ロジックIC編
ロジックICは何をしているのでしょう。
 ロジックICはデジタル回路を作る上で必ず使用するICですが種類も豊富ですので、ややこしいICもありますが、ここでは良く使う物だけピックアップし、その簡単な動作を説明していますので参考にして下さい。また、このIC類はデジタル系の基本ですキットにも含まれていると場合もあるので型番を捜してみて下さい。
 ICは方向が有りますので注意してください。基板に差す時もピンが少し広がっているので少し机の上でピンを整えてから基板に順番に差し全てのピンが差さった事を確認してからハンダ付けすると良いでしょう。
 C−MOSのICは入力インピーダンスがかなり高いので静電気などで壊れる危険があります。よく黒色のスポンジに刺さっていますがこのスポンジは導電性のスポンジで静電気からICを保護してくれます。
 ☆ 目次 ☆ ロジックICの仕事は何だろう!
ロジックICはなんだか難しそうに思いますが基本的な部分は単純です。
 キットでも使われる場合が多いので作る前に予備知識として参考にして下さい。
ロジックICには基本的な論理が入っているICとその組み合わせのICに分けれます。
 基本ロジックと応用ロジックに分けて調べてみましょう。
ロジックICの単純な論理だけ入っているICです。
 初心者の方はこの基本ロジックが入っているICから学んでいきましょう。
ロジックICの論理が解ったら次は応用だ!
 チョット複雑ですが「こんな感じか!」と言う雰囲気でも味わってみましょう。
ロジックで使われる論理を学んでみましょう。(基礎部分のみ説明します)
 論理と言っても実際は簡単ですが問題はそれが組み合わさったらややこしいものです。



ロジックIC  ロジックICを学ぼう
■ ロジックを学ぼう!! ■
 ロジックICとは、いったい何をしているのでしょうか?
そうですロジックICはまず基本になる論理(ロジック)を学ばなければならないのですが基本のロジックというとやはり「TTL」をまず先に学ぶことになります。そしてそのロジックこそがすべてのロジックICを作る元となります。もし本格的にやりたい方はこのロジックをしっかりとマスターして下さい。(当ホームページは初級コースです)
 TTLだけでもマスターしておけば、よほど難しい仕事に就かない限りなにかと便利ですよ!
■ ロジックICとは? ■
  ロジックICはデジタルの基本になるICでキットでも良く出てきます。またロジックICといってもたくさん有りますので、まずICの種類とその性質について簡単に説明しましたので一緒に学んでいきましょう。ロジックICも時代の流れに勝てず無くなったICや無くなりつつあるICなどがあります。その辺もふまえて説明しますが、大雑把にTTLとCMOSの二種類に分かれます。
■ ロジックICの足は? ■
・ロジックICの足は14ピン〜40ピン位が標準(もっとでかいのもあるよ)で使用するピン数は14・16・20ピンが主に使われています。
・ICの足のピッチですがDIP型の場合は2.54mmピッチと決まっています。
 (ユニバーサル基板(等間隔に穴が開いている基板)はこのピッチの物を購入するとICが差さります)
・ 最近のICはピッチの細かいICやフラットなどもあります。

■ 参考・注意点 ■
・変遷⇒「74xxx」(消費電流大)→「74LSxxx」(低消費電流)→「74HCxxx」(超低消費電流)→「74VHCxxx」(フラット)

