情報システム工学実験II

C- 報告書

実験日：　　　２０　　　年　　　月　　　日

提出日：　　　２０　　　年　　　月　　　日

報告者：　　　　　　　学籍番号　　　　　　　　氏名　　　　　　　　　　．

共同実験者：　　　　　学籍番号　　　　　　　　氏名　　　　　　　　　　．

　　　　　　　　　　　学籍番号　　　　　　　　氏名　　　　　　　　　　．

　　　　　　　　　　　学籍番号　　　　　　　　氏名　　　　　　　　　　．

　　　　　　　　　　　学籍番号　　　　　　　　氏名　　　　　　　　　　．

書式チェック項目

レ

書式チェック項目

レ

文末は「である」調．(「です，ます」は不可)

カタカナ語語尾の長音は省略

句読点は，「，」と「．」

ページ番号の記入(手書きでも可)

主語や接続詞の直後は，読点「，」

誤字，脱字は×

図表には表題(キャプション)(図は下，表は上)

画像の縦横比は変えない（トリミングは可）

引用元の明記（文献名，URL等）

(書式チェックが不十分の場合は，減点します．)

評価項目

達成度の自己評価（どれかにレ印）

評価の観点

0(不可)

6(可)

7(可)

8(良)

9(良)

10(優)

報告書構成

「表題」，「目的・方法」から「考察」まで，節を立てて正しく書いているか？　抜けはないか？

目的・方法

実験の目的や方法を明記しているか？

理論

必要な実験理論が書かれているか？

実験内容

行った実験結果をすべて整理し，書いているか？

考察

各実験結果に対して，および，実験全体に対して考察を述べているか?　なお，考察は，感想文ではないことに注意.

時間外学習

報告書作成時間：　　　　　分

実験終了印

提出受付印

再提出

総合評価

10

情報システム工学実験II (2年，前・後期)　B21-PC室　　　　　Ver.2020/10/05　文責：木室

この文書テキストをレポートに再利用する場合は，「文責：（自分の名前）」とすること↑

【目的】　ロジックシミュレータおよびロジックボードを使い，いくつかの論理回路を作成することで，論理演算と組合せ回路，順序回路，そして，DCモータ駆動回路について学ぶ．

C-1. 論理回路シミュレータ・ロジックボードの操作方法と論理素子

目的：論理回路の基本知識を確認するため，基本論理素子を対象として，論理回路の設計法，論理回路シミュレータ，ブレッドボードによるロジック回路設計を理解する．

(1) ICの型番，データシートの確認方法

(2) 実験機材，基礎知識の確認　（基本論理素子，IC，ロジックシミュレータ，ロジックボード）

(3) 論理回路の設計方法　（真理値表，シミュレータによる検証，ボード実装）

(4) 論理設計演習　（与えられた仕様に対し，論理設計を行い，ロジックシミュレータにより確認）

注：(4)は，講義「論理回路」の進捗状況に応じて，課題を難しくするかもしれません．

C-2. 組合せ回路と順序回路

目的：C-1で習得した知識と技術により，与えられた課題に対し，真理値表と組合せ回路による論理回路設計を行ない，実際に論理回路を組み立て，動作検証を行なう．また，記憶素子の一つであるDフリップフロップを理解し，与えられた課題に対し，状態遷移表と順序回路による論理回路設計を行なう．

(1) 組合せ回路　（論理圧縮（カルノー図））

(2) 記憶素子

(3) 順序回路（状態遷移表と特性方程式）

(4) Dフリップフロップとその応用

C-3. 論理回路によるモータ制御

目的：C-1，C-2で習得した知識と技術を応用し，ロジックICとモータ制御IC とを用いた，モータ1個の正転・逆転回路を実現する．

(1) チャタリング除去回路

(2) HブリッジとモータドライバICの理解

(3)モータ制御用回路の設計

(4)モータ制御用回路の実装他

【レポート作成時の注意】

1. レポート提出時は，所定の表紙（押印付き）を付けること．〆切は，原則，実験日から2週間後．

2. レポート作成には，ワープロを用いても良い．必ず，各実験の目的や内容，結果と考察を書くこと．レポート作成時，実験書の文章や課題文はカットアンドペーストしても良いが，個別の実験結果や考察は，必ず自分で考えて書くこと（ワープロ可）．再提出の場合は，手書き追記可とする．

