Урок 2. Триггеры в корпусе: 74HC74 и делитель частоты

После этого урока в библиотеке 74HC74 — два D-триггера в одном корпусе, как настоящий, — а на холсте делитель: лампы мигают в 2, 4, 8 и 16 раз реже генератора, а табло считает от 0 до 15.

2.1. Идея: триггер с установкой и сбросом

D-триггер запоминает D в момент, когда CP меняется с 0 на 1 (фронт). У 74HC74 есть ещё две ноги, которые работают сразу, без фронта:

• SD = 0 — установить: Q = 1;
• RD = 0 — сбросить: Q = 0.

Обе срабатывают от нуля — в даташите над их именами черта. Когда не нужны, их держат в 1. Если дать 0 на обе сразу, оба выхода станут 1 — так написано в даташите, и наша микросхема делает так же.

2.2. Идея: внутри — шесть И-НЕ

Классическая 7474 внутри — шесть элементов И-НЕ на три входа: два держат «следующее» значение, два ловят фронт, два — сам выход. Мы собираем её ровно так. А сам И-НЕ на три входа — из шести транзисторов, как в CMOS: три P параллельно и три N цепочкой.

2.3. Идея: делитель — триггер, который переворачивается

Если подать на D свой же Q̄, на каждом фронте триггер переворачивается: 0, 1, 0, 1… Выход меняется вдвое реже генератора — это делитель на 2. Цепочка из четырёх таких — делитель на 16, а все четыре выхода вместе — двоичное число, которое растёт на 1 с каждым фронтом.

2.4. Сборка

Тот же проект, что в уроке 1: в библиотеке вентили и микросхемы 74HC00–74HC32.

Шаг 1. Чип NAND3 — И-НЕ на 3 входа из 6 транзисторов

Если NAND3 уже есть в библиотеке (из «Часов и игры» — там он из вентилей; этот — из транзисторов, как в настоящей микросхеме) — шаг пропусти.

Как внутри CMOS-микросхемы: три pmos параллельно от VCC к выходу, три nmos цепочкой от выхода к GND. Выход 0, только когда все три входа 1. Транзистор: затвор, сток, исток.

Ctrl+G → имя NAND3. Ноги: входы A, B, C; выходы Y.

Шаг 2. Чип 74HC74 — 2 × D-триггер с установкой и сбросом

Ноги корпуса по даташиту: 1 1RD, 2 1D, 3 1CP, 4 1SD, 5 1Q, 6 1QN, 8 2QN, 9 2Q, 10 2SD, 11 2CP, 12 2D, 13 2RD; 7 — GND, 14 — VCC. SD (установка) и RD (сброс) — активный 0 (в даташите над ними черта); QN — инверсный выход Q̄. Внутри — классическая схема 7474: шесть И-НЕ на 3 входа на каждый триггер.

Ctrl+G → имя 74HC74. Ноги: входы 1RD, 1D, 1CP, 1SD, 2SD, 2CP, 2D, 2RD; выходы 1Q, 1QN, 2QN, 2Q.

Шаг 3. Генератор и кнопка сброса

Clock — клик по корпусу до 2Hz. Кнопка «Сброс» — CLR.

Шаг 4. Сброс — через 74HC04

Сброс у 74HC74 срабатывает от нуля, а кнопка даёт единицу — переворачиваем. Это новая 74HC04 из урока 1: один инвертор при деле, входы остальных пяти — на GND.

Шаг 5. Четыре ступени ÷2

Каждый триггер: D = свой QN — на каждом фронте он переворачивается, то есть делит частоту на 2. Следующий тактируется от QN предыдущего: когда предыдущий падает из 1 в 0, QN растёт — фронт. Две 74HC74 — четыре ступени: Q0 ÷2, Q1 ÷4, Q2 ÷8, Q3 ÷16. SD — на VCC (установка не нужна), RD — общий сброс nCLR.

Шаг 6. Лампы и табло

Пять ламп: CLK и четыре ступени. Display (bus) ⚙: ширина 4, DEC, шина Q — показывает Q3 Q2 Q1 Q0 как число.

