Урок 6. Буферы шины: 74HC244 и 74HC245

После этого урока в библиотеке 74HC244 и 74HC245 — микросхемы, на которых держится любая шина компьютера, — а на холсте шина из четырёх проводов: два устройства говорят на неё по очереди, третье слушает или отвечает.

6.1. Идея: шина и третье состояние

В компьютере процессор, память и устройства сидят на одних и тех же проводах — шине. Если два выхода гонят на один провод разное, это короткое замыкание. Поэтому у каждого, кто садится на шину, выход с третьим состоянием: говорит только тот, кого включили, остальные отключены. 74HC244 — восемь таких выходов, в двух четвёрках со своими OE.

6.2. Идея: буфер — двойной переворот

Внутри 74HC244 каждый вход переворачивается дважды: значение то же, но выход теперь сильный и идёт только в одну сторону — шина не «протекает» обратно во вход. Это и есть буфер. А третье состояние — ключ на выходе, как в 74HC595.

6.3. Идея: в обе стороны — две 74HC244

Память на шине и читают, и пишут: данные идут то туда, то обратно. 74HC245 пропускает в обе стороны: DIR выбирает направление. Внутри — две 74HC244 навстречу друг другу, и включена всегда только одна. Микросхема из микросхем — как 74HC390 и 74HC595.

6.4. Сборка

Тот же проект, что в уроке 5: в библиотеке все микросхемы уроков 1–5.

Шаг 1. Чип 74HC244 — 2 × 4 буфера с третьим состоянием

Ноги корпуса по даташиту: 1 1OE, 2 1A0, 3 2Y0, 4 1A1, 5 2Y1, 6 1A2, 7 2Y2, 8 1A3, 9 2Y3, 11 2A3, 12 1Y3, 13 2A2, 14 1Y2, 15 2A1, 16 1Y1, 17 2A0, 18 1Y0, 19 2OE; 10 — GND, 20 — VCC. Две четвёрки: 1A0–1A3 → 1Y0–1Y3 и 2A0–2A3 → 2Y0–2Y3, у каждой своё «включить» — 1OE, 2OE (активный 0). Внутри три 74HC04: каждый вход переворачивается дважды — получается сильный буфер, который гонит сигнал только в одну сторону, — и два переворота OE; на выходе — Transmission gate.

Ctrl+G → имя 74HC244. Ноги: входы 1OE, 1A0, 1A1, 1A2, 1A3, 2A3, 2A2, 2A1, 2A0, 2OE; выходы 2Y0, 2Y1, 2Y2, 2Y3, 1Y3, 1Y2, 1Y1, 1Y0.

Шаг 2. Чип 74HC245 — 8 двунаправленных буферов

Ноги корпуса по даташиту: 1 DIR, 2 A0, 3 A1, 4 A2, 5 A3, 6 A4, 7 A5, 8 A6, 9 A7, 11 B7, 12 B6, 13 B5, 14 B4, 15 B3, 16 B2, 17 B1, 18 B0, 19 OE; 10 — GND, 20 — VCC. DIR = 1 — данные идут A → B, DIR = 0 — B → A; OE = 1 — обе стороны отключены (активный 0). Внутри — две 74HC244, по одной на направление, а 74HC04 и 74HC00 решают, какая из них включена. Ноги A и B работают в обе стороны.

Ctrl+G → имя 74HC245. Ноги: входы DIR, A0, A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, OE; выходы B7, B6, B5, B4, B3, B2, B1, B0.

Шаг 3. Устройства X и Y

Восемь тумблеров: X0–X3 — устройство X, Y0–Y3 — устройство Y.

Шаг 4. Кто говорит

SEL выбирает, кто на шине: 0 — X, 1 — Y; OFF = 1 — никто. «Включить» у 74HC244 — от нуля, поэтому oeX = SEL ИЛИ OFF, oeY = НЕ SEL ИЛИ OFF (74HC04 и 74HC32 из урока 1).

Шаг 5. 74HC244 на шину

Выходы обеих четвёрок — на одни и те же провода BUS0–BUS3. Это и есть шина: говорит только включённая четвёрка, другая отключена — третье состояние.

Шаг 6. Резисторы шины

Никто не говорит — резисторы держат на шине 0.

Шаг 7. Третье устройство через 74HC245

DIR = 1 — шина → лампы K0–K3. DIR = 0 — тумблеры KS0–KS3 устройства через резисторы → K → 74HC245 → шина. Резистор здесь — «слабый» выход тумблера: когда 74HC245 сам гонит K, он сильнее и спора нет.

