1.アクティビティ1:パララックスディジタルトレーナー − ガイド付案内 2.アクティビティ2:AND、OR、NOTなどに線を接続してゲートの探究 3.ブール代数の紹介
4.アクティビティ3:NANDとNORゲートを導く 5.アクティビティ4:XORとXNORゲートを導く
この第5章が終わった時、あなたは次のような事を理解しているはずです;
1.あなたのPDT(Parallax Digital Trainer:パララックスディジタルトレーナー)で個別な ゲートの正しい動作を確認します。
2.PDTの各々の部分の用途の名称と状態を確認します。
3.PDT上で個別のゲートのひとつひとつに線をつなぎ操作が出来ます。
4.ブール代数を使ってXOR機能を導けるようになります。
必要な部品
この第5章のアクティビティで使うパーツは次の通りです。
(1)パララックスディジタルトレーナー(PDT)
(2)2.1mmの同軸パワープラグ(センターがプラス)のついた9VDC電源
(3)ワイヤキット(24番ゲージのソリッドワイヤで3種類の色に分かれているワイヤ)
(4)ワイヤストリッパー(PDTキットには含まれていません)
24番ゲージワイヤ:PDT上で使うワイヤサイズ。これより太いワイヤ(大きなゲージ)
を使用するとPDTのソケットが損傷する可能性がありますので、使わないで下さい。
いままでに、基本的な事は十分学びました。あなたはハードウェアで直接それらを試す準備が 出来ました。次に説明するものは、PDT上でいくつかの気を付けるポイントなどをガイドするも のです。
アクティビティ#1:パララックスディジタルトレーナー − ガイド付案内
パララックスディジタルトレーナー(PDT)のガイド付案内は、一般的な操作にあなたを慣れさ せ、いくつかの大切な部分の紹介をするものです。バスなどに乗っているときに腕や足を出さな いのと同じ様に、常に気をつけて下さい。あなたのPDTを、図5-1に示します。
図5-1:パララックスディジタルトレーナー
概略
パララックスディジタルトレーナー(PDT)は、教育の場で使われることを考え設計されていま す。学生が十分気を付けたり先生方の目が行き届いていたとしても、間違いはその時々に起こり うるものです。ロジック IC(integrated circuits:集積回路)の全てはソケットに差し込まれて いて、もし損傷が起きたとしても簡単に取り替えることが出来るようになっています。ブレッド ボード(白い大きな部分)は、粘着テープでプリント基板(グリーンの部分)に付いていますの で、もし痛んできたり損傷が起きた場合には簡単に取り替えることが出来ます。ボード上にある ジャンパーワイヤソケット(縦にある黒の細長い部分)は、寿命の長いソケットが使われていま す。
パワー(Power)
図5-2:パワーコネクター
電源接続用のコネクター(パワーコネクター)は、図5-2に見られるようにPDTの左上の端に 位置しています。PDTは9VDCで300mAが必要です。必要なコネクターのタイプは2.1mm同 軸プラグと呼ばれるものです。電圧供給は常に2つの端子、プラスとマイナスがあります。PDT に正しい極性を確認して電源を接続する事はとても大切な事です。電源接続用コネクターの中心 にあるのはプラスの端子です。電源は100VACに接続して直流電圧を取るモデュールタイプでも 良いですし、接続用のアダプターをつけた9ボルトの電池でも構いません。
パワーコネクターの直ぐ下にあるのは電圧レギュレーターです。この電圧レギュレーターは入力 として9VDC を受け付け、調整された(レギュレートされた)5VDC の出力を提供します。こ の出力5VDCはPDT上で使う全ての回路の電源供給をします。出力5VDCの別名はVccです。
Vssは電源供給のマイナス側の名称です(グランドとも呼ばれます)。その電圧は0VDCです。
図5-3はパワーコネクターの中心が見える角度の写真です。
図5-3:パワーコネクター
中心に尖った物が見えます。
ベーシックスタンプソケット
図5-4にベーシックスタンプ用のソケットを示します。
図5-4:ベーシックスタンプ2のDIP-24ソケット
とリセットプッシュボタン
PDTの左下コーナーに24ピンのDIP(Dual In-line Package)ソケットがあります。このソ ケットは第9章で使うベーシックスタンプ2(BASIC Stamp 2;略してBS2)を取り付けるため のものです。ソケットの上部中心に切り込み(notch:ノッチ)があるのに注目して下さい。これ は、ノッチの左一番初めのピンにBS2のピン1がくる事を示しています。
ソケットの下に小さなプッシュボタンがあります。これを押して指を放すと、BS2がリセット
プログラミングとディバッグ用のポート
図5-5:シリアルポート(DB9)
コネクターとパワーインディケーター用LED
PDTの左側の中央辺りに図5-5に示したようなDB9 コネクターがあります。このコネクター はPDTをパソコンに接続するためのもので、ベーシックスタンプにプログラムを送ったり、その プログラムのモニター(ディバッグ)をしたりするのに使います。 パワー LED は、適切な電 源が与えられた時、点灯します。
