電験三種 平成22年度(2010) 機械 問18(b) 過去問解説

問18(b) 《情報(負の数の2進表現とD-Aコンバータ)》
(選択問題:問17または問18のどちらか1問を解く) 数の表現法について,次の(a)及び(b)に答えよ。 (b) 8ビットの固定長で,正負のある2進法の数値を表現する場合,次のような①及び②で示す方式がある。また,D-Aコンバータにおいては次の③で示す方式が用いられる。 ① 最上位ビット(左端のビット,以下MSBという)を符号ビットとして,残りのビットでその数の絶対値を表す方式は,絶対値表示方式と呼ばれる。この場合,MSB = 0 が正(+),MSB = 1 が負(-)と約束すると,10進数の $-8$ は(ア)となる。 ② 7ビット長で表された正の数 $n$ に対して,$-n$ を8ビット長の $n$ の2の補数で表す方式がある。この方式による場合,10進数の $-8$ は(イ)となる。この方式においても,MSB = 1 は負の整数,MSB = 0 は正の整数を示すことになる。この方式は,2進数の減算に適している。 ③ D-Aコンバータでは,ディジタル入力量とアナログ出力量が比例の関係にある。8ビットのD-Aコンバータではディジタル入力量として,$(1000\,0000)_2$ を与えた場合に,0.0000[V]が出力されるようにしたオフセット・バイナリ・コードを用いることが多い。この場合,出力電圧が正のときは,MSB = 1 となり,負のときは,MSB = 0 となる。 ディジタル入力値が $(0000\,0000)_2$ のときのアナログ出力値が $-5.0000$[V]であるオフセット・バイナリ・コードのD-Aコンバータでは,ディジタル入力値が $(0111\,1000)_2$ のときの出力電圧値は(ウ)[V]となる。 上記の記述中の空白箇所(ア),(イ)及び(ウ)に当てはまる数値として,正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。
  1. (1) (ア)$(1000\,1000)_2$,(イ)$(1000\,0111)_2$,(ウ)$-0.2734$
  2. (2) (ア)$(1111\,1000)_2$,(イ)$(1000\,1000)_2$,(ウ)$-0.3125$
  3. (3) (ア)$(1000\,1000)_2$,(イ)$(1111\,1000)_2$,(ウ)$-0.3125$
  4. (4) (ア)$(1111\,1000)_2$,(イ)$(1000\,0111)_2$,(ウ)$-0.3125$
  5. (5) (ア)$(1000\,1000)_2$,(イ)$(1111\,1000)_2$,(ウ)$-0.2734$
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正解は(3)
使う公式
2の補数 全部のビットを反対にして1を足す。オフセット・バイナリ $(1000\,0000)_2 = 128$ を 0 V とする
解説
【考え方】(ア) は符号ビットをつけるだけ、(イ) は2の補数、(ウ) は 128 を 0 V とした目盛りで計算します。 ■1 (ア) 絶対値表示方式 8 は7ビットで $(000\,1000)_2$ です。 負なので符号ビット1をつけて $(1000\,1000)_2$ です。→ (ア) $(1000\,1000)_2$ ■2 (イ) 2の補数 8 は8ビットで $(0000\,1000)_2$ です。 ビットを反対にすると $(1111\,0111)_2$ です。 1を足して $(1111\,1000)_2$ です。→ (イ) $(1111\,1000)_2$ ■3 (ウ) オフセット・バイナリ 128 で 0 V、0 で −5 V なので、1目盛りは $\dfrac{5}{128}\,\mathrm{V}$ です。 $(0111\,1000)_2 = 64 + 32 + 16 + 8 = 120$ 128 との差に、1目盛りの電圧をかけます。 $(120 - 128) \times \dfrac{5}{128} = -8 \times \dfrac{5}{128}$ $= -0.3125\,\mathrm{V}$ → (ウ) $-0.3125$ 答えは(3)ピヨ。
出典:平成22年度(2010) 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)機械 問18(b)