Урок 1. Экран и кабина A: лифт едет по кнопкам

После этого урока в доме есть одна кабина: жмёшь кнопки на её пульте — она едет, открывает двери на нужных этажах, звенит гонгом и сама решает, куда дальше: сначала все этажи в одну сторону, потом разворот. На экране видно, где кабина, открыты ли двери, какие кнопки нажаты и куда она едет.

1.1. Идея: кабина — автомат с памятью

Кабина помнит четыре вещи:

• где она — положение, 5 бит: этаж (3 бита) и шаг между этажами (2 бита);
• куда едет — направление, 1 бит;
• открыты ли двери — таймер, 3 бита;
• какие кнопки нажаты — 8 защёлок.

Раз в такт (Clock 2Hz, полсекунды) автомат смотрит на всё это и решает: стоять, открыть двери, ехать вверх или вниз. Этаж кабина проезжает за 4 такта — 2 секунды, двери держит открытыми тоже 2 секунды.

1.2. Идея: в одну сторону, пока есть куда

Правило настоящих лифтов: едем в одну сторону и останавливаемся на каждом нажатом этаже по пути; развернуться можно, только когда впереди нажатых кнопок не осталось. Для этого кабине надо знать два факта:

• UPR — есть нажатая кнопка выше кабины;
• DNR — есть нажатая кнопка ниже.

«Выше» и «ниже» дают цепочки ИЛИ — термометр: у кабины на 4-м этаже «выше» — это 5, 6, 7, 8, «ниже» — 1, 2, 3. Решение на этаже:

• вверх: UPR И (едем вверх ИЛИ НЕ DNR);
• вниз: DNR И (едем вниз ИЛИ НЕ UPR).

1.3. Идея: кнопка — защёлка, а не триггер

Кнопку жмут на долю секунды, а такт — полсекунды: триггер, который пишет только на фронте, нажатие пропустил бы. Поэтому кнопка ставит защёлку сразу. Гасят её три вещи: двери открылись на этом этаже, кнопка «Отмена» (гасит все кнопки кабины разом) и сброс. Нажал не тот этаж — «Отмена», потом нужный.

1.4. Сборка

Новый проект. Нужны вентили NOT, NAND, NOR, AND, OR, XOR: уже есть в библиотеке из другого набора серии — бери; хочешь собрать с нуля — урок 0; сразу к делу — вставь урок 0 (Cmd+I).

Шаг 1. Чип SRLatch — защёлка: S — запомнить 1, R — запомнить 0

Если SRLatch уже есть в библиотеке (из другого набора серии) — шаг пропусти.

Ctrl+G → имя SRLatch. Ноги: входы R, S; выходы Q, nQ.

Шаг 2. Чип DLatch — защёлка данных

Если DLatch уже есть в библиотеке (из другого набора серии) — шаг пропусти.

Ctrl+G → имя DLatch. Ноги: входы D, EN; выходы Q, nQ.

Шаг 3. Чип DFF — триггер: запоминает D на фронте CLK

Если DFF уже есть в библиотеке (из другого набора серии) — шаг пропусти.

Ctrl+G → имя DFF. Ноги: входы D, CLK; выходы Q, nQ.

Шаг 4. Чип FA — полный сумматор

Если FA уже есть в библиотеке (из другого набора серии) — шаг пропусти.

Ctrl+G → имя FA. Ноги: входы A, B, CI; выходы S, CO.

Шаг 5. Чип MUX2 — выбор из двух

Если MUX2 уже есть в библиотеке (из другого набора серии) — шаг пропусти.

Ctrl+G → имя MUX2. Ноги: входы A, B, S; выходы Y.

Шаг 6. Чип AND3 — И на 3 входа

Если AND3 уже есть в библиотеке (из другого набора серии) — шаг пропусти.

Ctrl+G → имя AND3. Ноги: входы A, B, C; выходы Y.

Шаг 7. Чип OR3 — ИЛИ на 3 входа

Если OR3 уже есть в библиотеке (из другого набора серии) — шаг пропусти.

Ctrl+G → имя OR3. Ноги: входы A, B, C; выходы Y.