3. レポートの回路図は，手書きか各自が入力したロジックシミュレータのスナップショットを貼ること．スナップショットは，Windows PCの場合は，[Alt] + [PrintScreen]で得られる．真理値表やベン図など実験書で空欄になっているところは，ワープロやペイントソフトで書き込みできるようにしてある．実験データや実験画像は，各自，USBメモリ等に保存・管理すること．

【実験機材の操作方法】　　　　　（この部分は，実験レポートに記載する必要はありません．）

機材１：【ロジックシミュレータ（論理回路シミュレータ）】

ロジックシミュレータは，JAVAアプリとして準備している．インターネットに接続されたPCでWebページ http://www.fit.ac.jp/~kimuro/EXP-II/ にアクセスし，"論理回路シミュレータ2 ( D-FF有り) ( JAVAプログラム) " と記載されたリンクから，ダウンロードせよ．

http://www.fit.ac.jp/~kimuro/xlc/xLogicCircuits2.jar

以下では，NOTゲートを例に，ロジックシミュレータの使用方法を簡単に説明する．

１．起動：jarファイルをダブルクリックして，起動する．JAVAのバージョンが古いと警告が出ても無視し，JAVAのライブラリは更新しない．

２．回路素子配置：画面左側の部品一覧から，部品を左クリックし、画面内に配置する．部品のリサイズ（大きさの変更）は，頂点をドラッグする．部品の移動は，右クリックしてドラッグする．入出力端子 ( Input, Output) も同様に配置する．入力端子は，画面左側，出力端子は画面右側に配置すると良い ( 図1 ( a), ( b))．

３．配線と削除：配線は，出力側から入力側に向かってマウスで配線する．配線や部品を削除する場合は，該当部分をマウスで選択後，画面下のDeleteボタンを押下する ( 図1 ( c), ( d))．

４．シミュレーションの実行：画面下のPowerのチェックボックスにチェックを入れるとシミュレーションが開始される．入力信号 ( 0/ 1) の切替えは，入力端子をクリックする．黒：0またはLまたは偽．赤：1またはHまたは真．

(a) 論理素子の配置 (b) 入出力端子の配置 (c) 信号線の配線 (d) 部品の削除

図1 ロジックシミュレータの動作画面

通常，回路設計・製作では，ロジックシミュレータで素子や回路の動作を確認した後，ロジックボードで実機のテストを行う．また，ロジックシミュレータには，[ Load], [ Save]ボタンが用意されているので，必要に応じてファイル保存し，実験レポートに利用せよ．

注意：ロジックシミュレータの実験画像をレポートに挿入する場合は，端子番号や配線が分かる程度の高精細の画像とすること．不十分な画像の場合，再提出となる．

機材２：【ロジックボード】 MLCTB-BASE　（この部分は，実験レポートに記載する必要はありません）

１．内容物の確認

ロジックボードおよび周辺部品のケースを受け取ったら，先ず，内容物を確認すること．本体の他に単3乾電池2本，黒い導電スポンジ上の実験用IC13個 ( 実験進捗により，ICが追加される場合もある)，ジャンプワイヤ（長(150 mm)10本，短(70 mm)14本），抵抗・コンデンサ（袋入り）．他に，使用説明書(A4一枚），不具合報告書数枚．この他，実験の進捗に合わせて部品を配布する．

２．ロジックボードの構成

ロジックボードを構成する部品は，下図のようになっている．

0

1

回路

電圧が低い

電圧が高い

SW

OFF(下側)

ON(上側)

LED

消灯

点灯

表記

L ( Low)

H ( High)

図2 ロジックボードの配置 図3 ICの内部 図4 真理値とHWの対応

ブレッドボードの複数の穴は，内部でつながっている．赤 ( Vcc) や青 ( GND) は，横一列に内部でつながっている．Vccは，電池のプラス，GNDは，電池のマイナスと考えてよい．縦方向では，A～E, F～Jの穴同士，それぞれが内部でつながっている．

