7-1 digital ic のライブラリの準備について...
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7-1 Digital ICのライブラリの準備について
[目的]
実験では 74HC00を使用するので、SPICEモデルを入手する。
[方法]
LTspice User siteからライブラリとシンボルを Downloadします。
http://groups.yahoo.com/neo/groups/LTspice/files/%20Lib/Digital%2074HCxxx
((注意))このサイトを閲覧するには、ログインが必要です。
[Download siteについて]
Digital IC のライブラリを Download使用するには、
以下のサイトで、user groupに登録しなければなりません。
LTSpice group users in Yahoo USA
http://groups.yahoo.com/neo/groups/LTspice/info
yahoo(USA)の登録は簡単ですが、メールアドレスが必要です。
Fig.1 LTspice USER Group in Yahoo USA
Fig.2 Digtal 74HC library
[使用方法について]
Download した SPICEライブラリとシンボルファイルを示す。
上のファイルが、SPICEライブラリ
下の圧縮ファイル中にシンボル(部品)図
があります。
シンボルファイルを解凍します。
解凍したファイル中の
一番上の 74hc00.asyを使用する
フォルダにコピーする。
使用するフォルダ中に、SPICE ライブラリ
74HC.lib
ファイルをコピーする。
以上で、
コピーした同じフォルダ内で使用可能になる。
Fig.5 ライブラリファイルの内容
Fig.4 シンボルファイル
Fig.3 downloadしたファイル
((追加))
ライブラリ入手の方法について
LTspiceのWikiサイトに移動する。
LTwiki
http://ltwiki.org/?title=Main_Page
このサイトの Topウインドが開く。
検索欄に、”74HC”と入力して検索ボタンをクリックする。
以下の様に、検索結果が表示される。
このウインドにおいて、
Index of /files/LTspiceIV/lib/sym/Dig_Add/74HC
に、シンボルファイルがあります。
クリックして、リンクサイトに移動する。
このウインド中の 74hc00.asyを Downloadする。
つぎに、ライブラリを Downloadする。
リンク先が 74hc.libなので、直接 Downloadできることがわかるので、
右クリックメニューを開いて、”対象をファイルに保存” を選択する。
以上で、シンボルとライブラリファイルを Downloadできる。
7-2 NAND論理回路
[目的]
組合せ論理回路で使用する ICの 74HC00を用いて、NAND回路の動作確認をする。
[結果]
はじめに、74HC00のシンボルを
読み込む。
新規回路図を開き、メニュー中の
部分アイコンをクリックする。
部品選択ウインドが開く。
このウインドの Top Directory欄
の右側の矢印をクリックして、
74HC00の部品シンボルを
保存した Directory(Folder)に
移動する。
Defaultでは、
LTspiceをインストールしたフォルダの
¥lib¥symです。
シンボルがある directoryに、
移動すると下の欄に、使用可能
シンボルが表示される。
以上で、74hc00の
シンボルが選択可能
になる。
選択して、OKボタンを選択する。
回路図上で、74hc00を
配置する。
((注))右のウインドでは、
シンボルは、
¥Users¥sakamoto¥Desktop¥2013¥電子電気実験¥Digital
に保存しています。
Fig.1 部品選択アイコン
Fig.2 Directory指定
Fig.3 シンボル選択
完成した回路図を示す。
((注意))
ICを動作させる電源は必要としない。
また、74hcの SPICEライブラリを
読み込ませなければ解析できないので、
SPICE 命令の include文で
使用するライブラリを読み込む。
.include 74hc.lib
電源 V1と V2の設定について
論理を確認したいので、
電源の信号を PULSE 電源を
選択する。
電源 V1の信号と V2の信号が
共に、highとなるように
on時間を設定する。
電源 V2の設定ウインドを
示す。
