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半田付けとは、はんだを熱で溶かしたものを一種の接着剤として用いることで、元々はバラバラであった基板と電子部品を接合し、相互に電気が流れるようにする作業です。
半田付けの手順は以下の通りです。１． はんだごてで基板を温める(はんだが溶けやすくなる) ２． はんだの先を半田付けしたいところに接着させ、基板と電子部品が接合するようにはんだを溶かす ３． 十分な量のはんだを溶かすことが出来たら、はんだを基板と電子部品から離す ４． はんだごてのこて先を離す また、以下のような注意点もあります。 １． 加熱不足による「いもはんだ」や、はんだの量が多すぎることによる「はんだブリッジ」 ２． ダイオードやLED、トランジスタなどは極性が存在するので、向きに注意して取り付ける ３． ICチップは静電気に弱いので、端子を直接手で触らない。また、ICチップは端子間が狭いので、はんだブリッジに十分注意する フラットパッケージICの半田付けに関しては、動画付きで別に詳しく解説います。そちらを参照してください。 フラットパッケージICの半田付け 下の動画は、半田付けについて解説している動画になります。 ＤＣ５Ｖ DC5V電源は、ACアダプタから来る直流電圧１２〜１３Ｖの電気を三端子レギュレータで直流電圧５Ｖに変換し、外部に出力する回路です。他のPICマイコン、例えばロジックチェッカやプッシュSW等に電気を流すのに使われています。 この回路自体には主に以下の部品が取り付けられています。 １． DCジャック ２． 三端子レギュレータ(L7805CV、１個) ３． 三端子レギュレータ用ヒートシンク ４． コンデンサ(100μF、20μF、それぞれ１つずつ、計２個) ５． 抵抗器(390Ω１個) ６． 赤色LED(１個) 赤色LEDは、三端子レギュレータの出力端子に接続されているため、この回路が正しく動作しており、直流電圧5Vが出力されているときに光るような仕組みになっています。 抵抗器は、赤色LEDに直列に接続されており、LEDに過電圧がかからないようにするために取り付けられています。 ヒートシンクは、三端子レギュレータが電圧変換するときに発する熱を放熱するために取り付けられたものです。 下図は、DC5V電源の回路図になります。  また、下の動画はDC5V電源について解説している動画です。DC5V電源の概要から、各部品の説明や役割を説明した後、動作確認を行っています。 ダイオード
下左の動画は、ダイオードについて解説している動画です。この動画では、ダイオードの役割や極性、そし て ダイオードの動作確認を行っています。 また、下右の回路図はダイオードの動作確認を行った時に使った回路の回路図です。動画では、ブレッド ボードを使って実装しました。 また、下の回路図は動画中にダイオードの動作確認を行うときに使った回路の回路図です。  オペアンプ
バスモニタ バスモニタとは、入力された8ビットデータバスのＨ/Ｌを対応したLEDの点滅で表示する回路です。入力された信号がHの場合にＬＥＤは点灯せず、Lの場合にLEDが点灯 する仕様になっています。回路図は下のようになります。  回路は、DC5V電源線と各データバス線がLEDとそれを保護する保護抵抗器を挟み込むように接続されています。データバスにH信号(電圧5V)が入力された場合、LEDと 保護抵抗器の間に電位差は発生しないのでLEDは発光しません。逆にL信号(電圧0V)が入力された場合、LEDと保護抵抗器の間には5Vの電位差が発生するのでLEDが 発光するようになります。以下は、バスモニタに関する解説動画になります。 デジタルスイッチ ディジタルスイッチとは、スライドSWのON/OFFで信号線の導通及び切断を操作できる回路です。今回この仕様を実現するためにthree state bufferという素子を使っていま す。three state buffer とは、コントロール端子に入力する信号に合わせて出力が変わり、「H」、「L」、「ハイ・インピーダンス」の3つの状態を出力できる素子になります。ちなみ に、ハイ・インピーダンスとは信号線が切断状態のときの出力結果であり、HでもLでもない出力状態です。そして、左下のthree stae buffer の場合、コントロール端子への信号 がHのときは導通状態になり、Lのときはハイ・インピーダンスになります。
