b2533.htmlディジタル基本回路

　1）　スイッチ：接点を閉じる・開くの２状態にできるスイッチ（switch）は，最も簡単な入力情報回路である．

　2）　ランプ：　ランプ（lamp）の点滅という２状態は，代表的な出力情報回路といえる．

　3）　リレー：　リレー（継電器relay）は，電磁石の働きで，電流によって接点の開閉を行うものであり，入力・出力の両機能に使用できる．

　図4.5の左側のように，電流が流れると閉じる接点をメーク接点（make con-tact あるいは a接点），右側のように電流が流れると開くような接点をブレーク接点（break contact あるいはｂ接点）とよぶ．

スケッチで上から押すことを１，押さないことを０の入力状態（Ｘ）に対応させ，接点の開を０，閉を１の出力状態（Ｙ）に対応させると，メーク接点は，Ｙ＝Ｘ，ブレーク接点では，Ｙ＝Ｘ￣を示すことができる．

　4）　接点によるANDとOR：　図2.32のように，並列接点回路は，論理和：OR回路を示し，直列接点回路は，論理積：AND回路を示す．

　5）　ゲート回路（gate circuit）：トランジスタやダイオードがディジタル情報回路素子として用いられるときは，入出力端子の電位を1･ 0に対応させる．通常，正・負を1・0，または高電位を1，低電位（0Ｖ）を0に対応させ，正論理対応とよぶ．この逆の対応を負論理対応とよぶ．（図2.33）．

　（a）の否定素子は，トランジスタのベース電位が高いときは，導通状態となってコレクタ電位が低くなり，逆にベース電位が低いときは，非導通状態になってコレクタ電位が高まる現象を利用している．

　一方，（b）のＡＮＤ素子では，X₁,X₂,X₃のいずれか一つが低電位ならば，ダイオードを通じて電流が流れ，出力端子の電位が低くなる現象を利用している．図2.34に，NAND，OR，NOR素子の回路の例を示した．なお，これらのNOT，AND，NAND，OR，NOR素子を用いた回路をゲート回路ともよぶ．シンボル記号は，それぞれの右側に示したとおりである．

　２進１桁の二つの数をＸ，Ｙ，その和をＳ，上位桁への桁上がりをＵとすれば，表2.16のような真理値表が得られ，Ｓは，Ｘ，Ｙの排他的論理和（XOR），Ｕは，Ｘ，ＹのANDで表されることがわかる．（Ｌ＝０のとき）

これを，図2.35（a）のような回路で表したものを半加算器（half adder）とよぶ．

１桁以上の加算では，低位桁からの桁上がりをＬとすれば，表2.16のような真理値表が得られる．

入力変数

ＸＹＬ

出力変数

ＳＵ

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

0 0

1 0

0 1

1 0

0 1

1 1

　　＿＿　　　＿　　＿　　　＿＿
S = X・Y・L + X・Y・L + X・Y・L + X・Y・L

　　＿　＿　　　　＿　　　　　＿＿
　= L・( X・Y + X・Y ) + L・( X・Y + X・Y )

　　＿　　　　　＿　　　　　　＿
U = X・Y・L + X・Y・L + X・Y・L + X・Y・L

　　　　　　　　＿　　　　　＿　　　　＿
　= X・Y・( L + L ) + L・( X・Y + X・Y )

　　　　　　　　　　＿　　　＿
　= X・Y + + L・( X・Y + X・Y )

　　　であり，これが半加算器（図2.35（a））であり，これを用いて，図2.35（b）のように，全加算器の回路を構成することができる．

　iii）どこからでも点滅できるランプ回路　　一つのランプ（あるいはモータ）を，離れた２カ所Ｘ，Ｙから自由に点滅したい場合は多い．これを論理式で表現すると，ランプＬに関する真理値表は，つぎの表のとおりで，これを，Ｌが１である行をＸとＹの積の形で表し，和をとると（主加法標準展開），

