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ハードウエアテスト（その15）

　タイマー／カウンタで有名なICである５５５の動作を
　テストします。

　５５５は、単安定、無安定の２つの発振が可能。
　どちらの発振もIN、OUT命令を利用し調べます。

　５５５の概観は、以下。



　８ピンのICで、ピンアサインは、以下。
　(nがはじめる信号は負論理を意味します)

1 GND
2 nTRIGGER
3 OUTPUT
4 nRESET
5 CONTROL
6 THRESHOLD
7 DISCHARGE
8 Vdd

　内部には、ウィンドウコンパレータ、RSラッチ、ディスチャージ
　トランジスタが含まれています。




　RSラッチは、nRESETを使いリセット状態にできます。
　nRESET='0'を与えると、Qは'0'となり、nQは'1'を出力。





　RSラッチに接続されたディスチャージトランジスタは
　nRESET='0'で導通となり、ドレインからソースに向け
　電流を流します。

　OUTPUTは、nQの'1'を反転するので'0'となります。

　nRESETによるRSラッチの動作を使わないなら
　Vddに接続しておきます。




　nRESETを使わないとき、RSラッチの動作は、次の
　タイミングチャートに従います。



　Sに'1'のパルスを与えるとQは'1'になり、その状態をキープ
　Rに'1'のパルスを与えるとQは'0'になり、その状態をキープ
　というのが、RSラッチの動作。

　S、Rに与えるパルスにより、出力が決定されるため
　パルスを与える前の状態とは、無関係です。

　S、Rにパルスを与える回路は、ウィンドウコンパレータです。




　左向きの三角形で表現しているのがコンパレータで
　２つの組合せでウィンドウコンパレータに。

　コンパレータは、＋、−の２端子の電圧を比較して
　出力を決定する回路。＋側の電圧が−側の電圧より
　大きいと'1'を出力します。

　下のコンパレータは、電源電圧の1/3が＋側の電圧に
　固定されているので、nTRIGGERの電圧が＋側より下
　になると、Sに'1'を出力し、Qを'1'に遷移させます。

　上のコンパレータは、−側の電圧が電源電圧の2/3に
　されていますが、CONTROLを利用して変えることも
　可能。

　上のコンパレータは、電源電圧の2/3が−側の電圧に
　固定されているので、THRESHOLDの電圧が−側より上
　になると、Rに'1'を出力し、Qを'0'に遷移させます。

　nTRIGGER、THRESHOLDの電圧とRSラッチの出力の関係は
　以下となります。



　IchigoJamで、RSラッチの動作を確認するには
　次のように５５５の配線を決めます。



　nTRIGGER、THRESHOLDに与える値を考えてみます。
　（nTRIGGERは負論理であることに注意）

(nTRIGGER,THRESHOLD)=(1,0)
(nTRIGGER,THRESHOLD)=(0,0)
(nTRIGGER,THRESHOLD)=(1,0)
(nTRIGGER,THRESHOLD)=(1,1)
(nTRIGGER,THRESHOLD)=(1,0)

　配列に値を入れてnTRIGGER(OUT_1)、THRESHOLD(OUT_2)の出力を
　決めることにすれば、サブルーチンは単純に書けるでしょう。

100 '
110 FOR I=1 TO 2
120   OUT I,[I]
130 NEXT
140 WAIT 15
150 RETURN

　サブルーチンを使う側は、状態変数を利用して配列に
　データを設定すれば充分。

10 '
15 LET S,1
20 IF S=1 LET [1],1,0
25 IF S=2 LET [1],0,0
30 IF S=3 LET [1],1,0
35 IF S=4 LET [1],1,1
40 IF S=5 LET [1],1,0
45 GOSUB 100
50 LET S,S+1
60 IF S=6 LET S,1
70 GOTO 20
80 END

　５５５の動作がわかるように、IN命令でOUTPUTとCONTROLの値が
　どうなっているかを表示する処理をつけます。

10 '
15 LET S,1
20 IF S=1 LET [1],1,0
25 IF S=2 LET [1],0,0
30 IF S=3 LET [1],1,0
35 IF S=4 LET [1],1,1
40 IF S=5 LET [1],1,0
45 GOSUB 100
50 LET S,S+1
60 IF S=6 LET S,1
65 ? [1],[2],IN(1),ANA(2)
70 GOTO 20
80 END

