北海道大学工学部情報エレクトロニクス学科システム情報コースシステムデザイン System Design PART-III 電気電子システム設計(3) 小笠原悟司：システム変換学研究室 2007/06/26 センサの形式タコ・ジェネレータ速度発電機パルス・ジェネレータ一回転で決まった数のパルスを発生レーザ・エンコーダレーザの干渉を用いてパルスあるいは正弦波を発生レゾルバロータリエンコーダ移動量：パルス数速度(ディジタル)：単位時間当たりのパルス数速度(アナログ)： f/V変換レゾルバ R/D変換 R/D変換器 αとβの誤差を零にするフィードバックウォーターフォール型開発プロセスの例滝から水が落ちていくように，開発を順番に進めていく出展：開発プロセスの基本を学ぶ内藤裕史日本アイ・ビー・エム http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/lecture/20061130/255501/ 品質保証の観点から見たウォーターフォール型開発プロセス「品質の埋め込みプロセス」と「品質の確認・検証プロセス」に分け，前者の仕様を後者で検証していく。両者の対応関係がV字型になるので，ウォーターフォール型をV字型モデルと呼ぶこともある出展：開発プロセスの基本を学ぶ内藤裕史日本アイ・ビー・エム http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/lecture/20061130/255501/ 制御システムをどのように構築するかハードウェアアナログソフトウェアディジタルディスクリートディスクリート機械語 OPアンプ標準ロジックアセンブラアナログIC (特定機能) PLD/FPGA 高級言語 ASIC OS アナログかディジタルかアナログ制御は，直感的に解りやすく，処理速度にも制限がなく，完全な連続制御系である。しかし，温度変化，経年変化に対する安定度が低く，精度や雑音の点でも優れているとはいえない。ディジタル制御は，安定性，制度，雑音などの点では優れているが，離散(サンプル値)制御系となり，ディジタル処理システムはサンプル周期ですべての制御処理を終了できる能力が必要である。アナログ/ディスクリート回路トランジスタ，抵抗，コンデンサなどの個別部品を組合わせた回路で構成現在ではアナログのディスクリート回路で制御回路を構成することはほとんどない。電力増幅回路，高電圧回路など特殊な部分では，アナログ・ディスクリート回路がどうしても必要になる場合もある。アナログ/OPアンプ回路演算増幅器(OPアンプ)を用いた演算回路 (加減算器，積分器，非線形回路)などを組合わせて制御回路を構成アナログ制御回路を構成する最もポピュラな方法 OPアンプ回路に精通しておくことは重要アナログ/IC回路特定機能を集積したアナログICを利用する，あるいは制御回路そのものを実現するアナログICを作製して制御回路を構成特定機能ICの代表例としては，アナログ乗算器，変調/復調器，PLL(Phase Locked Loop)などがあげられる。アナログICを有効に使えばコンパクトな制御回路を設計することができる(特に製品化の場合には有利である。) OPアンプ回路の基礎(1) Z1 Z2 機能 R R 反転増幅器 R C 積分器 R CR並列一次LPF R CR直列 PI OPアンプ回路の基礎(2) PLL(Phase Locked Loop) f ÷m f×f n÷m 位相検波 VCO ÷n 入力と出力の位相がロック任意の周波数を合成(周波数シンセサイザ) ディジタルとアナログのI/F コンパレータ(1bit A/Dコンバータ) A/Dコンバータ逐次比較形， ⊿ ∑形，フラッシュ形などの種類により，分解能，変換速度が異なる。 D/Aコンバータ抵抗ラダー型が有名センサとのインターフェース I/V変換，f/V変換，R/D変換ソフトウェア処理かハードウェア処理かソフトウェア処理は，μコンピュータやDSPのプログラミングにより実現する。非常にフレキシブルな反面，μ秒オーダ以上の処理時間が必要である。ハードウエア処理は，論理回路により実現する。処理時間が早く並列処理も容易である反面，回路規模が大きく変更が困難である。最近は PLD/FPGAが使われ，フレキシブルになってきている。ディジタル/ディスクリート回路トランジスタ，抵抗，コンデンサなどの個別部品を組合わせた回路で構成現在ではディスクリート回路で論理回路を構成することはほとんどない。リレー駆動回路など一部でトランジスタを用いたディスクリート回路が使用されている。ディジタル/標準ロジック回路標準ロジックIC(ゲート回路，エンコーダ/デコーダ回路，加算器，フリップフロップ回路，カウンタ，ラッチなど)の個別ICを組合わせた回路で構成する。 TTL(74LS,74F)，CMOS(74HC)などのシリーズがある。現在では標準ロジックICで論理回路を構成することは，PLD/FPGAの発展とともに少なくなってきている。オープンコレクタ(OC)，オープンドレイン(OD)などのワイヤードORには，ゲートICが必要不可欠である。ディジタル/PLD・FPGA回路 PLD(programmable logic device)/ FPGA(Field Programmable Gate Array)は自由に論理回路をプログラムできるデバイスである。ハードウェア記述言語(HDL)で記述して論理合成する。論理シミュレーションにより動作確認後，実際にデバイスに書き込む。HDLとしては， VHDLとVerilog HDLが有名現在ではデバイス内にμコンピュータやDSPを実装することも可能になっている。ディジタル/ASIC回路 ASIC (Application Specific Integrated Circuit) とは、特定の用途向けの集積回路である。ディジタル乗算や浮動小数点演算などの特定の処理や，特定の機器の演算処理などを集積回路にしたもの。主に大量生産される機器に使用される。