Шаг 8. Чип OR4 — ИЛИ на 4 входа

Если OR4 уже есть в библиотеке (из другого набора серии) — шаг пропусти.

Ctrl+G → имя OR4. Ноги: входы A, B, C, D; выходы Y.

Шаг 9. Чип OR8 — ИЛИ на 8 входов

Если OR8 уже есть в библиотеке (из другого набора серии) — шаг пропусти.

Ctrl+G → имя OR8. Ноги: входы A, B, C, D, E, F, G, H; выходы Y.

Шаг 10. Чип DEC8 — дешифратор 3 → 8: горит один провод из восьми

Если DEC8 уже есть в библиотеке (из другого набора серии) — шаг пропусти.

Ctrl+G → имя DEC8. Ноги: входы I0, I1, I2; выходы Y0, Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7.

Шаг 11. Экран: картинка и 152 ноги

Segment LCD из палитры, ⚙ → ⬆ → project/lift/screen/lift-screen.png (88 × 130 точек). Включи Ghost. Разметка: S, клик по пятну (палочка), Enter, имя, Enter — нога появится на корпусе, метка с её именем — рядом. Каждый сегмент — одно пятно, один клик. Буквы шахт, номера этажей и стенки — фон, их не размечать.

Размечаем весь экран сразу, все три шахты: ноги шахт B и C, ▶ и квадратов вызова пока ни к чему не подключены и не горят — их провода появятся в уроках 2–4. Сегменты цифры: a — верх, дальше по часовой, g — середина.

Шаг 12. Питание, такт, сброс

Clock — клик по корпусу до 2Hz: такт — полсекунды, этаж кабина проезжает за 4 такта (2 секунды), двери держит открытыми 4 такта. RST — тумблер сброса; nR — его переворот, он стоит перед каждым триггером.

Шаг 13. Пульт кабины A

Восемь кнопок этажей и «Отмена». Поставь их столбиком справа от экрана, «8» сверху: это пульт в кабине A. Жмём мышью.

Шаг 14. Где кабина

Положение — 5 бит: p4 p3 p2 — этаж (0–7, на экране 1–8), p1 p0 — шаг между этажами. atF = 1, когда шаг 0: кабина стоит ровно на этаже. DEC8 зажигает один провод y0–y7 — этаж кабины.

Шаг 15. Двери открыты

Таймер дверей t2 t1 t0 (шаг «Таймер дверей»): пока он не 0, двери открыты (OPEN).

Шаг 16. Кабина на этаже

AC<f> — кабина стоит на этаже f: это и рамка на экране. O<f> — на этаже f открыты двери: он гасит кнопку этого этажа.

Шаг 17. Кнопки в кабине — защёлки

Кнопку жмут на долю секунды, а такт — полсекунды: триггер нажатие пропустил бы. Поэтому кнопка ставит защёлку SRLatch сразу. Гасит защёлку kr<f>: двери открыты на этом этаже, или «Отмена» (kc — она гасит все восемь), или сброс. Пока гасится, нажатие не проходит: S и R вместе защёлке давать нельзя. Выход AK<f> — точка справа от шахты.

Шаг 18. Термометр: что ниже, что выше

a<f> = 1, если кабина ниже этажа f; b<f> = 1, если выше. Это цепочки ИЛИ от горящего y: у кабины на 4-м этаже горят a5, a6, a7 и b0…b2. Для 1-го и 8-го этажа хватает самих y0 и y7.

Шаг 19. Есть заявка выше? ниже?

UPR — есть нажатая кнопка выше кабины: ИЛИ от «кнопка f И кабина ниже f». DNR — то же вниз.

Шаг 20. Кнопка этого этажа

hK — нажата кнопка того этажа, где кабина. gOK — «едем вниз или выше пусто»: пригодится в решении и в уроке 2.

Шаг 21. Здесь: остановиться

here — стоим на этаже, двери закрыты, нажата кнопка этого этажа: открыть двери. Он же звенит гонгом (последний шаг).

