LEDルーレット回路：555タイマー＆CD4017カウンター完全ガイド

555タイマー＆4017 ICを使用したフラッシングLEDルーレット回路図

カジノゲームに「ルーレット」というフランス語由来のゲームがあります。この回路はルーレットホイールゲームの動作を模倣しているため、この名前が付けられました。この回路はタイマーICと、10進カウンターと呼ばれる特殊なIC「CD4017」で構成されます。

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LEDルーレット回路図

以下はLEDルーレット回路の回路図です。

必要な部品

1. 555タイマーIC
2. 10進カウンター CD4017 IC
3. LED 8個
4. 220Ω、1kΩ、10kΩ 抵抗
5. 10µF コンデンサ
6. ポテンショメータ
7. 9V電池（回路電源用）

555タイマーIC

555タイマーICは主にパルス生成と発振器として使用されます。555タイマーICのピン配置図を以下に示します。

ピン番号	ピン名	機能
1	GND	グラウンド基準電圧
2	TRIG	出力制御
3	OUT	Vccより約1.7V低い電圧またはグラウンドに駆動
4	RESET	タイミングインターバルのリセット
5	CTRL	内部分圧器へのアクセス提供
6	THR	タイミングインターバル停止の閾値として動作
7	DIS	コンデンサ放電用オープンコレクタ出力
8	Vcc	正の電源電圧

555タイマーICには、バイステーブル、モノステーブル、アステーブルの3つの動作モードがあります。

• バイステーブルモード：ロウとハイの2つの安定状態信号を生成。出力信号はリセットピンとトリガーピンで制御されます。
• モノステーブルモード：トリガーボタンからの入力指示を受けると単一パルスを生成します。
• アステーブルモード：外部回路に接続された2つの抵抗とコンデンサの値に基づいた正確な周波数で連続パルスを生成します。

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10進カウンターIC 4017

本回路では、LEDが周期的に繰り返し点滅するためのタイマーが必要です。10進カウンターIC CD4017がこの用途に最適です。このICはCMOS 10進カウンターで、CMOS技術をベースに動作します。カウンターの実装方法はいくつかありますが、このICはCMOS技術を採用しています。名前の通り、このICは0から10までカウントできます。発明者にちなんで「ジョンソン10段カウンター」とも呼ばれます。

このICは一般的に低レンジカウント用に使用されます。レンジは高くありませんが、いくつかのユニークな特徴があります：

• 動作電圧範囲：3〜15V
• トランジスタ・トランジスタ・ロジック（TTL）と良好に動作
• 高クロック速度：約5 MHz

CD4017 ICのピンアウトは以下の通りです。

上図の通り、このICには16ピンあります。10個の出力ピン（1〜7、9〜11）があり、それぞれ順序付けられています。この順序で順次ハイレベルになります。タイマーICからの入力が、連続する出力がハイになるタイミングを提供します。第9出力に達するとプロセスが繰り返されます。出力ピン以外に6つの制御ピンがあり、以下で説明します。

• ピン13（イネーブルピン）

ICを動作させるイネーブルピンです。このピンがアクティブロウの間、ICは動作します。ハイにするとICはオフになり、クロック入力を無視します。

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• ピン14（クロックピン）

このICの動作周波数を提供するクロックピンです。前述の通り、このICはクロックサイクルに従って出力ピンを順次ハイ/ローさせます。クロックがない場合、未接続にせず、CMOS入力標準ルールに従って電源電圧またはグラウンドに接続する必要があります。クロックは立ち上がりエッジで機能し、このピンが入力クロックからハイを検出すると順次出力が変化します。

• ピン15（リセットピン）

出力の進行シーケンスを停止し、初期状態から再開させるリセットピンです。このピンをグラウンドに接続すると回路がリセットされます。

• ピン8と16（電源ピン）

ICに電源を供給する2ピンです。ピン8がグラウンド（負電源）、ピン16が正電源です。

• ピン12（キャリーアウトピン）

順次出力の動作を適切に維持するため、入力クロックの10サイクルで1サイクルを完了するパルスが与えられます。出力シーケンスが完了してもピン12からのパルスがサイクルを完了しない場合、次の出力バッチは本来の動作周波数に合わせて停止されます。ピン12で提供されるこのパルスを「キャリーアウト信号」と呼び、ピン12を「キャリーアウトピン」と呼びます。この機能は「キャリーアウトパルスがICをリップルさせる」と呼ばれます。

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ポテンショメータ

ポテンショメータは3端子の受動電子デバイスです。スライディングコネクタを均一抵抗材料上で調整することで、任意のコンポーネント間の電圧を変更します。

ポテンショメータの両端に電位が印加され、出力として得られる電圧はその一部に過ぎません。ポテンショメータから得られる最大電圧は、印加された電圧そのものです。

基本的な分圧の概念で動作します。典型的なポテンショメータのピン配置図を以下に示します。

ポテンショメータには、内部抵抗ストリップの両端に入力用の2つの固定端子があります。スライダーに接続された第3端子がストリップ上を移動し、入力端子の一方とスライダー端子間の電圧を変更します。

同様に動作するが根本的に異なるデバイスに「レオスタット（可変抵抗器）」があります。レオスタットも可変抵抗デバイスですが、動作原理が異なります。固定端子は1つのみで、回路への接続は可動スライダーから行われます。

ポテンショメータでは回路に接続される2端子がスライダー位置に依存しないのに対し、レオスタットではその1端子が直接回路に接続されます。

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動作様式により、ポテンショメータは2種類に分類されます：

• ロータリーポテンショメータ
• リニアポテンショメータ

ポテンショメータの用途例：

1. 電池セルの内部抵抗測定
2. 電圧測定
3. 分圧器として使用
4. テレビの旧式ボリューム・トーンコントロール
5. 木材加工機械
6. 射出成形機

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LEDルーレット回路の動作と仕組み

抵抗とコンデンサの値は回路図に記載の通り計算済みです。LEDは任意の順序で接続できますが、ルーレットゲームの名誉のために円形に配置してみます。

本回路では8個のLEDを使用しますが、10進カウンターの10個すべての同期出力を使用する方法もあります。8個のLEDは10進カウンターCD4017の出力に接続します。10進カウンターへの入力は、使用したタイマーICから供給されます。回路図の555タイマーICはアステーブルモードで動作するよう設定されています。

すべての接続が完了し、電源が必要なコンポーネントに供給されると、LEDが点滅を開始します。ポテンショメータを使用してLEDの点滅速度を制御できます。ポテンショメータの抵抗値が変化すると、タイマーICの入力抵抗が変わり、発振周波数が変化します。

これにより、10進カウンターに送られるクロックパルスのレートが変化します。10進カウンターに供給される新しいクロックパルスは、出力がハイになるレートに影響し、ルーレット回路のLEDが以前とは異なるレートで点滅するようになります。

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