TD4の命令を実行できる自作CPU「Kageki」とロジックICの74HC595を用いてLEDの点灯位置を動かしてみた。

74HC595

74HC595はロジックICの一つで、シフトレジスタとDフリップフロップが組み合わさっている。
以下の図のように、データ入力SIとクロック入力SCKを用いてシフトレジスタに値を送り込み、クロック入力RCKを用いて送り込んだ値を一斉に出力ピンQA～QHに反映できるようになっている。
また、シフトレジスタの値を直接出力するQH'を次段のSIに接続することで、複数の74HC595を数珠つなぎにして利用できる。

なお、他にシフトレジスタをゼロクリアする入力や、出力ピンをハイインピーダンスにする入力があるが、今回は扱わないので省略した。

74HC595を用いたLED点灯回路

74HC595のQA～QHの出力ピンをそれぞれ抵抗を経由してLEDに接続した、以下のような回路を作成した。
LEDは、左から順にQA～QHに対応する。
さらに、この回路では、電源および74HC595の各入力をKagekiの出力ポートに直結できるようにしてある。
74HC595の入力~GはLOW固定、~SCLRはHIGH固定とした。出力QH'は接続しない。

設計表面	設計裏面

実物表面	実物裏面

なお、今回の基板およびLEDは以下のものを用いた。

ピンの配置が異なるが、以下のモジュールも同様に利用可能であると推測できる。(未確認)

プログラム

位置 機械語   アセンブリ言語
--------------------------------
0    00001000 FIRST: ADD A, 1000
1    11100101        JNC ONE
2    00001000        ADD A, 1000
3    00000001 DLOOP: ADD A, 0001
4    11101001        JNC ZERO
5    10110001 ONE:   OUT 0001
6    10110101        OUT 0101
7    00110111        MOV A, 0111
8    11111010        JMP DOWN
9    10110100 ZERO:  OUT 0100
A    10110000 DOWN:  OUT 0000
B    01010010        ADD B, 0010
C    11100011        JNC DLOOP
D    10110010        OUT 0010
E    10110000        OUT 0000
F    11110000        JMP FIRST

Aレジスタを点灯させる位置、Bレジスタを送信するビットの位置として用いる。
0～1番地で、Aレジスタの値を確認し、1000未満 (この先8ビット分キャリーが出ない) の場合は強制的に次のビットは「1」を送信するようにする。(全部消灯という状態を作らせない)
2番地で、確認のための加算を打ち消している。
3～4番地で、Aレジスタに 0001 を加算し、次のビットを「1」にするべきかの判定をしている。
5～8番地で、シフトレジスタに「1」を送信し、Aレジスタに 0111 を格納している。(次に「1」を送信するのは9ビット後)
9～A番地で、シフトレジスタに「0」を送信している。
B～C番地で、送信したビットの位置を管理している。
D～F番地で、8ビット送信したので出力ピンを更新する信号を送り、次の8ビット以内にも「1」を送信できるようにする処理に進んでいる。

実行結果

出力ポートの各ビットを74HC595に以下のように接続して実行する。

Kageki	74HC595
0	SI
1	RCK
2	SCK
3	-
GND	GND
VCC	VCC

以下のように、LEDの点灯位置が移動していく様子を確認できた。

Kageki (TD4互換機) と74HC595で流れるLED

74HC595

74HC595を用いたLED点灯回路

プログラム

実行結果