Урок 1. Логика в корпусах: 74HC00, 02, 04, 08, 32

После этого урока в библиотеке пять настоящих микросхем — с теми же именами ног, что в даташите, — и на них работает сигнализация: открыл дверь при включённой охране — загорается тревога и гудит зуммер, и тревога держится, пока не нажмут «Сброс».

1.1. Идея: микросхема — корпус с вентилями

Возняк собирал Apple I не из отдельных вентилей, а из микросхем серии 74: в одном корпусе — четыре или шесть одинаковых вентилей. У корпуса 14 ног, у каждой — номер и имя:

• 1A, 1B — входы первого вентиля, 1Y — его выход; дальше 2A, 2B, 2Y и так до четвёртого;
• нога 7 — GND, нога 14 — VCC: питание. У нас питание общее для всех чипов, поэтому этих ног нет.

Буквы в названии — семейство: HC — современные CMOS-микросхемы. Внутри у них ровно то, что мы собираем из транзисторов: пары P и N. Цифры — что внутри: 00 — И-НЕ, 02 — ИЛИ-НЕ, 04 — НЕ, 08 — И, 32 — ИЛИ.

1.2. Идея: свободные входы — на землю

На плате часто работает один вентиль из четырёх. Входы остальных нельзя оставить в воздухе: у CMOS-входа нет своего уровня, он «плавает», и выход вентиля дёргается. Правило из любого даташита: неиспользуемые входы — на GND (или на VCC). В симуляторе то же самое: висящий вход даёт неопределённость.

1.3. Идея: защёлка из одной микросхемы

Два И-НЕ из одной 74HC00, соединённые крест-накрест, — SR-защёлка: ноль на одном входе зажигает выход, ноль на другом гасит, а когда на обоих единицы, защёлка помнит последнее. Так сигнализация помнит тревогу.

1.4. Сборка

Новый проект. Нужны вентили NOT, NAND, NOR, AND, OR — из любого набора серии или урока 0.

Шаг 1. Чип 74HC00 — 4 × И-НЕ (NAND)

Ноги корпуса по даташиту: 1 1A, 2 1B, 3 1Y, 4 2A, 5 2B, 6 2Y, 8 3Y, 9 3A, 10 3B, 11 4Y, 12 4A, 13 4B; 7 — GND, 14 — VCC (у нас питание общее, этих ног нет). Имя порта = имя ноги: двойной клик по порту → 1A и т. д.

Ctrl+G → имя 74HC00. Ноги: входы 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B; выходы 1Y, 2Y, 3Y, 4Y.

Шаг 2. Чип 74HC02 — 4 × ИЛИ-НЕ (NOR)

Ноги корпуса по даташиту: 1 1Y, 2 1A, 3 1B, 4 2Y, 5 2A, 6 2B, 8 3A, 9 3B, 10 3Y, 11 4A, 12 4B, 13 4Y; 7 — GND, 14 — VCC (у нас питание общее, этих ног нет). Имя порта = имя ноги: двойной клик по порту → 1A и т. д.

Ctrl+G → имя 74HC02. Ноги: входы 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B; выходы 1Y, 2Y, 3Y, 4Y.

Шаг 3. Чип 74HC04 — 6 × НЕ

Ноги корпуса по даташиту: 1 1A, 2 1Y, 3 2A, 4 2Y, 5 3A, 6 3Y, 8 4Y, 9 4A, 10 5Y, 11 5A, 12 6Y, 13 6A; 7 — GND, 14 — VCC (у нас питание общее, этих ног нет). Имя порта = имя ноги: двойной клик по порту → 1A и т. д.

Ctrl+G → имя 74HC04. Ноги: входы 1A, 2A, 3A, 4A, 5A, 6A; выходы 1Y, 2Y, 3Y, 4Y, 5Y, 6Y.

Шаг 4. Чип 74HC08 — 4 × И (AND)

Ноги корпуса по даташиту: 1 1A, 2 1B, 3 1Y, 4 2A, 5 2B, 6 2Y, 8 3Y, 9 3A, 10 3B, 11 4Y, 12 4A, 13 4B; 7 — GND, 14 — VCC (у нас питание общее, этих ног нет). Имя порта = имя ноги: двойной клик по порту → 1A и т. д.

