탄이 몇 개 있는지 알 수 있고 이를 근거로 문제를 해결 할 수 있다