[TD4] 製作計画と部品リスト
TD4関連記事は4bit-CPU TD4で管理しています。
少し更新が空いてしまいましたが、TD4製作のマイルストーンを確認したいと思います。いろいろと要件を検討したいところですが、まずは教科書通りにいきましょう。CPUアーキテクチャの基礎を学ぶことが主な目的なので、応用的な機能については後回しにします。いずれは何か面白い機能を追加してみたいですね。
マイルストーン
マイルストーンとしては以下を考えています。
- 部品集め
- 設計環境の構築（ソフトウェア等）
- TD4構成要素を機能ブロックに分解
- 機能ブロック毎に部品配置＆仮想配線作成（追加部品検討も併せて実施）
- 各機能ブロックの実装→デバッグ
- 結合→デバッグ
実装時間の短縮とバグ削減のため、仮想配線までしっかり考えてから作業に臨みます。きちんとレイアウトを設計してみるというのもTD4製作の一つのテーマだったりします。特にハードウェア設計では、修正が困難になる実装フェーズに入る前に十分な検討が不可欠です。ソフトウェア開発ではバグがあれば比較的修正が容易ですが、ハードウェアでは一度はんだ付けしてしまうと修正には大きな労力が必要になります。ただ、自分は大規模なユニバーサル基板を扱った経験が少ないので、上手くできるかどうか。
部品は早めに調達したいと考えています。事前に他の方々のブログを調査したところ、ダイオードネットワーク D9-1C というものが日本では入手困難なようでした。この部品があるかないかで実装の手間が大きく変わるとのことなので、何とか入手したいと思っていたところ、幸いチップワンストップで発見したので早速購入しました。デジタル回路の部品は在庫状況が変わりやすいので、必要なものはなるべく早く確保しておくと良いかと思います。
部品選びで気を付けているポイント
以下の点に気を付けています。
- ファミリの統一
今回は74HCシリーズで統一しています。74LSや74ACなど異なるファミリを混在させると、電気的特性の違いからトラブルの原因になることがあります。 - ICソケットの使用
必ずICソケットを使用します。はんだ付けミスの修正が容易になるだけでなく、ICが故障した場合の交換も簡単になります。 - 余裕を持った数量
特に重要なICは予備も含めて多めに購入しています。はんだ付けミスやIC自体の不良に備えるためです。
(ハードウェアエンジニア向け)ファミリの統一について
ファミリの統一について深堀りします。例えば、74HCシリーズはCMOS技術を使用した高速・低消費電力タイプで、電気的には以下の特徴があります。
- 高い入力インピーダンス（入力電流が少ない）
- 広い電源電圧範囲（2V〜6V）
- 低い消費電力（静的消費電流が極めて少ない）
- TTLと比較して高いノイズマージン
これに対し、古いTTLシリーズ（74xx）や低消費電力Schottky TTL（74LS）は異なる電気的特性を持ちます。例えば、TTLの論理High出力は約3.4Vですが、CMOS（74HC）はより高い4.9V程度まで達します。また、入力電流や出力駆動能力も大きく異なります。これらのファミリを混在させると、以下のような問題が生じる可能性があります。
- 論理レベルの不一致（TTL出力がCMOS入力のHigh閾値を満たせない）
- ファンアウト違反（一つの出力が駆動できる入力数の制限を超える）
- タイミング特性の不一致（伝播遅延の違いによる予期せぬタイミング問題）
特に74HCシリーズを選択した理由は、消費電力が小さくノイズ耐性が高いという特長があるためです。高速動作が必要な場合は74HCTや74ACシリーズを検討することになりますが、今回のプロジェクトではそこまでの高速性は必要ありません。
部品リスト
各部品の役割と技術的な特徴については書籍を参照ください。
- ロジックIC（DIPタイプ）
- 74HC10 ×1
- 74HC14 ×1
- 74HC32 ×1
- 74HC74 ×1
- 74HC153 ×2
- 74HC154 ×1
- 74HC161 ×4
- 74HC283 ×1
- 74HC540 ×1
- ICソケット（板バネでも丸ピンでもOK）
- 14ピン ×4
- 16ピン ×7
- 20ピン ×1
- 24ピン ×1
- 抵抗
- 1/4w 100Ω ×2
- 1/4w 1kΩ ×10
- 1/4w 10kΩ ×9
- 1/4w 100kΩ ×4
- 1/4w 3.3kΩ ×1
- 1/4w 33Ω ×1
- コンデンサ
- 電解コンデンサ 10μF16V ×2
- 無極性電解コンデンサ 10μF 16V ×1
- セラミックコンデンサ 0.1μF ×12
- LED
- 好きな色 ×4
- ダイオードアレイ
- D9-1C ×16
- スイッチ関連
- 4bit DIPスイッチ ×1
- 8bit DIPスイッチ ×16
- プッシュスイッチ ×2
- トグルスイッチ ×2
- ユニバーサル基板
- サンハヤト ICB-98GU ×1
※高価なので分割サイズを2枚でも良いと思います
- サンハヤト ICB-98GU ×1
- 電源周り
- ACアダプタ 5V ×1
- コネクタ（ACアダプタ接続用） ×1
- タイマー用ブザー周り
- 電子ブザー（自励式） ×1
- 74HC04（ドライブ回路用） ×1
- 14ピンＩＣソケット ×1
- その他
- クロック確認用LED
- アドレス確認用LED
- 基板スペーサー
この記事を書いている間にも少し調達してきました。電子部品屋さんが近いと楽ですね。