【論理基本素子( AND)の動作確認】

先ず，ANDゲート ( AND演算を行う回路）の動作確認を通じて，ロジックボードの基本的な使い方を学ぶ．なお，配線時は，必ず，電源スイッチをオフにすること．ショート（短絡）などの事故を防ぐためである．

１．ICの内部配置

　ANDゲート IC ( IC上面の型番を確認し，「74XX08」と印字されているIC）を選び，ブレッドボードの左側に配置する（後で，中央にORゲートIC，右側に NOTゲートICを配置する予定である）．この3種類のICには，14本のピン（接続端子）があり，それぞれに番号と名前がついている．ICには向きがあり，ICの半円形のくぼみが左側になるように置いた時，左下から，反時計回りに，1から14まで番号がつけられている （ 図2, 5）． 図5 AND IC の内部配置

　　　　　　　　　　　　　　　（この部分は，実験レポートに記載する必要はありません）

２．ICの配置と電源配線

ICを動作させるためには，電源を供給する必要がある．AND ICに電源を供給するためには，ICの7番ピン( GND) とボードのGND端子とを黒い短いジャンパ線で接続する．また，ICの14番ピン ( Vcc)とボードのVcc端子とを赤い短いジャンパ線で接続する．このようにICを使うときには，Vccと電源のプラス，GNDと電源のGNDとを，必ず，赤と黒の線で接続する．なお，今回のICは，5 [V] で動作する．

図6 ICの配置と配線

３．論理回路の動作確認

ICとジャンパ線が正しく配置・配線されていることを確認した後，動作を確認する．先ず，電源スイッチをオンにする．その時，ICに指を当てておくと良い．配線ミスをしていたり，ショートさせているときは，ICが発熱するため，その場合は，直ちに電源スイッチをオフにする．

ICに電源が正しく供給されていることが確認できたら，ロジックボード右下のスイッチSW1とSW2をオンオフさせ，ANDゲートの真理値表の通りにLEDが点灯，消灯するか確認する．正しく配線しているにも関わらず，真理値表の通りに動作しない時は，ICが壊れている可能性もあるので，実験補助者に連絡すること．確認が終わったら，電源スイッチは，必ず，オフにしておく．電池の無駄な消耗や不測のショートを防ぐことができる．

注：各自の実験レポートの中では，上記のロジックシミュレータやロジックボードの説明は，必要最小限に省略しても良い．

注：ここまでは，図版にキャプション(図のタイトル，説明文)を付したが，以降は省略している．各自の実験レポートでは必ずキャプションをつけること．なお，図番号は，自動調整が面倒なので省略してもよい．

C-1. 論理回路シミュレータ・ロジックボードの操作方法と論理素子

【汎用ロジックIC等の型番とデータシート】

課題1：この実験テーマでは，実際にICを用いて回路を作成する．各班に与えられた複数個のICすべてについて型番を調べ，何を行うICであるか，ウェブ検索によって各ICのデータシートを調べよ．一般的には，

· 各メーカの固有番号型番：機能を表す番号：パッケージの種類

となっている．右図のように，調べたデータシートの主要部分は，実験レポートに必ず，入れておくこと．

注意：配られたICの黒い導電スポンジの裏の番号「#1～#10」もメモし，実験レポートに記述しておくこと．各班毎にICの種類は異なっている． 図 データシートの例

【基本論理素子】

課題2： ANDゲート，ORゲート，NOTゲート，および，NANDゲートに対応する74シリーズのロジックICの型番を調べ，これを記録すると同時に，ロジックシミュレータおよびロジックボードで，それぞれの動作を確認し，真理値表を完成させよ．ロジックボードの実験状況は，スマホ等のカメラで撮影し，グループ内で共有すると共に，レポートにも示せ．

　注：実験レポート作成時，数式の否定のバーは，数式エディタを用いるか，Word のルビ機能 A (------) を使うか，not A といった表記をすること．ベン図は，一度，画像をコピーし，ペイントソフトの塗りつぶし機能 を使うと良い．