解析には、過渡解析(transient)を実行する。
解析終了時間を 1secに設定する。
解析を実行する。
入力信号 V(a)と V(b)、さらに出力 V(out)を
異なる座標軸上に表示して、動作を確認する。
Fig.6 V1の pulse電源設定
Fig.5 V2の pluse電源設定
Fig.4 解析回路
空白のグラフが開く。
このウインドで右クリックし、
メニューを開く。
Add traceを選択する。
信号選択ウインドが開く。
はじめに、出力 V(out)を
選択する。
つぎに、右クリックメニュー
の Add Plot Pane
を選択して、新規
座標軸のグラフを開く。
このグラフ軸のグラフで Add Traceを
選択して、V(b)を選択する。同様に、
Add Plot Pane を実行して、Add Trace
から、V(a)を選択すると、最終的に
次のグラフが得られる。
Fig.12 入出力波形
Fig.9 Planeの追加 Fig.10 V(b)信号選択
Fig.7 Add Trace Fig.8 V(out)信号選択
Fig.11 V(a)信号選択
参考サイト：
[1]ベルが鳴っています おぼえ書き
http://www7b.biglobe.ne.jp/~river_r/bell/sc3_memo/sc3_memo.html
より抜粋引用です。
パルス電源の出力は、デフォルトでも 0 と指定しても rise, fall time があり、Toff は指定し
た通りにはなり ません。 例えば PULSE(0 1 0 0 0 5e-6 10e-6) と指定すると、
Tr = 497.895ns, Ton = 5.00211μs, Tfall = 497.895ns, Toff = 3.99474μs
と画面上で読み取れました。 合計が 9.99264μs となってしまいますが、 これは各種誤差の合計と
思われます。 おそらく内部動作は Trise = 500ns, Ton = 5μs, Tfall = 500ns, Toff =
4μs なのでしょう。
[2] Most frequently asked questions for beginners
http://ltwiki.org/?title=Most_frequently_asked_questions_for_beginners
このサイトにあるように、Tonなどの 10%程度以下値に、自動的に定義されることに注意する。
[3]Pulse電源の定数について
LTSPICE入門（連載 7） LTSPICEを使ってみる（4） 電圧源のパルス設定方法
http://www.eleki-jack.com/KitsandKids2/2008/04/ltspice8ltspice.html
のサイトの図を以下に示す。
7-3 三角波を用いた入出力特性について
[目的]
ライブラリの 74hc00は、DC 解析ができない。
そこで、三角波を用いて 74hc00の入出力特性の確認をする。
[結果]
回路図を示す。
シンボル 74hc00を保存したフォルダから
読み出す。そして、include文でライブラリを
読み出す。
信号電源 V1を high Levelの 5Vに固定する。
解析には、過渡解析(transient)を実行する。
Stop時間を指定する。
信号電源 V2の設定を変更して、
三角波の設定をする。
V2をクリックして、下のウインドを開き、
Advanced ボタンを選択する。
PULSE を選択して、下の変数入力欄に値を入力する。
Triseと Tfall時間を同じに設定する。
Ton時間を小さくすることで Vonになる時間を短く
できる。周期を Tperiod=Trise+Tfallにすることで
三角波になります。
入力 Aと B、そして、出力 outを別々の
座標軸で表示して、比較が容易なグラフ
を作成する。
解析を実行する。
空白のグラフ上で右クリックして、
メニューを開く。
Fig.1 解析回路
Fig.2 電源設定
Fig.3 詳細設定
出力 outの信号を表示する。
Add Traceで開いたウインド
において、V(out)を選択する。
つぎに、右クリックメニュー
の Add Plot Paneを選択する。
新規のグラフが追加される。
同様に、Add Traceで、V(b)
を表示する。最後に、
Add Plot Pane を実行し、
V(a)を表示する。
縦軸がの表示範囲がそれぞれ
異なるので、軸をクリックして
設定ウインドを開く。
表示範囲を 0から 5.5Vに変更
して OKをクリックする。
((注意))
Tickを設定しても、グラフが小さいと