・注意⇒TTLは消費電力などの問題点からCMOSへ移行が進んでいますが現段階ではまだ入手できますのでその辺も含めて記載してあります。
・参考⇒静的消費電流(Icc)、速度(tpd)の値は「74xx00」を参考にしています。
 型 番 説  明 
74シリーズ
74xxx
 TTL(TransistorTransistorLogic)と呼びディジタル回路を組む場合に必要な部品です。初心者の方もこのTTLから論理を勉強することでしょう。このシリーズは1970年頃、最初に誕生したTTLが74シリーズです。その後20年くらい王座に君臨していましたが消費電力の関係で「LSシリーズ」に変わりました。またノイズにはめっきり弱いICでした。
電源電圧は4.75V〜5.25Vと範囲が狭く消費電流は8mAで速度は22nsですが、やはり消費電流はすごい!
40Hシリーズ
40H000
 このICは74HCシリーズのできる前に作られた物ですが基本的にはTTLと型番でのピン互換もあり便利なICでしたが74HCタイプの需要が伸び40Hシリーズがあまり使われないようになったようです。そのため残念ながらこのタイプは保守廃品種となり入手不可能となりました。電源電圧が幅広いのが特徴です。この特徴を生かし電池で動作も可能でしかも低消費電流です。これも静電気に注意してください。
電源電圧は2V〜8Vと低い電圧の幅があり電池駆動可、消費電流は0.02mAで速度は18nsです。
74LSシリーズ
74LSxxx
 74LSシリーズ(低消費電流ショットキ)としては元祖74シリーズの2代目となります。そのため型番での完全互換です。つまりICを差し替えてもハード的に問題はない(スピードなどの問題もあるが通常は動きます)。このほかに速度の速い74Sシリーズ(ショットキ)もあります。このICもノイズに弱いです(パスコンが必要)
電源電圧は4.75V〜5.25Vと範囲が狭く消費電流は1.6mAで速度15nsです。
74HCシリーズ
74HCxxx
 74LSxxxと完全ピン互換ですので現在は、このICが主流になりました。魅力はCMOSなのでかなり低消費電流ですがTTLと違い未使用の入力ピンは処理(プルアップ・プルダウンなど)が必要です。HCシリーズも近年どんどん新しくなりフラットタイプですが74VHCシリーズなどに移行中です。もちろんCMOSですので静電気に注意してください。
電源電圧は2V〜6Vと低電圧も良いので電池駆動可、消費電流は0.02mAで速度は8nsです。
40・45シリーズ
40xx
45xx
 昔から変わらず現在66種類くらいの型番があるICです。昔TTLとは別の使われ方だったため型番やピンなどは、全然バラバラでTTLとはピン互換はありません。電源電圧も幅広く、高い耐ノイズ性などが特徴です。但し速度は遅いので高速を望む事はできませんがキットでは良く使われるICです。最大の特徴は桁違いの超低消費電力のため電池動作可、これも静電気に注意してください。
電源電圧は3V〜18Vと幅が広いので電池動作可、消費電流も0.001μAで速度は100nsです。(参考4001)
ロジックIC  ロジックICを学ぼう
■ ロジックICのピン番号について ■
 ロジックICやその他のDIPICはピン番号の位置が決まっています。次の写真を参考にして学んでいきましょう。
 ロジックICのピン番号はチョット変わっていますのでその辺を調べてみましょう。
 図のように丸くへこんだ部分が1番側ですが、へこんだ部分を上にして左側の一番上が1番ピンです。ピン番号はそのまま下へ番号が増えていき最後まで来たらそのまま右へ移動しそこから戻るように番号を増やします。
 ICによりへこみが無く型番の記載されている場所の左上に丸印が印刷かくぼんでいるタイプもありますので注意しましょう。

