(ホントは７４ＨＣ、ＣＭＯＳなんだけど…）
［第５６回］
●リセット回路
今まではＣＰＵの内部の回路について説明をしてきましたが、今回はちょっと周辺に目を向けてみたいと思います。
そこで、今回はリセット回路について、説明をします。
リセット回路はＣＰＵ回路には無くてはならない大切な回路です。
リセット信号の入力によってプログラムカウンタやタイミングクロックのカウンタがリセットされ、ＣＰＵはゼロからスタートすることができます。
そのように重要な信号なのですが、一般的には、ＣＰＵのリセット端子はただのクリア端子に過ぎません。
この「つくるＣＰＵ」回路でも、ただのクリア端子にしても良かったのですが、どうせすごい数のＩＣを使ってしまうのですから、通常ならＣＰＵの外に作るリセット回路を、ＣＰＵ回路に含めて作ってしまいました。
●ＲＥＳＥＴの回路図です
入力端子ＲＥＳＥＴＩＮから負論理（Ｌ）のパルスが入力されると、タイミングには一切関係無く、必要な回路にクリア信号が送られます。
結構クリアしなければならない回路があります。
それは、ごく普通の回路ですから、特に問題はないと思います。
問題は、なんだか抵抗とコンデンサとダイオードが寄せ集まったおかしな回路があることです。
これは、なんでしょう？
●パワーオンリセット回路
普通のリセット回路は、押しボタンスイッチなどがつながっていて、スイッチを押すと、リセットされます。
それに対して、図のＮＡＮＤゲート（７４ＨＣ００）の前にある回路は、パワーオンリセット回路といいます。
電源をＯＮしたときにだけ働く、いうならば、自動リセット回路です。
なぜ、このような回路が必要なのでしょうか？
一般に電源は、電源ＯＮの時に０ＶからＶｃｃ（５Ｖ）まで瞬間的に立ち上がるのではなくて、ある時間をかけて（勾配をもって）立ち上がります。
最近の電源は技術の進歩で、一気に立ち上がるものも多くみられますが、以前は数ｍｓｅｃ〜数十ｍｓｅｃかかって規定の電圧になるものが多くありました。
丁寧に扱えば結構長持ちするもので、私の使っている５Ｖ３Ａの電源などは、いくつかありますが、どれもこれももう１０年以上も前のものばかりです。
当然、最近のものに比べると、立ち上がりはゆるやかです。
そのような電源の場合、電源が投入されてから、規定電圧（５Ｖ）になるまでに、たとえば１０ｍｓｅｃかかったとすると、電圧が少しずつ上がっていく、その途中の１Ｖとか２Ｖとかというあたりでは、回路はまともに動作しません。
もちろんリセットされるわけではありませんから、あちこちの回路が、いわばでたらめの状態で、動作を開始することになります。
それでは困りますから、電源電圧が規定電圧に達して、さらにＣＰＵの周辺の回路もきちんと準備が整うまでの間、強制的にリセットをかけておくのが、パワーオンリセット回路なのです。
回路図を見るとコンデンサ（２．２μ）と抵抗（１０ｋΩ）で、充電回路になっています。
電源がＯＮになると１０ＫΩを通して、コンデンサがゆっくり充電されていきます。もちろんその速さは電源が立ち上がるよりもゆっくりしています。
抵抗とコンデンサの接合点の電圧が少しずつ上がっていくと、その電圧は別の１０ＫΩの抵抗を介して、７４ＨＣＵ０４ゲートに伝わります。
今回は７４ＨＣＵ０４を使いましたが、水晶発振のために使って余っていた残りのゲートを利用しただけで、ここは７４ＨＣＵ０４でなければならないわけではありません。７４ＨＣ０４でも全く問題はありません。
抵抗とコンデンサの接合点の電圧は、インバータ（７４ＨＣＵ０４）を２段通して、ＮＡＮＤゲート（７４ＨＣ００）のｐｉｎ９に入力されます。
