電子回路のスナップスイッチoff/onとは？

質問

情報処理技術の勉強中です。論理計算理解するうえで図中の回路でのXYの意味がわからないと次に進めないでいます。電圧の高低で1（真）、0（偽）となるのですが（デジタルはビットで0と1の世界）、そもそもXYの役目とはキーボードを入力したときXが1、Yが0または、Yが1、Xが0というように自動で切り替わるものなのでしょうか？

回答No.11

kent85

> 4つの回路があるのですべて使用しているとは限らないのでしょうか？
限りません。
目的の動作が出来ればOKですので1つしか使わない場合もあります。
実際に使われる回路だと、こんなにシンプルな構成はありません。
通常IC内に複数ある回路をほとんどフルに使っていると思います。

でも今回のは、実験用途なので1つですね。

> XYというのは、あくまでも論理計算をさせるために
いいえ。提示の図のICを使うものは全て論理演算がされます。
このICの中の回路は論理演算回路が入っているからです。

AND/OR/NOT/XOR/NAND あたりがシンプルな論理演算です。
専用のIC部品がそれぞれ存在します。(中は論理演算回路です)
IC部品メーカーのカタログを見てみるといいでしょう。
複雑なものは、単純な論理演算回路がいっぱい組み合わさったものです。

> あえてXYという回路を問題にしているにすぎないということでしょうか？

今回のは、説明がしやすいように端子名をX,Yとしているんだと思います。
前に説明しましたがIC部品の足=PIN=端子名称は、メーカーが定義しています。
ユーザはICの端子名、またはPIN番号を用いてやりとりします。

今回なぜ X,Y という端子名にしたのかは、回路制作者にお聞きください。

> 一つの線であれば論理演算は必要ではないことですよね。　

いいえ。
#9で例であげたとおり、1入力==>>1出力な論理演算もあります。
論理演算には種類がたくさんあるのは、ご存じですか？
教科書に載っているはずですよ。

例）AND回路の出力をNOT回路を入れ込むと
　　　　ANDの否定(逆)なので ==>> NAND回路になります。

お礼

回路についていろいろ調べてみました。and、nand、or、XOR、not、etc
と種類があることがまず理解できました。また、組み合わせでnandやorになることも理解できました。反転させたり慣れないと問題を解くのが大変ですが、コツコツ理解に努めます。また、わからないことがあったら質問させていただければと存じます。kent85さん、誠にありがとうございました。

回答No.10

kent85

#7の回答へのお礼部分の質問ですけど
だいたいのところはOKです。

#8でスイッチが　2個と書きましたが
#9でスナップスイッチ=トグルスイッチの写真を添付しました。
本来は、写真にあるようなのを「２つ」使ってやるんだと思います。

質問者が使ってる環境が
・キーボードの Aキー
　→Aスイッチ : ON/OFF : Xへの入力

・キーボードの Bキー ( 仮に Bだったとすると )
　→Bスイッチ : ON/OFF : Yへの入力
だとしたら、もう少し楽に考えられますよね？

何かどこかに説明書か何かあるのかもしれませんよ。
誰かに聞けばわかるでしょうけど…

回答No.9

kent85

> 電子回路というのは、必ずXY端子があってYに配線されているのではないのですか？

いいえ、違います。( 必ずXY端子があるわけではありません )
今回の図中のICが、X,Y であるだけです。

電子回路は、たくさんの種類があります。
IC部品もたくさんあります。

IC部品であれば、ICの足=PIN=端子にはICメーカーが
「データシート上に端子名を定義してある」はずです。
その端子名称には「必ず X,Y」という名称がついているわけではありません。

例えば、Inverter = インバータ = NOT回路は、1入力-->>1出力です。
　SN74HC04 - Hex Inverters
　　このIC部品は、ICひとつの中に NOTが 6回路あります。
　　1A->1Y / 2A->2Y / (省略) / 6A->6Y とVcc+GNDで 14PIN ICチップです。

