第１回 オリエンテーション ディジタル工学とは何だろうか？ 瀬戸 講義の進め方・成績評価方法 ディジタル信号とアナログ信号の違い ディジタル回路とは？ 1 講義の進め方・成績評価の方法 進め方 講義(60分)＋小テスト（30分） 私語禁止 分かったらうなずく，分からなかったら首をかしげる 小テスト 理解度の確認に使用 （まわりで相談してもよい．騒がない） 試験 中間試験，期末試験 ほぼ，小テストと同様の問題（問題文、数値等は変える） そのため，小テストに真面目に取り組み，復習すれば問題無し 成績評価 中間試験，期末試験，平常点（宿題）の合計で判断 主に，試験で決まる 2 参考書 昨年度，教科書として使用 だれにもわかるディジタル回路 オーム社 講義にあわせ， 自習（予習，復習）用に活用して下さい すこしむずかしい 易しい説明が書いてある なっとくするディジタル電子回路 講談社、藤井信生 3 テンプレートを入手して下さい テンプレート（ドラパス(三幸製図機械製作）製） E451(電子) (技術日本語表現技法と同じもの） 売店に売っています できるだけ早めに入手して下さい 試験で，これを使って正しく描かないと，０点 4 あらゆるところで電気・電子技術が使われてい る 5 電気・電子機器の中身 パソコン、カーナビ、DVDレコーダ、液晶テレビ、ブルーレイ、携 帯、オーディオ、プリンタ、PASMO, ロボット、コピー機、エアコン、 照明設備、エレベータ、医療装置、自動車、電車 R, L, Cなど （電気回路） ディジタル電子回路 (CPU, ソフトウェア） アナログ電子回路 (増幅回路，センサー） プリント基板（ボード） 電気電子工学科で学ぶ知識を総動員 6 電気・電子工学科での，デジタル工学の付け フレッシャーズ セミナー 先端デバイス 集積回路 半導体デバイス 電子材料 光工学 電子物性 ナノテク シミュレーション コンピュータ 信号処理 電気回路 電気磁気 高電圧工学 デジタル システム制御理論 学生実験 電子回路 工学 情報処理 数学・物理 パワーエレ 電子計測 環境工学 ロボット制御 クトロニクス プログラミング システム 電気機器 解析 電気エネルギー アクチュエータ システム エレクトロニクス 電力社会 システム 7 電気回路の分類 電気回路 （基本中の基本） 抵抗R、コイルL、コンデンサC 電力システム、モーター、集積回路 電子回路、デジタル回路では、電気回路の十分な理解が必 要 電子回路（アナログ） R, L, C以外に、トランジスタ，ダイオードを含む 電気信号（センサ）の増幅, A/D, D/A変換、センサ ディジタル(電子)回路 特殊なアナログ回路 (２種類の電圧に安定(0, 1)) ディジタル工学で、重点的に学習 8 電子回路の例 (ディジタルオーディオ） アナログ電子回路と、ディジタル電子回路の組合せ 歌声 電気信号 （空気振動） （アナログ） アナログ・ ディジタル (A/D)変換IC 電気信号 （ディジタル） 101010... ディジタル ・アナログ の架け橋 本講義 の対象 011... 歌声 （空気振動） 電気信号 （アナログ） ディジタル・ アナログ (D/A)変換IC ディジタル回路 （男声→女声） 9 ビットとバイト デジタル回路では、何でも0,1の列で表す（大事な考え方） 0, 1のことをビット(bit)と呼ぶ 011010 ・・・ ビット列 ８個のビットをまとめて、バイト(byte, B)と呼ぶ 10100010 ・・・ 1バイトの例 例： １文字： １バイト、 携帯のパケット： 128バイト デジカメの写真： 2Mバイト ipodの音楽： 5Mバイト、USB 2GB 10 0, 1の世界 (２進数) ディジタル回路の中では、何でも0, 1で表現 音声、画像、文字 センサから取得した情報（温度、速度、位置, on/off...） 数値も （２進数） 10進数 2進数（３ビット） 0, 1 : ビット(bit)と呼ぶ (binary digit、２値数値) 101101 : ビット列 n個のビットで、2n個のもの を表わせる 1: H, 高 0: L, 低 0 1 2 3 4 5 6 7 000 001 010 011 100 101 110 111 22 21 20 =4 =2 =1 11 ディジタルの例（２） ディジタル画像 1000万画素（ピクセル）のデジカメ 画素=画面上の１点 ３成分を持つ: 赤(R), 緑(G), 青(B) （３原色） ３原色と、その混合では、８色しか表現できない 通常、各成分８ビット（28=256通り）で、階調を表現 RGB各8ビットで、224=1600万色（フルカラー）を表現 1000万画素の画像のサイズ 24ビット x 107 = 3バイト x 107 = 30Mバイト 12 アナログ量とディジタル量の間の変換 アナログ信号 A/D変換回路 デジタル信号 010110... 