　状態値を指定する部分をサブルーチンにして
　単純にしてみます。

200 '
210 IF S=1 LET [1],1,0
220 IF S=2 LET [1],0,0
230 IF S=3 LET [1],1,0
240 IF S=4 LET [1],1,1
250 IF S=5 LET [1],1,0
260 RETURN

　まとめます。

10 '
20 LET S,1
30 GOSUB 200
40 GOSUB 100
50 LET S,S+1
60 IF S=6 LET S,1
70 GOTO 30
80 END
100 '
110 FOR I=1 TO 2
120   OUT I,[I]
130 NEXT
140 WAIT 15
150 ? [1],[2],IN(1),ANA(2)
160 RETURN
200 '
210 IF S=1 LET [1],1,0
220 IF S=2 LET [1],0,0
230 IF S=3 LET [1],1,0
240 IF S=4 LET [1],1,1
250 IF S=5 LET [1],1,0
260 RETURN

　ラベルを使えば、次のように書けます。

10 '
20 LET S,1
30 @LOOP
40 GSB @JUDGE
50 GSB @HND
60 LET S,S+1
70 IF S=6 LET S,1
80 GOTO @LOOP
90 END
100 @HND
110 FOR I=1 TO 2
120   OUT I,[I]
130 NEXT
140 WAIT 15
150 ? [1],[2],IN(1),ANA(2)
160 RTN
200 @JUDGE
210 IF S=1 LET [1],1,0
220 IF S=2 LET [1],0,0
230 IF S=3 LET [1],1,0
240 IF S=4 LET [1],1,1
250 IF S=5 LET [1],1,0
260 RTN

　結果は、次のようになります。




　nTRIGGERをイネーブルにすると、OUTPUTは'1'になり
　THRESHOLDをイネーブルにすると、OUTPUTは'0'です。
　THRESHOLDをイネーブルにすると、CONTROLの電圧は
　ほぼ電源電圧になっています。

　これで、RSラッチ動作になっているとわかります。

　ウィンドウコンパレータの動作が理解できたなら
　単安定発振の動作を見てみます。

　単安定発振の接続は、以下。



　nTRIGGERに負のパルスを与えるようにすれば、OUTPUTから
　指定時間だけ正のパルスが出力されます。

　回路図の抵抗値とキャパシタンスで、最大で0.1秒程度の
　パルスになります。負のパルスを与えから、1秒程度
　OUTPUTの値を表示するプログラムを作成。

　状態変数を用意し、その状態変数の値で、何をするのか
　を決めておけば、わかりやすいでしょう。

　状態変数Sが、１のときに負のパルス出力。
　状態変数Sは、０から20までの値をとり、常に
　入力値を表示するために利用。

　この動かし方をIchigoJamのBASICで書きます。

10 '
20 FOR S=0 TO 20
30   IF S=1 LET [1],0 ELSE LET [1],1
40   OUT 1,[1]:WAIT 60
50   ? S,[1],IN(1)
60 NEXT
70 IF BTN() GOTO 90
80 GOTO 20
90 ? "exit"
95 END

　ラベルを利用して、次のようにも書けます。

10 '
20 @LOOP
30 FOR S=0 TO 20
40   IF S=1 LET [1],0 ELSE LET [1],1
50   OUT 1,[1]:WAIT 60
60   ? S,[1],IN(1)
70 NEXT
80 IF BTN() GOTO @EXIT
85 GOTO @LOOP
90 @EXIT
92 ? "exit"
94 END

　結果は、以下。



　無安定発振の接続も確認してみます。
　各信号の配線は以下。




　単安定動作のnTRIGGERを、５５５自身の信号で生成
　するため、フィードバックをかけてます。
　キャパシタの充電と放電を利用し、nTRIGGERの電圧
　を生成。

　２つの信号の状態を表示すれば、発振を確認できます。

10 '
20 LET [1],IN(1),ANA(2)
30 ? [1],[2]
40 IF BTN() GOTO 60
50 GOTO 20
60 ? "exit"
70 END

　ラベル利用では、以下。

10 '
20 @LOOP
30 LET [1],IN(1),ANA(2)
40 ? [1],[2]
50 IF BTN() GOTO @EXIT
60 GOTO @LOOP
70 @EXIT
80 ? "exit"
90 END

　結果は、以下。

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