【１９】デジタルは５Ｖだけではあらず・入力編
デジタル信号は電圧の高い（Ｈ）、低い（Ｌ）のふたつの状態だけで成り立っているのは、先に書かせていただいたとおりです。
高い方を『１』、低い方を『０』という数値で表すと、数字に直すことができます。これが２進数で、それを４つ組みにして１６進数という数値表現ができるという話を "【５】頭から煙が" の後半で書かせていただきました。
ということは──。
ふたつの状態で表せるものなら何でもいいことになります。
そうなんです。ひとつを１００Ｖ、もうひとつを１０Ｖという馬鹿みたいな電圧差で表してもいいですし、５Ｖと－５Ｖの２値でもいいことになります。
さすがに１００Ｖと１０Ｖなんてことにしたら、通電中は怖くて気安く基板に触れることができなくなります。
ＰＩＣの工作で５Ｖと０Ｖを２値としているのは、たんにその回路の電源が５Ｖだから、ということだけの理由です。
前回は出力編でした。５Ｖ以外の電圧を出力する方法を何種類か書かせていただきましたが、今回は入力編です。
注意：ＡＣ電源を入力することは今回考えていません。すべてＤＣ電圧です。
ところで入力に異なる電圧を使うなんてことがあるのでしょうか。
これが意外と多いので驚かされます。全体を５Ｖの単一電源で済ますということの方が少ないと思ってください。モーター駆動なら１２Ｖ、２４Ｖは当たり前でした。となるとそっちがメインのマシンを制御するとどうしても入力の信号もその電圧になります。たとえば乗用車。
現在の乗用車のほとんどは１２Ｖのバッテリーを使用して、全体としては１２Ｖ電源の仕様になっています。最近はＣＡＮ（Controller Area Network）バスの低信号が通っていたりしていますが、メインは１２Ｖです。
例えばドアが開くと０Ｖ。閉まると１２Ｖ。ライトが点くと０Ｖ。消えると１２Ｖ。あるいはこの逆とかです。
つまり、Ｈ→１２Ｖ、Ｌ→０Ｖとなるわけです。
クルマだけではなくいろいろなものがあります。
Ｈ→２４Ｖ、Ｌ→０Ｖ、なんていうのもありますし。
Ｈ→１３Ｖ、Ｌ→６Ｖ、という首をひねってしまうような仕様もあります。この場合はノイズによる誤動作を防ぐために、０Ｖよりはるかに高い電圧を（Ｌ）としているのだと思われます。
▽ＧＮＤとは何か△
さっきから出てくる電圧ですが、これって何だと思われますか。いまさら何を……ですが、これは二点間の電位の差を数値に表したものです。
一点は解ります。たとえば入力ポートが何ボルトだろうと計るときなら、そのポートが今言う一点になります。残りの一点、これがＧＮＤ（グランド）です。
接地とかアースとか呼ばれていますが、洗濯機などの漏電防止のアースとはちょっと異なります。電子回路の工作の場合は、この点を基準に電圧を決める重要なポイントになります。つまり基準点です。この点が正確に０Ｖになっているから、入力ポートは５Ｖとして扱われます。もし、この基準点がフラフラと変化したら、もはや信号が来ていても正しく扱われるかどうか、それよりも回路自体がまともに動くかどうかの世界になります。
クルマでも同じコトですが、バッテリーには『＋』端子と『－』端子があり、『－』がボディーにダイレクトに接続されていますので、それが回路的に言うＧＮＤです。
バッテリー端子に『－』と書かれていますので、マイナスと呼んで説明する人が多いですが、ボディーにダイレクトに接続してすべての装置がプラス端子から電源をもらってマイナス端子へ返すのであれば、回路的に見て、マイナス端子はＧＮＤと呼ぶべきです。
