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ビギナー・ノート・シリーズ 【シリーズ一覧へ】

ディジタル回路の設計・製作

製作の基本からホビー・実用回路の設計まで

湯山 俊夫 著
A5判 292ページ
定価2,307円(税込)
JAN9784789830645

1992年2月20日発行

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 本書は,ディジタル回路の設計と製作を基礎から解説したディジタル回路の入門書です.前半の基礎編においてディジタル回路製作の基本を詳細に解説しています.また後半の製作編では,まず平易なディジタル回路の製作を行い,しだいに本格的な回路設計に入っていきます.


目次

基礎編

第1章 ディジタル回路製作の基礎知識
 1.1 ディジタルICの代名詞
    74シリーズの種類と特徴
    74シリーズの電気的特性
    74シリーズのディジタルICの型番について
 1.2 ディジタルICの規則
    ディジタルICの機能
    論理レベル
    VIHとVIL
    VoHとVoL
    ディジタルICのピン配置
    ディジタルICの構造
 1.3 ディジタル回路図面の見方
    ロジック・シンボルの意味
    ディジタルICの配置方法
    電源用バイパス・コンデンサの役割
 1.4 TTLとCMOS
    回路構成の違い
    ロジックICの入出力の特性
    ゲート遅れと消費電流
    ゲート遅れと電源電圧
    ゲート遅れと負荷容量
    ゲート遅れと周囲温度
    消費電流と動作周波数
    消費電流と負荷容量
 1.5 ゲートICの働き
    ゲートIC
    ゲートとしての動作
    論理素子としての動作
    論理素子をゲート(門)として動作させるには
    NANDゲートとNORゲート
 Appendix アナログICとディジタルIC
    アナログとディジタルの違い
    アナログICとディジタルIC
    汎用ICと専用IC

第2章 ディジタル回路に使用する部品の上手な選び方
 2.1 よく使用する機構部品のいろいろ
    実験用プリント基板
    ICソケットの使い方
    ビスとナット
    配線に使用する線材
    組み立て用ケース
 2.2 よく使用する電子部品のいろいろ
    トランジスタ
    抵抗器
    抵抗の値(カラー・コード)の読み方
    コンデンサ
    コンデンサの容量値の読み方
    LED
    小型可変抵抗器
    スイッチ
    水晶振動子
    セラミック発振子
    圧電ブザー
    小型スピーカ

第3章 ディジタル回路を製作するための工具と測定器の上手な選び方
 3.1 はんだ付けに必要な工具
    はんだごて
    はんだ
    ピンセット
 3.2 部品や線材の加工に使用する工具
    ニッパとラジオ・ペンチ
    部品のリード線を折り曲げるための特殊なラジオ・ペンチ
    ワイヤ・ストリッパ
 3.3 部品の取り付けや加工に使用する工具
    ドライバ
    ドリル
 3.4 実験や測定に便利な道具のいろいろ
    ミノムシ・クリップのついたリード線
    テスト・クリップのついたリード線
    アナログ式テスタとディジタル式テスタ

第4章 ディジタル回路製作におけるアイデア・ノウハウ集
 4.1 基板やケースの加工・組み立てに便利な知識
    ユニバーサル基板を切るとき
    アクリル板を切るとき
    手持ちにないピン数のICソケットの作り方
    レタリングを利用して文字を書く
 4.2 部品やケーブルの実装に便利な知識
    DIPソケットに部品をのせる方法
    いろいろな形状の部品を上手に基板に取り付ける
    ナンバ・シールを利用して配線ミスを防ぐ方法
    ICや部品のはずし方
    線材を束ねる方法
    ブレッド・ボードを利用する
 4.3 部品の保管方法
    弁当箱タイプ
    引き出しタイプ
 4.4 回路図の書き方
    ゲートICの表現
    フリップフロップ
    カウンタやシフトレジスタ(MSI)
    VDDとGNDの書き方
    特別な信号の書き方
    回路図をきれいに書く方法

