トランジスタで８０８０をつくってしまおうというまさにびっくり仰天、狂気のプロジェクトです！
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見事にできましたら、もちろんＴＫ−８０モニタを乗せて、それからＢＡＳＩＣ、ＣＰ／Ｍを走らせましょう！
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［第１６６回］
●バイナリカウンタ回路（２）
前回からの続きです。
７４ＨＣ７５型のラッチ回路はクロックがＨの期間中は入力データが筒抜けになってしまいます（この期間は入力データをラッチできません）。
クロックがＬの期間はクロックが立ち下がるときにラッチしたデータを保持します。
ここでアイデアがひらめきました。
それならば。
７４ＨＣ７５型のラッチ回路を２個用意してお互いを補えばよいのではないか？
ここでそのアイデアの説明に入る前にひとつ注記しておくことがあります。
実際のバイナリカウンタではクロックの立下りに同期して出力が変化します。
しかし７４ＨＣ７５型を利用するバイナリカウンタでいきなりその動作にもっていこうとすると考えが混乱します。
それを避けるために、以下の説明では、とりあえずはクロックの立ち上がりに同期して出力が変化することにします。
最終的にクロックの立下りに同期して出力が変化するようにするには、回路の一部を必要に応じて変更することで実現することができます。
さて、それで。
２つの７４ＨＣ７５型ラッチ回路を直列に２段に接続します。
前方のラッチ回路はクロックＬで入力データをラッチしてＬの期間中それをＱ１、Ｑ１＿から出力します。
そのＱ１＿出力を後方のラッチ回路に入力します。
後方のラッチ回路には前方の入力クロックを反転したものをクロックとして与えます。
すると前方のクロックＬの期間中は後方のラッチ回路は筒抜けですから、前方から出力したＱ１＿がそのまま後方のＱ２、Ｑ２＿出力になります。
そのＱ２出力を前方のラッチ回路の入力として戻します。
このＱ２はＱ１＿と同じですから、結果として前方のラッチ回路の入力が反転することになりますが、クロックがＬの期間中なのでその反転した入力はまだ前方のラッチ回路には影響しません。
この状態で前方のクロックがＨになるとその期間は前方のラッチ回路は筒抜けになりますから、今までのＱ１、Ｑ１＿がそれぞれ反転して出力されます。
すると後方のラッチ回路の入力が反転することになりますが、そのときは（前方のクロック入力がＨのときは後方のクロック入力はＬなので）Ｑ２はラッチされたままで変化しません。
うーん。
文章ではなかなかうまく説明できません。
図で説明することを考えたのですが、それもなかなかうまく表現できません。
なんとか工夫して、こんな図を描いてみました。
Ｑ２＿は説明の動作としては関係ありませんので省略しました（もちろんラッチ回路としてはＱ２＿の回路そのものを省くことはできません）。
図の太線はラッチされているデータを示します。
細線は入力が筒抜けになっていてラッチされていないことを示します。
ラッチはされていないのですが、その期間はその入力としてそこに出力されている値がラッチされているため、変化しないで見かけ上ラッチ出力と同じように見えます。
ここでは最初にＤ１に入力される値がＨだとしています。
このＨは実はＱ２出力なのでラッチされています。
それから以後の動作は上の説明を参考にして追ってみてください。
図ではＣＫが立ち下がったときにＤ１がＬになっているのに、Ｑ１がＨでラッチされているのがおかしいように感じられるかもしれません。
実は図の上から下に向けて信号が伝達されていく過程で少しずつ遅延が生じています。
Ｑ２がＤ１にループして戻った時点ではＣＫはすでに立ち下がっているため、その立下り時点ではＤ１（Ｑ２）は変化する前の値としてラッチされます。
前回の回路図は上記の動作をするように考えたものですが、ＣＫについてはバイナリカウンタ本来の動作になるように、ＣＫの立下りに同期して出力が変化する回路になっています。
回路を変更したため使わなくなった試作基板を利用して、前回の回路図の回路をテスト用に組みました。
上の写真を拡大しました。
真上から撮影した写真なのでトランジスタは頭しか見えませんが、基本的に上から２２ｐＦ、５１ＫΩ、Ａ１０１５、２２ｐＦ、５１ＫΩ、Ｃ１８１５で１組のインバータを構成しています。
ＣＫ入力とＱ１出力の波形です。
測定ポイントの関係でＣＫ入力の立ち上がりに同期して出力が変化しています。
上側（ＣＨ１）がＣＫ入力（４ＭＨｚ）で下側（ＣＨ２）がＱ１出力（２ＭＨｚ）です。
時間軸を５０ｎｓにしました。
出力遅延は２０ｎｓ程度で、４ＭＨｚのクロックに対して十分過ぎるほどの応答性能を発揮しています。
自画自賛でありますが、トランジスタ回路でこれだけの速度が得られれば、優秀ではありませんか。
と手放しで喜んでいましたら。
とんでもない落とし穴がありました。
次回に続きます。
トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第１６６回］
２０１９．１０．５ｕｐｌｏａｄ
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