ひどいときは『赤線は＋１２Ｖへ、黒線は－１２Ｖへ接続』とか書かれているのを目にすることがありますが、『－１２Ｖ』という回路も当然ありますが、この場合もＧＮＤを基準にして『－１２Ｖ』です。テスターにとってあまり良くないですが、計ると針は０Ｖより下、逆向きに振れます。
話を戻します。
ＧＮＤは回路の基準点です。プラス側（マイナス電源の時はマイナス側）からＧＮＤへ電流が流れますので、しっかりと電源の０Ｖラインに太い線で結んで、常に安定した０Ｖになるようにしなければいけません。ひとつの装置に複数の電圧が使われていてもすべての基準点はＧＮＤですから、ＧＮＤをおろそかにしてはいけません。
▽ハイインピーダンス状態とは何か△
ＰＩＣなどの組み込み制御用のＣＰＵに直接入力できる電圧は、ご存知のとおり電源電圧までです。５Ｖを電源にした場合は５Ｖまでです。
問題になっているのは、入力される電圧が２４Ｖとか１２Ｖというわけですので、それを５Ｖに変換すればいいわけです。
とその前に。
デジタルはＨとＬの２値で考えるのが基本ですが、実際にやってみると、ある問題にぶつかって戸惑うことがあります。ＨでもＬでもない状態があることに気付くからです。それがハイインピーダンス状態と呼ばれるものです。
図のようにスイッチが切れている場合、通常の状態ではＰＩＣの入力端子に電圧が掛かっておらずＨにもＬにもならず不定になっています。このような状態がハイインピーダンスで、非常に不安定なことになっています。
回路に手を近づけるだけでＨ、Ｌを繰り返したり、Ｌに張り付き信号が入っていないのに、入ったと誤判断したり、ムチャクチャな動きになります。これを安定させるために登場するのが、プルアップ(ＰＵ)抵抗と呼ばれる部品で、図ａがそれです。
１ＫΩ～１０ＫΩを使用します。抵抗値が大きくなるほどノイズに弱くなりますが、消費電流は逆に少なくなります。この辺りは、回路の目的に応じて選びます。
図ｂのように、逆にスイッチの片側を＋５Ｖに接続して、抵抗を通してＧＮＤへ落す回路も考えられます。これはスイッチがＯＦＦでハイインピーダンス状態になったとき、ＧＮＤへ落す役割をしていますので、プルダウン(ＰＤ)抵抗と呼びます。この方法でも間違いではないのですが、デジタル回路はスイッチだけが入力ではなく、トランジスタをスイッチ代わりにすることもあります。この場合も同じように二種類の回路が考えられます。
ただ、この場合ＮＰＮトランジスタでプルダウン回路（図ｂ）はおかしなことに気づきます。エミッタ（Ｅ）側に抵抗があるので、ベース（Ｂ）側のからの電流も流れており、トランジスタをスイッチング動作させる場合としては不適切な回路になります。不適切と書きましたが、間違っているわけではなく、これは別のエミッタフォロア回路と呼ばれるものになり、デジタル的なスイッチング動作よりアナログ回路で頻繁に使われる回路になります。この章では関係ありませんので忘れてください。
ＮＰＮトランジスタを使うと図ａのプルアップ回路が本筋になります。ですので機械的なスイッチ回路なども混ざる入力回路では自然とプルアップ型が主流になります。
抵抗アレイなどもたくさんの回路専用に特化された部品です。同じ仕様で無いと都合悪いわけです。
また、このハイインピーダンス状態はスイッチを使うときだけに発生するかというと、そうでもありません。この後、いろいろな回路でこの状況に遭遇しますので、注意してお読みください。
▽クランプ保護回路△
あとはＰＩＣの入力ポートを繋げばいいのですが、だいじなＰＩＣをワケの解らない回路に直接繋ぎたくありません。で、抵抗とダイオードの簡単な保護回路を通すのが、お決まりとなっています。ちなみにプルアップ抵抗(PU)は状態を安定させるもので、保護回路ではありません。また0.1uFはノイズ対策用です。
