ロジックICを使おう

電気電子実験

ロジックICはデジタル回路の基本演算を実現しているICです。基本演算とは,NOT,AND,ORです。NOTはインバータともよばれます。これらの基本演算を組み合わせることにより,いろいろな論理演算を実現させることができます。これらのいろいろな論理演算を実現するICもあります。ここでは,ロジックICとして74シリーズを使います。ほかのシリーズもあります。

ロジック回路の基礎

デジタル回路はNOT,AND,ORの集合体です。回路は入力と出力からなり,入力は1入力,2入力,3入力,…などがあります。

AND(論理積)

AND回路は図のように2つの入力A,Bと出力Yがあります。

この回路の場合,入力Aと入力Bの両方に信号が加わったときに出力Yに信号が現れます。

デジタルでは信号の電圧が高い場合をH,低い場合をLに対応させます。Hを1,Lを0として表現することもあります。

上の図のような2入力の場合,A,Bの組み合わせは4通りあります。この入力の組み合わせに応じた出力Yの値を一覧にしたものを真理値表といいます。それは左のようになります。

このような特性をもつICとして,ここでは7408を用います。

OR(論理和)

OR回路も図のように2つの入力A,Bと出力Yがあります。

この回路の場合,入力Aと入力Bのいずれかに信号が加わったときに出力Yに信号が現れます。

OR回路の真理値表は左のようになります。

このような特性をもつICとして,ここでは7432を用います。

NOT(否定)

NOT回路は図のように1つの入力Aと出力Yがあります。

この回路の場合,入力AがHの場合,出力YはLになり,入力AがLの場合,出力YはHになります。

NOT回路の真理値表は左のようになります。

このような特性をもつICとして,ここでは7404を用います。

実験回路

NOT回路

7404のピン配置図です。

7404の内部構造は左のようになります(正論理)。このように1つのICの中に6個のNOT素子が含まれています。

実験のための回路図を下に示します。

上述の通り7404には6個のNOT素子がありますが,実験では端子1と端子2だけを使います。

動作としては
SWが押されていないときは端子1にHが入力され,端子2はLになります。このとき,LEDが点灯します。
SWが押されたときは,端子1にLが入力され,端子2はHになります。このときは先ほどとは逆に,LEDが消灯します。

なお,回路図中には記載がありませんが,端子7はGND,端子14はVCC(=5V)に接続します。これをブレッドボード上に再現したのが下の写真になります。

AND回路

7408のピン配置図です。

7408の内部構造図は左のようになっています。

このように,1つのICの中に4つのAND要素が入っています。

この回路の動作を確認するための回路図を下に示します。

上述の通り7408には4個のAND素子がありますが,実験では端子1と端子2だけを使います。

動作としては,次のようになります。
・SW1およびSW2が押されていないときは端子1にL,端子2にLが入力され,端子3はLになります。このとき,LEDは消灯します。
・SW1が押され,SW2が押されていないときは,端子1にH,端子2にLが入力され,端子3はLになります。このときも,LEDが消灯します。
・SW1が押されてなくて,SW2が押されているときは,端子1にL,端子2にHが入力され,端子3はLになります。このときも,LEDが消灯します。
・SW1およびSW2が両方とも押されているときは端子1にH,端子2にHが入力され,端子3はHになります。このとき,LEDは点灯します。

なお,LEDの点灯回路にはトランジスタのスイッチング作用を用いています。

すなわち,4種類の組み合わせの内,両方のスイッチが押されているときだけLEDが点灯します。

なお,回路図中には記載がありませんが,端子7はGND,端子14はVCC(=5V)に接続します。これをブレッドボード上に再現したのが下の写真になります。

OR回路

7432のピン配置図です。

このように,1つのICの中に4つのOR素子が入っています。

この回路の動作を確認するための回路図を下に示します。

上述の通り7408には4個のAND素子がありますが,実験では端子1と端子2だけを使います。

動作としては,次のようになります。
・SW1およびSW2が押されていないときは端子1にL,端子2にLが入力され,端子3はLになります。このとき,LEDは消灯します。
・SW1が押され,SW2が押されていないときは,端子1にH,端子2にLが入力され,端子3はHになります。このときも,LEDが点灯します。
・SW1が押されなくて,SW2が押されているときは,端子1にL,端子2にHが入力され,端子3はHになります。このときも,LEDが点灯します。
・SW1およびSW2が両方とも押されているときは端子1にH,端子2にHが入力され,端子3はHになります。このとき,LEDは点灯します。

なお,LEDの点灯回路にはトランジスタのスイッチング作用を用いています。

すなわち,4種類の組み合わせの内,少なくとも1つのスイッチが押されたときだけLEDが点灯します。

なお,回路図中には記載がありませんが,端子7はGND,端子14はVCC(=5V)に接続します。

これをブレッドボード上に再現すると,上の写真でICを交換したものになります!

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