デジタル回路(続き) コンピュータ(ハードウェアを中心に) メカトロニクス 12/22 デジタル回路(続き) コンピュータ(ハードウェアを中心に) メカトロニクス 12/22
メカトロニクス機器に欠かせないコンピュータについて簡単な原理の紹介を行う。 メカトロニクス 12/22
黄:データの流れ 青:アドレス信号の流れ マイクロプロセッサ(CPU)の内部構造 メカトロニクス 12/22
レジスタはCPU内部でデータを一時的に格納し計算などの処理を行うためのフリップフロップの集合。 メカトロニクス 12/22
緑:メモリやインタフェースのアドレスを指示する信号 これは8ビットのCPUのピン配置で 緑:メモリやインタフェースのアドレスを指示する信号 赤:データのやり取りをする信号 黄:データのやり取りのコントロール信号 となっている。それ以外は電源や割り込みの制御などの信号線である。 マイクロプロセッサ(MC6809)のピン配置 メカトロニクス 12/22
マイクロプロセッサシステム構成 メカトロニクス 12/22
温度の制御を行う処理の流れを書いた図(フローチャート)。プログラムを作成する前にこのように処理の流れを図にしておくとプログラム作成の助けになる。 温度コントロールプログラム フローチャート メカトロニクス 12/22
図6 温度コントロールシステム概要 メカトロニクス 12/22
リスト1 アセンブラ言語による制御プログラム リスト1 アセンブラ言語による制御プログラム メカトロニクス 12/22
リスト2 BASIC言語による制御プログラム メカトロニクス 12/22
同じような処理を何度も行う場合サブルーチン(C言語では関数)にするとプログラムがコンパクトになる。 サブルーチンを使ったプログラムの流れ メカトロニクス 12/22
入れ子構造(サブルーチンからさらにサブルーチンを呼び出す)のサブルーチンを使ったプログラムの流れ メカトロニクス 12/22
AD変換とDA変換 コンピュータはすべての情報を“0”、“1”の2種類の符号の組み合わせで表現する。それに対してアナログの信号は電圧の値が情報となっているそのためコンピュータに電圧の情報を入力するためにアナログ電圧を符号で表現する形への変換が必要となる。これをAD変換(analog to digital conversion)という。 メカトロニクス 12/22
AD変換とDA変換 逆にコンピュータで求めた結果で機器を動かす際に電圧の情報に変換する必要がある。このときの変換をDA変換(digital to analog conversion)と呼ぶ。 メカトロニクス 12/22
上の図のように連続的に変化する信号を4ビットの分解能でAD変換するとデジタル化した4ビットの信号は下の図のように変化する。 図9 連続的に変化する信号のAD変換 上の図のように連続的に変化する信号を4ビットの分解能でAD変換するとデジタル化した4ビットの信号は下の図のように変化する。 メカトロニクス 12/22
上の図のように変化する信号を4ビットの信号をDA変換すると下の図のように電圧が出力される。 図10 連続的に変化する信号のDA変換 上の図のように変化する信号を4ビットの信号をDA変換すると下の図のように電圧が出力される。 メカトロニクス 12/22
図11 AD変換におけるビット数の違い メカトロニクス 12/22
デジタルの符号データを受け取りそれを電圧に換算したアナログ信号を出力する素子をDAC(digital to analog converter)と呼ぶ。一般的には8~16ビットのデジタル信号入力とアナログの出力を持つ素子である。 図12 DACの概念 メカトロニクス 12/22
図13 2進重み付DAC メカトロニクス 12/22
図14 ラダー型DAC メカトロニクス 12/22
図15 ラダー型抵抗の原理 メカトロニクス 12/22
図16 フラッシュ型ADコンバータ メカトロニクス 12/22
図17 2段型フラッシュ型ADコンバータ メカトロニクス 12/22
図18 逐次比較型ADコンバータ メカトロニクス 12/22
図19 逐次比較型ADコンバータ メカトロニクス 12/22
図20 積分型ADコンバータ メカトロニクス 12/22
図21 積分型ADコンバータ メカトロニクス 12/22
図22 積分型ADコンバータ メカトロニクス 12/22
図23 ΔΣ型ADコンバータ メカトロニクス 12/22
図24 ΔΣ型ADコンバータ メカトロニクス 12/22
12/22 課題 4つのデジタル入力信号a,b,c,dがある。それらの信号が左の 表の3つの状態の時、出力が”1”それ以外の組み合わせの場合は”0”となるデジタル回路を設計しなさい。not, and, or, nand, norなどを使う。多入力の論理回路を使っても良い。 a b c d 1 締切は1月11日(水)17:00まで 6号館事務室レポート提出箱まで メカトロニクス 12/22