順序回路の動作をCube-D(デジタル電子ブロック)で体感しよう！

デジタル回路/論理回路を実際に動かしてみたいけれど、

Cube-D(キューブディー)でスマートに順序回路を作ってみませんか？

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産業交流展2019(11/13-15)に出展しました(出展内容はこちら)。

お忙しい中ご来場いただいた方々にはお礼を申し上げます。

ベースボードと複数のブロックからなるデジタル回路学習キットです。機能ブロックと接続ブロックを回路集のとおりにボード上に装着するだけで（半田付け/多数の配線/プログラミングが不要）、タイマー、モータ制御、シンセサイザなど100種類の回路がそれぞれ5分程度で完成します。また、論理/四則演算、レジスタ、メモリ、センサ等の機能を使って、ユーザ様がオリジナル回路作成を何度でも楽しむことができます。順序回路が作れる唯一の電子ブロックです。

6つのカテゴリ(光、カウント、センサ、音、モータ、理論)に分類した回路例の一部を示します。応用回路集100には100通りの回路例を載せてあります。1回路あたり5分程度で作成が可能です。

回路図は通常、複数の単機能とそれらの接続情報が記載されています。Cube-Dでは、この単機能をブロックに割り当ててベースボード上に取り付け、接続ブロックで配線を行うことで回路を作ります。

ブロックはベースボードに差し込み回転することで固定されます。このとき、ブロック裏面のバネとベースボードのパッドが接触して電源/GND/CLKが電気的に接続され、隣り合ったブロック間も電気的に接続されます。取外しは逆方向に回転して引き抜きます。

下の動画では、1bitカウンタ出力にLEDがついた回路を例にとり、ブロックの装着および取り外しを行っています。ブロックは裏面にも装着することができます。

アカデミックモデル25ブロックセットには、マルチブロック9個、センサブロック2個、8LEDブロック1個、モータブロック1個、接続ブロック12個の合計25ブロックが入っています。25ブロックのみですが、次の理由により、100種類以上の回路実験を実現することができます。

（1）ブロック機能が変更可能

ブロックは簡単な操作でその機能を切替えることができます。これにより、ブロックを有効に活用できます。マルチブロックはLED機能を含む50種類から一つを選べます。また8LED/メロディブロックは3種類、光/温度センサブロックは3種類、加速度センサブロックは2種類の機能を選択できます。下の動画ではカウンタブロックを乱数発生ブロックに切替えています（ボード左下は機能切替専用領域）。機能切替後は忘れないようにブロック上面に専用の機能シールを張替えます。

（2）バス信号も1線で接続

例えば8bitカウンタ出力を演算するには、通常8本の信号線を別の演算素子にそれぞれ接続する必要があります。そのままブロックで実現すると、巨大なベースボードと多数の接続ブロックが必要になってしまいます。Cube-Dではブロク内でシリアル⇔パラレル相互変換を行い、ブロック間では8bitのバス情報も1本の電気信号線で接続します（特許：第5678226号）。これにより配線にかかわるリソースを大幅に削減できるのです。

（3）表裏2面に実装可能

ベースボード表面は左下を除いて24個のブロックが実装できます。裏面にも装着できるため、表裏合わせて最大で48個のブロックが装着できます。配線の自由度は高いですが、ブロックだけで配線できない場合には、ベースボード上のスルーホールを使ってジャンパ線による配線も可能です。

ブロックは3種類の接続ブロックを除いて5種類の機能ブロック（①マルチ、②8LED/メロディ、③モータ、④光/温度センサ、⑤加速度センサ）があります。機能ブロックは、必要に応じてその機能を切替えることができるので、ブロックを有効に活用できます。

ベースボードはブロックを固定すると同時に、ブロックに3V電源（裏面に単三電池ボックス）、GND、クロックを供給します。クロック発振機能（1Hzから50KHz）、4桁数値表示機能、スピーカドライブ機能、3chの定数値出力機能、スイッチ入力機能、ブロックの機能切替機能など、回路動作に必要なハードウェアをコンパクトに納めています。クロック周波数の切替や10進/16進表示切替などは3つのスイッチにより行います。

1. 入力用スイッチとしての役割の他に、ベースボードの各種パラメータ設定に使います
2. ペースボードの動作モードを切り替えます
3. 主に比較器の入力用の定数値を発生します(3ch独立)
4. スイッチ１のOn/Offレベルが隣接ブロックに入力されます。ジャンパで飛ばすことも可能です
5. スイッチ2のOn/Offレベルが隣接ブロックに入力されます。ジャンパで飛ばすことも可能です
6. ブロックの機能切替用の特殊領域です
7. ブロックが装着可能な領域です。ブロック切替領域を除く両面で最大48個装着できます
8. ボードに共通のクロック信号は、ジャンパ線で別ボードに接続することが可能です
9. ここに入力された周波数パルスでスピーカーをドライブします
10. 数値表示用の2つの入力ポートです。
11. 電源スイッチです。モードスイッチを押しながらONするとブロック機能切替モードになります。
12. マイクロスピーカです。
13. 4桁の7セグメントLEDで2桁毎に数値を表示します。