Шаг 22. Решение: вверх или вниз

На этаже (двери закрыты, здесь не стоим) кабина решает: вверх, если есть заявки выше и (едем вверх или ниже пусто); вниз — наоборот. Едем в одну сторону, пока там есть заявки, — и только потом разворачиваемся.

Шаг 23. Направление

На этаже направление решается заново (mvUp; нет заявок — «вниз»), в пути и у открытых дверей держится. Триггер dir: 1 — вверх.

Шаг 24. Ход

go — двигаться на этом такте: между этажами — всегда (посреди шахты лифт не стоит), на этаже — если решили ехать.

Шаг 25. Счётчик положения

Пять FA прибавляют к положению +1 (вверх) или 11111 (это −1: вниз) — или 0, если стоим. AND с nR — сброс на 1-й этаж.

Шаг 26. Таймер дверей

Открылись (here) — 4 (100), открыты — минус 1 (три FA прибавляют 111), закрыты — 0. Двери открыты 4 такта — 2 секунды.

Шаг 27. Стрелки

Стрелка горит, пока есть заявки или кабина в пути: ▲ — направление вверх, ▼ — вниз.

Шаг 28. Экран: створки, полоска, цифра

AD<f> — створки: кабина на этаже f и двери закрыты. AM<f> — кабина в пути между этажами f и f+1. Цифра этажа — из одного горящего y: сегмент горит на тех этажах, где он нужен (a — на 2, 3, 5, 6, 7, 8 …), поэтому каждый сегмент — одно ИЛИ.

Шаг 29. Гонг

Speaker из палитры: клик по значку слева — режим «зуммер», по решётке — тон 880. Звенит, пока открываются двери (here).

1.5. Проверка

Плату не сворачивать — в уроке 2 к ней добавятся кнопки вызова на этажах.

1. RST включить и выключить. На экране в шахте A: кабина на 1-м этаже — рамка со створками (двери закрыты), над шахтой цифра 1, стрелок нет.
2. Нажми 5. Справа от шахты у 5-го этажа загорается точка, над шахтой — ▲. Кабина едет: рамка гаснет, между этажами горит полоска, цифра растёт 1 → 2 → 3 → 4. Через 8 секунд кабина на 5-м: звенит гонг, рамка пустая (двери открыты), точка гаснет, ▲ гаснет. Через 2 секунды появляются створки — двери закрылись.
3. Нажми 7, 8 и 3. Кабина едет вверх: открывает двери на 7-м, потом на 8-м, потом ▼ — и едет вниз на 3-й. Мимо 3-го вверх не поехала бы: сначала все заявки в одну сторону, потом разворот.
4. Нажми 6, потом Отмена, потом 5. Точка у 6 гаснет, кабина едет на 5-й.
5. Нажми 1 и, пока кабина едет, — Отмена. Кабина доезжает до ближайшего этажа и встаёт, двери не открывает: посреди шахты лифт не останавливается.
6. Кабина стоит с закрытыми дверями — нажми кнопку её этажа: двери открываются сразу. Пока двери открыты, кнопка этого этажа не загорается.

Вставка урока 1 (Cmd+I)

Нужны вентили NOT, NAND, NOR, AND, OR, XOR (урок 0 или его вставка) и детали шагов 1–10 (SRLatch … DEC8) — они в начале вставки; если уже есть в библиотеке, удали их блоки chip. Экран (Segment LCD) и тон гонга — вручную, шаги 11 и 29.