抵抗値は１００Ωから１０ＫΩほど、ダイオードは小型の小電流用です。ＧＮＤから電源に抜けるように接続したダイオードがクランプ回路と呼ばれる保護回路です。
何かの間違いで、入力ポートに１２Ｖが入ったとします。すると電流は直列の抵抗を通って、ダイオードを通過して電圧の低い５Ｖ電源のほうへ流れますので、入力ポートは５Ｖ＋ダイオードの順方向電圧降下の約０.７Ｖほどの電圧しか掛からないことになります。
逆に－１２Ｖという電圧の場合も同じです。今度はＧＮＤのほうが電圧が高くなりますので、ＧＮＤから－１２Ｖへ向かい、入力ポートは－０.７Ｖほどで収まります。静電気対策には必要不可欠の回路だと思ってください。
それなら、そのまま１２Ｖ信号を流し込んでも大丈夫じゃないかというと、それはそれで精神的によくないわけでして、微電流の場合は問題がありませんが電流値が上がると、ダイオード破壊が起きて危険度が増します。
で、これは保護回路と割り切って、ちゃんとした電圧変換回路を考えます。
▽電圧変換回路△
電圧を下げる＝抵抗、と頭に浮かびますが、これが意外と厄介なんです。
図のように１ｍＡ消費で計算して１２Ｖを５Ｖにするには、７ＫΩと５ＫΩの抵抗で７Ｖと５Ｖに分圧します。
簡易的にはこれでいいのですが、１２Ｖ入力が変化する場合を考えてください。たとえばクルマです。クルマは走行すると電圧が１３Ｖを越えたりします。そうすると、この出力電圧も一緒に上がることになりますし、温度の変化でもフラフラと上下することになり、こんな不安定な回路あまり実用的ではありません。
アナログ的に考えると、高い電圧をＰＩＣに適した５Ｖに下げる……と思考を巡らせるかも知れませんが、ここはデジタル式に考えてみましょう。
１２Ｖ（２４Ｖ）が入ったら、５Ｖを出せばいいんです。求められているのはこれだけです。
入ったら出す。これって前回の出力回路と同じことを言っています。
リレーでもいいし、トランジスタでもいいわけです。
ただリレーを利用するのはチャタリングや消費電流、コストの面から考えて得策ではないかもしれません。
▽もう少し楽をしたい△
入力ポートというのは、意外と同じようなものがたくさんあるもので、ロボットなどの関節情報やあらゆるセンサーの信号などが入り乱れて注がれますが、結局すべて同じ種類の信号というのが多々あります。それに対して一回路ずつ、ちまちま作るのは……という方のために、例のトランジスターアレイがお勧めです。
ただ、前回の出力編で使用したＴＤ６２００３は２ＳＣ１８１５と異なり、ダーリントン接続のため飽和電圧が高く、規格表では１.１Ｖとなっています。ほとんど電流を出さずに使用した実測では、ほぼ０.８Ｖですが、この電圧はＰＩＣの入力ポートが、Ｌと判断するぎりぎりの電圧になりますので、最悪トランジスタがＯＮになってＬを示しているのに、ＰＩＣが認識しないという不具合が起きる可能性が無い、とは言いきれないギリギリの数値です。
手元に転がっているとか、値段が安いとかの理由でなければ、無理してこれを使う必要はなく。飽和電圧の低いＴＤ６２５０２、ＴＤ６２５０３を使用したほうがいいと思います。
実際筆者はＴＤ６２００３を入力回路に使用することが多いですが、ギリギリ動いています。でも、できれば卒業したい常に思っていますが、そこらじゅうに転がっているもので……。転がっているほうが変ですね…。
例えば、ＴＤ６２５０３を例に取りますと……