ANDゲート(74 ) Z = 真理値表 ベン図

A

B

Z

0

0

0

1

1

0

1

1

ORゲート(74 ) Z =

A

B

Z

0

0

0

1

1

0

1

1

NOTゲート(74 ) Z =

A

Z

0

1

NANDゲート(74 ) Z =

A

B

Z

0

0

0

1

1

0

1

1

　注：実験に用いているロジックシミュレータでは，NANDは，ド・モルガン則より，A (-----)+B (-----) の素子（上図の下段）で与えられている．素子選択画面のORゲートの右肩の＋をクリックすると，NAND素子が表示される．

課題3「3入力の論理素子」：簡単なロジックシミュレータや実験で用いているロジックボードには，2入力のANDとORしか準備されていないものが多い．3入力のANDとORを実現する回路をシミュレータで設計し，その動作を確認，実験レポートに示せ．ロジックボードでの確認は，不要とする．なお，ロジックシミュレータでは，ゲート素子選択画面の右肩の＋をクリックすると，3入力素子も表示される．

→

課題4「排他的論理和（XOR）回路の設計」：排他的論理和と呼ばれる回路は，下の真理値表のように動作する．ベン図を描くと共に，XOR回路をAND, OR, NOTで実現せよ．また，74シリーズのロジックICのXORに対応するICの型番を調べ，レポートに記録すると同時に，ロジックボードで動作を確認せよ．

手順：真理値表を見ると，Zが1になる時のA, Bの真偽(1, 0)の組合せは，2通りある．すなわち，

A=0 かつ B=1を表す論理式　　　　　　　　と A=1 かつ B=0 を表す論理式　　　　　　　　のどちらか，すなわち，ORであれば良いから，　　　　　　　　　　が得られる．これを論理素子で実現すればよい．

XORゲート(74 ) Z = 真理値表 ベン図

A

B

Z

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

課題5「モータの正転・反転制御信号出力回路」　　モータ正転・反転制御回路

真理値表に示された，モータの正転，反転を制御する信号を出力する回路を設計し，論理式を示すと共に，ロジックシミュレータで動作を確認せよ．

X = Y =

入力信号(ボタンON=1)

出力信号

前進ボタンA

後退ボタンB

モータ正転X

モータ反転Y

0

0

0

0

0

1

0

1

1

0

1

0

1

1

0

0

注：実験の進度によっては，C-2の実験項目「課題6」を前倒しで実施する場合がある．

2020年度より，実験レポートの電子データ提出を試行する．従来，手書きも可としていた部分は，手書き後に画像撮影し，レポートに貼るか，記入部分を一旦，Windows 標準付属のペイントソフトにコピーし，記入後，実験レポートに再度，貼り付けるものとする．提出は，myFITのクラスプロファイルからのWeb提出とする．実験レポートに不備がある場合は，個別に再提出を求める．

C-2. 組合せ回路と順序回路

論理回路には，組合せ回路と順序回路とがある．ここでは，実験を通じて，その設計方法を学ぶ．

【論理圧縮（カルノー図）】

論理圧縮とは，回路を論理代数的な計算により簡単にする作業をいう．これにより，ゲート数を減らしたり，配線数を減らしたりすることができる．論理圧縮の方法はいろいろあるが，ここでは，カルノー図による方法を学ぶ．

カルノー図を用いた論理式の簡単化の手順　（この説明個所は，実験レポートに記載する必要はありません）

１．論理式をバラバラにする(加法標準形) 例：　Z = ○ ○ ○ ＋ ○ ○ (___) ○ ＋ ○ (___) ○ (___) ○ ＋…

２．変数の数に合わせて表を作る．注：真理値表とは，変数の変化のしかたが違うことに注意（グレイ符号）．

(0 00 11 11 000101101A BCD)【2変数の場合】 【3変数の場合】 【4変数の場合】

(0101AB) (010 00 11 11 0A BC)

３．各項に対応するマスに１を記入する．

４．「1」の入っているマスを，なるべく大きく囲む．囲むところは，2の倍数(1x2, 1x4, 2x2など）

(A C) (↑BとDは，0,1どうでもいい) (AとBは，0,1どうでもいい↓) (0 00 11 11 000101101A BCD) (C D)５．マスに対応する積項の和を作る．

(010 00 11 11 0A BC)　　　　例

(1) (A C) (1) (1)

(1)

(1) (1) (1) (1) (1)

(1) (1) (1)

(A B)

