(2019.08.21)

令和元年度

高校生ものづくりコンテスト

電子回路組立部門1

関東地区予選会(茨城大会)

システム構成① 『(1)設計・製作回路』と『 (3)Checker(チェッカー)回路』を接続し,『(1) 設計・製作回路』が設計条件通りに動作するか確認する。
② 『 (5)制御用コンピュータ 』に『 (1)設計・製作回路 』と『 (2)制御対象回路』を接続し，その『 (4)制御プログラム 』を作成し，コンピュータ制御システムを完成させる。
接続ケーブル―１(各自準備)(1)
Ｉ／Ｆ－１

設計・製作回路

接続ケーブル―４(5)(各自準備)

制御用コンピュータ

(3)

Ｉ／Ｆ－３

Checker(チェッカー)回路(当日支給)(ＣＰＵは指定しない)
接続ケーブル―３(各自準備)(4)(2)

制御プログラム制御対象回路(言語は指定しない)
接続ケーブル―２(各自準備)

2(当日支給)

Ｉ／Ｆ－２

設計・製作する回路
次の条件を満たす入力回路を設計・製作しなさい。
(1) 下図に示したタクトスイッチ(TCS)、トグルスイッチ(TGS)、ホトインタラプタ(PHS)による入力回路を設計・製作する。
ＩＣピッチ 1 列５ピン①○②○③○④○⑤○①GND②PHS③TGS

④TCS

⑤5V

(2) タクトスイッチ(TCS)，トグルスイッチ (TGS)はプルダウンで設計・製作する。
(3) トグルスイッチ(TGS)には、操作した状態を判定する LED を接続する。トグルスイッチ(TGS)が「H」側に倒れているとき LED が点灯する。また、トグルスイッチ(TGS)の「H」側(部品面)に、配付されたシールを貼る。※「H」側の定義は競技者の任意とする。
(4) 支給された方眼紙(A4)に入力回路図を書く。
(5) 支給された部品を使用して、設計した入力回路を製作する。
(6) 入力回路の支持に用いるネジ及びスペーサは、右図のように取り付ける。

- 1 -

3

作成するプログラム(1) 7 セグメント LED(以下 7seg と記述)についてｱ) 表示状態(赤が点灯状態)※以下の表示のほか、問題に応じて指示されたとおり表示させること。

“0”“1” “2” “3”“4” “5” “6”“7” “8” “9”“消灯”“a”“b” “c”“d” “e”“f” “r”ｲ) 左右の表示
左右の指示がある場合には、指示された側に表示させること。
例) 左の 7seg に“0”を表示
例)

7seg に“01”を表示

ｳ) 表示においてちらつきが内容に表示させること。特に、モータ回転中に 7seg がちらつき無く表示をすること。
ｴ) 7seg の表示の点滅は、目で見てはっきりと点灯と消灯が分ること。なお、課題中で特に指定がない
場合、点滅の周期は１秒周期(0.5 秒点灯⇔0.5 秒消灯)であること。
例）7seg が“55”を点滅表示する。

0.5 秒表示0.5 秒消灯

１秒周期ｵ)時間経過による表示変化の指定時間が、課題中で特に指定がない場合、7seg の表示が変化する時間は１秒間隔で変化すること。
例）右 7seg が１０進数カウントアップを行う。

１秒表示

１秒表示

１秒表示

１秒表示

１秒表示

例）左右の 7seg が２秒間隔で２進数カウントダウンを行う。

２秒表示

２秒表示

- 2 -

２秒表示

(2) 2 種のモータについて
ｱ) DC モータ(以下 DCM と記述)およびステッピングモータ(以下 STM と記述)の回転は、目視および触って確認できるようにすること。また、時計回りおよび反時計回りは以下のとおりとする。

矢印方向
DCM

からみてSTM

反時計回り

時計回り

counterclockwise

clockwiseｲ) モータの回転速度に関する記述が課題中にあった場合、目視および触って確認することで、明確にその差が審査員にも分ること。
ｳ) モータの回転は、スムーズに指定された方向に回転し続けること。特に指示がない場合は、その速度に変化がないこと。