製作編

第1章 ディジタルICの基本動作を調べる…
      電圧判定器の製作と光センサへの応用
 1.1 ディジタルICを使って電圧を判定する
    ディジタルICがもつ基本的な機能とは
    電圧判定器を作るのに必要な部品
    組み立て作業に入る前にはんだ付けを練習しよう
    電圧判定器の回路と組み立て
    可変抵抗器によって入力電圧を変化する
    電圧判定器の回路動作を確認してみよう
 1.2 NANDゲートとNORゲートのより電圧を判定する
    NANDゲートによる電圧判定器の実験
    NORゲートによる電圧判定器の実験
 1.3 電圧判定器を応用した光センサ回路の製作
    光センサ回路とは
    光センサにCdSを使う
    CdSの動作確認実験をする
    光センサ回路の製作と実験
 Appendix ディジタルIC回路用電源回路の製作
    CMOSロジックIC回路用の電源のいろいろ
    ACアダプタを使った実験用電源の製作
    良い電源と悪い電源

第2章 LEDを点滅させたりスピーカから音を出す回路の製作
 2.1 ミニ・クリスマス・ツリーの製作
    クリスマス・ツリーのしくみ
    LEDを点滅させる実験
    異なる色のLEDが交互に点滅する回路を作る
    クリスマス・ツリーへの応用
 2.2 断線センサ回路の製作
    断線センサの回路構成
    断線センサの動作のしくみ
    省エネ改良型断線センサ
    導通センサやタッチ・センサとしての利用
 2.3 水センサ回路の製作
    水センサの回路としくみ
    センサ部分のしくみと作り方
 Appendix 完成したあとにチェックするポイント
    電源を入れる前にチェックするポイント
    電源を入れた後にチェックするポイント
    正常に動作しなかった時のチェック法

第3章 インターフェース回路の実験と製作
 3.1 自転車用ウインカの製作
    自転車用ウインカの設計と高輝度LED
    自転車用ウインカの回路と製作
 3.2 音声スイッチの製作
    音声スイッチの回路と動作
    コンデンサ・マイクのしくみ
    音声スイッチ回路の組み立てと応用

第4章 電子メトロノームの製作
 4.1 電子メトロノームの設計仕様を決める
    メトロノームは曲の拍子をはかる装置
    メトロノームを電子化する
    設計の仕様を決める
 4.2 設計仕様から回路設計を始める
    電子メトロノームの回路設計
    発振器の発振周波数を決める
    電子メトロノームの構成
    ワンショット・マルチバイブレータの利用
    ブロック図から回路図へどうやって落とすか
    製作および動作の確認
 Appendix スイッチを使いデータを取り込む方法
    スイッチとディジタル回路
    機械式スイッチはノイズの発生源
    CRによるノイズ除去
    ヒステリシスをもったゲートを作る方法
    R-Sラッチによるノイズ発生防止

第5章 電子サイコロの製作
 5.1 電子サイコロの動作を理解する
    サイコロの働き
    サイコロの機能を見直す
    機能から構成を決める
 5.2 サイコロの表示部を実験する
    サイコロの目を表示するためには7個のLEDが必要
 5.3 機能ブロック図から回路設計を始める
    基本仕様からブロック設計をする
    考えがまとまったところで回路設計を始める
    発振回路
    6進カウンタ
    デコーダの設計
    デコーダの入出力
    カルノー図を使ったロジックの簡単化
    LEDドライバ
    クロック・コントロール回路
    電子サイコロの回路図および製作
 Appendix カルノー図を利用して論理を簡単にする方法
    ブール代数をロジックに置き換える
    ロジックの簡単化
    実際のICを使った回路

第6章 電子ルーレットの製作
 6.1 ルーレット・ゲームの遊び方を理解する
    ルーレットの遊び方
    ルーレットを電子回路に置き換える
 6.2 ルーレットのブロック図から回路を設計する
    ルーレットのブロック設計をする
    数字が38種類あるので,38ビットのシフトレジスタを作る
    ルーレットの回路を設計する
    1ビット分だけ ”H ”を作る回路
    ルーレットの動作
 6.3 リング・カウンタを利用したルーレットを作る
    リング・カウンタの利用
 6.4 数字表示器を使ったルーレットを作る
    7セグメント数字表示器を使ってルーレットを作る
    0と00をカウンタ出力で表示する方法
    ルーレットは36進カウンタ
 Appendix シフトレジスタの応用法
    データの移動
    シフトレジスタとは
    シフトレジスタの動作
    希望する時間だけデータを遅らせる方法
    リサーキュレート動作