 図のようにへこみを上にして、ちょうど英文字の「U」を描いたように番号が進むと覚えて下さい。
<注意>
 もしICを逆に付けたまま電源を入れてしまった場合は注意が必要です、それは逆のICがかなり高熱になっている場合があります。むやみに基板を触ってチェックしていると手にヤケドをする場合がありますので慎重に検査して下さいね!
(触ると言うより叩く感じて触ると多少安全かも知れません)
 このままにするとICは破損(少しの間でも電源を入れていた場合でも危ない)しその他周辺の回路も破損のおそれがありますので電源を入れる前には必ず向きだけはチェックしましょう。
基本ロジック  ◇基本的なロジックICの紹介◇ (それ以外のICは次の表です)
 ロジックICをマスターするにはまず基本ロジックを勉強しましょう。なんだかわかりそうもないかもしれませんがガンバリましょう。ロジック自体のしくみは後で学ぶことにしてまずロジックICの基本となるIC自体を見てみましょう。キットでも使われる部品です確認してみてください。
※参考
 ここでは3種類の型番を紹介しますが基本的にピン番号は同じため74HCタイプで表記します。実際は「7400」・「74LS00」・「74HC00」・「74VHC00」「40H000」などの種類があります。下記の部品名は「74HC00」のみで表記します。それ以外の型番は一種類しかないICです。
部 品 名 簡 単 な 説 明
型 番 論理 回路 ピン/
 素子
74HC00 NAND 14/4 2入力のNAND回路です。入力が共にHiの時のみ出力がLoとなり、それ以外はLoです。
74HC02 NOR 14/4 2入力のNOR回路です。入力が共にLoの時のみ出力がHiとなり、それ以外はLoです。
74HC03 NAND 14/4 出力がオープンドレインタイプの2入力のNAND回路です。「00」と互換です。
74HC04 INV 14/6 1入力のInverter回路です。入力がLoの時出力はHi、入力がHiの時出力がLoです。
74LS06 INV 14/6 1入力のInverter回路です。オープンコレクタで残念ながらHCタイプはありません。
74HC08 AND 14/4 2入力のAND回路です。入力が共にHiの時のみ出力がHiとなり、それ以外はLoです。
74HC10 AND - 14/3 3入力のAND回路です。3入力になっただけで「08」と同等です。
74HC14 INV 14/6 1入力のInverter回路です。「04」と同じですがシュミット・トリガタイプです。
74HC20 NAND - 14/2 4入力のNAND回路で論理は「00」と同等です。
74HC21 AND - 14/2 4入力のAND回路で論理は「08」と同等です。
74HC30 NAND - 14/1 あまり使いませんが8入力のNAND回路で論理は「00」と同等です。
74HC32 OR 14/4 2入力のNOR回路です。入力が共にLoの時のみ出力はLoとなり、それ以外はHiです。
74HC74 F.F - 14/2 Dフリップフロップ回路の定番です。「00」で回路も作れますがこのICですぐ実現!
74HC86 ExOR 14/4 2入力のExOR回路です。入力が共に違う論理の時のみHiとなり、それ以外はLoです。
74HC132 NAND 14/4 2入力のNAND回路です。「00」と同じ論理ですがシュミット・トリガタイプです。
74HC266 ExNOR 14/4 2入力のExNOR回路で、入力が共に違う論理の時のみLoとなり、それ以外はHiです。
4001B NOR 14/4 40シリーズの2入力のNOR回路で、動作は「02」と同等ですがピン番が違います。
4011B NAND 14/4 40シリーズの2入力のNAND回路で、動作は「00」と同等ですがピン番が違います。
4013B F.F - 14/2 40シリーズのDフリップフロップ回路で、動作は「74」に似ているがピン番が違います。
4069B INV 14/6 40シリーズの1入力のInverter回路で、動作は「04」と同等ですがピン番が違います。
4071B OR 14/4 40シリーズの2入力のOR回路で、動作は「32」と同等ですがピン番が違います。
4077B ExNOR 14/4 40シリーズの2入力のExNOR回路で、動作は「266」と同等ですがピン番が違います。
4081B AND 14/4 40シリーズの2入力のAND回路で、動作は「08」と同等ですがピン番が違います。
4584B INV 14/6 45シリーズの1入力のINV回路で、動作は「14」と同等ですがピン番が違います。
応用ロジック  ◇応用ロジックICの紹介◇ (それ以外のICは次の表です)
 ここでは基本ロジックが組み合わさったICを紹介します。実際は上記の基本ロジックだけで製作することはできますが応用ロジックを使うことでかなり小型化されますので便利なICです。
※参考
 ここでは3種類の型番を紹介しますが基本的にピン番号は同じため74HCタイプで表記します。実際は「7400」・「74LS00」・「74HC00」・「74VHC00」「40H000」などの種類があります。下記の部品名は「74HC00」のみで表記します。それ以外の型番は一種類しかないICです。
部 品 名 簡 単 な 説 明
型 番 論理 ピン 素子
74HC48 7seg 16 7セグメントのLEDをドライブするICです。最近はあまり使わなくなりました。参考まで!
74HC123 M.B 16 デュアル・モノステーブル・マルチバイブレータとか言うICです。
74HC125 Buff 14 4素子のバス・バッファで3ステート機能を持っています。正論理で出力されます。
74HC240 Buff 20 4素子2組のバス・バッファで3ステート機能です。負論理で出力されます。
74HC244 Buff 20 4素子2組のバス・バッファで3ステート機能です。正論理で出力されます。
74HC245 Buff 20 8入出力の双方向バス・バッファで3ステート機能です。正論理で出力です。
74HC373 Latch 20 8素子のDラッチで3ステート機能です。8ヶの出力を一度に記憶できます。
74HC374 Latch 20 8素子のDフリップフロップで3ステート機能です。「373」に似ています。
74HC573 Latch 20 「373」と同等ですがピン配置が違い綺麗に並んでいます。
74HC574 Latch 20 「374」と同等ですがピン配置が違い綺麗に並んでいます。
74HC595 S.R 16 8ビットのラッチ付きシフトレジスタで、シリアル→パラレル変換
74HC597 S.R 16 8ビットのラッチ付きシフトレジスタで、「575」と反対でパラレル→シリアル変換
4017B Count 16 40シリーズの10進デコーダ・カウンタで74シリーズには無いので「74HC4017」を作った。
4040B Count 16 40シリーズの12段カウンターで74シリーズには無いので「74HC4040」を作った。
論理はヤダ  ロジックの論理と回路図を学ぼう
 何となく論理と聞いただけでもう眠くなるかもしれませんね。でも頭の体操と思って頑張って下さい。ロジックつまり論理は覚えておく結構役立つ物ですしこれを覚えて次のステップへいきましょう。
■ 回路図は見てない! ■
  キットの説明書には良く回路図が記載されていますが見ただけで回路が読めるのであれば問題ありません、それではこの解りづらい図面を少しでも理解できるように簡単な回路図のサンプル図とその動作を見てみましょう。
ロジックICはデジタルの基本になるICでキットでも良く出てきます。実際にどのような動きをするものか簡単に説明しましょう。
■ HiとLoはいったいなに? ■
 デジタルの世界では通常2進数で行われます。つまり「(Lo)」と「(Hi)」で表現され0.5などはありません。
(ゼロ)」はLo(ロー)と表現し電圧では0V位をさします。また「(イチ)」はHi(ハイ)で電圧では5V位を指します。
但しIC電源が5Vの時ですしICの特性などでその値は変わります。下記に基本のロジックを説明しました。(これだけでは解らないかも)
 TTLロジックを見てみよう。
■ ロジック回路の基本回路一覧表 ■
 回路図を見ると下記の図を見ることがあるでしょう、でもこれ自体が何をしているか解りませんので簡単に説明しましょう。これだけでは説明不足ですが、まずはこの部分を勉強しましょう。
論理名 説 明 論理表
INV Inverter(インバータ)は入力を反転して出力します。
標準1入力で14ピン、6素子です。
代表IC→74LS04/74HC04/4069(ピン違う)
入力 0 1 - -
出力 1 0 - -
INV
シュミット・トリガ
上記のInverter(インバータ)と同じで入力を反転して出力します。
・記号の中に「」のマークが付いていますが、これはシュミット・トリガ機能
が付いていると言う意味です。シュミット・トリガとは、入力がゆっくりと変化する場合の信号でも誤動作しにくいICです。
・代表IC→74LS14/74HC14/4584B(ピン違う)
入力 0 1 - -
出力 1 0 - -
OR OR(オワ)はどちらかの入力がになると出力が1となります。
・標準は2入力タイプでは通常14ピンで1つのICの中に4素子入っています。入力の数は2入力の他に3、4、8入力などがあります。
・代表IC→74LS32/74HC32/4071(ピン違う)
入力1 0 0 1 1
入力2 0 1 0 1
出力 0 1 1 1
NOR NOR(ノワ)はどちらか一方でも入力が1になった時出力が0となります。
・基本的にオワと同じですが出力が反転しています。