Ctrl+G → имя 74HC08. Ноги: входы 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B; выходы 1Y, 2Y, 3Y, 4Y.

Шаг 5. Чип 74HC32 — 4 × ИЛИ (OR)

Ноги корпуса по даташиту: 1 1A, 2 1B, 3 1Y, 4 2A, 5 2B, 6 2Y, 8 3Y, 9 3A, 10 3B, 11 4Y, 12 4A, 13 4B; 7 — GND, 14 — VCC (у нас питание общее, этих ног нет). Имя порта = имя ноги: двойной клик по порту → 1A и т. д.

Ctrl+G → имя 74HC32. Ноги: входы 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B; выходы 1Y, 2Y, 3Y, 4Y.

Шаг 6. Сигнализация: питание и входы

Тумблеры ARM — сигнализация включена, DOOR — дверь открыта, WIN — окно открыто; кнопка «Сброс» — RESET.

Шаг 7. Открыто: 74HC32

OPEN = дверь ИЛИ окно. Работает один вентиль из четырёх; входы остальных трёх — на GND: у CMOS-микросхемы вход не должен висеть в воздухе, иначе выход «плавает». Так же на настоящей плате.

Шаг 8. Тревога начинается: 74HC08

TRIP = открыто И сигнализация включена.

Шаг 9. Переворот: 74HC04

Защёлка из И-НЕ срабатывает от нуля, поэтому TRIP и кнопку RESET переворачиваем: nTRIP, nRESET.

Шаг 10. Защёлка тревоги: 74HC00

Два И-НЕ крест-накрест — защёлка: nTRIP = 0 зажигает ALARM, nRESET = 0 гасит. Тревога держится, даже когда дверь закрыли, — пока не нажмут «Сброс».

Шаг 11. Готово: 74HC02

READY = ИЛИ-НЕ(открыто, тревога): горит, когда всё закрыто и тревоги нет.

Шаг 12. Лампы и гонг

Speaker — режим «зуммер», тон 880: гудит, пока ALARM = 1.

1.5. Проверка

1. Нажми Сброс: ALARM не горит, READY горит — всё закрыто, тревоги нет.
2. DOOR = 1 (сигнализация выключена): READY гаснет — дверь открыта, но тревоги нет. DOOR = 0 — READY снова горит.
3. ARM = 1 — сигнализация включена. WIN = 1: загорается ALARM, гудит зуммер, READY гаснет.
4. WIN = 0 — окно закрыли, а ALARM горит: защёлка помнит тревогу.
5. Сброс — ALARM гаснет, READY горит.
6. DOOR = 1 и Сброс: тревога не гаснет — пока дверь открыта, nTRIP держит защёлку.

Вставка урока 1 (Cmd+I)

Нужны вентили NOT, NAND, NOR, AND, OR (урок 0 или его вставка). Вставка — пять микросхем и сигнализация; Speaker — режим «зуммер», тон 880 — настрой руками.

