ポケコン PC-G850Vで電子回路工作(初心者の回路図の意味のとらえ方) (3/15)

前回、7セグのLEDがクルクル回る回路を作ってから、追加でそれぞれの信号をAND回路に入れて、もう一方に全てのLEDにデータを送ったタイミングで0/1すると、数字が表示できるな～と考えて、じゃあ次の数字を表示するのに今の数字(信号)を保持しておかないと、毎回消灯しなくてはいけないと思い、今回の信号を記憶する回路「フリップフロップ」に行きついた。(図はNo.1がオリジナルで、図No.2~4の順に途中失敗しながら考えました)

今回は基本のRSフリップフロップを実験。(最初にDフリップフロップをやって挫折した)まずは電池で駆動させてみる。CyberWorkShop Webpage 電脳工作室様 の このページより、回路図を作成。

図 回路図No.1~4

No.1の回路がサイト様の正しい回路図です。最初にこれをブレッドボードに組んでスイッチAを押すと上のLEDが、スイッチBを押すと下のLEDが点灯する事を確認した。
(ICチップの14番ピンがVCC(ポケコンで2ピン)で7番ピンがGND(3ピン)という事も回路図では省略されてます。さらに74HC00がないのでICはピン配置が同じだけの代用品)

No.1の配線

次にポケコンに直すと、スイッチを置き換えればいいのかなと考え、図のNo.2のように配線した(配線図は省略)。BASICでダイレクトに、OUT &H60,1 OUT &H61,0 OUT &H62,1(4ピンを1)と打ってみる。が、上下逆に点灯する。4ピンを1にすると下のLEDがON、5ピンを1(OUT &H62,2)にすると上がONになる。

おかしいな～と思い、ピンの出力が反転してるのかと思い、3ピンと4ピンに抵抗を挟んでLEDを繋いだが、そんな事はなかった。もしかして4ピンは+の電圧を出すのだから図のNo.3(配線図省略)が正しいのかと思ったら、まったく動かない。最初っから両方ON。

んん～？さっぱりわかってない。もう一度サイト様のオリジナルの回路図を見て、回路が間違っていないことを確認してたら、上のボタンがセット(!R)、下のボタンがリセット(!S)と書いてあった。あれ？セットはわかるけどRS-FFで上はリセット、下はセットじゃないのかな、と考えて回路をよく見たら、スイッチを押すとマイナスに繋がる。その時は0だから押すと0？押さないと1？そうか、だから上に抵抗100ｋΩでプラスに繋がっているのか。
Rが反転されているから、点線で囲った全体として見ればRだが、このスイッチだけ見るとON(1)すると0だから!R(反転を示す)という事なのか～

【正解】
だから点線で囲った部分全体をスイッチとみなして置き換えるNo.4が正しい回路になる。
かつ0になるとONになる負論理なので、0を1にするインバータ(NOT回路)を加えるとサイト様のNo.1と同じ動きになる。ソフトだけで行うなら、OUT &H62,3が信号1，5をクリア、OUT &H62,2が信号1番ピンをセット、OUT &H62,1が信号5番ピンをセットという事になる。

No.4の配線

【反省】
よくポケコン壊さなかったな~。抵抗が入っているとプルアップとかプルダウンとかいう余り重要でない機能かと思ってたけど、違ったみたい。でも確かにNo.1のようにしないと、プッシュスイッチを押した時に確実に0/1にならないな(プラス側にプッシュスイッチを繋ぐようにすれば？と考えたけど、それだと押した時にマイナス(GND)の方が抵抗が0だからそっちに流れる。ああ抵抗もマイナスの方へ移動すればいいのか。でもどのくらいの抵抗？)。切り替えスイッチで＋と―を切り替えればいいのかもしれないけど、それだとまずいのかな？そうしたら、プッシュスイッチだけ置き換えようとは思わなかっただろう。でもきっとこう書くのが定石なのだろうし、RをON/OFFという意味を切り替えスイッチではうまく表現できないし。点線部分全体で信号ON/OFFか、メモメモ。

【独り言・・・】
基本(回路図の意味)がわかってないと回路図ひとつポケコンに繋げないな(今回は失敗を繰り返さない意味も含めて、電子工作の初心者がどういう風に考えているか、順を追って記録しておく)。省略されている記述も多いし、お約束事もあるし、初心者がハマるはずだ。ソフトでも16進数や関数が何者であるか仕様書にはわざわざ書かないからそのレベルなんだろう。でも16進数や関数は入門書にはちゃんと章立てして書いてあるが、省略する事やこういうお約束事？定石？は本には書いてない。最近の学問だからソフトはきっちりしていてプログラマーをたくさん作れるけど、ハードは経験とか一子相伝のワザとかで、体系的に育てられないからな～。
ソフトは性能向上の恩恵を受けて、基本的な事はツールや高機能化・抽象化で、どんどん新しい物を習得してその応用で作っていく事が大事になり、基本はわからなくてもツールや言語の使い方をたくさん覚えるのが役に立つ早道になるが、ハードは新しい製品を作ったり、新しい部品を使ったりするためには、なおさら基礎が大事と言われる。基礎から離れられないのがハードかもしれない。そういう違いがあるようだ。