３～５Ｖならそのまま直結が可能で、１２Ｖが相手なら２.２Ｋ～４.７ＫΩ抵抗、２４Ｖなら４.７Ｋ～１０ＫΩを通してつなぎます。ちなみにＴＤ６２５０２は７Ｖ～１５Ｖまで入力抵抗なしで直結できます。ただし、７Ｖ以下は使えません。（無反応になると思います）
仕組みはちっとも難しくありません。これまで見てきたトランジスタ回路がたくさん詰め込まれているだけです。2SC1815の回路とさほど変わりませんので、回路部分は三角形の簡易的なカタチにして表すのが通例となっています。ちなみに三角の頭に丸が付いているのには意味があります。出力が負論理ですよ、といっているのです。
トランジスタアレイの入力に電圧が掛かると、出力はＬに。電圧が途切れると出力はハイインピーダンス状態（ "Ｚ" で表します）になります。
入力と出力の関係は次のようになります。
入力＝Ｈ 出力＝Ｌ
入力＝Ｌ 出力＝Ｚ （Ｚ＝ハイインピーダンス：無接続）
入力＝Ｚ 出力＝Ｚ
この組み合わせはこの後に出てきますのでよく覚えておいてください。
トランジスタアレイのほとんどはオープンコレクタタイプですので、ＯＦＦになると切断状態。すなわち無接続、ハイインピーダンスです。そこで先ほどのプルアップ抵抗を使います。
オープンコレクターと呼ばれるものは回路を見ると解りのように、プルアップ抵抗もプルダウン抵抗も何も無い完全フリーな状態のことです。なにが利点かと言うと、出力電圧を自由に決められることと、もう一つ、出力どうしを並列配線することが可能になるということです。
もし５Ｖにプルアップされた出力どうしを並列に配線すると、プルアップ用の抵抗も並列配線されますので合成抵抗値が半分になってしまい、出力トランジスタの負荷が増大します。ところがオープンコレクタだとそれが起きません。これを利用すると、次のような回路ができます。
上の回路図はトランジスタアレイ内の２回路を利用しています。三角マークでは分かりにくいのでベース抵抗などを省いたトランジスターで表しています。
入力１と入力２があって、出力は１本にまとめられてプルアップ抵抗で５Ｖに吊り上げてＰＩＣの入力に接続しています。
これは何を意味するのでしょうか。
二通りの使い道があります。
一つは入力１と入力２のどちらかがＨになるとＰＩＣのＰＣ０がＬになります。つまりＮＯＲ回路です。
同じ回路なのにもう一つの使い道とは、ゲート回路です。
入力２がＬの時、出力２はＺ状態。無接続です。つまり無いのも同然で入力１の結果がＰＣ０に素通しなります。
では入力２をＨにした時を考えてみましよう。すると出力２はＬです。となると、入力１がＬになろうがＨになろうが、出力１は出力２のＬで固定されたままです。つまり入力２がＬの時だけ入力１の結果がＰＩＣに届くことになります。これがゲート回路です。入力２が門番の役目をするのです。
もちろんゲートのコントロールをＰＩＣで行ってもいいのですが、例えばクルマのイグニッションがＯＮの時は信号を遮断して、イグニッションをＯＦＦにすると入力１の信号がＰＩＣに届くとかの回路とかにも利用できます。通常はゲート回路やそのコントロールは５Ｖ電源のＴＴＬＩＣを利用しますが、こんな簡単な回路でも実現可能です。
話は変わりますが……。
入力回路の理論が実践で役に立たなくなることがよくあります。
リアルタイムなプログラム１ (ループ) でも述べましたが、チャタリング現象もそのうちの一つです。機械式の接点のバウンド（ＯＮ・ＯＦＦの繰り返し）に反応してしまいスイッチを押しているのに無反応になったり、パルス性のノイズが入力を通ってＰＩＣが誤反応してしまうこともあります。回路的には間違ってはいないのですが正しく動かず、長いあいだ原因が解らないときが多々あります。