コンデンサが充電されて、インバータのスレッショルド電圧（約２Ｖ〜２．５Ｖ）を超えるまでは、ＮＡＮＤゲートのｐｉｎ９の入力電圧もＬレベルです。
ＮＡＮＤゲート（７４ＨＣ００）の入力が片方だけでもＬのときは、出力（ｐｉｎ８）はＨになります。
ＣＰＵ回路へのクリア信号は、ＮＡＮＤゲートの出力（ｐｉｎ８）をインバートしたものですから、ｐｉｎ８がＨのとき、ＣＰＵの各回路へのクリア信号はＬになります。
クリア信号は負論理（Ｌアクティブ）ですから、それぞれの回路がクリアされることになります。
１０ｋΩを通じて入力された電圧がインバータのスレッショルド電圧を超えると出力が反転し、次段のインバータでもう一度反転して、ＮＡＮＤゲートのｐｉｎ９に入力されます。
ＲＥＳＥＴＩＮ端子からの入力はありませんから、ＮＡＮＤゲートの片方（ｐｉｎ１０）はＨです。
コンデンサが充電されて、インバータの入力がＨになると、インバータ２段の出力につながっているＮＡＮＤゲートの残る片方の入力（ｐｉｎ９）もＨになりますから、ＮＡＮＤゲートの出力（ｐｉｎ８）はＬになって、ＣＰＵ回路のクリアが解除されることになります。
インバータ２段と、その入力と出力についている抵抗とで構成された回路は、シュミット回路です。
抵抗を通じてコンデンサを充電する回路は、電圧の上昇勾配がゆるやかです。
入力電圧が、スレッショルド近辺をあまりゆっくりした傾きで上昇したり下降したりすると、入力端子オープンに近い状態（スレッショルド電圧付近でふらふらする状態）になって、過電流が流れたり、出力にノイズ状の高い周波数波が出たりすることになって危険です。
インバータと抵抗で構成したシュミット回路によって、入力電圧がゆっくりとスレッショルド付近を上昇しても、スレッショルド電圧を超えた途端に出力が反転して、安定した動作の出力になります。
インバータの入力とコンデンサとの間に直列に入っている１０ｋΩの抵抗は、１００ｋΩの抵抗とともにシュミット回路のヒステリシス特性を与えると同時に、コンデンサの充放電の突入電流からゲートの入力端子を守る保護抵抗の役目も果たしています。
コンデンサとＶｃｃとの間に、抵抗と並列に入れられたダイオードは、電源がＯＦＦになったときに、速やかにコンデンサを放電させるためのものです。
●パワーオンリセットの波形です
コンデンサの充電電圧とリセット信号出力の波形です。
上（ＣＨ１）の波形は７４ＨＣＵ０４の入力（ｐｉｎ１）信号で、下（ＣＨ２）の波形はＲＥＳＥＴ（ＯＵＴ）の出力信号です。
電源がＯＮになってインバータの入力電圧が上昇し始めてから、２０ｍｓｅｃ程度の間、ＣＰＵ回路へのクリア信号がアクティブになっていることがわかります。
上の入力電圧が２Ｖを超えたあたりで、下の出力が反転しています。
電源電圧（Ｖｃｃ）とリセット信号出力の波形です。
上（ＣＨ１）は電源電圧（Ｖｃｃ）の波形です。約５ｍｓｅｃかかって＋５Ｖになっています。
それに対して下（ＣＨ２）のリセット（ＣＰＵ回路へのクリア）信号は十分な期間、アクティブになっています。
参考までに、ＮＡＮＤゲートのもうひとつの入力（ｐｉｎ１０）と、リセット出力の波形もお見せします。
上がＲＥＳＥＴＩＮに入力した信号で、下はＲＥＳＥＴ（ＯＵＴ）の出力信号です。
こちらの回路は出力を遅延するようなコンデンサはついていませんから、ＲＥＳＥＴＩＮ入力がＬになると同時にＣＰＵ回路がリセットされます。
２００８．９．３ｕｐｌｏａｄ
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