あるいは、5入力 -->> 1出力な IC部品もあります。

質問者が提示された図のICにも、IC内に回路が 4つ入ってますが
使用しているのは 1つです。あとの 3つは未使用ですよね？

> それでは、なぜ、XYの論理計算が必要になるのでしょうか？

質問です。
この回路での実験目的は「論理計算を学ぶためのもの」
とは違うのですか？

回答No.8

kent85

※図ですが、解像度というかサイズが小さいためつぶれてしまい
　細かい文字のところまでは読み取ることが出来ないでいます。(ZOOMしても)

> やはりYにこだわっています。
> 論理回路図には添付したように、XYの入力端子があってLEDに出力されます。

添付の「図」は、X,Yと名付けた端子があり、出力はLEDに配線されています。

§「キーボード上の Aキースイッチ」は、
§Y端子に対して配線されていないはずなので影響はありません。
§無関係です。Yは、以前の状態のままです。

> 論理計算上は必ずXYでの計算結果がLEDで出力となるので、
> ご説明にあったXのキーボード操作のoff/onは理解できたつもりです。

スナップスイッチは、トグルスイッチとも言います。
# スイッチの写真でいいのがあれば、添付します
このスイッチは、通常何も指定がなければ１個の信号線(1本の電線=電気)を
ON/OFFするものです。

コタツのスイッチとか、部屋の電気をON/OFFさせる壁のスイッチと同様
１個のものしかON/OFF出来ません。

一番左下の↑は、スナップスイッチ (Aキースイッチ) で Xへの入力です。
その隣の↑にも、スナップスイッチがあって、 Yへの入力となっています。

ですから、本来スイッチは「２つ」あるはずです。

だけれども、Yへの入力＝スナップスイッチの役割をしている「はずの」
「キーボート上のキーが、私には知らされていないので」答えられないのです。

※下に赤い？文字で何か書いてありますが、図の解像度が低いため
※読み取れていません。

§「キーボード上の Aキースイッチ」は、
§Y端子に対して配線されていないはずなので影響はありません。
§無関係です。Yは、以前の状態のままです。

というわけで、こんな答え方をしました。
Yへの入力は、Y専用スイッチで操作するはずですが、違いますか？

X,Yへの入力を各スイッチそれぞれ「ばらばら」にいじって
LEDの点滅を見ながら、動きを学ぶというものですよね？

※そもそも、この回路は質問者が「図を見て」配線したんですよね？

お礼

＞※下に赤い？文字で何か書いてありますが、図の解像度が低いため
※読み取れていません。
　「電圧の高さで入力や出力を決めます。電圧が高いとき1、低いとき0とします。」と書いています。
　なるほど、そうだったのですか。そもそもXYには個々にスイッチが繋がっているとは思っていませんでした。図中にはXYの線は一つのスイッチに繋がるものと思って書いてました。
＞※そもそも、この回路は質問者が「図を見て」配線したんですよね？
　論理計算の章でつまずいたので、あるサイトでXY/真偽/1・0の考え方で添付の図があったので、この図を基に展開してまいりました。自分で配線はしておりません。情報処理の学習のためです。Aのkeyを押すとX=on=1　Y=off=0、Bのkeyを押すとY=on=1　X=off=0となることですね。
＞NO9より・・・質問者が提示された図のICにも、IC内に回路が 4つ入ってますが使用しているのは 1つです。あとの 3つは未使用ですよね？
　使用しているか使用していないかはわかりません。サイトに4つの回路があったので引用させていただきました。4つの回路があるのですべて使用しているとは限らないのでしょうか？
＞NO9より・・
＞質問です。この回路での実験目的は「論理計算を学ぶためのもの」
とは違うのですか？
　そうです。論理計算を学ぶためです。質問させて頂いた
> 電子回路というのは、必ずXY端子があってYに配線されているのではないのですか？
に対しまして
＞いいえ、違います。( 必ずXY端子があるわけではありません )
＞今回の図中のICが、X,Y であるだけです。
＞とお応えしております。
XYというのは、あくまでも論理計算をさせるためにあえてXYという回路を問題にしているにすぎないということでしょうか？一つの線であれば論理演算は必要ではないことですよね。

