ＣＰ／ＭがＴＫ－８０互換のワンボードマイコンの上で復活します
ＮＤ８０ＺⅢとＭＹＣＰＵ８０の上でＣＰ／Ｍが走ります！
［第２８０回］
●チャタリング回避回路
前回はスイッチ入力回路の７４ＨＣ１２３によるワンショット回路がスイッチのチャタリングを避ける目的で入れられていると書きました（そのほかの目的もありますが）。
実はＩＭＳＡＩ８０８０の回路図を調べていて気がついたのですが、ＩＭＳＡＩ８０８０ではスイッチのチャタリング対策として、７４ＨＣ１２３によるワンショットパルスの出力のほかにも、非常に興味深い回路が組まれています。
不勉強にしてそのような回路は今まで見たことがなかったのですが、スイッチのチャタリング対策としてなかなかに有効な方法であると感じ入りましたので、Ｅ－８０（仮称）ミニコンでも同じ回路を使うことにいたしました。
今回はそのユニークなチャタリング回避回路について説明をいたします（私はこういう回路を知らなかったので「ユニーク」と表現しましたが、私が知らなかっただけで、よく知られている回路なのかも知れません）。
［第２７４回］でお見せしたフロントパネル回路図の一部を下に示します。
ＷＲＩＴＥ、ＲＥＡＤなどのスイッチ入力はＳＴＯＰスイッチが入力されてＣＰＵが停止したあとでなければ入力が有効にならない仕組みになっています。
図の７４ＨＣ７３のｐｉｎ１３の出力がＨのときは各スイッチの入力信号はＬになりませんから、スイッチを押しても後段の回路には伝達されません。
そのｐｉｎ１３からの出力ラインをたどっていくと途中に２７０ＫΩの抵抗と０．１μＦのコンデンサが入れられていることに気がつきます。
これは何のためのものなのでしょうか。
コンデンサが信号ラインに直列に入っていますから遅延回路ではありません。
これはなかなかに面白い回路です。
コンデンサは直流を通しませんから、７４ＨＣ７３のＬ出力をスイッチに伝えることができません？
ほんとうに？
２７０ＫΩはスイッチのプルアップ抵抗２．２ＫΩに比べて非常に大きな値ですから、この抵抗を通じてｐｉｎ１３のＬ出力がスイッチに伝わることはありません。
このコンデンサの役目は、７４ＨＣ７３のｐｉｎ１３出力がＬのときに、ＲＥＡＤ、ＷＲＩＴＥスイッチ（ＲＥＡＤ ＮＥＸＴ、ＷＲＩＴＥ ＮＥＸＴも同じ）がＯＮになったときを考えてみるとわかります。
スイッチがＯＮになると、そのとき一瞬だけスイッチのプルアップ抵抗２．２ＫΩを通じてコンデンサ０．１μＦに充電電流が流れます。
すると０．１～０．２ｍｓ（≒２．２×０．１×０．７～０．８）の間だけスイッチ入力がＬになって後段のワンショット７４ＨＣ１２３に伝わります（上の回路では７４ＨＣ１２３は省略してあります）。
実はこの間にスイッチ入力のチャタリングによって、数回程度スイッチ入力のＯＮ／ＯＦＦが７４ＨＣ１２３に伝わると思われます（７４ＨＣ１２３はその繰り返し入力されるパルスを吸収する役目で使われています）。
スイッチ接点が閉じたときだけコンデンサの充電が行われ、スイッチ入力回路の電位が上がっていきます。
コンデンサの電位が＋２．５Ｖを越えると、たとえスイッチのチャタリングが続いていても後段へはスイッチ入力は伝わりません。
つまりこのコンデンサはスイッチのチャタリングが入力回路に伝わるのを短い時間で遮断する役目を果たしていると考えられます。
ところでそれではスイッチが離れたときはどうなるでしょうか。
スイッチが離れるときもチャタリングが発生します。
（以下の動作はスイッチがＯＮになったときのチャタリングで瞬間的に接点が離れたときにもあてはまります）
スイッチが離れると、スイッチのプルアップ抵抗によって＋５Ｖにつながっていたコンデンサのスイッチ側端子が開放されます。
すると今度は２７０ＫΩの抵抗を通してコンデンサが放電されます。
放電が進むにつれてコンデンサの電位は下がっていきますが、２７０ＫΩという大きな抵抗を通じての放電ですから非常にゆっくりとした動きになります。
しかもその動きはスイッチの接点が開放されている期間だけ進行します。
コンデンサの電位が＋２．５Ｖ以下になって、そのときにもしまだスイッチのチャタリングが残っていて後段にスイッチ入力信号が伝わってしまうようになるまでの時間はおおよそ２０ｍｓていど（≒２７０×０．１×０．７～０．８）です。
