Dice

最初に考えたのはフリップフロップＩＣ
　最初は，以前使ったことのある74HC175というＤフリップフロップが４個入ったＩＣを使おうと考えました。
　Ｄフリップフロップ(D.FF)には，入力端子D，出力端子Q，クロック端子Clk，リセット端子Rがあります。
　基本的には，クロックの立ち上がりで，その時点のDの値に従ってQの値を出力する機能を持っています。
　リセットは，それがONの間出力QをLowにします。

　サイコロの目は，１から６までですから，順番に１から６までの信号を繰り返し出す回路を用意しなければいけません。　これを，人間がコントロールできないような超高速で動かせば，サイコロを振るのと同じように，ランダムな値が出るものと考えて差し支えないと考えられます。

　これは，カウンタから１の信号が出たときは，サイコロの１の目，２の信号が出たときは，サイコロの２の目のＬＥＤが点灯するための回路です。
　なお，スタート・ストップの回路は，カウンタ回路を決めてから考えます。

　というわけで，D.FFを下のようにつなげるとカウンタになるはずです。　　このとき，たとえばQ1=D2からQ2に切り替わるときに，クロックの立ち上がり時に，Q2が1になる前にQ1=D2が0になってしまったら，うまく動作しません。物の本には，一般にはQ2が立ち上がるほうが早くなるようにICができているので，普通は問題ないと書いてありました。
　これで，1,2･･･6と順番に進めるカウンタの基本機能はＯＫとなりました。しかし，6から1に戻るための構成を考え出すことができません。
　このため，このアイディアはしばらくの間脇に置かれたままになりました。

８進カウンタ(4022)を６進で使う
　ある本で，８進カウンタＩＣ(4022)を５進で使ったのタイマーを製作記事を目にしました。これは，簡単に６進に応用できます。
　4022は，ResetしたときQ0がONとなり，次からClockごとにQ1,Q2･･･Q7,Q0,Q1････とONしていきます。サイコロの目が八つならばそのまま使えるのですが。なお，Clock EnableをONにすると，Clockを遮断してカウンタ動作を中断できます。
　Q6をReset端子と直結しておくと，Q0,Q1･･･Q5ときてQ6になった瞬間にリセットされQ0のONに戻ります。人間には，
Q0,Q1,Q2･･･Q5,Q0,Q1･･･Q5,Q0･･･
のリングカウンタ動作をしているように見えるのです。

　右の回路をで実験したらうまくいきました。
　SW1を押すとLEDが順番に点灯していって，Q5のLEDの次にQ0に戻ります。Q6もμsecオーダーで点灯しているはずですが，目には止まりません。
　この回路で電源をONすると，ClockがたまたまLowになるようで，その後は，SW1を押すとClockが立ち上がりこの時カウンタが１つ進みます。SW2を押すとClockがLowに戻ります。

　めでたし，めでたしと，この回路にしようかと思いましたが，4022の値段をみると74HC175に比べると結構高いのです。そこで，この回路は候補として残したまま，いろいろとカウンタについて調べてみました。

D.FFで６進カウンタが組めた
　本を見たり，ＨＰを見たりしているうちに，右図のような回路を見つけました。なるほど，Ｑの出力をとると６進のリングカウンタになっています。
　学校で教わるような基本的な使い方なのでしょうが，素人がこれにたどり着くのは大変でした。
　
　これで，決定です。そしてうまいことに，実回路図を作るために規格表をめくったら，Ｄ．ＦＦがちょうど６個入っている
74HC174というＩＣが目に止まりました。
　これも，下図の回路で実験したらうまく動きました。なお，このとき多入力のＮＯＲには，4078というＩＣがあるのですが，安くしたいのと，プリント基板作成時の配線の引き回しを楽にしたいために，ダイオードとインバータで置き換えました。

　サイコロの目が出たときに点灯するＬＥＤに，a，b･･･と名前を付けると，その関係は右上の表のようになります。うまいことに，ｂとｃ，ｄとｅ，ｆとｇは，それぞれ一緒に点灯するので，ＬＥＤの点灯回路を４つにまとめられます。もしこれが，５つとか６つならば回路が複雑になりすぎ，趣味のレベルではちょっと作る気がなくなります。
　むしろ，このことに気がついたので電子サイコロを設計できるかと思い立って，カウンタのことを調べ始めたのです。
　デコード回路は，賽の数が１のときはａだけ点灯，２のときはｂとｃが点灯，というようにすれば良いので，いつものダイオードスイッチにで，ＬＥＤ点滅制御のトランジスタをON，ＯＦＦさせることになります。

　スタート・ストップ回路は，使ったことのある新電子工作入門(講談社，ブルーバックス，西田和明氏著)の電子数字式ルーレットの回路をとりあえず使います。動作原理等が，いまひとつ分からないのですが，実験結果で判明できたら記事にします。

　SW2を押すとサイコロが回り始め，離すとだんだん回転が遅くなって最後に止まるという仕組みにしたかったのですが，上の回路ではうまく行きませんでした。
　それは諦め，単にサイコロの回転をON-OFFするだけの回路にしようとして，C1を外すとうまく行くと思いました。ところが，今度はサイコロが暴走してスイッチが全然効かない他，サイコロの周りが遅くなったり急に早くなったり「エ～！｣となりました。
　スイッチ取り付け個所を変えてみたり，3時間位もやったでしょうか。パニックになっていたのだと思います。結局は，CMOSの入力端子をオープンにしてはいけないという基本に気がつき，クロック端子に10kΩのプルダウン抵抗を入れたところ治まりました。
　プルダウン抵抗を入れておくと，SW2が開いているときはこの抵抗をとおしてクロック端子はグラウンド電位になります。また，プルダウン抵抗もクロック端子の入力抵抗も大きな値なので，SW2を閉じたときはクロック端子で必要な電位変化を確保できます。