(↑Cは，0,1どうでもいい)

練習：論理圧縮の練習問題を別途，実験のウェブページに準備している．指示に従って，練習せよ．

注：カルノー図による論理圧縮が常に最適な圧縮とは限らない．総ゲート数だけでなく，遅延時間（入力から出力まで通過する最大のゲート数に依存）やIC数，ファンイン/ファンアウト数（ゲートの入出力ポートの数）にも関係する．

課題6：与えられた論理式(1)～(3)をカルノー図を用いて論理圧縮し，圧縮前と圧縮後のゲート数と配線数を調べ，比較・考察せよ．また，論理回路の出力に違いがないことをロジックシミュレータで確認し，示せ．

(練習) Z = A・B + A・B (__) Z=

(11B0 101)

(A)

(ゲート数：配線数：) (ゲート数：配線数：)

(C0 1A B0 00 11 11 0)(1) Z = A・B・C + A・B・C (__) + A (__)・B + A・C Z=

(ゲート数：配線数：) (ゲート数：配線数：)

(C0 1A B0 00 11 11 0)(2) Z = A・B + A (__)・B (__) + A (__)・C (__) + A・C Z=

(ゲート数：配線数：) (ゲート数：配線数：)

(3) Z = A (__)・B + A・B・C + A・B (__)・D Z=

(D 0 1 1 0C 0 0 1 1A B0 00 11 11 0)

(ゲート数：配線数：) (ゲート数：配線数：)

S1

S2

S3

L

0

0

0

0

課題7「応用問題：大広間ランプシステム」

3つの入口が離れた場所にある大広間の中央にシャンデリアがある．各入口のスイッチS1，S2，S3のどれかを上下すると，シャンデリアLの明かりをオンオフできるという設計をしたい．なお，全部のスイッチが下側の時，シャンデリアは消灯しているものとする．（スイッチを上にする，明かりが点く：１）

真理値表を完成させ，論理式を求め，シミュレータで動作を確認せよ．

L =

(S30 1S1 S20 00 11 11 0Lのカルノー図)

A

B

C

V

課題8「応用問題：3人多数決回路」

A, B, Cの3人が，それぞれ，YesかNoを入力するとし，2人以上がYesの時は，ランプVが点き，2人以上がNoの時は，ランプVが点かない回路を設計せよ．ただし，Yes = 1, No =0, ランプが点く=1, ランプが点かない=0とする．論理設計を行い，シミュレータで動作を確認せよ．

(圧縮後の) V =

(C0 1A B0 00 11 11 0Vのカルノー図)

【記憶素子】メモリーの原理

RSフリップフロップと呼ばれる回路がある．Rはリセット，Sはセットを意味する．

課題9：「RSフリップフロップの動作と意味」

以下の回路図のかっこ内に0/1を記入し，信号の流れを追うことで，出力信号がどのように変化するのか考えてみよ．なお，出力Z={0,1}が記述されているが，これは，初期値である．

(a) S=0, R=0の場合 (b) S=1, R=0の場合 (c) S=0, R=1の場合

(001) (010) (11000)

(101) (110) (11100)

状態遷移表

S

R

Z

0

0

0

1

1

0

1

1

入力禁止

（課題9の続き）

論理回路に記憶素子が含まれる場合，過去から現在までの状態によって回路の次の状態が定まる．そのため，このような回路の特性を表す真理値表は，状態遷移表と呼ばれ，論理式も特性方程式と呼ばれる．上で調べたRSフリップフロップの状態変化を状態遷移表に記入せよ．

課題10：ロジックシミュレータのNAND および NOT を用いて，RSフリップフロップを実現し，その動作を確認せよ．また，ロジックボードのNAND ( 7400) とNOT (7404) で，その動作を確認せよ．実体配線図には，できるだけピン番号も入れたものを描き，レポートに記述すること．

課題11：課題9は，非同期式RSフリップフロップと呼ばれる．一方，現在のディジタル回路の多くは，同期式である．同期式RSフリップフロップについて調べ，図を用いつつ，その動作を説明せよ．もちろん，ロジックシミュレータで確認しても良い．