インプットディバイス
図5-6:インプットディバイス
プッシュボタンと4つのロッカースイッチ
PDTの左端近くに4つのプッシュボタンと4つのロッカースイッチがあります。プッシュボタ ンそれぞれに図5-6に示すように、PB2(PB1からPB4)のように名称が付けられています。ひ とまとまりになったロッカースイッチは、SW1と名前が付いています。ひとまとめになったそれ ぞれのスイッチは、図5-6に見られるように、1、2、3、4と番号が付けられています。SW1-4 のような名称はSW1のスイッチ4の意味になります。全てのプッシュボタンとロッカースイッチ は、アクティブロー(Active-Low)の動作になっています。しかしながら、ロッカースイッチは プッシュボタンがスプリングによって元の位置に戻るのとは違ってその位置を保ちますので、ア クティブローでもアクティブハイとしてでも使うことが出来ます。
アウトプットディバイス
図5-7:LED
ジャンパーワイヤソケットに接続されているLED
PDTの右側と左側の中間に、図5-7に示したような出力の状態がわかりやすいようにLEDが 接続されています。LEDは電流を安全なレベルにするために制限をする抵抗が必要である事を思 い出して下さい。それらのLEDは安全なレベルにする電流制限用の抵抗(LEDに直列に接続)
がないように見えます。それらの直列抵抗はLEDの中に入れられています。従って、出力のLED に5VDCを接続しても全く安全になっています。しかし、それらのLEDをVin(9VDC)に接 続すると電流が流れ過ぎて損傷しますのでつながないで下さい。
図5-8:スピーカー
PDTの右上の端に図5-8に示したようなスピーカーがあります。スピーカーはフィルターされ た入力信号が必要です。スピーカーの側に2つの接続されたキャパシター(コンデンサー)があ り、フィルターとディカップリング(filtering and decoupling)を実施しています。(訳者注 )filtering and decoupling:信号から雑音や直流分を取り除き、純粋な音声信号にする。スピーカーはジャ ンパーワイヤをソケットにつないで利用する事が出来ます。ディカップリングキャパシターだけ がPDT上に描かれていますが、少しカーブした線に隣接した縦の線で表示しています。このフィ ルターキャパシターは雑音を除くためのものです。
図5-9:スピーカー接続
回路図シンボルのスピーカーとキャパシター
スピーカーの接続ポイントは、PDT の右端に図5-9で示したような X15X16 と命名したジ ャンパーワイヤソケットを見つけることが出来ると思います。2 つのソケットが隣同士でありま すが、スピーカーに出力をつなぐために使うことが出来ます。
ブレッドボード
図5-10:ブレッドボードとジャンパーワイヤソケット
図5-10に示したブレッドボードは、ハンダ付をしないで電気回路を組む事が出来るボードです。
ブレッドボードは左と右の2つのサイドに分かれています。各サイドは、アメリカのワイヤゲー
ジで22か24AWG(American Wire Gauge)のワイヤ又は、IC(集積回路)チップの足(ピン)
を差し込めるようになっています。両サイドのブレッドボードの穴は、その穴の左右の穴に電気 的に接続されています。そして、各穴の上又は下の穴には電気的に接続されていません。左半分 と右半分の穴同士は一切電気的に接続されていません。図5-11はそれらの接続関係を図に示した ものです。
ブレッドボードの下側とサイドに付いているものは、X18とX19のジャンパーワイヤソケット
はグランド(電池のマイナス端子)又は0VDCに使われる用語です。VinはPDT上で9VDCと しての入力電圧に使われる用語です。Vdd は電池のプラス端子又は他の電源で、論理 1 又は 5VDCとして使われる用語です。X19はベーシックスタンプの16本のI/Oピンに接続できるよ うになっています。
図5-11:ブレッドボードの隠れた接続部分
左半分と右半分は接続されていませんが、各穴の左右は電気的に接 続されています。上下では接続されていません。
ブレッドボードはとても便利なものです。回路の変更はハンダ付をしていないので簡単に出来 ますし、部品の無駄も出ません。ただし、部品の足が太いものは損傷が起きますので使用しない で下さい。このブレッドボードは最後の章で、練習と大変面白い実験に使います。
ワークエリア
図5-12:PDT上のワークエリアのひとつのANDゲート
ワークエリアはPDTの中央部分にあります。たくさんのジャンパーワイヤソケットピンがあり、
プリント基板上(Printed Circuit Board:PCB)に回路図のシンボルが示されています。図5-12 は回路図シンボルの AND ゲートが示されています。インプットにもアウトプットにも何も接続 されていない事を除けば、良く知っているものでしょう。直に使います。
図5-13:
ロジックIC