回答No.7

kent85

> すみません。詳しい回答誠に感謝します。Yの働きが理解できません。

たとえ話をしてみますね。

一人暮らしをしていて、テレビが二台あります。
あなたが、リモコンを使って１台のテレビの電源をON/OFFしています。(X)
もうひとつのテレビに対しては、操作していません。(Y)

Yのテレビの状態はどうなっていますか？

つけっぱなしであったのか、消していたのか、どちらかだと思いますよ。

お礼

キーボードのkeyボタンを例に展開をして頂きましたが自分なりに
整理しました。つまりは、

電子回路にはXY端子がスナップスイッチに接続になっており、ある
回路では、スナップスイッチの基盤での結線にもよるが、例えば
キーボードのAボタンを押したときには5v 回路だったらX=on=1、
Y=off=0

逆にある別の回路ではスナップスイッチの基盤での結線にもよるが
キーボードのAボタンを押したときには5v 回路だったらX=off=0、
Y=on=1となる。

個別の回路では、XYの電圧の入力がX=0やX=1、Y=0やY=1に
入れ替わったりはしない。
どうでしょうか？ど素人の思考です。ご査収の程、お願いします。

回答No.6

kent85

> すみません。詳しい回答誠に感謝します。Yの働きが理解できません。

あ、Y への入力ですね。
IC部品は、これまでの説明のとおり、規定の電気以下の場合は OFF=0 とみなされます。

# キーボード上の AスイッチOFF ==>> OFF:0 ==>> X

Y に対しての説明が、これまでなされてなかったので配線状態が不明だったのですが…
「キーボード上の Aキースイッチ」を操作しての入力の変化は
Y端子とは無関係なはずなので、以前の状態そのままです。
( ONだったらONのまま、OFFだったらOFFのまま )

Y 端子に対して、配線がされていなければ(未接続)　→　Y端子への入力は規定電圧以下
　→ OFF:0 扱いになっている　です。
　　　→ AND回路だったら X端子をいくら変更しても Y端子が0:OFFなので出力結果は 0=OFFですね。

# ○×端子は、○×ピン (ICの足である PIN)
# 足 = PIN が、いっぱいある「長方形」タイプなICは、、「げじげじ」とか言います。
# 等価回路の説明まで延びそうだ…
---------

§PCのキーボードで Aと押す ==>> Xに電気が流れていることになる。
§　　(Aスイッチ=ボタン) : 1 : 信号=電気ON
§　　→押している間中、 Xに対して 1:ON 信号を入力している
> Yはこの場合は、どうなるのでしょう？

「キーボード上の Aキースイッチ」は、Y端子に対して配線されていないはずなので
影響はありません。　無関係です。　Yは、以前の状態のままです。

§PCのキーボードからAを離す ==>> Xに電気が流れなくなる。
§　　(Aスイッチ=ボタン) : 0 : 信号=電気OFF
§　　→離したのでOFF、 Xに対して 0:OFF 信号を入力している
> Yはこの場合は、どうなるのでしょう？

「キーボード上の Aキースイッチ」は、Y端子に対して配線されていないはずなので
影響はありません。　無関係です。　Yは、以前の状態のままです。

-------- 以下は、当てずっぽうで -------

Y 端子への入力をいじくるスイッチが、あるはずです。(実験なので)
キーボードのカーソルや、マウスでクリックしたりとか、、、

キーボード上の Aキースイッチの他に、Y端子手前にスイッチがあって
'B' / 'C' / 'D' とかのキーを押すとトグルで ON/OFFを操作できる…とか？

# 使用しているソフトが不明なので、答えられません。

-----

配線されたIC部品を観たことがなければ、家の中にある壊れた家電かリモコン

防災用みたいな携帯用ラジオ (980円で売っているようなラジオ) を
ドライバで、ばらして、中を観るのが一番です。
ぶっこわれた、マウスでもいいかな…

動いているもので試すと、こっぴどく怒られます。
# 怒られるだけで済めばいいんですが…

デスクトップパソコンなら、電源コンセントを外した状態で
ケースを空けて中を覗けば、一発ですね。

お礼

熟読して思考して探って見ましたが、やはりYにこだわっています。論理回路図には添付したように、XYの入力端子があってLEDに出力されます。論理計算上は必ずXYでの計算結果がLEDで出力となるので、ご説明にあったXのキーボード操作のoff/onは理解できたつもりです。ただ、