注：ウェブで調べた場合は，そのURLを，図書で調べた場合は，その書名をレポートに引用しておくこと．

【Dフリップフロップ(D-FF)】

RSフリップフロップは，0/1がセット可能な1 bitのメモリであったが，入力された信号（データ）の0/1をあるタイミング（通常は，クロック信号 CLK）でそのまま記憶するフリップフロップが，Dフリップフロップ(D-FF)である．ロジックシミュレータおよびロジックボードを用いて，D-FFの振る舞いを確認する．

課題12：ロジックシミュレータによるD-FFの動作確認

以下のようにD-FFを配置し，入力Dの状態( 0/1)とクロックCLKの0/1で，出力Qがどのように変化するか確認し，説明せよ．

課題13：ロジックボードによるD-FFの動作確認

ロジックボードと74LS175を用い，D-FFの動作を確認せよ．4つのD-FFのCLKやCLR信号は共通になっており，また，回路図も上下が反転しているので，どのD-FFを選んで実験するのか，よく考えること．実体配線図は，下図に書き込んでも良い．

注：D-FFの入った74シリーズICには，7474の他に，74174，74175などいくつかある．ここでは，配線の手間を減らすために，クロックやクリア端子が共通で4個のD-FFが入った74LS175を用いる．

注：74シリーズICには，74 HC 04 や 74 LS 04のような動作速度や消費電力の違い，製造プロセスの違いで異なった種類がある．この実験では，LS という種類のTTL ICを用いているが，他の型のICでは，同じ実験でも誤動作したり，ICを破壊したりすることもあるので，注意すること．

【Dフリップフロップの応用】

Dフリップフロップは，クロック信号に合わせてデータを記憶（保持やラッチともいう）する論理素子である．Dフリップフロップを複数用いた応用例を考える．

課題14：以下の回路（4bitシフタ）で，X in に 0または1を入力し，CLK信号をオンオフするとどうなるか．ロジックシミュレータに入力し，その動作を確認せよ．なお，CLK信号は，シミュレータのinput信号ではなく，NOTを使った発振回路で作成しても良い．

4bitシフタ回路 発振回路を追加したD-FF

課題15：ロジックボードには，D-FFが4個入った 74LS175が準備されている．上の回路を製作し，その動作を確認せよ．回路製作時は，下図に実体配線図を書き込め．製作した回路を動作させると，しばしば，ロジックシミュレータと振る舞いが異なってくる．その状況を記録し，その理由を考え，記述せよ．なお，この回路は，次週の課題18でも用いるので，実体配線図を詳細に記録しておくこと．

4bitシフタ回路の実体配線図

課題16：D-FFを実現する方法としては，(a) NANDゲートを用いるもの，(b) JK-FFを用いるものなど複数ある．学籍番号が奇数の学生は (a)を，学籍番号が偶数の学生は (b) を調べ，図を用いつつ，説明せよ．もちろん，両方調べてレポートしても構わないし，実際にロジックシミュレータで確認しても良い．

C-3. 論理回路によるモータ制御

　家電製品や簡単なメカトロニクス機器では，DCモータがよく用いられる．ここでは，論理回路およびモータドライバICを用いたDCモータの制御について，実験を行う．これに先立ち，先ず，スイッチのチャタリング防止回路について学ぶ．

【チャタリング防止回路】

テーマC-2で製作した 4ビットシフタ回路では，スイッチの操作時に設計通りに動作しない場合がある．右図に示すように，機械的なスイッチは，スイッチのON/OFF直後にスイッチ接点でバウンドし，短い周期(0.1 m sec ～ 10 m sec)でON/OFFを繰り返してしまう．これがチャタリングと呼ばれる現象である．短い時間で 0, 1が入力されることになり，回路が先に進みすぎたり，誤動作してしまうことになる．

チャタリングを防止する方法は，ハードウェアのアナログ回路(コンデンサCと抵抗R）やデジタル回路(RSフリップフロップ）を使う方法，ソフトウェアで防止する方法などがある．ここでは，CR回路とシュミットトリガNOTによるチャタリング防止回路について，実験を行う．