010110... デジタル信号 D/A変換回路 アナログ信号 電圧 [V] 3ビット （８段階） 10 111 110 110 110 101 101 100 100 011 010 010 010 001 001 000 0 000 時間 [s] 13 Ａ／Ｄ変換回路 （参考） 詳しくは，電子回路，電子計測で学習 01 10.. 11 アナログ の世界 デジタル の世界 出典：トランジスタ技術 14 アナログ電子回路と，デジタル電子回路の違い 共通点： 抵抗R、コンデンサC, コイルL、トランジスタ，ダイオードを含む 入力： 外部から電圧を与える ピン 出力： 外部に電圧を与える （導体） アナログIC 電圧の値（物理量）そのものが意味を持つ 電圧 入力 出力 時間 ディジタルIC 一定時間後、電圧は基準値より，高い電圧(H)または低い電圧(L)に落ち着く 基準値（しきい値）より上か，下かが重要。 電圧 1（高） 0 （低） しきい値 時間 15 アナログ信号とディジタル信号の違い アナログ信号： 物理量（電圧など）そのままの信号 電圧 時間 ディジタル信号： 物理量を、離散値（例：0,1）と簡略化 電圧 1 0 1 0 0 しきい値 時間 値 1（高） 0 （低） ノイズに強い（しきい 値を超えなければ） 時間 方形波，矩形波（くけいは） 0,1で扱えるため、 設計が楽 （本講義の内容） 16 すごく単純なディジタル回路 NOTゲート： １入力、１出力 入力に0Vを加えると、一瞬経ってから、出力が5Vに落ち着く 入力に5Vを加えると、一瞬経ってから、出力が0Vに落ち着く 出力電圧 入力電圧 0V（0） NOT回路 5V （1） 5V（1） NOT回路 0V （0） 入力電圧 出力電圧 真理値表 入力 0 1 出力 1 1 1（高） 0（低） 時間 1（高） 0（低） 時間 17 すごく単純なディジタル回路 ANDゲート： ２入力、１出力 両方の入力に5Vを加えると、一瞬経って、出力が5Vに落ち着く 1個でも入力に0Vを加えると、一瞬経って、出力が0Vに落ち着く 入力電圧 0V（0） 5V（1） 出力電圧 AND 回路 0V （0） 任意のディジタル回路も、 NOTとANDを組合せて作れる 真理値表 入力 1 0 入力 2 0 0 1 1 1 0 1 出力 0 0 0 1 18 ディジタル回路の例 – 入場者数カウントシステム アナログ電子 回路 光 センサ パルス ディジタル電子回路 ２進数 パルス 010 入場者数 カウント 記憶回路 回路 ２進数 010 001 ７セグ 表示回路 ７セグ （表示装置） 19 CPU(マイコン） もディジタル回路の塊 パソコン、自動車、携帯電話...の頭脳 20 ディジタル回路の分類 (組合せ回路と順序回路） 組合せ回路 例： 加算回路、選択回路、etc... 順序回路 (組合せ回路＋記憶素子（状態）） 例: カウンタ、制御回路、CPU, etc... 0 1 0 1 組合せ 回路 1 0 ... ... ... ... 0 組合せ 回路 1 0 1 入力だけで、 出力が完全に決まる （１対１対応） 1記憶素子1 27まで数えた ボタンが押された お金が投入された 21 組合せ回路のほんの一例 0 1 1 x 3 1 1 y 加算回路 z 0 1 1 1 0 選択回路 z c 0 1 1 a b 多数決回路 d c 1 0 4 0 ２つの入力データの 加算結果を出力する z=x+y 0 ２つのデータから １つを選び、出力する 1 入力の１の個数が 0の個数より多いとき １を出力する 22 まとめ アナログとディジタル： A/D, D/A変換回路で切り替え アナログ： 電圧値 （波形） そのものが意味を持つ ディジタル： 電圧値が，基準値より上か下かが意味 ディジタル回路は、様々な情報を、0(L), 1(H)で扱う 入力・出力を持つ 組合せ回路，順序回路 アンケート この講義でどんなことを学びたいか，質問，コメントを何でも OK ディジタル回路，アナログ回路の共通点・違いを説明して下さ い 復習 23
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