(3)圧電スピーカについて
ｱ) 圧電スピーカの出力については、はっきりとその高音・中音・低音が聞き分けられる音を出力する。
また、審査員にも聞こえる可聴周波数で出力すること。
ｲ) 課題中における「圧電スピーカが鳴る」とは、連続した音が続く事を言い、断続ではない。
ｳ) 「鳴る」指示以外に、時間の指定が特になければ、圧電スピーカは鳴り続ける。
ｴ) 課題中における「圧電スピーカが“ピッ”と鳴る」とは、圧電スピーカが短音で短く（０．１秒間程度）１度鳴ることを指す。
(4) 設計・製作回路について
ｱ) すべての課題で、特に指示がない場合の初期状態は次の通りとする。
・タクトスイッチ(TCS)

…

「OFF」

・トグルスイッチ(TGS)…

「L」

・ホトインタラプタ(PHS)

…

「受光」

・２種のモータ(DCM・STM)

…

“停止”

・圧電スピーカ(SPK)

…

“無音”

・7 セグメント LED(7seg)

…

“消灯”

ｲ) 課題中の表現
・タクトスイッチ「ON」… タクトスイッチを押している状態を指す。

「OFF」… タクトスイッチを離している(触れていない)状態を指す。

「クリック」 … タクトスイッチの状態を「ＯＦＦ」の状態から、一度「ＯＮ」にして素早く「ＯＦＦ」の状態に変化させることを指す。
- 3 -・トグルスイッチ「H」… トグルスイッチのレバーがＨ側(シール添付あり)に倒れている状態を指す。
「L」… トグルスイッチのレバーがＬ側(シール添付なし)に倒れている状態を指す。
・ホトインタラプタ「受光」…ホトインタラプタのスリットに何も差し込んでいない状態を指す。
「遮光」…ホトインタラプタのスリットに遮光器具を差し込んでいる状態を指す。
「通過」…ホトインタラプタの状態を「受光」状態から、一度「遮光」にして素早く「受光」の状態に変化させることを指す。
(5) 制御対象回路の動作状態
ｱ) 課題中に指示された通りの「7seg」「STM」「DCM」「圧電スピーカ」が動作すること。
ｲ) 課題中に特に指示されていないものは動作させないこと。
ｳ) 動作状態変化のタイミングは、特に指示がされていなければ、タクトスイッチ(TCS)、トグルスイッ
チ(TGS)、ホトインタラプタ(PHS)の入力状態が変化した瞬間とする。
なお、タクトスイッチの「クリック」、ホトインタラプタの「通過」による動作状態変化のタイミン
グは特に指示がない場合、それぞれ「ON」になった時、「遮光」になった瞬間とする。
単独動作の例 )タクトスイッチが、「ON」のとき 7seg が“８８”を表示し、「OFF」のとき 7seg が“消灯”する。
＜状態の移行イメージ＞
タクトスイッチ「ＯＮ」

7seg

7seg

“消灯”“８８”を表示
タクトスイッチ「ＯＦＦ」

連続動作の例 )トグルスイッチが「H」のとき 7seg が 10 進数カウントアップを行う。トグルスイッチが「L」の時は、カウントアップが停止し、直前の表示を維持する。
＜状態の移行イメージ＞
トグルスイッチ「H」

右 7seg
カウント停止（表示を維持）

右 7seg
カウントアップ

トグルスイッチ「Ｌ」

タクトスイッチのクリックによる動作変化の例 ）タクトスイッチを「クリック」するごとに、DCM の回転と停止が切り替わる。
＜状態の移行イメージ＞
DCM

DCM
回転

タクトスイッチ「クリック」ごと（ON になった瞬間に状態変化）- 4 -停止第１５回

高校生ものづくりコンテスト
電 子 回 路 組 立 部 門
関東地区予選会

茨城大会

設計・製作回路動作チェック課題指示があるまで、この表紙を開かないでください。

期日

令和元年８月２１日（水）場所

県南生涯学習センター

学校名

番号

氏名

動作チェック課題１
タクトスイッチがプルダウンで製作されているかどうかの動作確認を行う。
＜接続・設定＞(1) 製作した設計・製作回路を、接続ケーブル 4 で Checker(チェッカー)回路の入力端子(INPUT)に接続する。なお、5V と GND を間違えないように注意し、順番どおりに接続すること。
(2) Checker(チェッカー)回路の電源端子(DC IN)に接続ケーブル 3 を接続しなさい。
(3) Checker(チェッカー)回路に各ケーブルを接続するときには、Checker(チェッカー)回路の回路図を参考にしなさい。
(4) Checker(チェッカー)回路に接続されている赤色、黄色、緑色のショート端子(ジャンパーピン)は、設定を変更しないこと。
＜動作確認＞(1) タクトスイッチが「OFF」のとき、Checker(チェッカー)回路の赤色 LED が“消灯”する。
(2) タクトスイッチが「ON」のとき、Checker(チェッカー) 回路の赤色 LED が“点灯”する 。
(3)

