【問題12】 7セグメントLEDの表示回路：完全マスター！ 電子回路ドリル（14）

今回の宿題は「7セグメントLEDに“H”と表示させるには、出力ポートからどのような信号を出力しますか」という問題です

[横田一弘 埼玉県立新座総合技術高等学校 教諭，＠IT MONOist]

【問題11】の解答

　【問題11】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11】の解説

　【問題11】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】と同様に、【問題11】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。Vccとはマイコンの電源を表す記号です。つまり、【問題11】の回路は図1のように使われます。

図1　マイコンによるLED出力

　次に、回路の動作について説明します。【問題11】の回路の機能は、図2のような“等価回路”で考えることができます。

図2　【問題11】の回路の動作

　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2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。

　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2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。

　よって、答えは「マイコンの出力ポートから“0”を出力したとき」となります。

　さて、前回に引き続きマイコンによるLED表示回路を紹介してきましたが、次に図3に示す2種類のLED表示回路を見てください。図3（a）、（b）はそれぞれどのように使い分けたらよいと思いますか？

図3　2種類のLED表示回路

　ここで、図3（a）、（b）の回路を電気的に比較してみます。

　図3（a）の回路は、マイコンの出力ポートから“1”を出力したときにLEDが光る回路です。LEDが光るとき、マイコンの出力ポートから電流が“流れ出し”ます。

　図3（b）の回路は、マイコンの出力ポートから“0”を出力したときにLEDが光る回路です。LEDが光るとき、マイコンの出力ポートに電流が“流れ込み”ます。

　このように回路の組み方によってマイコンの出力ポートには電流が流れ出したり、流れ込んだりします。

　では、どちらの回路を使用すればよいのでしょうか。ルネサステクノロジのH8マイコンを例に調べてみましょう。

　表1はH8/3052Fのハードウェアマニュアルから、ポートの“出力許容電流値”を抜粋したものです。H8/3052Fにはポート1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、Bの11本のポート（そのうちポート7は入力専用）がありますが、その電気特性はポートによって異なります。

表1　出力許容電流値

　表1の「出力Lowレベル許容電流 IOL」とは、出力ポートから“0”を出力したときの電流、すなわち出力ポートに“流れ込む”電流をいいます。

　また、「出力Highレベル許容電流 IOH」とは、出力ポートから“1”を出力したときの電流、すなわち出力ポートから“流れ出す”電流をいいます。

　ポート1、2、5、Bはほかのポートより大きい電流を流すことができます。その許容電流値は、IOLが最大10mA、IOHが最大2mAですから、“流れ込み”電流によってLEDを光らせる図3（b）の回路の方がよいといえます。そのほかのポートの許容電流値はIOL、IOHともに最大2mAですのでLEDへの出力はギリギリでしょう。

次回までの宿題 ― 【問題12】