CR回路とシュミットトリガNOTを使ったチャタリング防止回路を以下に示す．チャタリング状態の信号をCR回路（積分回路）でなだらかにし，シュミットトリガのしきい値で0/1にする．今回の実験では，シュミットトリガNOT ( 7414)が用意されている．なお，NOTを使うため，クロック CLKの立ち上がりと立ち下りが逆転するので少し注意する必要がある．

注：「立ち下がり」は，日本語としては変であるが，慣用的に用いられる用語である．

CR回路とシュミットトリガNOTによる動作原理 実体配線図

課題17：CR回路とシュミットトリガNOTを使ったチャタリング防止回路の実験では，カーボン抵抗と電解コンデンサを用いる．カーボン抵抗のカラーコードの読み方は，電子回路工作の基本なので，この読み方を調べ，備考欄に暗記の仕方をメモせよ．また，いくつかの抵抗値の場合のカラーコードを示せ．

色

黒

茶

赤

橙

黄

緑

青

紫

灰

白

金

銀

無

数値

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

±5%

±10%

±20%

備考

黒い○○

所望抵抗値 カラーコード

(1) 1 kΩ = 1000 Ω = 10 x 102 = 　 　 　 　 .

(2) 1.5 kΩ= Ω = x 10 = 　 　 　 　 .

(3) 470Ω = = 　 　 　 　 .

課題18： 4 bit シフタ（前の課題15）のCLKに，CR回路とシュミットトリガNOTによるチャタリング防止回路を追加し，回路の動作から，チャタリングが防止されていることを確認せよ（右図の点線の代わりに実線で配線する）．

なお，NOT素子を使用するため，CLKの0/1が逆転してしまう．入力のSW5の端子は，SW4を反転したものなので，図のように，SW4（点線）の代わりにSW5の端子を使っている．

また，このチャタリング防止回路は，課題24でも使用するので，

・IC 74175は，ブレッドボードのほぼ中央に配置（課題24のIC配置例を参照）

・実験が終わっても，チャタリング防止回路周辺はバラさない

とした方が良い．

課題19：RSフリップフロップを使ったチャタリング防止回路について，調べよ．なぜ，RSフリップフロップでは，チャタリングが除去できるのか，RSフリップフロップの動作から考察せよ．

【論理回路によるモータ制御】

　モータの回転および停止は，入力電源のON/OFFで制御できる．しかし，回転方向を変えるためには，モータの極性（プラスとマイナス）を反転させる必要がある．ここでは，ブリッジ回路をワンチップ化したモータドライバICを用いることにする．下図は，実験に用いるモータドライバIC TA7267BPの仕様である．

【DCモータの回転制御（モータドライバIC TA7267BP）】（Webでデータシートを確認し，レポートに記載）

TA7267BPピン配置 動作モード

課題20：ピン配置表を参考にし，上図に実体配線を記入してみよ．

課題21：動作モードの表から，Hブリッジの状態（スイッチと電流の流れ）を図示せよ．ブレーキ状態はどうなっているか？　（ペイントソフトで上書きすると良い．）

正転 反転 ブレーキ ストップ

課題22：IN1，IN2の信号をロジックボードのスイッチ SW1，SW2から供給し，仕様通りにモータドライバICで回転制御できることを確認せよ．ロジックボード上でのTA7267BPの配置は，課題24を参考（右図）．

【順序回路を用いたDCモータの回転制御】

モータドライバICは，一般に，正転，反転，ブレーキ，ストップの４つのモード（状態）を持つ．入力信号（クロック）が入るたびに，「ストップ」→「正転」→「ブレーキ」→「反転」→「ストップ」と状態を繰り返すテスト回路を製作したい．状態遷移表およびカルノー図により，論理設計を行い，実際にDCモータの動作で確認せよ．なお，チャタリング防止回路も必要である．

状態遷移表 動作モード

(Q20 101D2のカルノー図Q1) (Q20 101D1のカルノー図Q1)

D1 = D2 =

課題23：ロジックシミュレータにより，上の回路を作成し，その動作を確認せよ．状態遷移表の通りに動作しているか？

(Q2) (Q1)

(CLK)

(RESETCLK)

課題24：実体配線図を描いた後，ロジックボードで回路を実現せよ．実験テーマ C-2と同様，チャタリング防止回路は，CR回路とシュミットトリガNOTで実現せよ．

　　