チャタリングやノイズなどもプログラムを工夫すればある程度は防げます。特にチャタリングは数十ミリセックの短いあいだの現象ですので、いったんＯＮを検知したら一定時間待ってから再度入力の状態を見て処理するなどの工夫をします。
コンデンサでノイズ対策をした場合の参考回路は下記のようになります。トランジスタの絵は使わず、トランジスタアレイ内の絵を使っています。
他にもトランジスタスイッチの入力回路が過電圧などで飛ぶと、高圧の外部電圧がＰＩＣに直接飛び込んで、全回路が巻き添えを喰らう可能性があります。
そんな保護やノイズ対策も考えて、頑強な入力回路を作りたいと思われるのでしたら、やはりフォトカプラです。
▽入力は絶縁タイプのフォトカプラで△
フォトカプラというのは、チップの中に発光ダイオードとフォトトランジスタと呼ばれる、光を与えるとＯＮになる特殊なトランジスタが入っている部品です。
構造も仕組みも簡単で、ＬＥＤを光らせればＯＮになりＣ→Ｅへ電流が流れます。トランジスタアレイの出力段がフォトトランジスタになっていると思えば、それほど難しいものではありません。
この部品の優れているところは、ＬＥＤ側とフォトトランジスタ側を光りで繋いでいるところです。お互い別電源で繋ぐことができますので、ノイズや電圧の変化に強い回路ができます。ただし、ＧＮＤどうしを繋いでしまうとノイズがＧＮＤを走って、相手に伝わりますのであまり意味はなくなります。ＧＮＤが貧弱ですと基準点の電圧がフラつき、簡単にノイズが走ります。これはフォトカプラだけでなくすべての回路に言えることです。くどいようですがＧＮＤはしっかりと…です。
まったくの別電源でＧＮＤを切り離していても、ちゃんと信号が届きます。
入出力の関係はトランジスタアレイの逆で、ＰＩＣの端子は次のようになります。
入力＝Ｈ ＰＩＣ＝Ｈ
入力＝Ｌ ＰＩＣ＝Ｌ
ＬＥＤ側は入力電圧に合わせて電流制限抵抗値を変えればよいだけです。１０ｍＡほど流せば、フォトトランジスタは反応しますので、１２Ｖなら１ＫΩほど、２４なら２.２ＫΩになります。
欠点もあります。
信号を光りに変換して、それをまた受光してＯＮにしますので速度が遅いことです。これはフォトトランジスタに付ける負荷抵抗でも大きく変わります。
先ほどのトランジスタアレイの場合でのＯＮ／ＯＦＦの遅れは、負荷抵抗３.３ＫΩで０.０５μＳ～０.２μＳ（μＳ＝百万分の１秒）に対して、フォトカプラはずいぶんと遅くて１.９ＫΩで２～２５μＳ。１０ＫΩにすると１００μＳの遅れが出ます。
しかし扱う信号の、Ｈ、Ｌの周期が数十ｍ～数百ｍＳ（ｍＳ＝千分の１秒）の信号を扱うのでしたら、じゅうぶんな速度だと思います。
消費電流はＬＥＤを点灯させるので、かなりの大飯喰らいですが、回路の頑強さは絶縁型とあって、右に出るものはないかと思います。
速度が遅いということは、逆に考えると、高速のショックノイズは伝わらないとも言えます。
消費電流を考えないのならフォトトランジスタの負荷抵抗は１Ｋ～４.７ＫΩ。電流をケチりたいのでしたら１０ＫΩを推奨します。
▽お得な回路△
電圧はいろいろあるけど、もっと簡単にならないかというのが世の常でして、そんな要求は頻繁に起きます。
かなりリスキーになりますので自己責任に置いて試してみてください。
【高電圧回路とつなぐ】
用意するのはダイオード１本です。超簡易型高電圧対応型入力ポートです。
なんか大袈裟なタイトルになっていますが、ようは相手の信号がＬのときは、確実にＧＮＤ電位まで落ちるという条件のときに可能になります。