下がディジタルスイッチの回路図になります。今回の回路では、SWがOFFのとき入力と出力の間が切断されて出力状態はハイ・インピーダンスの状態になります。そして、 SWがONのとき入力と出力の間は導通状態となり、出力端子からは入力信号がそのまま出力されます。  下は、ディジタルスイッチに関する解説動画になります。 エンコーダ エンコーダとは、入力された10進数の数字を3bitの2進数に変換して出力する回路です。エンコーダにはLアクティブ(Lで入力を認識)の入力端子が全部で8つあります。それらの入力端子には、0〜7までの数字が割り振られており、例えば5の入力端子ににLの入力があった場合、エンコーダは5が入力されたと認識します。そして、エンコーダは入力された数値を2進数に変換して、AからCの3つの出力端子を用いて結果を出力します。このとき、端子Aは0桁目、端子Bは1桁目、端子Cは2桁目に対応しています。 ツェナーダイオード ツェナーダイオードとは、通常のダイオードと比較して逆方向に電流が流れやすいダイオードのことを言います。その特性を活かして一定の電圧(リファレンス)を得るために用いられることが多いため、定電圧ダイオードとも呼ばれています。 通常、ダイオードに逆電圧を加え、徐々に電圧を上げていくと、最初はわずかにしか流れなかった逆方向電流が、ある電圧を超えると急に大きくなる現象が起こる。これを「降伏現象」この現象が起こる逆方向電圧の大きさを「降伏電圧」という。この降伏現象は、「アバランシェ(電子雪崩)現象」と「ツェナー現象」という2つの現象によって、引き起こされている。 ダイオードに逆電圧を掛けると、空乏層(電気が流れない)が発生して電流は流れません。しかし、不純物濃度が高い半導体を用いると、空乏層が薄くなります。ここに高電界が掛かると、トンネル効果()でキャリアが
下は、ツェナーダイオードについて解説している動画になります。流れる電流が変化しても、両端の電圧は変化しないという特徴を利用し、電圧の安定化のために用いられることが多い。例えば、定電圧回路などがある。 アバランシェ現象とは、自由電子が電界によって加速されて衝突電離を引き起こす過程が繰り返し発生することで、大電流が流れる現象です。この現象は絶縁体や半導体材料で発生します。他に、アバランシェ・ブレークダウンや雪崩降伏などと呼ばれることがあります。 T-FF マイコンプログラムの開発 マイコンプログラムの開発とは、マイコンに電気を流した時の挙動のプログラムをパソコンで開発することです。開発手順は以下のようになります。
２． アセンブル(機械語変換) ３． マイコンROMへの書き込み 上のエディタとアセンブラの2つの機能を併せ持った、MPLAB IDEというソフトがあります。このソフトはPICマイコンの統合開発環境であり、マイクロチップ社のホームページからダウンロードすることが出来ます。(http://www.microchip.com) 最後に、変換された機械語をマイコンのROMにROMライタとライタソフトを用いて書き込みます。 以下は、マイコンプログラムの開発について解説している動画と、MPLAB IDEの画面になります。  ロジックチェッカ クリップで接続された端子(の電圧)が"High(約5V)"か"Low(約0V)"かを判定する回路。もし端子電圧がHighなら赤色のLEDが、Lowなら 緑色のLEDが点灯する。端子電圧が何Vであるかはコンパレータという、二つの入力電圧を比較するICが使われている 図：ロジックチェッカ  コンパレータ 二つの入力電圧を比較し、どちらの方が大きいかによって出力電圧の変化する回路。入力にはプラスとマイナスがあり、プラス＞マイナスであればHigh、マイナス＞プラスであればLowの電圧が出力される出力電圧は外部から入力されたHigh:電源電圧(5V,入力8), Low:GND(0V,入力4)が用いられる。