Шаг 8. Незанятые ноги 74HC245 — через резисторы

У 74HC245 ноги A и B бывают и входами, и выходами: при DIR = 1 микросхема гонит B, при DIR = 0 — A. Выход прямо на GND — короткое замыкание (редактор подсветит). Поэтому незанятые A4–A7, B4–B7 — на землю через резистор: он держит 0, а когда нога становится выходом, спора нет.

Шаг 9. Табло и лампы

Display (bus) ⚙: ширина 4, DEC, шина BUS. Лампы K0–K3 — то, что видит третье устройство.

6.5. Проверка

1. Набери на тумблерах: X = 5 (X0 и X2), Y = 9 (Y0 и Y3), KS = 12 (KS2 и KS3). DIR = 1, OFF = 0.
2. SEL = 0 — на табло шины 5, лампы K показывают 5: говорит X, третье устройство слушает.
3. SEL = 1 — на шине 9: говорит Y.
4. OFF = 1 — на шине 0: никто не говорит, резисторы тянут провода к земле.
5. Не выключая OFF, поставь DIR = 0 — на шине 12: теперь говорит третье устройство, через 74HC245 в обратную сторону.

Главное правило шины: говорит только один. Если при DIR = 0 выключить OFF, на шину будут гнать двое — это короткое замыкание (в симуляторе провод станет красным). На настоящей плате так горят микросхемы.

Вставка урока 6 (Cmd+I)

Поверх урока 5.