Ｈのときは電源電圧より高ければ何Ｖでもかまいません。ＬだけＧＮＤに落ちればいいのです。ただしＰＩＣへ直結するのはさすがに怖いのでトランジスタスイッチを間に入れます。
図のようにダイオードが一本入っているだけです、ダイオードから後ろはいつものトランジスタスイッチです。
外部信号がＨのとき、ダイオードがありますのでカソードで堰き止められて中には入ってきません。代わりに５Ｖから通常のバイアスが掛かり、トランジスタはＯＮ。するとＰＩＣはＬを検知します。
逆に外部信号がＬになり、ＧＮＤレベルまで電圧が下がると、プルアップ抵抗の先がダイオードの順方向電圧降下まで下がりますので、トランジスタはＯＦＦとなってＰＩＣにＨが伝わります。
ダイオードのカソードには相手の電圧がまともに掛かりますので、逆電圧の耐圧を数倍のものにします。
１Ｎ４００７が手に入れば１０００Ｖ耐圧です。
参考（１Ｎ４００１：５０Ｖ １Ｎ４００２：１００Ｖ １Ｎ４００３：２００Ｖ １Ｎ４００４：４００Ｖ １Ｎ４００５：６００Ｖ）
耐圧が十分だからと言ってもダイオード１本ではあまりに無防備です。そこでもう少し心臓に優しい次の回路はどうでしょうか。
今度は完全にトランジスタスイッチで５Ｖ電源と分離しています。0.1uFはノイズ対策用ですが、まだダイオードが入っています。その理由は何でしょう。
１２ＶのＨ電圧が入ってもいいようにバイアスの抵抗もかなり大きい数値になっているにもかかわらずです。
この回路は目的をクルマ用に考えています。最近のクルマは内装にＬＥＤが使われるようになって微弱な電流でも点灯します。ダイオード無しでこの回路をＬＥＤの点灯回路に接続しますと、青の点線のようにＧＮＤへ流れる経路ができてしまい。ＬＥＤが消灯なのに薄っすらと点灯してしまうという不具合が起きます。しかも夜でないと分からないぐらいの暗さで点きますので、その場では気付かないで、後で慌ててしまう結果になります。
また入力がＨのときにダイオードで外部のバイアスが遮断されますので、４７ＫΩを通して１２Ｖ電源とつないでいます。
▽Ｌ信号が０Ｖではない場合△
先に出てきましたが、Ｌが６Ｖ、Ｈが１２Ｖの場合などがこれに当たります。
Ｈ／Ｌを作るのはおなじみの２ＳＣ１８１５を利用したスイッチング回路を利用しますが、その先にツェナーダイオードを使用します。
通常ダイオードは、逆電圧を与えると遮断する性質があります。カソード（Ｋ）からアノード（Ａ）には電流が流れません。ですが、ツェナーダイオードというのは、カソード側にある値以上の電圧を与えると、急激に流れるような性質を持った特殊なダイオードです。
その堰を越える電圧をツェナー電圧といい、たくさんの種類があります。ここでは最大１２Ｖですので、ツェナー電圧が５Ｖほどのものを選んでみました。駆動するのもトランジスタ一つですので５００ｍＷクラスの小さいもので大丈夫です。ようするに１２Ｖが入ると、ツェナー電圧５Ｖを越えるので、後続の２ＳＣ１８１５のベースに電流が流れてＯＮになります。ＯＮになれば、ＰＩＣにＬ信号が入るという仕組みです。
５Ｖ以下になるとツェナーダイオードはもとのダイオードに戻りますので、電流が遮断されます。電流が切れるとトランジスタはＯＦＦ（Ｚ）になりますので、コレクタにはプルアップ抵抗の電圧が掛かり、ＰＩＣにはＨ信号が入ります。
２ＳＣ１８１５のベースには抵抗を通してＧＮＤに接続されてますので、これがプルダウンとして働いてベース電流が切れたら、トランジスタを確実にＯＦＦにしてくれます。この抵抗が無いと電源のＯＮ／ＯＦＦで出力がバタつくことがあり、非常にやっかいになります。
