CMOS・TTLの学習

質問

現在CMOS・TTLについての学習、レポート提出の課題を出されています。
目的としては、CMOS・TTLの基本的な動作と論理設計を学習するものです。
内容としては、CMOS・TTLの基本動作と特性、使用方法をCPU周辺に比較的使用されるロジック回路（デコーダ、カウンタ、OSC、他）をバラック製作し、その評価をして電気的特性を理解する。という感じです。

今のところ考えている内容なのですが
CMOS・TTLを使用し、カウンタ回路を製作をする。
その回路から、信号の遅れの測定。そこから、動作限界の周波数を求め、実際に限界か？そこ限界でなければ限界はどこか？を測定して理解したことをレポートにまとめて提出しようとしているところです。

そこで、疑問になったところなのですが、
・CPU周辺に使用されるカウンタ回路は何進数なのか？（２進数？）
・どのような回路を組み立てるといいのか？（ICで回路が出来てる場合は電源・GND・各足の配線だけでOK?）
・他に良い学習方法などがないか？
など他にもわからない事だらけで、何が分からないのかも分からない状況に陥っている感じです。

本当であれば調べれば出てくるものであるかもしれませんし、聞く前に自分でやらなければならない範囲のことなのかもしれません。
しかし、私では頭が足りず悩んでしまっています。

このような状況ですが、頑張ってものにしていきたいという気持ちはあります。
ですので、分かる範囲でかまいませんので回答を頂ければと思います。
どうぞよろしくお願いします。

回答No.1

86tarou · ベストアンサー

・CPU周辺に使用されるカウンタ回路は何進数なのか？（２進数？）＞
デジタルＩＣなので“０”か“１”の状態しかないので、基本は２進数になります。それを多段に接続すれば、４進、８進、16進、32進とどんどん増えていきます。中には、４ビットで10進というＩＣもあります（…1000→1001→0000→0001…）。
ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏ間にカウンタを使うことはそんなにないです。あっても（クロックの分周くらい？）、その用途により何進で組むかは分かりません。Ｉ／ＯのＩＣの先なら使うこともありますが、こちらも用途次第です。

・どのような回路を組み立てるといいのか？（ICで回路が出来てる場合は電源・GND・各足の配線だけでOK?）＞
回路自体の勉強もするなら、フリップフロップＩＣを使ってカウンタを組むと良いです。４ビットのカウンタを多段に接続しても良いかもしれません。この場合、非同期式と同期式のカウンタで上限周波数は変わります（ＩＣのシリーズによる速度差以外で）。前者は１ビットのカウンタ（フリップフロップ）の出力を次の桁のカウンタに入力するので、どんどん遅れていきます。後者は多段のフリップフロップの入力に同じクロックを入力するので遅れ時間がどれも一定ですので、前者に比べれば高い周波数まで応答します。
実際に配線する場合は、それぞれの足を接続するだけで問題無いです。早い周波数まで入力する時は、電源の配線を最短距離で行い、電源間にバイパスコンデンサを接続することくらいでしょうか。信号源がオシレータなら特に入力回路を組むこともないと思います。使用してない入力ピンの処理も忘れずに。

・他に良い学習方法などがないか？＞
回路図編集が出来るＣＡＤがあるなら、それに付いている（ことが多い）シミュレータを使えば実際に回路を組まずに出来ないことはないです。

参考URL：

http://laputa.cs.shinshu-u.ac.jp/~yizawa/logic2/index.html

お礼

ご回答ありがとうございます。

基本は２進数になります＞
やはり基本は２進数なのですね。

非同期式と同期式のカウンタで上限周波数は変わります＞
非同期式、同期式については私も調べてみました。
同期式の方が好まれている。という事があったので同期式で組んでみたいと考えているところです。
フリップフロップで出来れば組み立てみたいと思います。
辛そうなときは４ビットのカウンタ（74LC161など？）に変えて行ってみたいと思います。

シミュレータを使えば実際に回路を組まずに出来ないことはないです＞
結構前のシミュレータみたいなのはあるのですが、どこまでのICがあるのかが。。。
シミュレータよりも実際に組んだほうが回路製作の経験にもなったり、シミュレータではない事も勉強できるみたいなので、手間になるのですが実際に回路を組んで学習に取り組みたいと思います。

ご回答いただいた上に質問をかぶせるようで大変申し訳ないのですが、
回路を組むようであれば何ビットあたりで組めば実験するとき分かりやすいですしょうか？何ビットでも大丈夫なんでしょうけれども。。。

こちらもご回答いただけるような方いましたらどうぞよろしくお願いします。

86tarouさんご回答ありがとうございました。

回答No.2

86tarou

回路を組むようであれば何ビットあたりで組めば実験するとき分かりやすいですしょうか？何ビットでも大丈夫なんでしょうけれども。。。＞
確かに何ビットでも良いですが、取り敢えずは４ビットもあれば良いのではないでしょうか。また、出力でＬＥＤ（単体、または16進をデコードして７セグメントＬＥＤ）を点灯するようにしておけば、正しく動作してるか見るのには役立ちます（～２Hz位の低い周波数を入力）。

お礼

再度ご回答ありがとうございます。

86tarouさんの仰る様に４ビット辺りで試してみたいと思います。

出力でＬＥＤ（単体、または16進をデコードして７セグメントＬＥＤ）を点灯＞
回路作る事で頭がいっぱいいっぱいになっていて出力などの事を考えられていなかったので、出力にLEDもって来るのをぜひ使わせていただきたいともいます。
方法は分からないのですが７セグLEDで表示できるように努力してみたいともいます。どうしても無理なようなら単体のLEDになるかもしれませんが。。。

即時、的確なご回答さらには、案なども出していただけた事に大変感謝します。
今後ともこのような学習を続けていく予定で、どうしても分からない事があればまた書き込みする事があるかもしれません。
その時にまたご回答いただけるようであれば大変嬉しいです。
短時間に何度も質問に答えていただきありがとうございました。