設定値で表示されません。
次のグラフが得られる。
一番下が V(out)である。
V(b)の電圧変化により、
出力 V(out)が変化する
ことが確認できます。
Fig.4 右クリックメニュー Fig.5 信号選択
Fig.6 軸設定
Fig.7 V(a),V(b),V(out)波形
7-4 AND論理回路
[目的]
NAND論理から AND論理を作る回路を確認する。
[結果]
解析回路を示す。
U1の NAND回路の出力に
U2の NOT回路を接続する。
信号源 V1と V2は、PULSE
電源に設定する。
解析には、過渡解析
を実行する。
解析実行する。
実行後の空白グラフにおいて
右クリックメニューを開く。
Add Traceを選択する。
選択ウインドで、V(out)を選択
する。次に、右メニューから
Add Plot Pane を選択する。
新しい座標のグラフ上で、
右クリックメニューを開き、
Add Traceで V(inv)信号を
選択する。残りの信号 V(a)と
V(b)も同様の手順で表示させる。
Fig.1 解析回路
Fig.2 右クリックメニュー Fig.3 信号選択
比較を簡単にするために、
表示された 4個のグラフの
縦軸を同じ値に変更する。
それぞれの縦軸をクリックする
と軸設定ウインドが開く。
このウインドで Top, Tick,
Bottom を設定する。
OKボタンを選択する。
次の様なグラフが
得られる。
上から、
V(a),V(b),
V(inv),V(out)である。
出力 V(inv)の波形を
確認することで、
AND論理回路であること
が確認できる。
Fig.5 V(a),V(b),V(inv),V(out)の波形
Fig.4 軸設定
7-5 XOR論理回路
[目的]
XOR回路の動作を確認する。
[結果]
5個の NAND回路を使用した
テキストと同じ回路を作成する。
電源 V1と V2は、Pulse電源
として設定する。
また、出力波形のスパイクノイズ
を除去するために、
出力にコンデンサ C1を接続する。
解析には、過渡解析(Transient)
を実行する。
解析を実行する。
表示するグラフは、
波形の比較確認がし易い
グラフを作成する。
V(a),V(b),V(out)を
並べて表示する。
空白グラフにおいて
右クリックメニューから、
Add Traceを選択して、
信号選択ウインドで V(a)
を選択する。グラフ上で
右クリックメニューを開き、
Add Plot Pane を選択する。
新規のグラフ上で、Add Trace
を選択して、V(b)を選択する。
最後に、Add Plot Paneを実行
してグラフを追加して、Add Trace
において、出力 V(out)を選択する。
Fig.1 回路図
Fig.2 右クリックメニュー
Fig.3 信号選択
出力にコンデンサが
ないときの出力
V(a)と V(b)が共に、
Highに変化するとき
スパイクノイズが
発生しています。
Pulse電源の
立上り時間で重なりが
発生するためである。
コンデンサを追加
することで、
スパイクノイズを
除去できる。
グラフ波形の変化を
縦軸に観察すると、
XOR回路動作している
ことが確認できる。
Fig.4スパイクあり XOR回路のタイムチャート
Fig.5スパイク除去 XOR回路のタイムチャート
7-6 1bit半加算器
[目的]
半加算器の動作を確認する。
[結果]
7個の NAND回路を使用した
回路を作成する。
回路は、論理式を実現する構成
になります。
スパイクノイズ除去のために、
コンデンサを接続しています。
解析には過渡解析を実行する
解析を実行し、結果を示す。
表示するグラフは、
波形の比較確認がし易い
グラフを作成する。
V(a),V(b),V(out)を
並べて表示する。
空白グラフにおいて
右クリックメニューから、
Add Traceを選択して、
信号選択ウインドで V(a)
を選択する。グラフ上で
右クリックメニューを開き、
Add Plot Paneを選択する。
新規のグラフ上で、Add Trace
を選択して、V(b)を選択する。
最後に、Add Plot Paneを実行
してグラフを追加して、Add Trace
において、出力 V(s)を選択する。
同様に、出力 V(c)を表示する。
Fig.2 右クリックメニュー
Fig.3 信号選択
Fig.1回路図
以上の手続き後に、
次のグラフが得られる。
V(a)と V(b)の信号と出力 V(s)と V(c)の関係を
グラフから読み取る。
グラフから半加算器であることを確認できる。
Fig.4 半加算器回路のタイムチャート