kimuro/EXP-II/EXP-II-LC-MotorControl.d…  · Web view2．レポートは，ワープロ(MS-Word) ... 課題27：PWM 制御について ...

情報システム工学実験 II (2 年，前・後期)　B21-PC 室　　　　　Ver.2018/04/16　文責：木室

【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

(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（押印付きの手書き）を付けること．〆切は，原則，実験日から 2 週間後 ．

2. レポートは，ワープロ（MS Word）を用いても良い．レポートは，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. レポート作成時，回路図を描く部分は，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，直筆で書き込んでも良い．実験データや実験

1

画像は，各自，USB メモリ等に保存・管理すること．

2

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．図 1 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～#8」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 1 データシートの例

【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 アプレットとして準備している．インターネットに接続された PC で以下

の Web ページにアクセスし，起動せよ． http://www.fit.ac.jp/~kimuro/EXP-II/

１．起動：web ブラウザでシミュレータのページを表示し、起動ボタンを押下して起動する．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（図 2,3）．

図 2 シミュレータ起動ボタン　　　　　　　　　　図 3 起動後の画面

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

4,5）．

3

　　　　　　　　図 4 論理素子の配置　　　　　　　　　　　　図 5 入出力端子の配置

4

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 6,7）．

　　　　　　　　　図 6 信号線の配線　　　　　　　　　　　　　　図 7 部品の削除

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．右側の図面は，配線の節点の追加と再配置の様子を示している（図 8,9）．

　　　　　　　　図 8 シミュレーションの実行　　　　　　　　　図 9 節点の追加

以降から，ロジックボードの説明と実験であるが，ロジックボードで実行する前に，ロジックシ

ミュレータで素子や回路の動作を確認しておく方が良い．ロジックボードの説明中，AND, OR, NOT,

NAND の真理値表が出てくる．ロジックシミュレータで予め動作を確認し，真理値表に 1 か 0 を記入し

ておくこと．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（図 10）．

図 10 ロジックシミュレータによる基本論理素子の動作確認

注：ここまでは，図版にキャプションを付したが，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

5

と．

6

【ロジックボードの構成】

１．内容の確認

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，内容を確認すること．

単 3 の乾電池 2 本は既にセットされている．

黒いスポンジには，実験に使用する IC が，複数個，並んでささっている．

ジャンプワイヤが，長いもの(150 mm)が 10 本，短いもの(70 mm)が 15 本ずつ入っている．極端

に不足している場合や実験中に紛失した場合は，申し出て下さい．

実験の進捗に合わせて，ロジックボードとは別に，モータ駆動 IC，ワニ口クリップ，小型 DC

モータの入ったケースも配布する．

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．

+

+-

-

電源SW

ON電池BOX

7408

LED表示

SW1 SW2 SW3 SW4

SW入力

HL

4bit D/A

LED1 LED2 LED3 LED4

4511

7セグLED表示

Vcc

Vcc

GND

GND

型番Vcc

GND１ 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8

赤配線

黒配線

NOT 7404

AND 7408

OR 7432

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．

7

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)

０．先ず，電源スイッチがオフになっていることを確認する．電源スイッチがオンになっているときは，

7セグ LED 表示機の小数点部分が，青く光っている．

１．IC の配置

　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．上の配置図で確

認せよ．

３．論理素子の動作確認

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，電源と接続する．

ブレッドボードのいくつかの穴は，内部でつながっている．たとえば，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．