# Урок 6 — 74HC244 и 74HC245: буферы шины; общая шина на 4 провода — кто говорит, тот и на шине.# Вставка: Cmd+I поверх урока 5 (нужны 74HC00, 74HC04, 74HC32). # 74HC244 — 2 × 4 буфера с третьим состоянием, A → Y; 1OE, 2OE — включить свою четвёрку (активный 0). Ноги: 1 1OE, 2 1A0, 3 2Y0, 4 1A1, 5 2Y1, 6 1A2, 7 2Y2, 8 1A3, 9 2Y3, 11 2A3, 12 1Y3, 13 2A2, 14 1Y2, 15 2A1, 16 1Y1, 17 2A0, 18 1Y0, 19 2OEchip 74HC244 {  portIn(1OE)  portIn(1A0)  portIn(1A1)  portIn(1A2)  portIn(1A3)  portIn(2A3)  portIn(2A2)  portIn(2A1)  portIn(2A0)  portIn(2OE)  portOut(2Y0)  portOut(2Y1)  portOut(2Y2)  portOut(2Y3)  portOut(1Y3)  portOut(1Y2)  portOut(1Y1)  portOut(1Y0)  # буфер: каждый вход переворачивается дважды — выход сильный и только в одну сторону; три 74HC04 = 18 инверторов (16 + два OE)  74HC04(1A=1A0, 1Y=n1A0, 2A=1A1, 2Y=n1A1, 3A=1A2, 3Y=n1A2, 4Y=n1A3, 4A=1A3, 5Y=n2A0, 5A=2A0, 6Y=n2A1, 6A=2A1)  74HC04(1A=2A2, 1Y=n2A2, 2A=2A3, 2Y=n2A3, 3A=n1A0, 3Y=b1A0, 4Y=b1A1, 4A=n1A1, 5Y=b1A2, 5A=n1A2, 6Y=b1A3, 6A=n1A3)  74HC04(1A=n2A0, 1Y=b2A0, 2A=n2A1, 2Y=b2A1, 3A=n2A2, 3Y=b2A2, 4Y=b2A3, 4A=n2A3, 5Y=e1, 5A=1OE, 6Y=e2, 6A=2OE)  # ключи на выход: открыты, пока OE своей четвёрки = 0  tgate(b1A0, e1, 1Y0)  tgate(b1A1, e1, 1Y1)  tgate(b1A2, e1, 1Y2)  tgate(b1A3, e1, 1Y3)  tgate(b2A0, e2, 2Y0)  tgate(b2A1, e2, 2Y1)  tgate(b2A2, e2, 2Y2)  tgate(b2A3, e2, 2Y3)} # 74HC245 — 8 двунаправленных буферов: DIR = 1 — A → B, DIR = 0 — B → A; OE = 1 — отключено (активный 0). Ноги: 1 DIR, 2 A0, 3 A1, 4 A2, 5 A3, 6 A4, 7 A5, 8 A6, 9 A7, 11 B7, 12 B6, 13 B5, 14 B4, 15 B3, 16 B2, 17 B1, 18 B0, 19 OEchip 74HC245 {  portIn(DIR)  portIn(A0)  portIn(A1)  portIn(A2)  portIn(A3)  portIn(A4)  portIn(A5)  portIn(A6)  portIn(A7)  portIn(OE)  portOut(B7)  portOut(B6)  portOut(B5)  portOut(B4)  portOut(B3)  portOut(B2)  portOut(B1)  portOut(B0)  # какая сторона говорит: A → B, когда OE = 0 и DIR = 1; B → A, когда OE = 0 и DIR = 0. Выходы — «включить» для 74HC244 (активный 0)  74HC04(1A=OE, 1Y=nOE, 2A=DIR, 2Y=nDIR, 3A=GND, 4A=GND, 5A=GND, 6A=GND)  74HC00(1A=nOE, 1B=DIR, 1Y=oAB, 2A=nOE, 2B=nDIR, 2Y=oBA, 3A=GND, 3B=GND, 4A=GND, 4B=GND)  # две 74HC244: одна гонит A → B, другая B → A  74HC244(1OE=oAB, 2OE=oAB, 1A0=A0, 1Y0=B0, 1A1=A1, 1Y1=B1, 1A2=A2, 1Y2=B2, 1A3=A3, 1Y3=B3, 2A0=A4, 2Y0=B4, 2A1=A5, 2Y1=B5, 2A2=A6, 2Y2=B6, 2A3=A7, 2Y3=B7)  74HC244(1OE=oBA, 2OE=oBA, 1A0=B0, 1Y0=A0, 1A1=B1, 1Y1=A1, 1A2=B2, 1Y2=A2, 1A3=B3, 1Y3=A3, 2A0=B4, 2Y0=A4, 2A1=B5, 2Y1=A5, 2A2=B6, 2Y2=A6, 2A3=B7, 2Y3=A7)} # ---------- общая шина ----------# два устройства-источника: X и Y по 4 тумблераinput(X0)input(X1)input(X2)input(X3)input(Y0)input(Y1)input(Y2)input(Y3)# кто говорит: SEL = 0 — X, SEL = 1 — Y; OFF = 1 — никтоinput(SEL)input(OFF)74HC04(1A=SEL, 1Y=nSEL, 2A=GND, 3A=GND, 4A=GND, 5A=GND, 6A=GND)74HC32(1A=SEL, 1B=OFF, 1Y=oeX, 2A=nSEL, 2B=OFF, 2Y=oeY, 3A=GND, 3B=GND, 4A=GND, 4B=GND)# 74HC244: четвёрка 1 — X на шину, четвёрка 2 — Y на шину; выходы обеих — на одни провода BUS74HC244(1OE=oeX, 2OE=oeY, 1A0=X0, 1Y0=BUS0, 1A1=X1, 1Y1=BUS1, 1A2=X2, 1Y2=BUS2, 1A3=X3, 1Y3=BUS3, 2A0=Y0, 2Y0=BUS0, 2A1=Y1, 2Y1=BUS1, 2A2=Y2, 2Y2=BUS2, 2A3=Y3, 2Y3=BUS3)# резисторы к земле: никто не говорит — на шине 0resistor(BUS0, GND)resistor(BUS1, GND)resistor(BUS2, GND)resistor(BUS3, GND)# третье устройство через 74HC245: DIR = 1 — шина → лампы K, DIR = 0 — его тумблеры KS через резисторы → шинаinput(DIR)input(KS0)input(KS1)input(KS2)input(KS3)resistor(KS0, K0)resistor(KS1, K1)resistor(KS2, K2)resistor(KS3, K3)74HC245(DIR=DIR, OE=GND, A0=BUS0, A1=BUS1, A2=BUS2, A3=BUS3, A4=UA4, A5=UA5, A6=UA6, A7=UA7, B0=K0, B1=K1, B2=K2, B3=K3, B4=UB4, B5=UB5, B6=UB6, B7=UB7)# незанятые ноги 74HC245 бывают выходами (B при DIR = 1, A при DIR = 0) — на землю только через резистор, не напрямуюresistor(UA4, GND)resistor(UA5, GND)resistor(UA6, GND)resistor(UA7, GND)resistor(UB4, GND)resistor(UB5, GND)resistor(UB6, GND)resistor(UB7, GND)# табло шины и лампы третьего устройстваdisplay{bits=4, base="DEC", busSource="BUS"}()led(K0)led(K1)led(K2)led(K3)