零電完全理解(06) ロジックIC

(※ニコニコ動画「零からの電子工作」シリーズは私の作ではなく、剣菱P氏という別の方です。私は動画を見て学ぶ側です。)


「解せぬ」を見るためにコメントはオンで見ることをお勧めします。
何のことかは動画を見てのお楽しみ^^
論理回路はカルネージハートエクサでちょっと勉強したので原則の理解だけならカンタンカンタン。
ビット演算入門(まとめ)
電子工作の回路図の覚え方も自分なりに考えて補足みました。



零からの電子工作 第6回:ロジックIC
http://www.nicovideo.jp/watch/sm12714306


▼ 論理回路

1)論理回路の種類

6_1.jpg

AND (論理積)
OR (論理和)
NOT (論理否定)



2)デジタルの世界とは?

0と1しか存在しない世界。
電子回路的には、たとえば

0を0V
1を5V


という電圧の有無に置き換えてあらわす。



3)AND回路

6_2.jpg

Aに0(0V)、Bに0(0V)を入力すると、Yに0(0V)を出力する。
Aに0(0V)、Bに1(5V)を入力すると、Yに0(0V)を出力する。
Aに1(5V)、Bに0(0V)を入力すると、Yに0(0V)を出力する。
Aに0(5V)、Bに1(5V)を入力すると、Yに1(5V)を出力する。

A AND Bの両方とも1の時、答えが1になるので、AND回路という。
また、A × B = Yの関係であることから、「論理積」という。

ちなみに、このような入出力の結果の表を「真理値表」と言う。



4)OR回路

6_3.jpg

Aに0(0V)、Bに0(0V)を入力すると、Yに0(0V)を出力する。
Aに0(0V)、Bに1(5V)を入力すると、Yに1(5V)を出力する。
Aに1(5V)、Bに0(0V)を入力すると、Yに1(5V)を出力する。
Aに1(5V)、Bに1(5V)を入力すると、Yに1(5V)を出力する。

A OR Bのどちらかが1の時、答えが1になるので、OR回路という。
また、A + B = Yの関係であることから、「論理和」という。
デジタルの世界では1までしかないので、1+1も1でいい。



5)NOT回路

6_5.jpg


Aに0(0V)、Yに1(5V)を出力する。
Aに1(5V)、Yに0(0V)を出力する。

否定の答えを出すので「論理否定」という。



6)回路図記号のおぼえ方
6_4.jpg
アルファベットのカタチから覚えると忘れないかも?
各記号、アルファベットの末尾と覚える。
ANDはNの縦線とDを合わせたカタチ。ORはOとRを合わせたカタチ。NOTはTを横にしたカタチ。



7)実験してみる。

6_6.jpg

AND回路の出力にLEDをつけて、
入力を0Vと5Vで切り替えるスイッチを2つ付ける。

今回の回路から、電源回路までは描かない。
5Vのプラス電源、マイナスのGNDのカタチを覚える。



8)AND回路のIC

6_7.jpg
「74HC08AP」を使う。
この中で一番大事な数字は「08」で、AND回路を示す。



9)AND回路を組む

6_11b.jpg

AとBの両方をオンにすると、LEDがつくことが分かる。
(ICの接続方法は後述)



10)OR回路のIC

6_10.jpg

「74HC32AP」を使う。
この「32」という数字が、OR回路であることを示している。



11)OR回路を組む

6_11.jpg

結果は真理値表の通り。



12)NOT回路のIC

「74HC04AP」を使う。「04」がNOT回路を示す。



13)NOT回路を組む

6_12.jpg

結果は0なら1(5V)、1なら0(0V)。

ちなみに、ICは1個30円ぐらい。



14)ICの具体的な使い方(AND回路)

6_14.jpg

ICにへこみがあるので、参考にする。
へこみを上にした時、左上から反時計回りに番号がふられている。

14番が電源5V
7番がGND

14番にパスコン(積層セラミックコンデンサ0.1μFを挟む)

6_15.jpg

このパッケージにはAND回路が4つ入っている。
さきの場合には、1と2を入力、3を出力(LED側)につないだ。



15)ICの具体的な使い方(OR回路)

6_16.jpg

AND回路に同様。



16)ICの具体的な使い方(NOT回路)

6_18.jpg

NOT回路は入力が一つしかないので、回路が6個も入っている。



17)74HC08のデータシート


6_18b2.jpg
ピン接続図が、回路を示す。



6_18c.jpg
真理値表。Lがロー(0V)で、Hがハイ(5V)。



6_18d.jpg
毎度おなじみの絶対最大定格
電源電圧は-0.5〜7V

さきの実験ではLEDを点灯させたが、
1つのピンで出せる電流は最大25mA。
例によって半分の12mAぐらいを目安に使う。

25mAの出力が4本あるが、
IC全体の出力合計では50mAという制限がつく。
(つまり、10mAの出力なら4つ使える。)



6_18e3.jpg
動作範囲。
電源電圧は2〜6V。今回は5Vで使用。
入力は0〜付けた電源の電圧(今回は5V)まで。



6_22.jpg
電気的特性。
ハイとローが何ボルトぐらい出るかについての一覧。



6_18e.jpg
AC特性。
入力のLとHを切り替えた時、
同時に出力も反応しているように見えるが、
実は少しだけタイムラグがある。

表では、4.5V(約5V)の時、15ns(ナノ秒)のタイムラグ。
15ns=0.000000015秒。



6_19.jpg
NOT回路(74HC04)
入力0のとき5Vを出力するが、
当然なにもないところから電源を発生しているわけではなく、
IC自体の電源Vccから電源をもらっている。
入力1の時に、出力はGNDにつながっている。



18)注意点1

6_18b.jpg

Aにスイッチをつなぎ、Bに何もつながない場合、
Bは0V固定とはならず、動作不定となる。
ご動作の原因となるので、やってはならない。
厳密にいえば、Aもスイッチ切り替えの瞬間にどっちつかずの状態が生じる。


19)注意点2

ICには回路が4個入っているが、使わない線はGNDにつなぐとよい。
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二名川(ニナガワ)

Author:二名川(ニナガワ)
ホビーロボットをレトロゲームが発展したものと捉えて楽しく遊び倒します。
子供が夢を見ている時間帯に稼働します。

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RX-7.5 ゼロタンク
RRf-0.6 ゼニィ
RXM-7.9 ゼムネス
RX-7.5R 量産型ゼロタンク
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以下続く

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