このロジックチェッカでは入力電圧の片方を"基準電圧"として固定し、端子電圧との比較を行っている コンパレータとロジックチェッカーの動作チェック このロジックチェッカは二つのコンパレータの出力がそれぞれ赤，緑のLEDに接続されており、比較結果がLEDの点灯でわかるようになっている。コンパレータ(A)はプラス：+2Vとマイナス：端子電圧の比較を行い、コンパレータ(B)はプラス：端子電圧とマイナス：+0.8Vの比較を行う。 ・ 端子電圧が2Vを越えるとき コンパレータ(A)の比較結果がマイナス＞プラスになり、Low(0v)が出力される。その結果、赤LEDを挟んで5Vの電位差が発生、電流が流れ赤LEDが点灯する。 ・ 端子電圧が0.8Vを下回るとき コンパレータ(B)の比較結果がマイナス＞プラスになり、Low(0v)が出力される。その結果、緑LEDを挟んで5Vの電位差が発生、電流が流れ緑LEDが点灯する。 ・ 端子電圧が2V以下かつ0.8V以上のとき コンパレータA,Bのどちらも比較結果がプラス＞マイナスになり、High(5V)が出力される。両LEDの両端の電位が5V-5Vとなり、電位差が0であるため電流が流れず、どちらもLEDは点灯しない。 フラットパッケージICの半田付け フラットパッケージICの特徴 ピンが多く、そのピッチが狭い。そのため、普通の半田付けとは異なり、作業難易度が若干高いです。 作業手順
注意事項 ランドやICにコテを当て続けて熱を加えすぎるとランドがはがれたり、ICの足が折れる。半田を溶かしすぎると半田がうまく乗らない。コツは、 ・ とにかく半田は素早く流す！ ・ ブリッジしたら取ればいい！ ・ 多少のブリッジならランドに流してしまえ！ ・ オシロスコープ AUTOSETUP AUTOSETUPボタンを押すとオシロスコープがプローブから入力された波形を最適化して、その波形を液晶画面に表示します。周期的な波形を読み取るときは、この方法が一番簡単な波形の読み取り方です。以下は、AUTOSETUPについての解説動画です。
【発振器とは？】
一定周期の連続波を出力する回路。 波形には矩形波、のこぎり波、正弦波などさまざまな種類がある。 矩形波 ： 0,1の出力を規則的に繰り返す波形 のこぎり波 ： 時間とともに波形が上昇→急降下を繰り返す波形 正弦波 ： 正弦関数で表される波形 【発振器の使い方】 黄色端子：波形出力 青色端子：GND JU1&JU2のパーツあり：矩形波 JU1解除：のこぎり波 JU2解除：正弦波 電圧レンジ調整つまみを操作すると、現在選択されている波形の電圧レンジ(縦軸)を調整することができます。つまみを時計回しに回すと波形の振幅が高く表示され、反時計方向に回すと波形の振幅が低く表示されます。また、時間軸調整つまみを回すと、時間軸を調整することができます。時計回しに回すと波形が時間軸方向に拡大表示され、反時計方向に回すと波形は時間軸方向に縮小表示されます。以下は、電圧レンジ調整と時間軸調整について解説している動画です。 トリガ操作 トリガとは、入力された波形を止めて、観察できるようにするためのものです。もし、波形が画面に動いて表示されているのであれば、トリガつまみを回して、トリガをかける位置を調節しましょう。トリガをかける位置を表すマークは画面右側に表示され、つまみを回すことでトリガの位置を上下に移動させることが出来ます。以下は、トリガについて解説している動画です。 手動で波形の時間間隔を測定する方法(カーソル、アジャストつまみ) 手動で波形の時間間隔を測定する方法について解説します。手動で測定する場合、右上にあるカーソルボタンを押してください。カーソルボタンを押すと液晶画面の右端に設定メニューが出ますので、測定する対象を選択して、２つの縦線のカーソルをその２つのカーソルで測定する波形を挟み込むように移動させてください。すると、波形の下にΔtという表記で２つのカーソルの時間間隔が表示されます。以下は、この項目の解説動画です。 波形の振幅や時間間隔を自動で測定する方法(メジャー) 波形のパラメータを自動で測定する場合は、メジャーという機能を使います。