しなぷすのハード製作記

汎用ロジックICで電子サイコロを作る

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2014年07月22日 公開。
電子サイコロ基板
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電子サイコロ基板

はじめに

今春から、とある高専(高等専門学校)の電子工学科で非常勤講師を始めたのですが、論理回路の設計の講義の時に、74HCシリーズの汎用ロジックICだけで電子サイコロを作る方法を説明しました。この電子サイコロは、ボタンを押すと、LEDが1~6の目の形に点灯する物です。(上の写真では4の目を表示している) せっかく講義用に電子サイコロを作ったので、このサイトでも紹介します。

この手の電子おもちゃは、汎用ロジックICを使うより、マイコンを使う方が配線の量が少なく、また、仕様変更も簡単です。しかし、あえてマイコンを使わずに作る事で、論理回路をより深く理解できますし、マイコンを使った工作のメリットもはっきりと理解できる様になります。

なお、この回路の設計の方法は、私の講義のサイトから、2014年6月26日の講義プリントのPDFをダウンロードすれば、それに載っています。

また、この電子サイコロは、NT金沢2014でも展示していました。

回路図と部品表

作った電子サイコロの回路図を次に示します。

図1、電子サイコロの回路図
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図1、電子サイコロの回路図

また、部品表を次に示します。

表1、部品表
部品番号 数量 品名 型番/仕様 メーカー 備考
U1 1 汎用ロジックIC(CMOS) 74HC00   DIP14ピン
U2 1 汎用ロジックIC(CMOS) 74HC04   DIP14ピン
U3 1 汎用ロジックIC(CMOS) 74HC174   DIP16ピン
R3~6、R8~11 8 カーボン抵抗 1.2kΩ±5%、1/8W   1/4Wや1/6Wで代用可
R7 1 カーボン抵抗 10kΩ±5%、1/8W   1/4Wや1/6Wで代用可、22kΩで代用可
R2 1 カーボン抵抗 22kΩ±5%、1/8W   1/4Wや1/6Wで代用可
R1 1 カーボン抵抗 47kΩ±5%、1/8W   1/4Wや1/6Wで代用可
C3 1 セラミックコンデンサ 1000pF、50V   同容量のフィルムコンデンサで代用可
C1~2、C5 3 セラミックコンデンサ 0.1μF、50V    
C4 1 アルミ電解コンデンサ 100μF、25V    
LED1~8 8 発光ダイオード OSDR3133A OptoSupply 赤色の高輝度のLEDなら代用可
SW1 1 スライドスイッチ JS202011CQN C&K Components IS-2235で代用可
SW2 1 タクトスイッチ      
CN1 1 ヘッダピン 1X10ピン、2.54mmピッチ   1X40ピンのピンヘッダを切断して使用
CN2 1 電池ホルダ CH25-2032LF COMFORTABLE ELECTRONIC CR2032(コイン電池)用電池ホルダ
TP1 1 チェック端子 SST-1-1 サンハヤト  
  2 ICソケット DIP14ピン   U1とU2に使用
  1 ICソケット DIP16ピン   U3に使用
  1 ユニバーサル基板 ICB-504 サンハヤト  
  1 コイン電池 CR2032   CN2に装着

上記部品表の部品をユニバーサル基板に半田付けして組み立てます。配線は0.4mmのスズめっき線で行い、補助的に0.2mmのUEW(ポリウレタン銅線)を使いました。当然の事ですが、コイン電池(CR2032)は、回路が全部仕上がってから電池ホルダに装着してください。電池を装着したまま配線作業を行うと、電池をショートする恐れがあり危険です。

完成後の基板の写真を次に示します。基板表面の写真には、主だった部品の部品番号を書き入れてあります。

写真1、電子サイコロ基板(表面)
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写真1、電子サイコロ基板(表面)
写真2、電子サイコロ基板(裏面)
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写真2、電子サイコロ基板(裏面)

使い方(遊び方)

CN2にコイン電池(CR2032)を装着し、SW1をONにすると、LED1(電源インジケータ用LED)が点灯します。この時、LED2~8に、無効なサイコロの目が表示されるかもしれませんが、気にしないでください。

次に、SW2を一瞬押して離すと、LED2~8にサイコロの目が表示されます。さらにSW2を押して離すと、何度もサイコロを振れます。

表示されるサイコロの目は、ランダムで、1~6の目が均等に1/6の確率で表示されます。

次に電子サイコロが動作している様子の動画を示します。SW2のボタンを押している間のLEDの表示が良く分かるように、長めにボタンを押していますが、もっと短く押してもOKです。

今回は、電子サイコロの回路図を紹介し、組み立て方と遊び方を簡単に説明しました。次回は、電子サイコロの動作原理について説明する予定です。続きを書くのはぼちぼちと。

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