Checker(チェッカー)回路の黄色 LED と緑色 LED の状態は問わない。

動作チェック課題２
トグルスイッチがプルダウンで製作され、スイッチを操作することにより、設計・製作回路に取り付けられた LED の点灯/消灯が変化するかどうかの動作確認を行う。
＜接続・設定＞(1) 製作した設計・製作回路を、接続ケーブル 4 で Checker(チェッカー)回路の入力端子(INPUT)に接続する。なお、5V と GND を間違えないように注意し、順番どおりに接続すること。
(2) Checker(チェッカー)回路の電源端子(DC IN)に接続ケーブル 3 を接続しなさい。
(3) Checker(チェッカー)回路に各ケーブルを接続するときには、Checker(チェッカー)回路の回路図を参考にしなさい。
(4) Checker(チェッカー)回路に接続されている赤色、黄色、緑色のショート端子(ジャンパーピン)は、設定を変更しないこと。
＜動作確認＞(1) トグルスイッチが「L」のとき、設計・製作回路の LED は“消灯”し、Checker(チェッカー)回路の黄色 LED が“消灯”する。
(2) トグルスイッチが「H」のとき、設計・製作回路の LED は“点灯”し、Checker(チェッカー) 回路の黄色 LED が“点灯”する。
(3)

Checker(チェッカー)回路の赤色 LED と緑色 LED の状態は問わない。

- 1 -

第１５回

高校生ものづくりコンテスト
電 子 回 路 組 立 部 門
関東地区予選会

プログラム課題
１．課題は課題１から課題７まであります。
２．指示があるまで、この表紙を開かないでください。

期日

令和元年８月２１日（水）場所

県南生涯学習センター

学校名

番号

氏名

茨城大会プログラム課題１
左 7seg に“r”、右 7seg に“１”を交互に表示させる。
＜動作の条件＞(1) プログラムをスタートした時の初期表示は“r”とする。
(2) 表示が変化する間隔はおよそ２秒ごとに変化する。
初期表示

２秒表示

交互表示

２秒表示

プログラム課題２
Switching the toggle switch controls the tone of the piezoelectric speaker.
＜The Condition of The operation＞(1) When the toggle switch is L, the piezoelectric speaker makes low tone sound.
(2) When the toggle switch is H, the piezoelectric speaker makes high tone sound.
(3) (1) and (2) can be executed repeatedly.

プログラム課題３
タクトスイッチを「ON」にすると、DCM が低速で回転を開始し、回転を継続すると回転速度が徐々に上昇する。
＜動作の条件＞(1) プログラムをスタートした時、DCM は停止している。
(2) DCM の回転する方向は時計回りである。
(3) DCM の回転速度は“低速”“中速”“高速”の順で３段階に変化する。
(4) DCM の回転速度の変化は同じ回転速度で回転していた時間が２秒を経過した直後に変化する。
(5) タクトスイッチが「ＯＦＦ」になったら、DCM は即座に停止する。
(6) DCM が停止状態から回転状態になるときの回転速度は必ず“低速”である。
(7) DCM の回転速度は“高速”以上に変化しないこと。
(8) 繰り返し動作できること。

- 1 -プログラム課題４
タクトスイッチを「クリック」するごとに、左右の 7seg に平方採中法（二乗中抜き法）を用いて生成した疑似乱数を表示する。
＜動作の条件＞(1) 平方採中法（二乗中抜き法）は、初期値を２乗した値を計算し、その数値の中央の桁（１００の位と１０の位）を抜き出し、乱数として使用する。なお、発生させた乱数は、次の疑似乱数を発生させるときの初期値として演算される。
例）
初期値