メジャーボタンを押すと、カーソルのときと同じように液晶画面の右端に設定メニューが表示されるので、測定する波形のチャンネル、測定結果を表示する場所、そして測定するパラメータを選択してください。以下は、メジャー機能を解説している動画になります。 波形の一部分のみを拡大表示する方法 波形の細かい部分だけを拡大表示させたい場合は拡大ボタンを押します。まず、波形の拡大させたい部分が液晶の中央にくるように移動させます。次に拡大ボタンを押すと、同じ波形が上下に２つ表示されるので、時間軸調整つまみを時計回しの方向に回してください。そうすると、画面下に拡大された波形が表示されます。以下は、この項目についての解説動画になります。 スロープの設定(立ち上がり、立ち下がり) トリガのSETUPボタンを押すと、液晶画面の右端にトリガに関する設定メニューが表示されます。このメニューからスロープのボタンを押すと、トリガをかける位置を立ち上がりと立ち下がりのどちらかに設定することが出来ます。以下は、スロープの設定方法について解説している動画です。 トリガのDELAY DELAYと表記されたつまみを回すことで、時間軸のトリガの位置を移動させることが出来るようになります。時間軸のトリガの位置を移動させると、現在取り込んでいる波形の前後の状態を観察することが出来るので、非周期の信号を観察するときに便利な機能です。以下は、トリガのDELAYについて解説している動画です。 時間と振幅の同時計測【計測方法】 CURSORボタン→時間/振幅ボタンの順に押し、同時計測設定に変更する。 時間/振幅切り替えボタンで時間カーソルと振幅カーソルのどちらを操作するか変更し、 カーソル1,2ボタンで波形を挟む2つのカーソルを選択し、つまみで波形に合わせる計測された 時間幅と振幅は左下のΔtとΔvで確認できる。 ・ 電気の基礎（続き） フラットパッケージICの半田付け作業手順は
注意事項 ・ ランドやICにコテを当て続けて熱を加えすぎるとランドがはがれたり、ICの足が折れる ・ 半田を溶かしすぎると半田がうまく乗らない コツ ・ とにかく半田は素早く流す！ ・ ブリッジしたら取ればいい！ ・ 多少のブリッジならランドに流してしまうのも一方策です。 リレー回路  動作の流れは以下のようになります 入力がHigh(5V)のときはベース電流が流れず、リレーはNCに接続 入力がLow(0V)のときはベース電流の吸い込み、コレクタ電流が流れる すると、コイルが電磁石として働き、NOに接続 スライドスイッチ スライドスイッチはスイッチの操作（ON,OFF）を保持するスイッチです。 このスイッチは2進数（High,Low = 1,0）で4ビットの出力を行うことが出来ます。 回路図は以下のようになります。  動作の流れは以下のようになります スイッチが下側に入力されているとプルアップされて出力はHigh(5V) スイッチが上側に入力されていると接地されて出力はLow(0V) ｎ進数 n進数とは、n-1までの数字を使って全ての数を表現する方法です。 普段使っている10進数では0から9という数字を使って数を表現しています。 n進数の表現方法  10進数からn進数への変換方法 手順
 なぜこのようになるのか順を追って説明します。 まず、123を8で割って商が15、余りが3とはどういうことか考えてみましょう。これは123の中に8が15個と、端数の3があるということです。 つまり『8×15+3=123』ということです さて、8進数では15個あるということを表すことが出来ません。そこで、さらに15を8で割り、商が1、余りが7となりました。これは15の中に8が1個と端数の7があるという意味ですが、この15は一度8で割られています そのため、ここでの真の意味は15×8は8×8が1個（商）と8×1が7個（余り）となります。 つまり、ここでの計算は『8×8×1+8×1×7=15×8』ということになります 商の1は8で割れないため、ここで除算は終了となります 8進数での表記は最後の商である1を最上位にし、余りを順に並べていくので『173』となります。実際に8進数の173が10進数の123となっているか確認すると以下のようになり、正しいことが分かります  動画内では2、8、16進数を例に説明をしています。