AND IC に電源を供給するためには，IC の 7 番ピンと電源の GND端子とを黒い短いジャンパ線で接続する．

また，IC の 14 番ピンと電源の 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．

+

+-

-

電源SW

ON電池BOX

7408

LED表示

SW1 SW2 SW3 SW4

SW入力

HL

4bit D/A

LED1 LED2 LED3 LED4

4511

7セグLED表示

Vcc

Vcc

GND

GND

1 2 3

赤配線

黒配線

Vcc

GND

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．

8

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，実験補助者に連絡して

下さい．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．

注意：

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，必要最小限にま

とめても良い．

9

【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．また，対応するベン図も示せ．

　注：実験レポート作成時，ベン図の塗り分けや否定のバーは，ワープロ出力の上に手書きで構わない．

ANDゲート(74 ) Z = 真理値表 ベン図

A B

Z

00

0 1

1 0

1 1

ORゲート(74 ) Z =

A B

Z

00

0 1

1 0

1 1

NOTゲート(74 ) Z =

AZ

0

1

NANDゲート(74 ) Z =

10

A

BZ

A Z

A B

A

A

BZ

A B

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．

11

A

BZ A B

A

BZ

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 を実現する回路を設計し，ロジッ

クボードでその動作を確認せよ．なお，回路図中の NOT は，書きやすさのためだけに予め記載しているだ

けである

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 ) 真理値表

AB 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作成せよ．

X = Y =

12

AB ZC

AB ZC

A

BZ

A B

A

B

X

Y

A

B

Z

A

B

Z

C

A

B

Z

C

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 00 1 0 11 0 1 01 1 0 0

注：実験の進度によっては，C-2 の実験項目も前倒しで実施する場合がある．

13

0 00 11 11 0

00

10

11

01A B

CD

0 1

01

A

B0 1

0 00 11 11 0

A B

C

A C

0 00 11 11 0

00

10

11

01A B

CD

C D

0 1

0 00 11 11 0

A B

C

A C

A B

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，その設計方法を通じて学ぶ．

【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

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）．

【2変数の場合】 【3変数の場合】 【4変数の場合】

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）

５．マスに対応する積項の和を作る．

　　　　例

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

14

1

1

11

1

1

1

1

1 111

↑C は，0,1 どうでもいい ↑B と D は，0,1 どうでもいい

A とB は，0,1どうでもいい↓

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．

15

0 1

01

A

B

0 1

0 00 11 11 0

A B

C

0 1

0 00 11 11 0

A B

C

0 00 11 11 0

00

10

11

01A B

CD

課題 6：与えられた論理式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が数え，

記録し，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．

(1) Z = A・B + A・_ _

B Z=

(2) Z = A・B・C + A・B・_ _

C + _ _

A・B + _ _

A・C Z=

(3) Z = A・B + A・C + _ _

A・_ _

B + _ _

B・C Z=

(4) Z = A・_ _

B + A・B・C + A・_ _

B・D Z=

16

A

B

Z

A

B

Z

C

A

B

Z

C

ゲート数：配線数：

ゲート数：配線数：

ゲート数：配線数：

ゲート数：配線数：

ゲート数：配線数：

ゲート数：配線数：

課題 7「応用問題チャイムシステム」

玄関や裏口の呼出ボタンを押すとチャイムが鳴るが，留守ボタンが

入っていると，チャイムは，全然鳴らない，という設計をしたい．

B1:玄関の呼出ボタン，B2:裏口の呼出ボタン，

R:留守の際のボタン，C:呼出しチャイム

ボタンが押される，チャイムが鳴る：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．

(圧縮後の) C =

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 =

17

裏口B2

玄関B1

留守ボタンR

チャイムC

A

B

C

V

V のカルノー図

C

0 1

A B

0 0

0 1

1 1

1 0

C のカルノー図

R

0 1

B1 B2

0 0

0 1

1 1

1 0

ゲート数：配線数：

ゲート数：配線数：

B1 B2 R C

A B C V

18

【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

状態遷移表

（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．必ず，ピ

ン番号も入れた実体配線図を描き，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．

課題 12：次の実験課題では D フリップフロップを扱うが，これは，同期式の JK フリップフロップで実現さ

れる．JK フリップフロップの内部構造について調べ，図を用いつつ，説明せよ．

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．

19

LED1

S (SW1)

R (SW2)

S=0

R=1

Z=0 ⇒ ( )( )

( )

( )

( )

( )( )

( )

S=0

R=1

Z=1 ⇒ ( )( )

( )

( )

( )

( )( )

( )

S=1

R=0

Z=0 ⇒ ( )( )

( )

( )

( )

( )( )

( )

S=1

R=0

Z=1 ⇒ ( )( )

( )

( )

( )

( )( )

( )

S=0

R=0

Z=0 ⇒ ( )( )

( )

( )

( )

( )( )

( )

S=0

R=0

Z=1 ⇒ ( )( )

( )

( )

( )

( )( )

( )

S

R

Z

S R Z0 00 11 01 1 入力禁止

【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 13：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．

CLK

D Q

CLR

課題 14：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．CLK や CLR信号が共通になっており，また，

回路図も上下が反転しているので，4 つの D-FF の内，どれを選んで実験するのか，よく確認すること．実

体配線図は，下図に書き込んでも良い．

Vcc (+)

GND(-)

SW1から(データ)

LED1へ

SW4 から(クロック)

Vcc (+)

1

16

8

9

CLR

CLKD Q

QD Q

D Q D Q

Q

Q Q

4 D-FF 74LS175

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の 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．

20

【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 15：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，その動作を予想し，文章に書き表せ．