第7章 電子貯金箱の製作
 7.1 貯金額を表示する貯金箱を作るには
    コインを種類別に選別する
    コインの大きさで選別する
 7.2 電子回路でコイン選別器を作るには
    コインの大きさを電子的に選別
    フォト・インタラプタを利用する
    フォト・インタラプタを使ってコインの大きさを判別するシーケンスを作る
    機械式と電子式検出器の違い
 7.3 コイン計数器のブロック設計する
    各コインごとの枚数を表示する
    実際の金額を表示する工夫
    合計金額を知るには
    フォト・インタラプタの使い方を覚える
 7.4 計数器の回路を設計する
    10円玉用コイン計数器
    必要なパルスを発生させる回路
    パルス発生の原理
    プリセット・カウンタでゲート・パルスを作る
    プログラマブル・パルス発生器
    入力信号には制限がある
    デコーダ部は簡便に作る
    全体の回路をまとめる
    製作のポイント
 Appendix デコーダ回路の設計方法
    コード変換
    デコーダ回路の設計
    AND-ORゲートの代用
    簡単なデコーダ回路

第8章 電子カウンタ・万歩計・人数計の製作
 8.1 電子カウンタの製作
    数を数える動作を理解する
    カウンタIC 74HC160を利用する
    7セグメント・デコーダ/ドライバTC5002BP/TC5022BPを理解する
    回路図と実際の製作
    リーディング・ゼロ・サプレス機能とは
    調整および使用方法
 8.2 電子万歩計の製作
    万歩計の動作を理解する
    歩数検出器のしかけ
    表示だけを消す方法は…
    製作と調整
 8.3 人数計の製作
    光スイッチの動作を理解する
    光スイッチの応用
    回路設計のポイント上の注意
    光電カウンタの使用方法

第9章 ストップ・ウォッチの製作
 9.1 時計の動作を理解する
    発振器+カウンタ=ストップ・ウォッチ
    正確なタイミングを作る
    基準パルスを得るのにカウンタを利用する
    R-Sラッチの利用
    ANDゲートとNANDゲート
 9.2 ストップ・ウォッチの製作および調整
    回路の動作確認
    最大カウント数の変更
    専用カウンタICを使用する
 Appendix BCDカウンタと10進カウンタの利用法
    10進カウンタとBCDカウンタ
    分周に適するカウンタ
    10進カウンタ74HC390

第10章 自転車用スピード・メータの製作
 10.1 スピード・メータの原理
    アナログ式(針式)スピード・メータ
    非接触式のスピード検出器
    ラッチの必要性
 10.2 スピード・メータの仕様と回路設計
    スピード・メータの仕様
    回路設計
 10.3 スピード・メータの設計と調整
    スピード・メータの製作
    正確なスピード・メータを作る
    実際に使ってみて

第11章 メッセージ・ランプの製作
 11.1 文字を表示するにはLEDを複数個使用する
    LEDランプの利用
    LEDランプのドライブ
    7×9ドットで文字を作る
 11.2 表示効果を上げるための点灯方法
    点灯順序を決める
    流れ文字式の点灯
    順次増加式の点灯
    点滅→点灯切り替わり方式
 11.3 数種類の表示方式を1台の表示器で表示する
    各点灯方式を組み合わせる
    組み立て
    12Vバッテリとの接続
 Appendix 2進数の演算
    2進数の加算
    半加算器
    全加算器
    加算器の直列接続

第12章 周波数カウンタの製作
 12.1 周波数カウンタの回路設計と動作
    周波数カウンタとは
    使用部品について
    周波数カウンタの回路構成
 12.2 周波数カウンタの各ブロックの動作
    サンプリング・クロック発生部
    カウンタ部
    LED表示部
    基準信号発生部
    入力アンプの構成
    周波数カウンタの動作
 12.3 製作した周波数カウンタをグレード・アップするには
    測定周期を可変にする
    最大カウント周波数の変更



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