▽妙に速かったり、逆にひどく遅い信号を相手にするとき△
これまでは電圧のことばかりを考えてきましたが、速い信号や遅い信号の場合どうするかという問題です。
ＰＩＣがクロック１０ＭＨｚで走っているとき、命令はほとんどが４００ｎＳというサイクルでこなしています。つまりひとつの命令を０.４μＳ、２５０万分の１秒という途方も無い速度で……と思うのはもう過去の話。現在はピコ秒の時代です（１兆分の１秒）。
人間感覚では到底想像できない速度です。実際にどれぐらでＨやＬのチェックをしているか調べて見ます。
ＰＯＲＴ＿Ｂの状態を最速でチェックさせたとしたら、以下のようになると思います。
ＬＯＯＰ：
ｂｔｆｓｓ ＰＯＲＴ＿Ｂ，０
ｇｏｔｏ ＸＸＸＸ
ｇｏｔｏ ＬＯＯＰ
ポートＢがＬになるまでラベル、ＬＯＯＰを繰り返す命令です。ＬになればＸＸＸＸへ飛ぶというプログラムです。
この場合、命令は全部で３つあるので、３サイクルかというと残念ながら、『スキップ』と『ｇｏｔｏ』命令は２サイクルになるので、ＰＯＲＴ＿Ｂが、Ｈのあいだは４サイクルを使用しています。１サイクル０.４μＳなので、１.６μＳ掛かります。
もしそれ以上短い信号で『Ｈ→Ｌ→Ｈ』と来たら、見逃すことがあります。
実際は他にもいろいろとＰＩＣに仕事をさせているはずですので、これはもっとひどくなり、１０～５０μＳの信号でさせえも見逃すことがあります。
どうするか…。
一番簡単な方法は、ＰＩＣのＲＢ０割り込みをを使用することです。
他の処理をこなしている最中でも、割り込みが働き、見逃すことなく処理は分岐します。（割り込み処理の基本 を参照してください。）
▽シュミット・トリガ△
では逆に非常に遅い信号の場合ははどうするかです。
例えば、夕方、陽が落ちたら電気が点くようなシステムを考えます。
明るいときに５Ｖ、真っ暗で０Ｖになるような回路を考えたとします。もちろんデジタル回路でしたら、５Ｖか０Ｖのどちらかしかないので簡単ですが、そんな都合のいい部品はありません。だいたいは光の強さで電圧が変わるか、抵抗値が変わるという部品が一般的です。となると、昼から夜の移り変わりはゆっくりしてますので、その電圧の変化もゆっくりと５Ｖ→０Ｖへと変化するはずです。
どちらにしても夜になれば０Ｖになるので、ポートをチェックして、Ｌになれば『夜』とすればいいわけでして……とは問屋が卸してくれません。
デジタルのＨからＬに変わる、閾（しきい）値の周辺をゆっくりと変化すると、ＨになったりＬになったりバタバタと繰り返してしまい、どちらとも取れない状態になります。普通は瞬簡に切り替わるＨとＬですがゆっくり変化するとこのような不都合が生じます。
この場合、Ｈと認識するしきい値と、Ｌと認識するしきい値に差を与えてやるとうまくいきます。これをシュミット・トリガといい。ＰＩＣのポートのいくつかはこの回路が使われていますので、そのポートを使用するといいでしょう。
ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａの場合。カタログのピンアウトの説明欄で、ＢｕｆｆｅｒＴｙｐｅが、『ＳＴ』と書かれたポートがシュミット・トリガ入力になっています。
次回はＵＳＡＲＴ通信です。
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2018.11.04
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