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アドレスについて詳しく

最終更新日さいしゅうこうしんび:2023-08-10

 LUM では、アドレスを指定してあげる必要がありました。ここでは、そのアドレスについて詳しく解説します。

2 進法について

 コンピュータなど、デジタル回路は HIGH か LOW かの二値でデータを表しています(二値素子)。アナログではないので、中間の値はありません。なので、数などデータを表すときは 1 と 0 の組み合わせで表す必要があります。これを 2 進法2 進数といいます。

 2 進法の数値を表すとき、このサイトでは 0b0000 と表記しています。0b は 2 進数という意味です(16 進数では 0x です)。そのあとの 4 桁の数字が 2 進数の数値本体で、この場合は 0000 です。

 LUM におけるアドレスの場合、4 ビットか 5 ビットです。これは、1 か 0 かを表すスイッチが 4 個か 5 個あるという意味だと思ってください。1 ビットで 1 か 0 かの 2 通り表せるので、4 ビットの場合 2^4 で 16 通り、5 ビットの場合 2^5 で 32 通り表せられます。ただし、24 ドット品(5 ビットのもの)は、32 ドットではなく 24 ドットなので、途中で 0 に戻ります。

 以下に、2 進数と 10 進数(私たちが普段使っている数字)の対応表を出します。各桁ごとに、一定の数ごとに 1 と 0 が入れ替わっている規則性が分かると思います(1, 2, 4, 8, 16)。

2 進数 10 進数
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 1
0 0 0 1 0 2
0 0 0 1 1 3
0 0 1 0 0 4
0 0 1 0 1 5
0 0 1 1 0 6
0 0 1 1 1 7
0 1 0 0 0 8
0 1 0 0 1 9
0 1 0 1 0 10
0 1 0 1 1 11
0 1 1 0 0 12
0 1 1 0 1 13
0 1 1 1 0 14
0 1 1 1 1 15
1 0 0 0 0 16
1 0 0 0 1 17
1 0 0 1 0 18
1 0 0 1 1 19
1 0 1 0 0 20
1 0 1 0 1 21
1 0 1 1 0 22
1 0 1 1 1 23

 2 進法や 10 進法、16 進法はマイコンを扱う上で必要になってくるので、当サイトの基数変換機もご利用ください。

アドレス線

 以上を踏まえたうえで、LUM のアドレス線について考えてみます。LUM は A0 から A3 または A4 までの 4 ~ 5 本のアドレス線があります。アドレス線には、この 2 進数の信号を入れます。0b0000 ならすべて LOW(GND レベル)、0001 なら A0 だけ HIGH(VDD レベル)にします。24 ドット品の場合、24 以上の値の入力は無効ですが、0b0000(0)は最上列、0b0001(1)が上から 2 番目の列で、0b1111 が 16 ドット品の場合の最下列、0b10111 が 24 ドット品の最下列です。

 つまり、普通に制御する場合、0b0000、0b0001、0b0010…0b1111 といったように、数字を数えるように 1 ずつ大きくしていき、最後に 0 に戻せばいいわけです。数値を 1 大きくすることをプログラミングの世界ではインクリメントといいます。もちろんマイコンでインクリメントしてもいいのですが、アドレス線の数だけピンが必要になってしまいますし、処理に時間がかかります。そこで、便利な IC を使うことで、ピン数の節約ができ、処理の高速化もできます。

カウンタ IC の登場!

 便利な IC とは、このサイトでも推奨している 4520 と 4040 です。各社から出ているので、メーカごとに型番が異なっています(東芝の場合 TC4520BP、TC4040BP)。分からない場合、部品屋で「ロジック IC の 4520 をください」などと言えばいいでしょう。ちなみに、読み方は「よんせんごひゃくにじゅう」「よんせんよんじゅう」ではなく「よん・ご・に・まる」「よん・まる・よん・まる」です(0 を まる と読むか ゼロ と読むかで分かれるかもしれません、まる が一般的だと思います)。

 さて、4520 と 4040 の違いですが、4520 は 4 ビットのカウンタが 2 個入っていて、4040 は 12 ビットのカウンタが 1 個入っています。カウンタとは、文字通り 2 進法をカウントするもので、信号が入るたびにインクリメントして出力してくれる IC です。どちらもクロック信号とリセット信号がついていて、クロックが入るたびにインクリメントされ、リセット信号で 0 になります。

 16 ドット品を 4040 で制御することもできますが、カウンタが 4 ビットなので、わかりやすいという意味で 4520 を推奨しており、24 ビット品では配線が少なく済むという意味で 4040 を推奨しています。4520 は 2 回路入っているので、2 つを繋げて 8 ビットのカウンタにすることもできるので、好みや安く手に入る方を選んでください。

4520 のピン配置

 まず、4520 のピン配置図を上に示します。4520 は 4500 シリーズ標準ロジック IC の一つで、4 ビットのカウンタが 2 つ入っています。A か B のどちらを使用しても構いませんが、使用しない入力ピンは必ず L か H にしてあげてください。入力が不安定になり、消費電流の増大や故障の原因となります。使い方ですが、ENABLE が L ではカウントされないので、H に固定してあげます。RESET に信号が入ると、0b0000 にリセットされます。CLOCK の信号に従い、カウント(インクリメント)されます。Q0 から Q3 が出力端子になります。

4040 のピン配置

 次に、4040 のピン配置を示しました。4040 はイネーブルがないのみで、リセット・クロックについては 4520 とほぼ同じ動作をします。ただし、クロックは負論理です。4040 は 12 ビットのカウンタです。24 ドット品のアドレスカウンタに使う場合、0 から 23 までカウントさせ、24 になったらリセットします。24 以上のアドレスは無効になるためです。


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