・代表IC→74LS02/74HC02/4001(ピン違う)
入力1 0 0 1 1
入力2 0 1 0 1
出力 1 0 0 0
AND AND(アンド)は全ての入力が1になったときに出力が1となります。
・代表IC→74LS08/74HC08/4081(ピン違う)
入力1 0 0 1 1
入力2 0 1 0 1
出力 0 0 0 1
NAND NAND(ナンド)は全ての入力が1になったときに出力は0となります。
・基本的にアンドと同じですが出力が反転します。
ロジックの基本との言われる論理でこれで他の論理も作れ便利です。
・代表IC→74LS00/74HC00/4011(ピン違う)
入力1 0 0 1 1
入力2 0 1 0 1
出力 1 1 1 0
NAND
シュミット・トリガ
上記のNAND(ナンド)は全ての入力が1になったときに出力は0となります。
・基本的にアンドと同じですが出力が反転します。これもシュミット・トリガが付いています。
ロジックの基本との言われる論理でこのNANDからは他の論理も作れ便利です。
・代表IC→74LS123/74HC123
入力1 0 0 1 1
入力2 0 1 0 1
出力 1 1 1 0
ExOR ExOR(エクスクルーシブ・オワ)はお互いの入力が一致しないと出力が1とならない。
日本語では排他的論理和と言います。何かややこしい変わった論理ですがデータを反転する事やエッジの検出などに使われます。
・代表IC→74LS86/74HC86
入力1 0 0 1 1
入力2 0 1 0 1
出力 0 1 1 0
ExNOR ExNOR(エクスクルーシブ・ノワ)はお互いの入力が一致しないと出力が0とならない。
・基本的にはExORの出力を反転した物です。これも一致不一致の検出や加減算などおもしろい用途に使われます。

代表IC→74LS266/74HC266/4077B(ピン違う)
入力1 0 0 1 1
入力2 0 1 0 1
出力 0 1 1 0
空き部屋  空き部屋
■ 空き部屋 ■









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