CLK

D Q

QCLR

CLK

D Q

QCLR

CLK

D Q

QCLR

CLK

D Q

QCLR

CLR

CLK

X in

LED1

LED2

LED3

LED4

CLK

D Q

QCLR

CLK

D Q

QCLR

…

4bit シフタ回路

課題 16：ロジックシミュレータに上の回路を入力し，自分の予測が正しいかどうか確認せよ．なお， CLK

信号は，シミュレータの input信号ではなく，以下のような NOT を使った発振回路で作成しても良

い．

発振回路

課題 17：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．実験後，ロジックシミュレータと

振る舞いが異なってくる．その理由を考え，記述せよ．なお，この回路は，次の実験課題でも用い

る．

21

CLK

D Q

QCLR

Vcc (+)

GND(-)SW1(Xin)LED1 LED2

LED3 LED4

SW4 (CLK)

Vcc (+)

74LS175

2 4 5 7

15 13 12 10

CLR

CLKD Q

Q

D Q

D Q D Q

Q

Q Q

22

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．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．

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

23

GND 0[V] = L

Vcc 5[V] = H

( ) ( )

Vcc 5[V] = H

GND 0[V] = L

1 2

100μF

SW1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SW1 k Ω

充電

放電

R

C

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

課題 18：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，1 kΩ 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○○

1 kΩ = 1000 Ω = 10 x 102 = 　 　 x 10^ 　 　 .

課題 19：前の課題 17 の 4bit シフタの

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．

なお，NOT を追加するため，CLK

の 0/1 が逆転してしまう．入力 SW の

SW5 の端子は，SW4 を反転したもの

なので，図のように，この SW5 の端

子を使うと分かりやすくなる．

このチャタリング防止回路は，課

題 25 でも使用するので，実験が終わってもバラさない方が良い．

課題 20：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，調べてみよ．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えてみよ．

24

+-

+-

7414

電源SW電池BOX

7408

LED表示

SW1 SW2 SW3 SW4

SW入力

HL

4bit D/A

LED1 LED2 LED3 LED4

4511

7セグLED表示

74175

Vcc

Vcc

GND

GND

100μF

【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 で制御できるが，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

1 2 3 4 5 6 7

端子番号 端子記号 端子説明

1 IN1 入力端子

2 IN2 入力端子

3 OUT1 出力端子

4 GND GND

5 OUT2 出力端子

6 Vs 電源端子(モータ駆動用)

7 Vcc 電源端子(IC用)

IN1 IN2 OUT1 OUT2 モード

1 1 L L ブレーキ

0 1 L H 正転

1 0 H L 逆転

0 0 HZ(ハイインピーダンス)

HZ(ハイインピーダンス)

ストップ

課題 21：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 22：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？

M + M + M + M +OUT1 OUT2 OUT1 OUT2 OUT1 OUT2 OUT1 OUT2

H

L

H

L

H

L

H

L

正転 反転 ブレーキ ストップ

課題 23：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 25 を参考．

課題 24：他の DC モータドライバ IC をいくつかウェブで調査し， TA7267BP と仕様を比較してみよ．

25

Vcc (+)モータ,IC共用

GND(-)モータ,IC共用

MIN1

IN2OUT1 OUT2

IN1 1IN2 2

3 OUT1

5 OUT2

Vcc7

Vs 6

4GND

制御回路

熱遮断回路過電流保護回路

26

【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状態遷移表およびカルノー図により，設計し，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

現状態 次状態

説明 Q1 Q2 D1 D2 説明

ストップ 0 0 → 0 1 正転

正転 0 1 → 1 1 ブレーキ

逆転 1 0 → 0 0 ストップ

ブレーキ 1 1 → 1 0 逆転

IN1 IN2 モード

1 1 ブレーキ

0 1 正転

1 0 逆転

0 0 ストップ

D1 のカルノー図

Q2

0 1

Q10

1

D2 のカルノー図

Q2

0 1

Q10

1

D1 = D2 =

課題 25：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？

27

CLK

D Q

CLRCLK

D Q

CLR

CLK

RESET

Q1 Q2

課題 26：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．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．

チャタリング除去済みSW(クロック)

Vcc (+)

Vcc (+)

Q1 LED1(確認用)

Q2 LED2(確認用)

74175

1 8

9

CLR

CLKD Q

Q

D Q

D Q D Q

Q

Q Q

GND 　　

TA7267BP

1 ２ ３ 4 ５ 6 7

Vcc (+)GND(-)

MIN1(Q1から)

IN2(Q2から)

OUT1 OUT2

+-

+-

7414

電源SW電池BOX

7408

LED表示

SW1 SW2 SW3 SW4

SW入力

HL

4bit D/A

LED1 LED2 LED3 LED4

4511

7セグLED表示

74175

Vcc

Vcc

GND

GND

TA7267

100μF

IC配置例

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 27：モータの速度制御では，PWM 制御が用いられる．これについて調べ，図を用いつつ説明せよ．

28