Урок 2. Триггер F/F

После этого урока в библиотеке триггер, из которого состоит счётчик CD4029: он умеет сразу записать бит, а на такте — перевернуться или стоять на месте. Пробуем его тумблерами и генератором.

2.1. Идея: счётчик — это триггеры, которые переворачиваются

Двоичный счётчик — ряд триггеров. На каждом такте младший бит переворачивается всегда, следующий — только когда младший был 1 (при счёте вверх) или 0 (при счёте вниз). Значит, каждому триггеру нужно уметь три вещи:

• записать — сразу, без такта (чтобы поставить счётчик на нужное число: PE);
• перевернуться на такте — когда разрешено (TE = 0);
• стоять — когда не разрешено (TE = 1).

2.2. Идея: переворот через исключающее ИЛИ

Внутри — обычный D-триггер: на такте он запоминает то, что на входе D. Если на D подать НЕ Q — триггер переворачивается, если Q — стоит. Выбирает XOR: D = НЕ(Q XOR TE).

• TE = 0: Q XOR 0 = Q, D = НЕ Q — переворот;
• TE = 1: Q XOR 1 = НЕ Q, D = Q — держит.

2.3. Идея: три входа у И-НЕ

D-триггер с записью — классическая схема 7474: шесть И-НЕ на 3 входа. NAND3 собираем прямо из транзисторов — так он устроен внутри микросхемы.

2.4. Сборка

Тот же проект. В библиотеке нужны NOT, NAND, XOR (урок 0) и CD4011 (урок 1). Пробу урока 1 можно удалить.

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

Если NAND3 уже есть в библиотеке (например, из набора «Микросхемы 74-й серии») — 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 FF4029 — триггер F/F счётчика CD4029

На схеме TI (Fig. 9) триггер нарисован коробкой с таблицей; внутри — D-триггер (шесть И-НЕ на 3 входа, как в 7474) и три управления. PE = 0 — сразу записать (через установку sdn / сброс rdn). На спаде CL: TE = 0 — переворот (D = НЕ Q, через XOR и NOT), TE = 1 — держит. Записывается НЕ J: в самой CD4029 перед J стоит инвертор, поэтому микросхема целиком записывает число как есть.

Ctrl+G → имя FF4029. Ноги: входы PE, J, TE, CL; выходы Q, QN.

Шаг 3. Проба: тумблеры и генератор

Clock — клик по корпусу до 1Hz.

Шаг 4. Триггер

Шаг 5. Лампы

2.5. Проверка

1. Clock — 1Hz. PE = 0, J = 0: Q горит — записалось НЕ J. J = 1 — Q гаснет.
2. PE = 1 (запись выключена), TE = 0: Q и QN меняются местами на каждом спаде CL — когда лампа CL гаснет. Q мигает вдвое реже CL: триггер делит на 2.
3. TE = 1 — Q замирает: такты идут, а триггер держит.

После проверки удали пробу (рамкой и Delete) — NAND3 и FF4029 остаются в библиотеке.

Вставка урока 2 (Cmd+I)

Нужны вентили NOT, NAND, XOR (урок 0).

# Урок 2 — триггер F/F счётчика CD4029: NAND3 из транзисторов, D-триггер из шести NAND3, запись и переворот.# Вставка: Cmd+I в тот же проект (нужны NOT, NAND, XOR из урока 0). # NAND3 — И-НЕ на 3 входа: 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)} # FF4029 — триггер F/F счётчика CD4029 (коробка на Fig. 9 TI, внутренности — по её таблице):#   PE = 0 — сразу записать НЕ J; на спаде CL: TE = 0 — переворот, TE = 1 — держитchip FF4029 {  portIn(PE)  portIn(J)  portIn(TE)  portIn(CL)  portOut(Q)  portOut(QN)  NOT(CL, cp)  NOT(PE, ld)  NOT(J, jn)  NAND(ld, jn, sdn)  NAND(ld, J, rdn)  XOR(Q, TE, x)  NOT(x, d)  # D-триггер: SD = sdn, RD = rdn (активный 0), фронт cp  NAND3(A=sdn, B=n4, C=n2, Y=n1)  NAND3(A=n1, B=rdn, C=cp, Y=n2)  NAND3(A=n2, B=cp, C=n4, Y=n3)  NAND3(A=n3, B=rdn, C=d, Y=n4)  NAND3(A=sdn, B=n2, C=QN, Y=Q)  NAND3(A=Q, B=n3, C=rdn, Y=QN)} # ---------- проба триггера ----------power(VCC)ground(GND)# PE = 0 — записать (активный 0), J — что записать, TE = 0 — переворот на каждом такте, TE = 1 — держитinput(PE)input(J)input(TE)clock(CL)FF4029(PE=PE, J=J, TE=TE, CL=CL, Q=Q, QN=QN)# ---------- лампы ----------led(CL)led(Q)led(QN)