スイッチのチャタリングが継続していて、その間の瞬間的なスイッチ接点のＯＦＦ時間だけコンデンサの放電が行われる（逆にＯＮ時間は充電が行われる）ことを考慮すると、実際には２０ｍｓよりもはるかに長い時間チャタリングが回避できると考えられます。
そのように考えると特にスイッチが離れるときのチャタリングは、このコンデンサ回路によって完全に遮断されるのではないかと思われます。
むむむ。
確かに理屈ではそうなると思いますけれど。
やっぱり実際に確かめてみたくなってしまいますですね。
うう。
年の瀬も押し迫ってきてやらなくてはならないことが山積しているといいますのに。
オシロで確認してみました。
図の２箇所の信号を観測しました。
ＳＴＯＰした状態でＲＥＡＤ ＮＥＸＴスイッチを押しました。
上（ＣＨ１）がコンデンサの端子の電圧の動きです。
スイッチが押されると短時間で＋５Ｖになり、それはスイッチが押されている間（このときは約０．３秒）継続しています。
その後スイッチが離れると電圧はゆっくりと低下していきます。
下（ＣＨ２）はスイッチの入力を後段の７４ＨＣ１２３に伝える７４ＨＣ００の出力端子（ｐｉｎ３）の波形です。
スイッチが入力されたとき、ほんの一瞬だけですがＨになっています（見えますでしょうか？）。
スイッチが離れるときにはＨ出力は見られません。
時間軸を拡大して、再度スイッチ入力をしてみました。
おお。
今度ははっきり見えますね。
スイッチが押されたとき０．２ｍｓほどスイッチ接点が閉じて、７４ＨＣ００の出力がＨになっています。
その間コンデンサが充電されて電位が上がっていくのがわかります。
そのあと０．３ｍｓほどチャタリングによってでしょうか、スイッチの接点が開いたようです。
この間はコンデンサの充電が止まってＣＨ１の波形はフラットになっているように見えます（実際にはこの間は２７０ＫΩを通じて放電されているはずですが、その動きはゆっくりなのでこの程度の時間軸ではほとんど認識できません）。
そのあとまた短い期間だけＣＨ２がＨになっています。
ＣＨ１の波形を見ますとその時点からはふたたび充電波形になっていますから、おそらくこのＣＨ２の２回目のＨ出力はチャタリングが終息してスイッチが閉じ、ふたたび充電が開始されたときに出力され、そのすぐ後にコンデンサの電圧が１／２ＶＤＤ（２．５Ｖ）に達してしまったため、短時間でＬになってしまったものと考えられます。
ＣＨ１の波形から、その後もコンデンサが充電され続けていることがわかります。
ということはこの間はスイッチの接点が閉じていることになりますが、ＣＨ２にはもうＨ信号出力は見られません。
スイッチが押されたとき最初のわずかな期間だけその信号が後段に伝えられ、それをトリガにして７４ＨＣ１２３が安定した信号パルスとして出力するという、なんとも絶妙な回路だと感服してしまいました。
もっと拡大した時間軸で観測してみました。
ＣＨ２の出力波形から、スイッチ接点が閉じた直後にかなり激しいチャタリングが発生しているらしいということが見て取れます。
スイッチやリレーなどの機械接点からの入力では、チャタリング対策を避けて通ることはできません。
それにしてもＩＭＳＡＩ８０８０のこの回路は実にうまく考えたものだと思います。
なんでもＩＭＳＡＩ８０８０はその前に発売された、世界初の低価格ミニコン組立キットといわれたＡＬＴＡＩＲ８８００の完全互換機として開発されたものなのだそうでありますが。
しかしＩＭＳＡＩ８０８０は互換機でありながら独自の回路を工夫し、より完成度の高いミニコンとして、「最も完成されたＡＬＴＡＩＲ８８００」と評されたとも伝えられています。
今回説明いたしました巧妙なチャタリング回避回路が、すでにＡＬＴＡＩＲ８８００に備わっていたものであるのか、あるいはＩＭＳＡＩ８０８０において工夫された独自の回路であったのか、ＡＬＴＡＩＲ８８００の回路図が不明ですので、そのいずれであったのかはわかりませんが、いずれにしましても、昔の先達はまさに尊敬と賞賛に値するすばらしい方達だったとあらためて感心いたします。
あっという間に過ぎてしまった一年でした。
本年もあと残り２時間を切りました。
今年一年のご愛顧を感謝いたします。
来年もよろしくお願い申し上げます。
皆様よいお年をお迎えください。
ワンボードマイコンでＣＰ／Ｍを！［第２８０回］
２０１２．１２．３１ｕｐｌｏａｄ
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