⇒

２６７ ⇒４４８９

新疑似乱数⇒２４８ ⇒２３０４

新疑似乱数
２

⇒３０ ⇒０９００

新疑似乱数
９０

(2) 抜き出した、２つの桁は左右の 7seg に表示する。１００の桁は左側に、１０の桁は右に表示する。
(3) プログラムをスタートした時の 7seg の表示は“６９”とし、この表示をもとに次に表示する疑似乱数を演算する。
(4) 疑似乱数は、プログラムをスタートさせたときの表示を除き３個表示する。３個表示した以降、タクトスイッチの「クリック」操作による、表示変化は問わないものとする。
(5) タクトスイッチの「クリック」操作による、表示変化のタイミングは、「OFF から ON」または「ON から OFF」いずれでもよいこととする。

- 2 -プログラム課題５
D1 の入力信号をタクトスイッチ、D2 の入力信号をトグルスイッチ、CK の入力信号をホトインタラプタとして、下記に示す D フリップフロップ回路の動作を模倣し、7seg に出力を表示しなさい。
入力
PHS
TCS
TGS

出力CK
D1
D2

Q1
Q2

左 7seg
右 7seg

D フリップフロップ回路図

真理値表

タイムチャート＜動作の条件＞(1) プログラムをスタートさせると 7seg に“００”を表示する(2)

タクトスイッチが「ON」であるとき入力信号は「1」とし、「OFF」であるとき入力信号は「0」とする。

(3)

トグルスイッチが「H」であるとき入力信号は「1」とし、「L」であるとき入力信号は「0」とする。

(4)

ホトインタラプタが「遮光」であるとき入力信号は「H」とし、「受光」であるとき「L」とする。

(5)

ホトインタラプタを「通過」するごとに、圧電スピーカが“ピッ”となる。圧電スピーカは「遮光」状態になった瞬間に動作するものとし、「遮光」の状態を維持しても再び鳴らない。

(6) D フリップフロップの出力は、Q1 を左 7seg に表示し、Q2 を右 7seg に表示する。また、出力が「0」であるとき“０”を表示し、「1」であるとき“１”を表示する。

- 3 -プログラム課題６
充電式ポータブル掃除機の動作を模倣した動作を行う。
充電式ポータブル掃除機は主電源(トグルスイッチ)を ON にするとバッテリを消費して、ゴミや埃などを吸い込むためのファン(DCM)を回転させる。このとき、吸い込み口の埃検知センサ(ホトインタラプタ)が反応するとファンが強く回転する。長時間使用され消費されたバッテリは充電機を使用し充電することが可能である。またバッテリ残量がない場合、通常掃除機は使用できない。しかし、充電器を接続した状態(タクトスイッチが「ON」)にすることで掃除機を稼働させることができる。このとき、バッテリは充電されない。
※ バッテリ残量の表示は 7seg が行う。
＜動作の条件＞(1) プログラムをスタートした時、左右の 7seg に“”を表示する。

(2) 左右の 7seg の表示はバッテリ残量を下記の特殊表示で行う。
①の表示が満充電(FULL)とし、⑨の表示がバッテリ残量がない(empty)状態とする。
（以下①に向って表示が変化する方向を充電方向、⑨に向って表示が変化する方向を消費方向と記述する。
）
充電方向の表示変化において、①の表示以降に表示は変化せず、消費方向の表示変化において、⑨の表示以降に表示は変化しない。

①②③④⑤⑥⑦⑧⑨(3) トグルスイッチが「H」の間、DCM が反時計回りに回転を開始する。このときの DCM の回転速度
は、ホトインタラプタが「遮光」であるとき高速で回転し、「受光」であるとき低速で回転する。トグルスイッチを「L」にすると、DCM の回転は停止する。
(4) DCM の回転中、左右の 7seg は消費方向にその表示が変化する。DCM の回転が停止した時、7segの表示変化も停止する。なお、左右の 7seg が⑨の表示になったとき、DCM は強制的に停止する。ただし、タクトスイッチが「ON」である場合、DCM は回転を行う。
(5) タクトスイッチが「ON」の間、左右の 7seg が充電方向に表示が変化する。また、①の表示になったとき、それ以上の変化はないものとする。なお、DCM の回転中は表示変化が停止する。

- 4 -＜プログラム課題６ 状態変化イメージ＞「主電源 OFF」「充電器未接続」「充電器接続」TCS「ON」

DCM 停止「ﾊﾞｯﾃﾘ満充電」「ﾊﾞｯﾃﾘが消費された状態」

DCM 停止7seg 表示維持

TCS「OFF」

ﾊﾞｯﾃﾘ「FULL」 DCM 停止
7seg 表示変化「full」(充電方向)