# Урок 1 — логика в корпусах: 74HC00, 74HC02, 74HC04, 74HC08, 74HC32 и сигнализация на них.# Вставка: Cmd+I в проект, где есть вентили NOT, NAND, NOR, AND, OR (урок 0). # 74HC00 — 4 × И-НЕ (NAND). Ноги: 1 1A, 2 1B, 3 1Y, 4 2A, 5 2B, 6 2Y, 8 3Y, 9 3A, 10 3B, 11 4Y, 12 4A, 13 4Bchip 74HC00 {  portIn(1A)  portIn(1B)  portIn(2A)  portIn(2B)  portIn(3A)  portIn(3B)  portIn(4A)  portIn(4B)  portOut(1Y)  portOut(2Y)  portOut(3Y)  portOut(4Y)  NAND(1A, 1B, 1Y)  NAND(2A, 2B, 2Y)  NAND(3A, 3B, 3Y)  NAND(4A, 4B, 4Y)} # 74HC02 — 4 × ИЛИ-НЕ (NOR). Ноги: 1 1Y, 2 1A, 3 1B, 4 2Y, 5 2A, 6 2B, 8 3A, 9 3B, 10 3Y, 11 4A, 12 4B, 13 4Ychip 74HC02 {  portIn(1A)  portIn(1B)  portIn(2A)  portIn(2B)  portIn(3A)  portIn(3B)  portIn(4A)  portIn(4B)  portOut(1Y)  portOut(2Y)  portOut(3Y)  portOut(4Y)  NOR(1A, 1B, 1Y)  NOR(2A, 2B, 2Y)  NOR(3A, 3B, 3Y)  NOR(4A, 4B, 4Y)} # 74HC04 — 6 × НЕ (инвертор). Ноги: 1 1A, 2 1Y, 3 2A, 4 2Y, 5 3A, 6 3Y, 8 4Y, 9 4A, 10 5Y, 11 5A, 12 6Y, 13 6Achip 74HC04 {  portIn(1A)  portIn(2A)  portIn(3A)  portIn(4A)  portIn(5A)  portIn(6A)  portOut(1Y)  portOut(2Y)  portOut(3Y)  portOut(4Y)  portOut(5Y)  portOut(6Y)  NOT(1A, 1Y)  NOT(2A, 2Y)  NOT(3A, 3Y)  NOT(4A, 4Y)  NOT(5A, 5Y)  NOT(6A, 6Y)} # 74HC08 — 4 × И (AND). Ноги: 1 1A, 2 1B, 3 1Y, 4 2A, 5 2B, 6 2Y, 8 3Y, 9 3A, 10 3B, 11 4Y, 12 4A, 13 4Bchip 74HC08 {  portIn(1A)  portIn(1B)  portIn(2A)  portIn(2B)  portIn(3A)  portIn(3B)  portIn(4A)  portIn(4B)  portOut(1Y)  portOut(2Y)  portOut(3Y)  portOut(4Y)  AND(1A, 1B, 1Y)  AND(2A, 2B, 2Y)  AND(3A, 3B, 3Y)  AND(4A, 4B, 4Y)} # 74HC32 — 4 × ИЛИ (OR). Ноги: 1 1A, 2 1B, 3 1Y, 4 2A, 5 2B, 6 2Y, 8 3Y, 9 3A, 10 3B, 11 4Y, 12 4A, 13 4Bchip 74HC32 {  portIn(1A)  portIn(1B)  portIn(2A)  portIn(2B)  portIn(3A)  portIn(3B)  portIn(4A)  portIn(4B)  portOut(1Y)  portOut(2Y)  portOut(3Y)  portOut(4Y)  OR(1A, 1B, 1Y)  OR(2A, 2B, 2Y)  OR(3A, 3B, 3Y)  OR(4A, 4B, 4Y)} # ---------- сигнализация ----------power(VCC)ground(GND)input(ARM)input(DOOR)input(WIN)button{label="Сброс"}(RESET)# открыто: дверь ИЛИ окно74HC32(1A=DOOR, 1B=WIN, 1Y=OPEN, 2A=GND, 2B=GND, 3A=GND, 3B=GND, 4A=GND, 4B=GND)# тревога начинается: открыто И сигнализация включена74HC08(1A=OPEN, 1B=ARM, 1Y=TRIP, 2A=GND, 2B=GND, 3A=GND, 3B=GND, 4A=GND, 4B=GND)# переворачиваем: защёлке из И-НЕ нужен 0, чтобы сработать74HC04(1A=TRIP, 1Y=nTRIP, 2A=RESET, 2Y=nRESET, 3A=GND, 4A=GND, 5A=GND, 6A=GND)# защёлка тревоги: два И-НЕ крест-накрест — тревога держится, пока не нажмут «Сброс»74HC00(1A=nTRIP, 1B=ALQN, 1Y=ALARM, 2A=nRESET, 2B=ALARM, 2Y=ALQN, 3A=GND, 3B=GND, 4A=GND, 4B=GND)# «готово»: не открыто И нет тревоги = ИЛИ-НЕ74HC02(1Y=READY, 1A=OPEN, 1B=ALARM, 2A=GND, 2B=GND, 3A=GND, 3B=GND, 4A=GND, 4B=GND)led(ALARM)led(READY)speaker{mode="buzz", tone=880}(ALARM)