Introduction to Media Engineering

メディア工学実習
第３章：簡単なゲームマシンの制作（実験）

この章では簡単なゲームマシンとして「電子ルーレット」を作ってみましょう。

実験に必要な部品

表3-1：実験に必要な部品

品名	規格・型番	個数	備考
７４シリーズＩＣ	適切な品番	適切な数	ピンを指に刺さないよう注意せよ
ＬＥＤ	赤	適切な数	足の長い方を＋側に接続します
電流制限用抵抗	３３０Ω（１／８Ｗ）	適切な数
スイッチ	トグルスイッチ	適切な数
プルアップ用抵抗	４．７ｋΩ（１／８Ｗ）	適切な数
ブレッドボード	---	少々	電線が折れてとれなくなった時は教職員まで
電線	---	少々	色を使い分けましょう。＋５Ｖは赤、ＧＮＤは黒か青が良い

予備実験

注意：
・実験では，理論値（真理値表または動作表の値）と実際に観測した値（LED の点灯または消灯）があっているかどうかを一つ一つ確認する作業が必要です。
・いきなり回路を作らず，しっかりと回路図を書いてから（必要なら配線図を書いて） 部品の配置を決め配線を始めること．（プロでもいきなり回路を作るのは難しいのです。 プロでもできないことをしないように。）

1. 部品とそれらを接続する回路図を書きます（下欄に記入）。
   図3-1：７４ＬＳ００の動作確認回路の回路図
2. 回路図にＩＣのピン番号を記入します。（図1-9を見ながらどのピンを使うか各自で決めてよい）
3. 回路図を見ながら、ブレッドボード上に部品を置き、配線作業を行います。
   （集中して行なわないと配線ミスが発生します。本当です。回路図に電線と同じ色で配線を塗りながら作業すると良いでしょう）
   1. まず、ＩＣの位置を決めます。
   2. 次に、ＩＣの電源（７、１４番ピン）を配線します。（＋５Ｖは赤色、ＧＮＤは黒色または青色の配線を使うと良いでしょう） また、ブレッドボード上部の端子に＋５ＶとＧＮＤを接続します。
   3. そして、ＬＥＤやスイッチ、抵抗を配置し、それらの間を適当な色の電線を使って配線します。（ＬＥＤは足の長い方を＋側に接続します）
   4. 配線が間違っていないか、もう一度点検します。
4. 安定化電源と回路を接続する前に、安定化電源単独で＋５Ｖが出力されるように電圧計を見ながら調整します。
5. 一旦安定化電源のスイッチを切り、ブレッドボード上部の＋５ＶとＧＮＤ端子を安定化電源と接続します。
6. 安定化電源のスイッチを入れます。（もし電流計が大きく振れたら回路がショートしています。 すぐに電源を切って回路を確認してください）
7. ２つのスイッチを動かし入力信号線に０または１の状態を与え、 ＮＡＮＤ回路の出力信号線の状態をＬＥＤにより観測し、 スイッチの位置とＬＥＤの点灯・消灯の関係をすべて記録します。（スイッチはレバーを倒した方と逆側の２端子間が接続されます）
8. 動作が正しいかどうかチェックを行ないます。

   表3-2：７４ＬＳ００の動作確認実験結果

   スイッチ１	スイッチ１	ＮＡＮＤの予定動作（０or１）	ＬＥＤのランプの状態（点灯or消灯）	動作確認（○or×）
   ＯＮ（０）	ＯＮ（０）
   ＯＮ（０）	ＯＦＦ（１）
   ＯＦＦ（１）	ＯＮ（０）
   ＯＦＦ（１）	ＯＦＦ（１）

動作確認欄がすべて○であることを確認したら次の実験に進みましょう。

図3-2：ブレッドボードへの実装例

本実験

1. 部品とそれらを接続する回路図を書きます（下欄に記入）。 このとき、２つの直列入力（ピン１、ピン２）のうち１つ（ピン２）をプルアップ（＋５Ｖに４．７ｋΩの抵抗を介して接続）します。 そして、もう１つのピン（ピン１）を「プルアップする」か「１３番ピンの出力接続する」かをスイッチで選択できるようにします。
   CLR端子（ピン９）もスイッチにより０と１を選択できるように同様にスイッチを接続します。
   
   図3-3：電子ルーレットの回路図

2. 回路をブレッドボード上に作成します。
   1. ＩＣの場所を決めます。
   2. ＩＣの電源（＋５Ｖ、ＧＮＤ）を配線します。
   3. ブレッドボード上に、Q_AからQ_D、Q_EからQ_Hまでの ８つの出力端子に対応したＬＥＤを直線状に配置します。抵抗やスイッチも配線します。
   4. 回路をもう一度確認します。
3. 安定化電源（＋５Ｖ、ＧＮＤ）を接続します。
4. ファンクションジェネレータから0.1[Hz]程度のＴＴＬパルスが出力されるように調整します。 （ＬＥＤで動作チェックすると良い）
5. クロック端子（ピン８）にファンクションジェネレータのＴＴＬ出力端子を接続します。（ＧＮＤ端子も忘れずに配線します）
6. クリア端子（ピン９）をスイッチで０に設定し、フリップフロップの出力をすべて「０（Ｌ）」に設定します。（ＬＥＤがすべて点灯します）
7. ピン１に接続されたスイッチを１に設定することで、クロックが入力されるたびにシフトレジスタの出力が１つずつ「１（Ｈ）」になります。（ＬＥＤが消灯していきます）
8. 最後の１つのＬＥＤだけ点灯した瞬間、もう１つのスイッチを倒してピン１３とピン２が接続するようにします。
9. クロックが入力されるたびにシフトレジスタのＬＥＤが変化する様子を記録します。（下表に記入）
10. ファンクションジェネレータの周波数を上げて、電子ルーレットが目にも見えない早さでも高速に動作することを確認します。
11. 教員の動作チェックを受けて電子ルーレットの完成です。

このようにして作られたものが、いまは懐かしい駄菓子屋さんの店頭に置いてあった電子ルーレットの原理なのです。

図3-4：ブレッドボードへの実装例

実験が終了したら

1. 記述された回路図と回路動作を教職員がチェックします。
2. チェックＯＫならブレッドボードから全ての部品、配線を取り外してください。
3. 部品は元の部品入れに戻してください。（ただし、部品が壊れてしまった場合は、別の回収箱に入れてください）
4. ブレッドボードに配線が折れて残った時は、教職員に必ず申し出て取り除いてもらうこと。