# Урок 1 — экран и кабина A: положение, кнопки в кабине и «Отмена», двери, вверх / вниз / здесь.# Вставка: Cmd+I в проект, где есть детали урока (вентили, защёлки, FA, MUX2, DEC8 …). Segment LCD и Clock 2Hz — руками. # ---------- детали (если уже есть в библиотеке — удали их блоки) ----------chip SRLatch {  portIn(R)  portIn(S)  portOut(Q)  portOut(nQ)  NOR(R, nQ, Q)  NOR(S, Q, nQ)}chip DLatch {  portIn(D)  portIn(EN)  portOut(Q)  portOut(nQ)  NOT(D, nD)  AND(D, EN, setD)  AND(nD, EN, rstD)  SRLatch(S=setD, R=rstD, Q=Q, nQ=nQ)}chip DFF {  portIn(D)  portIn(CLK)  portOut(Q)  portOut(nQ)  NOT(CLK, nCLK)  DLatch(D=D, EN=nCLK, Q=mid)  DLatch(D=mid, EN=CLK, Q=Q, nQ=nQ)}chip FA {  portIn(A)  portIn(B)  portIn(CI)  portOut(S)  portOut(CO)  XOR(A, B, p)  XOR(p, CI, S)  AND(A, B, g)  AND(p, CI, pc)  OR(g, pc, CO)}chip MUX2 {  portIn(A)  portIn(B)  portIn(S)  portOut(Y)  NOT(S, nS)  NAND(A, nS, na)  NAND(B, S, nb)  NAND(na, nb, Y)}chip AND3 {  portIn(A)  portIn(B)  portIn(C)  portOut(Y)  AND(A, B, ab)  AND(ab, C, Y)}chip OR3 {  portIn(A)  portIn(B)  portIn(C)  portOut(Y)  OR(A, B, ab)  OR(ab, C, Y)}chip OR4 {  portIn(A)  portIn(B)  portIn(C)  portIn(D)  portOut(Y)  OR(A, B, ab)  OR(C, D, cd)  OR(ab, cd, Y)}chip OR8 {  portIn(A)  portIn(B)  portIn(C)  portIn(D)  portIn(E)  portIn(F)  portIn(G)  portIn(H)  portOut(Y)  OR4(A=A, B=B, C=C, D=D, Y=lo)  OR4(A=E, B=F, C=G, D=H, Y=hi)  OR(lo, hi, Y)}chip DEC8 {  portIn(I0)  portIn(I1)  portIn(I2)  portOut(Y0)  portOut(Y1)  portOut(Y2)  portOut(Y3)  portOut(Y4)  portOut(Y5)  portOut(Y6)  portOut(Y7)  NOT(I0, n0)  NOT(I1, n1)  NOT(I2, n2)  AND3(A=n2, B=n1, C=n0, Y=Y0)  AND3(A=n2, B=n1, C=I0, Y=Y1)  AND3(A=n2, B=I1, C=n0, Y=Y2)  AND3(A=n2, B=I1, C=I0, Y=Y3)  AND3(A=I2, B=n1, C=n0, Y=Y4)  AND3(A=I2, B=n1, C=I0, Y=Y5)  AND3(A=I2, B=I1, C=n0, Y=Y6)  AND3(A=I2, B=I1, C=I0, Y=Y7)} # ---------- питание, такт, сброс ----------power(VCC)ground(GND)clock(CLK)input(RST)NOT(RST, nR)# ---------- пульт кабины A ----------button{label="1"}(AB0)button{label="2"}(AB1)button{label="3"}(AB2)button{label="4"}(AB3)button{label="5"}(AB4)button{label="6"}(AB5)button{label="7"}(AB6)button{label="8"}(AB7)button{label="Отмена"}(ACAN)# ---------- кабина A ----------# где кабина: положение p4 p3 p2 = этаж, p1 p0 = шаг между этажами (0 — стоит ровно на