X　Y

0　0

1　0

1　1

0　1

これは，いわゆる排他的論理和（XOR）であり，そのスイッチ配線は，３Ｐスイッチ（transfer switch）２個を，図2.36のように行えばよい．

　iv）　保持回路　論理素子に帰還回路を適用すると，図2.37でＸ＝Ａ＋Ｘと表され，Ａが一度１になると，Ｘは１になり，そのまま保持される．

　　　　　図2.37　保持回路　　　　　　　　　　　　　図2.38　保持およびリセット回路（1）

図2.38では，
　　＿＿　＿　＿　　　＿＿　＿　＿
X = A・Y = A + Y , Y = B・X = B + X となり，整理すると，
　　＿　　　　　　　＿
X = A + B・X , Y = B + A・Yと表され，表2.17の真理値のような値を示し，Ｘは，Ｂが0であると，ＸはＡ￣の値を示すが，Bが１であると，Ａ￣が一度１になるとＸは1になり，Ａ￣が0になってもＸはそのまま1を保ち，Xは1を記憶した状態になり，再びＢを0にしないかぎりＸは0にもどらない．

＿
A

Ａ　Ｂ　Ｘ　Ｙ

＿
X

0　 0　 1　 1

1　 0　 0　 1

1　 1　 0　 1

0　 1　 1　 0

1　 1　 1　 0

0　 1　 1　 0

1　 0　 0　 1

と表され，Ｘは，Ａが1であると常に0であるが，Ａが0であるとそのときのＢの値がＸに記憶される．

これらの回路を図2.39，2.40のように変えると，Ｘはそれぞれつぎのように表される．

　２式とも記憶要素の動作を示す式であるが，上式は，Ｂが１であってもＡを１にすることによってＸを１にできるが，下式では，Ｂが１であるとＸは０以外になりえない．

　　図2.39　保持およびリセット回路（２）　　図2.40　リセット優先の保持回路

　Ａは記憶させる値であり，Ｂは記憶を解除する条件と考えられるが，上式はＡ優先であり，下式はＢ優先の記憶要素の式といえよう．

　これらは，変化信号制御系の信号保持や，モータの駆動保持などの回路に応用されるが，後者の場合で上の２式の差を考えると，上式は，スタート優先の回路となるが，下式は，ストップ優先の回路になるといえる．

　v）　フリップフロップ回路（flip flop circuit）フリップフロップ回路は，二つの安定点をもち，入力信号の内容によってどちらの安定点をとるかが決まる記憶回路で，図2.41のように，出力の一方をＱとすると，他方はその否定のＱ￣となる．

R－Sフリップフロップ（R：reset，S：set）の真理値表は，下表のとおりである．

R　S

Ｑn + 1（R，Sに信号を与えた後の状態）

0　0

0　1

1　0

1　1

Ｑn：（Ｑn + 1の１ステップ前の状態）

不定

　1）　シフトレジスタ：　ディジタルの演算装置で，演算数，被演算数やその結果などの二進情報を記憶したり，記憶された情報を右や左に送る装置がシフトレジスタ（shift register）である．

　前述のようにフリップフロップが１ビットの２進情報を記憶できるので，必要なビット数だけのフリップフロップを直列接続することによってシフトレジスタを構成することができる．

　2）　カウンタ：　カウンタ（counter）はパルスの数を計算するもので，ディジタル回路では欠くことのできない回路である．

カウンタにはフリップフロップが構成素子として使用され，一つのフリップフロップ回路では２進数１桁の計数が行える．このことからフリップフロップによるカウンタはバイナリーカウンタ（binary counter）とよばれる．

　1）　優先回路（固定）：図2.42において，乾燥機への上部シャッタY_41～Y₄₈を，Y_41～Y₄₈の順に優先して１カ所開く動作の論理式y_iは次のようになる．

　　　　・
　　　　・
　　　　・
　　　　　　＿　＿　＿　＿　＿　＿　＿
　　　y₄₈ = Y₄₁・Y₄₂・Y₄₃・Y₄₄・Y₄₅・Y₄₆・Y₄₇・f₄₈

　2）　先着優先回路：　Ａ，Ｂ，Ｃの３信号のうち，先着した信号のみを伝える信号は，図2.43のNANDゲートによって得られ，つぎのようになる．
　　　　　　　＿　＿
　　　Y_A = A ・ Y_B・ Y_C

遅れ要素のある帰還回路を，図2.44（a）のように構成すると，

　そのタイムチャートを描くと（b）図のように，X（t）はt _d（時定数CR）だけXに遅れて動作し，Ａが１であるかぎりXもX（t）にt _dだけ遅れて発振状態に入り，Ａが0になるまで続く．