　

IC配置例

配線状態(D-FF出力は，LEDに接続) 小型DCモータの接続

課題25：DCモータの速度制御では，PWM制御が用いられる．その(a) 原理と (b) 利点・欠点について調べ，図を用いつつ説明せよ．必ず，出典（書名やURL）も明記すること．

++--

電源SW

ON

電池BOX

7408

LED表示

SW1SW2SW3SW4

SW入力

H

L

4bit D/ALED1LED2LED3LED4

4511

7セグLED表示

VccVccGNDGND型番

VccGND １2345671413121110 98

赤配線黒配線

NOT 7404AND 7408OR 7432

++--

電源SW

ON

電池BOX

7408

LED表示

SW1SW2SW3SW4

SW入力

H

L

4bit D/ALED1LED2LED3LED4

4511

7セグLED表示

VccVccGNDGND

123

赤配線黒配線

VccGND

AB

ABZ

ABZ

A

AZ

ABZ

ABZ

ABZC

ABZC

ABZ

ABXY

ABZ

ABZC

シャンデリアL

S2S3 S1

大広間

スイッチ

ABCV

SRZ

S= R=Z= ⇒( )( )( )( )( )( )( )( )

LED1S (SW1)R (SW2)

CLKDQCLR

Vcc(+)GND(-)SW1から(データ)LED1へSW4 から(クロック)Vcc(+)1 168 9

CLRCLKDQQDQDQDQQQQ

4 D-FF74LS175

CLKDQQCLRCLKDQQCLRCLKDQQCLRCLKDQQCLR

CLRCLKX inLED1LED2LED3LED4

CLKDQQCLRCLKDQQCLR

…

CLKDQQCLR

Vcc(+)GND(-)SW1(Xin)LED1LED2LED3LED4SW4 (CLK)Vcc(+)

74LS175

2457 15131210

CLRCLKDQQDQDQDQQQQ

GND 0[V] = LVcc5[V] = H

()

()

Vcc5[V] = HGND 0[V] = L

充電放電

RC

しきい値

チャタリング

状態RC積分回路シュミットトリガNOT出力

12

100μF

SW5から(CLK)

+

GND(-)

-

注意！！+/-を間違うと爆

発します

チャタリング

防止済みSW

1 k Ω

シュミットトリガNOT 7414

+-+-

7414

電源SW電池BOX

7408

LED表示SW1SW2SW3SW4SW入力H

L

4bit D/ALED1LED2LED3LED4

4511

7セグLED表示

74175

VccVccGNDGND

100μF

IN1 1IN2 23 OUT15 OUT2 Vcc

7

Vs

6

4

GND

制御回路

熱遮断回路過電流保護回路

1234567

端子番号端子記号端子説明1IN1入力端子2IN2入力端子3OUT1出力端子4GNDGND5OUT2出力端子6Vs電源端子(モータ駆動用)7Vcc電源端子(IC用)

IN1IN2OUT1OUT2モード11LLブレーキ01LH正転10HL逆転00HZ

(ハイインピーダンス)

HZ

(ハイインピーダンス)

ストップ

Vcc(+)モータ,IC共用GND(-)モータ,IC共用

M

IN1IN2OUT1OUT2

M

+

M

+

M

+

M

+

OUT1OUT2OUT1OUT2OUT1OUT2OUT1OUT2HLHLHLHL

現状態次状態説明

Q1Q2D1D2

説明ストップ00→01正転正転01→11ブレーキ逆転10→00ストップブレーキ11→10逆転

IN1IN2モード11ブレーキ01正転10逆転00ストップ

CLKDQCLR

チャタリング除去済みSW

(クロック)Vcc(+)Vcc(+)Q1LED1

(確認用)

Q2LED2

(確認用)

74175

18 9

CLRCLKDQQDQDQDQQQQ

GND

TA7267BP

1２３4５67Vcc(+)GND(-)

M

IN1(Q1から)IN2(Q2から)OUT1OUT2

+-+-

7414

電源SW電池BOX

7408

LED表示SW1SW2SW3SW4SW入力H

L

4bit D/ALED1LED2LED3LED4

4511

7セグLED表示

74175

VccVccGNDGND

TA7267

100μF