этаже)NOR(p0, p1, atF)NOT(atF, natF)DEC8(I0=p2, I1=p3, I2=p4, Y0=y0, Y1=y1, Y2=y2, Y3=y3, Y4=y4, Y5=y5, Y6=y6, Y7=y7)# двери открыты, пока таймер t ≠ 0OR3(A=t0, B=t1, C=t2, Y=OPEN)NOT(OPEN, ndoor)# кабина на этаже f (рамка на экране) и «двери открыты на этаже f»AND(y0, atF, AC0)AND(AC0, OPEN, O0)AND(y1, atF, AC1)AND(AC1, OPEN, O1)AND(y2, atF, AC2)AND(AC2, OPEN, O2)AND(y3, atF, AC3)AND(AC3, OPEN, O3)AND(y4, atF, AC4)AND(AC4, OPEN, O4)AND(y5, atF, AC5)AND(AC5, OPEN, O5)AND(y6, atF, AC6)AND(AC6, OPEN, O6)AND(y7, atF, AC7)AND(AC7, OPEN, O7)# кнопки в кабине: защёлка K ставится нажатием, гаснет, пока на этом этаже открыты двери, кнопкой «Отмена» и сбросом;# пока гасится — нажатие не проходит (S и R вместе защёлке нельзя)OR(ACAN, RST, kc)OR(O0, kc, kr0)NOT(kr0, nkr0)AND(AB0, nkr0, ks0)SRLatch(S=ks0, R=kr0, Q=AK0)OR(O1, kc, kr1)NOT(kr1, nkr1)AND(AB1, nkr1, ks1)SRLatch(S=ks1, R=kr1, Q=AK1)OR(O2, kc, kr2)NOT(kr2, nkr2)AND(AB2, nkr2, ks2)SRLatch(S=ks2, R=kr2, Q=AK2)OR(O3, kc, kr3)NOT(kr3, nkr3)AND(AB3, nkr3, ks3)SRLatch(S=ks3, R=kr3, Q=AK3)OR(O4, kc, kr4)NOT(kr4, nkr4)AND(AB4, nkr4, ks4)SRLatch(S=ks4, R=kr4, Q=AK4)OR(O5, kc, kr5)NOT(kr5, nkr5)AND(AB5, nkr5, ks5)SRLatch(S=ks5, R=kr5, Q=AK5)OR(O6, kc, kr6)NOT(kr6, nkr6)AND(AB6, nkr6, ks6)SRLatch(S=ks6, R=kr6, Q=AK6)OR(O7, kc, kr7)NOT(kr7, nkr7)AND(AB7, nkr7, ks7)SRLatch(S=ks7, R=kr7, Q=AK7)# термометр: a_f = кабина ниже этажа f (a1 — это y0), b_f = кабина выше этажа f (b6 — это y7)OR(y0, y1, a2)OR(a2, y2, a3)OR(a3, y3, a4)OR(a4, y4, a5)OR(a5, y5, a6)OR(a6, y6, a7)OR(y7, y6, b5)OR(b5, y5, b4)OR(b4, y4, b3)OR(b3, y3, b2)OR(b2, y2, b1)OR(b1, y1, b0)# ВЫШЕ: есть заявка выше кабины; НИЖЕ: есть заявка нижеAND(AK1, y0, ru1)AND(AK2, a2, ru2)AND(AK3, a3, ru3)AND(AK4, a4, ru4)AND(AK5, a5, ru5)AND(AK6, a6, ru6)AND(AK7, a7, ru7)OR8(A=ru1, B=ru2, C=ru3, D=ru4, E=ru5, F=ru6, G=ru7, H=GND, Y=UPR)AND(AK0, b0, rd0)AND(AK1, b1, rd1)AND(AK2, b2, rd2)AND(AK3, b3, rd3)AND(AK4, b4, rd4)AND(AK5, b5, rd5)AND(AK6, y7, rd6)OR8(A=rd0, B=rd1, C=rd2, D=rd3, E=rd4, F=rd5, G=rd6, H=GND, Y=DNR)# кнопка в кабине на этом этажеAND(AK0, y0, hk0)AND(AK1, y1, hk1)AND(AK2, y2, hk2)AND(AK3, y3, hk3)AND(AK4, y4, hk4)AND(AK5, y5, hk5)AND(AK6, y6, hk6)AND(AK7, y7, hk7)OR8(A=hk0, B=hk1, C=hk2, D=hk3, E=hk4, F=hk5, G=hk6, H=hk7, Y=hK)NOT(dir, ndir)NOT(UPR, nUPR)OR(ndir, nUPR, gOK)# здесь: стоим на этаже, двери закрыты, есть заявка этого этажаAND3(A=atF, B=ndoor, C=hK, Y=here)# решение