＞「キーボード上の Aキースイッチ」は、Y端子に対して配線されていないはずなので影響はありません。無関係です。Yは、以前の状態のままです。

電子回路というのは、必ずXY端子があってYに配線されているのではないのですか？それでは、なぜ、XYの論理計算が必要になるのでしょうか？

回答No.5

kent85

電圧によって 1/0　と判定されるのがよくわからないというのであれば
・ICには電気特性があります。その部品によって違います。
・仮に5v駆動品とすると、1.8v以上の電気で 1=ON とされます。4v / 5v ※100vは壊れます。
・それ以下のものは 0=OFF とします。 1v / 0.5v

ここらは、IC部品のデータシートといわれる部分に記述されています。

実際に、電源→変圧→実配線(IC等を) して、スイッチを切り替えたりして
動作実験を行う場合には、テスターやオシロスコープを用います。
部品のチェックや必要としている回路の動作チェックです。

しかし実配線しての確認は、実機環境がないと不可能です。
ですので勉強目的や、回路設計とかをする場合には
サーキットシミュレータというソフトウェアを使用します。
模擬入力・模擬駆動・模擬実験の世界です。

# PCから、物理的に配線とスイッチをつけてICに対して
# 操作しているのであれば、別です。

模擬で擬似的に「仮想で回路を組み立てて」、「擬似的に回路を成立させている」状態なので
その回路上では、電気が流れているんですよ。

Aというキーを押すと、Xのところに「5v の電気が流れていることなっている」
　→それに沿って IC部品は 動作する
　　　→ 質問者は回路がANDで動いていることを確認できる

　　　　→もし出力(左から３つめ)に配線がなされていれば、たぶんLEDランプという形で
　　　　　質問者は、動作確認ができる。
　　　　　配線されていなければ、出力電圧測定で判断できる。

本来の目的は、AND/OR/NOT/NAND/XOR なんかの論理回路の学習用なんですよね。

ICの世界だと、特定の (2vなど) 基準値から上が ON=1 / 下が0=OFFと見なされます。
でも情報処理というより、電気とか電子系のお話ですね。

回答No.4

kent85

実験・設計用模擬回路というか、サーキットシミュレータという類の
ソフトウェアを使用しているのであれば

PCのキーボードで Aと押す ==>> Xに電気が流れていることになる。
　　(Aスイッチ=ボタン) : 1 : 信号=電気ON
　　→押している間中、 Xに対して 1:ON 信号を入力している

PCのキーボードからAを離す ==>> Xに電気が流れなくなる。
　　(Aスイッチ=ボタン) : 0 : 信号=電気OFF
　　→離したのでOFF、 Xに対して 0:OFF 信号を入力している

回路の出力結果は電気なので見えません。
ですので見えるようにランプがあります。(LEDランプ=豆電球)

こんな具合なんだと思います。操作しているソフトと画面が見えないためわかりません。

入力が１種類の信号しかない NOT回路 という部品だったらわかりやすいですか？

ICというのは回路です。
回路はデータが与えられたら、規定の動作して結果を出力します。

入力信号　＝　とある信号＝データを入れる とかという言葉の使い方をします。
回路側にしてみれば、こういうのが来たら(入力信号)処理して、結果を出力する(だけ)。
外部からの入力が変化したら、1-->>0 それに従って動作する。

