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デジタル回路の入門として、RS フリップフロップと D フリップフロップが登場する 2 ビットカウンタを作ってみます。動画における LED のうち、下のものが 1 ビット目、上のものが 2 ビット目に対応します。タクトスイッチ二つをそれぞれ一回ずつ押すことで、1 カウントアップします。4 回のカウントアップで初期状態に戻るため 4 進カウンタともよばれます。
必要なパーツ
「トランジスタ等で構成された NAND ゲート」が 4 回路内蔵された SN74HC00N と、「トランジスタ等で構成された NAND ゲート等で構成された D フリップフロップ」が 2 回路内蔵された SN74HC74N を利用します。Arduino 等のマイコンは必要ありません。単三乾電池 4 本を直列にした 6V 電源を利用します。
- 4 回路 2 入力 NAND SN74HC00N x1
- 2 回路 D フリップフロップ SN74HC74N x1
- 抵抗 15kΩ x2
- 抵抗 220Ω x2
- LED x2
- タクトスイッチ x2
- 単三乾電池 x4 (ボックスを含む)
- ブレッドボード x1
- 短めのジャンプワイヤ (適量)
回路図
右半分は、D フリップフロップ (D-FF) で構成された、カウンタ回路の機能を提供する回路です。左半分は、RS フリップフロップ (RS-FF) で構成された、D-FF の 3 番ピンへのクロックをチャタリングなく入力するための回路です。D-FF は IC 化されていますが、RS-FF は NAND ゲート等で簡単に構成できるためか IC 化されていないようです。どちらの回路にも状態があり、次の状態が現在の状態に依存して決まります。そのため、入力によって状態が一意に定まる組み合わせ回路に対して順序回路とよばれます。双安定バイブレータ回路と同様、内部的にはトランジスタ等が利用されています。順序回路 RS-FF および D-FF については、ルネサスエレクトロニクスのページに分かりやすくまとめられています。
記事内で用いられたハードウェア
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