16進数では10以降の数字をアルファベットで代用しています。 555ICを利用した発振回路（含むRS-FF） 今回の発振回路とH（5V）とL（0V）の繰り返しによって発振を実現しています。 回路図は以下のようになります。  ここで使用している555ICの中身は以下のようになります。  RSフリップフロップ（以下RS-FF）について説明します。RS-FFの回路例は上図の破線で囲まれている部分になります。RS-FFとは、RとSの入力に応じて出力Qが決定される回路です。ここでRはReset、SはSetという意味を持ちます。 RS-FFの真理値表は以下のようになります。
RS-FFはRSともに０の場合、出力は前の状態を維持します。Rが１の場合、Resetとなり、出力は０となります。Sが１の場合Setとなり、出力は１となります。RSともに１を入力すると、出力が不定となるため禁止されています。
回路図は以下のようになります。  この回路は入力がHとLを繰り返すことで音が鳴ります。まず、入力がHのときはトランジスタがONとなり、DC5Vから発生している電流を全て吸い取られます。そのため圧電サウンダに電圧はかかりません。 次に、入力がLのときはトランジスタがOFFとなり、圧電サウンダに電圧がかかります。発振ではHとLが繰り返されます。この繰り返しによって音を鳴らしています。音は圧電振動板と金属板の組み合わせで鳴っています。 その様子を以下の図に示します。  圧電振動板は電圧の印可方向で伸縮方向が変化します。そのため、発振の入力によって伸縮を繰り返し、金属板が振動して音が鳴っています。 ７セグ駆動 ４ビットの２進数入力を８ビット出力としてLED表示器に出力します。
ここではマイコンPIC１６F８４Aを用いて実現しています。  ３（２進数で００１１）という入力データを上の桁に表示させるには上の桁＊＝１、点灯セグメント＝０、消灯セグメント＝１より *bce dgaf＝１００１ ０００１＝91H と、なります。 １０進カウンタ １０進カウンタは入力スイッチのON/OFFによってカウントを行います。回路図は以下のようになります。  ＩＣの中身は以下のようになります。  緑色の数字はＩＣのピン番号になります。最終段のJK-FFは本来RS-FFですが、今回都合上JK-FFとして回路図を書いています。JやKで何も接続されていない箇所は常時１が入力されます。 ここで使われているJK-FFの一例は以下のようになります。  また、真理値表は以下のようになります。
タイミングチャートは以下のようになります。 タイミングチャートからも正しく10進カウントされていることが分かります。 特に注意すべき点は９（B'１００１'）となった後に０（B'００００'）となる点です。 ラッチ ラッチとは、データデバイスの信号をあるタイミングで固定するための物です。 ここでは、ラッチスイッチをＯＮにすることで信号を固定することが出来ます。 以下に回路図を示します。  ＩＣの中身は以下のようになります。 ここで示しているのは、ＩＣのある１つのピンへの接続です。OTHER LATCHによって、他のピンともスイッチのＯＮ/ＯＦＦを共有します。 動作の流れは以下のタイミングチャートで分かります。  ラッチの入力がＨのときにデータの変化があった場合はＱが変化します。しかし、ラッチの入力がＬのときにデータの変化があった場合ではＱの変化がありません。 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 秋月電子RS232Cラインモニタ このラインモニタには、下図のようにRS232Cのポートが全部で３つあります。J1は機器に信号を入力するPCと接続するためのポートです。一方、J2はJ1に入力された信号をそのまま出力するポートであり、J2に接続された機器はそのままJ1から入力された信号を読み取ることができます。J3は、J1からの信号をモニタリングするための機器と接続するポートであり、今回では秋月電子専用のモニタリングソフトをインストールしたPCと接続しています。 以下は、秋月電子 RS232C ラインモニタの外観写真と、このラインモニタについての解説動画になります。 |