на этаже (двери закрыты, здесь не стоим): вверх — если есть выше и (едем вверх или ниже пусто), вниз — наоборотNOT(DNR, nDNR)OR(dir, nDNR, uOK)AND(UPR, uOK, mvUp)AND(DNR, gOK, mvDn)NOT(here, nhere)AND3(A=atF, B=ndoor, C=nhere, Y=decide)# направление: на этаже решаем заново (нет заявок — «вниз»), в пути и у дверей — держимMUX2(A=dir, B=mvUp, S=decide, Y=dirN)AND(dirN, nR, dirD)DFF(D=dirD, CLK=CLK, Q=dir)# ход: между этажами — всегда, на этаже — если решили ехатьOR(mvUp, mvDn, mv)AND(decide, mv, go1)OR(natF, go1, go)# счётчик положения: +1 вверх, −1 (= +11111) внизNOT(dirN, ndirN)AND(go, ndirN, dn)FA(A=p0, B=go, CI=GND, S=q0, CO=c0)FA(A=p1, B=dn, CI=c0, S=q1, CO=c1)FA(A=p2, B=dn, CI=c1, S=q2, CO=c2)FA(A=p3, B=dn, CI=c2, S=q3, CO=c3)FA(A=p4, B=dn, CI=c3, S=q4, CO=c4)AND(q0, nR, pd0)DFF(D=pd0, CLK=CLK, Q=p0)AND(q1, nR, pd1)DFF(D=pd1, CLK=CLK, Q=p1)AND(q2, nR, pd2)DFF(D=pd2, CLK=CLK, Q=p2)AND(q3, nR, pd3)DFF(D=pd3, CLK=CLK, Q=p3)AND(q4, nR, pd4)DFF(D=pd4, CLK=CLK, Q=p4)# таймер дверей: открылись — 4 (100), открыты — минус 1, закрыты — 0FA(A=t0, B=VCC, CI=GND, S=u0, CO=e0)FA(A=t1, B=VCC, CI=e0, S=u1, CO=e1)FA(A=t2, B=VCC, CI=e1, S=u2, CO=e2)AND(u0, OPEN, v0)AND(u1, OPEN, v1)AND(u2, OPEN, v2a)OR(v2a, here, v2)AND(v0, nR, td0)DFF(D=td0, CLK=CLK, Q=t0)AND(v1, nR, td1)DFF(D=td1, CLK=CLK, Q=t1)AND(v2, nR, td2)DFF(D=td2, CLK=CLK, Q=t2)# есть заявки; стрелки — направление, пока есть заявки или едемOR8(A=AK0, B=AK1, C=AK2, D=AK3, E=AK4, F=AK5, G=AK6, H=AK7, Y=rAny)OR(rAny, natF, busy)AND(dir, busy, AUP)AND(ndir, busy, ADN)# экран: створки (двери закрыты), в пути между f и f+1, цифра этажаAND(AC0, ndoor, AD0)AND(AC1, ndoor, AD1)AND(AC2, ndoor, AD2)AND(AC3, ndoor, AD3)AND(AC4, ndoor, AD4)AND(AC5, ndoor, AD5)AND(AC6, ndoor, AD6)AND(AC7, ndoor, AD7)AND(y0, natF, AM0)AND(y1, natF, AM1)AND(y2, natF, AM2)AND(y3, natF, AM3)AND(y4, natF, AM4)AND(y5, natF, AM5)AND(y6, natF, AM6)OR8(A=y1, B=y2, C=y4, D=y5, E=y6, F=y7, G=GND, H=GND, Y=AFa)OR8(A=y0, B=y1, C=y2, D=y3, E=y6, F=y7, G=GND, H=GND, Y=AFb)OR8(A=y0, B=y2, C=y3, D=y4, E=y5, F=y6, G=y7, H=GND, Y=AFc)OR8(A=y1, B=y2, C=y4, D=y5, E=y7, F=GND, G=GND, H=GND, Y=AFd)OR3(A=y1, B=y5, C=y7, Y=AFe)OR4(A=y3, B=y4, C=y5, D=y7, Y=AFf)OR8(A=y1, B=y2, C=y3, D=y4, E=y5, F=y7, G=GND, H=GND, Y=AFg)# ---------- гонг: двери открываются ----------speaker{mode="buzz", tone=880}(here)