【問題11】 マイコンでLED（2）：完全マスター！ 電子回路ドリル（13）

前回の宿題はマイコンでLEDを点滅させる問題。マイコンが高い電圧を出力したときと、低い電圧を出力したときの回路の動作は？

[横田一弘 埼玉県立新座総合技術高等学校 教諭，＠IT MONOist]

【問題10】の解答

　1学期後半、最初の宿題【問題10】の解答を発表します。

　【問題10】の回路においてLEDが光るのは出力ポートから1（High）が出力されたときでしょうか？ それとも0（Low）が出力されたときでしょうか？ という問題でした。皆さん解けましたか？

　解けた方も解けなかった方も答え合わせをして、次項の解説までぜひ読んでみてください。毎週コツコツ問題を解いて、電気・電子回路の基礎知識を身に付けてください。

　それでは、解答を発表します！

【問題10】の解説

　コンピュータを作る電子回路は“デジタル回路”とも呼ばれ、電圧が「高い」か「低い」かの2つの電気信号で動作しています。

　コンピュータの信号は、表1のように、高い（High）・低い（Low）の2つの電圧レベルに対して数字の“1”か“0”を割り当て、数の形（2進数）で表しています。「コンピュータは2進数で動いている」といった表現はここから生まれたのです。

電圧レベル	論理
高い（High）	1
低い（Low）	0
表1　電圧レベルの約束

　【問題10】はマイコンが“1”、すなわち「高い電圧」を出力したときと、“0”、すなわち「低い電圧」を出力したときの回路の動作を調べる問題です。

　それでは、回路の動作を検証してみましょう。

　最初に回路図について説明します。

　【問題10】の回路図は、いままでの問題と違ってとてもシンプルになっていますので、戸惑いを感じた方もいるのではないでしょうか？ マイコンのように複雑かつ大規模な回路を設計するときは、回路を機能的に分割し、部分的に独立して考えます。図1のように【問題10】の回路図は、マイコンシステムのLED表示部のみを描いたものです。そして、この回路は機能的に独立しているので、どのようなマイコンでも使うことができます（電流の大きさが許される範囲で）。

図1　マイコンによるLED出力

　多くの場合、電子回路の回路図には図2のような“グランド記号”が描かれています。グランドとは回路の基準、すなわちゼロ電位（0V）を決めるものです。図1のグランドは電源のマイナスラインにつながれています。電圧の「高い」「低い」は、ここを基準とするものです。

図2　グランドを示す回路記号

　次に、回路の動作について説明します。

　回路の動作を調べるために、図3のような等価回路で考えてみます。

図3　マイコンの出力ポートの等価回路

　マイコンの出力ポートから“1”を出力した場合、すなわち図3のスイッチが（High）側のとき、

1. ポートから電源電圧に近い電圧が出力される（例えば、5V）
2. LEDの両端に電位差があるのでLEDに電流が流れる
3. LEDは光る

と回路が動作し、LEDは光ります。

　マイコンの出力ポートから“0”を出力した場合、すなわち図3のスイッチが（Low）側のとき、

1. ポートの電位は0Vになる
2. LEDの両端の電位差はないのでLEDに電流は流れない
3. LEDは光らない

と回路が動作し、LEDは光りません。

　よって、答えは「マイコンの出力ポートから“1”を出力したとき」となります。

次回までの宿題 ― 【問題11】