7seg ①表示

TGS

TGS

「H」

「L」

「主電源 ON」「充電器接続」「充電器未接続」「バッテリ残量有り」「埃センサ反応」「埃センサ反応」

DCM 高速回転「埃センサ反応」(反時計回り)DCM 高速回転(反時計回り)7seg 表示変化
DCM 高速回転(消費方向)(反時計回り)7seg
PHS 表示変化 PHS(消費方向)「受光」「遮光」

7seg 表示維持
TCS「ON」

TCS「OFF」

PHSPHS

「受光」「遮光」「埃センサ無反応」「埃センサ無反応」

DCM 低速回転(反時計回り)DCM 低速回転(反時計回り)7seg 表示変化(消費方向)

7seg 表示維持

7seg

ﾊﾞｯﾃﾘ

「⑨表示」

empty

「バッテリ残量なし」

DCM 停止7seg ⑨表示
(消灯)

- 5 -

プログラム課題７分の表示がアナログ、時間の表示がディジタルの特殊な時計の動作を模倣した動作を行う。
時計動作モードであるとき、分の表示である分針(STM)が一定の速度で回転し、その分針が１回転を行うごとに時間の表示である 7seg が１時間を刻む。また、１２時・３時・６時・９時の時は、アラーム音が鳴る。
時間設定モードであるとき、分の表示(STM)と時間の表示(7seg)をそれぞれ別のスイッチを操作することで設定が可能である。
＜動作の条件＞(1) プログラムをスタートさせると 7seg に“１２”を点滅表示し、「時間設定モード」で動作を開始する。
(2) タクトスイッチを「クリック」するごとに、「時間設定モード」と「時計動作モード」が切り替わる。
(3) 時間設定モードのとき、下記の動作を行う。
ｱ) トグルスイッチが「L」のとき、ホトインタラプタを「遮光」すると、STM が高速で時計回りを行う。
「受光」にすると、STM は停止する。
ｲ) トグルスイッチが「H」のとき、ホトインタラプタを「通過」するとごとに、7seg がカウントアップを行う。
ｳ)

7seg の表示は点滅で表示される。

ｴ) 圧電スピーカは動作しない。
(4) 時計動作モードのとき、下記の動作を行う。
ｱ) STM が低速で時計回りに回転をする。
ｲ) STM が１回転をするごとに、左右の 7seg が＋１ずつカウントアップを行う。
ｳ)

7seg が“１２”、“３”、“６”、“９”を表示するごとに、圧電スピーカが“ピッ”と鳴る。

ｴ)7seg の表示は通常の点灯表示とする。

(5) STM の１回転の基準となる初期位置は、プログラムをスタートさせたときの位置とする。なお、プログラムスタート前に、STM の位置を調整するものとする。
(6) STM が１回転した際の 7seg のカウントアップは、時計動作モードの時のみ行われる。
(7)

7seg のカウントアップの範囲は“１”～“１２”とし、“１２”の次は“１”に戻る。なお、表示が１桁の時は、右 7seg にのみ点灯し、左 7seg は消灯する。

(8) 「時計設定モード」から「時計動作モード」に状態が移るとき、7seg の表示が “１２”、“３”、“６”、“９”のいずれかであるとき、圧電スピーカの“ピッ”と鳴る動作については問わないものとする。

- 6 -＜プログラム課題７ 状態変化イメージ＞「時間設定モード」「時針設定」「分針設定」「時針動作」「分針動作」

STM 停止STM 高速回転(時計回り)

7seg ｶｳﾝﾄｱｯﾌﾟ

7seg 表示維持(点滅表示)(点滅表示)TGS＋１

PHSｶｳﾝﾄｱｯﾌﾟ「通過」「時針停止」「H」

PHSPHS

TGS

「受光」

「遮光」

「L」

「時針停止」
STM 停止STM 停止7seg 表示維持

7seg 表示維持(点滅表示)(点滅表示)

TCS「クリック」「時計動作モード」
STM 低速回転(時計まわり)7seg カウントアップ「STM１回転ごと」（通常点灯）SPK 7seg が“１２”、“３”、“６”、“９”を表示するごとに“ピッ”- 7 -