CPLD実習の導入について - 愛知県高等学校工業教育研究会

ＣＰＬＤ実習の導入について
− 論理回路設計実習の導入に向けて −
愛知県立東山工業高等学校
電子工学科
１
後藤真 吾
はじめに
本校電子工学科では、ディジタル実習としてブレッドボード（ ＩＣトレーナ）で「基本論理素
子」と「フリップフロップ」を利用して実習を行っている。そのため、回路が 複雑になると変更
にかなりの時間を要するため、これを利用しての 論理回路設計実習は困難である。
しかし、その一方で今日の論理回路設計の世界では、ＣＰＬＤやＦＰＧＡ などのプログラマブ
ル・ロジック・デバイス抜きには語れない時代になっている。
そんな中、実習の内容を検討する 時期になり、ディジタル実習の担当となったことが 私自身の
本研究を行うきっかけ になった。
２
ＣＰＬＤの概要
ＰＬＤは、内部の論理をユーザが自由 にプログラムできるＬＳＩであり、 その特徴からＳＰＬ
Ｄ、ＣＰＬＤ、ＦＰＧＡの３種類に分類される。 本研究では、アルテラ社のＣＰＬＤであるＭＡ
Ｘ7000ＳシリーズのＥＰＭ7032ＳＬＣ44-10 を利用した。 その仕様と構造を次に示す。
コア動作電圧：５Ｖ
パッケージ：ＰＬＣＣ
使用可能ゲート数： 600
マクロセル数：32
最大ユーザＩ／Ｏピン数
：36
16 個のマクロセル (組合せロジックを 実現するプログラム可能なロジック・モジュールと順序
回路を構築するためのＤフリップフロップから構成されている もの)を 1 つのブロック（ＬＡＢ：
Ｌogic Ａrray Ｂlock）にまとめ、ＬＡＢ間を接続する 配線領域が内蔵されている。ＥＰＭ7032
Ｓには 2 個のＬＡＢが用意されている。
３
ＣＰＬＤ実習の導入過程と実践
(１)
ＣＰＬＤ 学習セット
本研究を始めるにあたって、最初に取り
組んだものが、ＣＱ出版社から発売してい
た「ＶＨＤＬで学ぶＣＰＬＤ学習セット」
であった。
(２)
実習のためのハードウェア／ソフトウェア
実習として導入するに当たり、予算の面とソフトウェアの面から自作することにした。(学
習セットではライセンスの関係で ＶＨＤＬでの論理設計ができない )
ア
ハードウェア
ＣＰＬＤ
ダウンロードケーブル
パソコンで設計した回
路をＣＰＬＤにダウンロ
ー
ド
(ＥＰＭ7032ＳＬＣ44−10)
す
るためのケーブル
(回路図はアルテラ社の Web ページ
(http://www.altera.co.jp/)
制御対象
トグルＳＷ：4 個、押ボタンＳＷ：2 個、ＬＥＤ：4 個、
７セグメントＬＥＤ(2 桁)、外部端子(クロック、クリア )、
ダウンロード用端子(ＴＣＫ、ＴＤＩ、ＴＤＯ、ＴＭＳ ）
イ
ソフトウェア
「ＱＵＡＲＴＵＳ Ⅱ Ｗｅｂ Ｅｄｉｔｉｏｎ 」
MAX+PLUS II BASELINE
からＶＨＤＬによる論理回路設
計実現のために変更した。この
ソフトウェアは 無償で提供され
ている。(アルテラ社)
また、使用については
MAX+PLUS II BASELINE か
らの移行を想定しており、メニ
ューが違和感なく利用できる。
４
おわりに
ソフトウェアを「ＱＵＡＲＴＵＳⅡ」に変更した ことでＶＨＤＬを利用した論理回路設計に対
応できた。まだ課題研究での利用にとどまっているが、実習での展開に組み込んでいきたい。