2.5. Проверка

1. Clock — 2Hz. Нажми Сброс: все четыре лампы Q гаснут, табло — 0.
2. Смотри на лампы: Q0 мигает вдвое реже CLK, Q1 — вдвое реже Q0, Q2 и Q3 — ещё реже.
3. Табло считает 0, 1, 2 … 15, 0 — по одному на каждый фронт CLK: четыре делителя вместе — двоичный счётчик.
4. Сброс посреди счёта — сразу 0, не дожидаясь фронта: RD асинхронный.

Вставка урока 2 (Cmd+I)

Поверх урока 1. Если NAND3 уже есть в библиотеке (из «Часов и игры»), редактор спросит, какой оставить: оба работают одинаково, этот — из транзисторов.

# Урок 2 — 74HC74: два D-триггера в корпусе; делитель частоты ÷2 ÷4 ÷8 ÷16 на двух 74HC74.# Вставка: Cmd+I поверх урока 1 (нужны вентили и 74HC04). # NAND3 — И-НЕ на 3 входа из 6 транзисторов, как внутри CMOS-микросхемы: три P параллельно к VCC, три N цепочкой к GNDchip NAND3 {  portIn(A)  portIn(B)  portIn(C)  portOut(Y)  pmos(A, Y, VCC)  pmos(B, Y, VCC)  pmos(C, Y, VCC)  nmos(A, Y, m1)  nmos(B, m1, m2)  nmos(C, m2, GND)} # 74HC74 — 2 × D-триггер с установкой и сбросом (SD, RD — активный 0). Ноги: 1 1RD, 2 1D, 3 1CP, 4 1SD, 5 1Q, 6 1QN, 8 2QN, 9 2Q, 10 2SD, 11 2CP, 12 2D, 13 2RDchip 74HC74 {  portIn(1RD)  portIn(1D)  portIn(1CP)  portIn(1SD)  portIn(2SD)  portIn(2CP)  portIn(2D)  portIn(2RD)  portOut(1Q)  portOut(1QN)  portOut(2QN)  portOut(2Q)  NAND3(A=1SD, B=1n4, C=1n2, Y=1n1)  NAND3(A=1n1, B=1RD, C=1CP, Y=1n2)  NAND3(A=1n2, B=1CP, C=1n4, Y=1n3)  NAND3(A=1n3, B=1RD, C=1D, Y=1n4)  NAND3(A=1SD, B=1n2, C=1QN, Y=1Q)  NAND3(A=1Q, B=1n3, C=1RD, Y=1QN)  NAND3(A=2SD, B=2n4, C=2n2, Y=2n1)  NAND3(A=2n1, B=2RD, C=2CP, Y=2n2)  NAND3(A=2n2, B=2CP, C=2n4, Y=2n3)  NAND3(A=2n3, B=2RD, C=2D, Y=2n4)  NAND3(A=2SD, B=2n2, C=2QN, Y=2Q)  NAND3(A=2Q, B=2n3, C=2RD, Y=2QN)} # ---------- делитель ----------clock(CLK)button{label="Сброс"}(CLR)# сброс у 74HC74 — активный 0: кнопку переворачиваем свободным инвертором новой 74HC0474HC04(1A=CLR, 1Y=nCLR, 2A=GND, 3A=GND, 4A=GND, 5A=GND, 6A=GND)# каждый триггер: D = свой Q̄ — на каждом фронте переворачивается (÷2); следующий тактируется от Q̄ предыдущего74HC74(1RD=nCLR, 1D=Q0N, 1CP=CLK, 1SD=VCC, 1Q=Q0, 1QN=Q0N, 2QN=Q1N, 2Q=Q1, 2SD=VCC, 2CP=Q0N, 2D=Q1N, 2RD=nCLR)74HC74(1RD=nCLR, 1D=Q2N, 1CP=Q1N, 1SD=VCC, 1Q=Q2, 1QN=Q2N, 2QN=Q3N, 2Q=Q3, 2SD=VCC, 2CP=Q2N, 2D=Q3N, 2RD=nCLR)# лампы и табло: двоичный счёт 0–15led(CLK)led(Q0)led(Q1)led(Q2)led(Q3)display{bits=4, base="DEC", busSource="Q"}()