道路の信号機の概念とは、、少し違和感があるかもしれません。

# 1/0 : ON/OFF : AND回路の説明をしていたので出てこないのですが
# アナログデータであれば、入力信号が100とか10とか555とかあります。
# バイアス回路とか、フィルタ回路とか……電源回路とか…

お礼

すみません。詳しい回答誠に感謝します。Yの働きが理解できません。
＜PCのキーボードで Aと押す ==>> Xに電気が流れていることになる。
＜　　(Aスイッチ=ボタン) : 1 : 信号=電気ON
＜　　→押している間中、 Xに対して 1:ON 信号を入力している
Yはこの場合は、どうなるのでしょう？

＜PCのキーボードからAを離す ==>> Xに電気が流れなくなる。
＜　　(Aスイッチ=ボタン) : 0 : 信号=電気OFF
＜　　→離したのでOFF、 Xに対して 0:OFF 信号を入力している
Yはこの場合は、どうなるのでしょう？

よろしくお願いします。

回答No.3

kent85

忘れていました。

X / Y の手前に位置するスイッチは
X / Y の電気をONしたりOFFしたり、好き勝手にいじくれます。
( 変更できます。…だっていじくって試すことが目的 )

スイッチは押しボタンだったりします。
　電気を流したり　: ON : 1
　流さなかったりします。: OFF : 0
ごく単純なスイッチの役目はそれだけです。

なんとかスイッチというのは、スイッチの種類の名称です。
それによって動きが変わります。
# スイッチ==接点　接点はJISで20種類ぐらい定義されています。
# ボタンを押したときに、電気が流れるのが A接点
# ボタンを押したときに、電気がストップするのが B接点

コタツのスイッチとか、パソコンの電源スイッチとかありますよね。
電源タップのスイッチとか・・・
トグルスイッチとか…タンブラースイッチとか…

もちろん、実験では手でいじくれるようになってますが
本番の電子回路＝基盤は、目的にそって作られています。

論理回路というかソフトウェアのプログラムでも同じです。

回答No.2

kent85

なるほど。
ええと「論理」なので　1と　0なんですよ。
ここでは電気回路としましたが、光回路では入力は光です。ビット信号でもなんでもかまいません。
どんなデータでも「かまわない」んです。　

実際は実物のターゲットによって「入力データの定義」というのは変化します。
論理構造なんですよ。ロジツク。

ですから
1:○　まる　が書かれた紙
0:×　ばつ　が書かれた紙
AND回路 (例えば質問者の頭で判断する…AND君)
としたときに

○ : 左手に入力 : Xへの入力信号　: ○ (まるという文字が書かれた紙) : ON : 1
× : 右手に入力 : Yへの入力信号 : × (ばつという文字が書かれた紙) : OFF : 0

これは、左手Xに○というデータ、右手Yに×というデータをあたえられた
質問者(AND回路) は、 AND回路であるという定義に従って 1と0 なので「答えはゼロです」と
喋るといえばわかるでしょうか？

ではもう一度、入力データを変えて
・左手に　○ : ON : 1
・右手に　○ : ON : 1
質問者(AND回路) に渡します。　すると 1と1 なので「答えはイチです」と喋るはずです。

さてあとふたつのパターンは、わかりますか？

では元の質問である、電気回路のAND回路に対して、同じように入力データの電気を与えたら
どう動くのでしょうか？
やっぱり AND というものの定義に従って、動作しますよね？

5v 回路だったら
　ONが5ボルトの電気を流す : 1
　OFFは 0.01 ボルトの電気 : 0
(一定より弱い電気だとオフになる。ゼロボルトでもかまわない)
なんてのだとわかりますか？

# ICは、基本的に電気で動きます。
# 電気を与えられるとIC本体が動くようになり
# XとYに接続された電気情報(入力値 X/Y)で AND回路が「動作」するんです。

お礼

＞「論理」なので1と0なんですよ。
これはわかります。が、PCでのキーボード入力した際の電気真信号としてのX、Yの役割、働き（例えば、Aのkeyを押下時点でX=1=on、話した時点でY=0=off・デジタルはビットで0と1の世界）を具体的に知りたいのです。データ入力は当然キーボードからの入力になり、XYの電圧off/onから論理計算で判定され出力されるのですから・・・。よろしくお願いします。