8.10. Задачи к главе

T-триггер: $D=Q\oplus T$. При T = 0 на D приходит Q — триггер перезаписывает сам себя; при T = 1 — $\overline{Q}$, и триггер переключается. Такт общий, гонок нет: XOR лишь вычисляет следующее состояние.

Счётчик: разряд k должен переключаться, когда все младшие разряды равны 1 (и счёт разрешён). Поэтому $T_0=EN$, $T_1=EN\cdot Q_0$, $T_2=EN\cdot Q_0{Q}_1$, $T_3=EN\cdot Q_0{Q}_1{Q}_2$ — цепочка вентилей И. Выход переноса $EN\cdot Q_0{Q}_1{Q}_2{Q}_3$ разрешает следующий такой счётчик — именно так устроены '161/'163 и их выходы RCO. Задержка цепочки И растёт с длиной; в быстрых счётчиках каждое $T_k$ берут многовходовым И прямо от всех младших разрядов.

Сигналы A и B (1 — луч перекрыт) синхронизируются D-триггерами к такту 1 кГц. Автомат следит за последовательностью комбинаций AB: ПОКОЙ (00) → ВХОД1 (10) → ВХОД2 (11) → ВХОД3 (01) → по 00 выдать «+1», в ПОКОЙ. Для выхода — зеркальная ветвь: ВЫХ1 (01) → ВЫХ2 (11) → ВЫХ3 (10) → по 00 «−1». Из любого состояния ветви по 00, пришедшему «не вовремя» (человек развернулся), — в ПОКОЙ без импульса; по шагу назад (например, из ВХОД2 обратно в 10) — в предыдущее состояние ветви. Импульсы «+1/−1» длиной в один такт подаются на реверсивный счётчикРеверсивный счётчик — считает и вверх, и вниз: направление задаёт вход U/D ('191) или раздельные тактовые входы ('193). ('193 с раздельными входами или '191 с U/D и разрешением). Семь состояний — 3 триггера; неиспользуемый код ведите в ПОКОЙ. Двое, идущие вплотную друг за другом, всё равно обманут такой счётчик — это ограничение датчиков, а не логики.

На команду — две декады '192 (двоично-десятичные, реверсивные, раздельные входы «вверх» и «вниз») или '190 (U/D). Пять кнопок проходят подавители дребезга и синхронизаторы на общем такте (например, 1 кГц от генератора), выделители фронта дают однотактные импульсы. Импульс «+1» команды разрешает счёт вверх её счётчика на один такт; «−1» — вниз, но только если счёт не равен 00: дешифратор нуля (оба разряда 0000 — вентиль ИЛИ-НЕВентиль ИЛИ-НЕ: на выходе низкий уровень, если высокий хотя бы один вход. В КМОП — n-канальные ключи параллельно, p-канальные последовательно. по восьми выходам или выход заёма старшей декады) запрещает импульс «−1». Аналогично при 99 можно запретить «+1». Сброс — синхронно или асинхронным входом CLR, но через синхронизатор. Индикация — статическая через 4511 на каждый разряд или мультиплексная на четыре знака (раздел 8.7). Если '192 тактируется прямо импульсами, а не разрешением, помните, что у него тактовые входы «вверх» и «вниз» должны быть высокими в покое.

Девять: восемь «рабочих» и один «предварительный». Младшие разряды $A_2{A}_1{A}_0$ подаются параллельно на входы A, B, C всех восьми рабочих '138. Старшие $A_5{A}_4{A}_3$ идут на предварительный '138 (его разрешения постоянно активны), а его восемь выходов Y0…Y7 (активный низкий) — на входы G2A соответствующих рабочих микросхем (G1 = 1, G2B = 0 или общий сигнал выборки). При любом коде разрешена ровно одна рабочая микросхема, и на её выходе — единственный низкий уровень. Задержка — два дешифратора. Можно обойтись и без предварительного '138, используя три входа разрешения каждого рабочего (как для «1 из 32» из четырёх '138 с одним инвертором), но для восьми микросхем не хватит комбинаций прямых и инверсных входов без дополнительных инверторов — предварительный дешифратор проще.

Адрес — 15 разрядов. Младшие $A_{12}\dots A_0$, линии данных $D_7\dots D_0$, WE и OE подаются параллельно на все четыре микросхемы. Старшие $A_{14}{A}_{13}$ идут на половину '139 («1 из 4», выходы активные низкие), её вход разрешения — общий сигнал выборки модуля; выходы Y0…Y3 — на CS микросхем. В каждый момент выбрана одна микросхема, остальные держат выходы в третьем состоянииТретье (высокоимпедансное) состояние — выход отключён от линии: оба выходных транзистора закрыты. Позволяет нескольким выходам по очереди работать на общую шину. и игнорируют запись. Время выборки модуля по старшим адресам увеличивается на задержку дешифратора (у 'HC139 около 20 нс) — проверьте, укладывается ли оно в такт процессора. Вторая половина '139 остаётся для следующего модуля.

Время. Общий такт 1 Гц для отсчёта секунд (от кварца через делитель) и 2 Гц для мигания. Один вычитающий счётчик секунд загружается длительностью нового состояния при каждом переходе и выдаёт сигнал «время вышло» на нуле.

Состояния: МАШ_ЗЕЛ_МИН (машинам зелёный, идёт обязательные 30 с) → МАШ_ЗЕЛ (ждём кнопку) → МАШ_ЖЁЛТ (3 с) → ПЕШ_ЗЕЛ (10 с) → ПЕШ_МИГ (5 с) → МАШ_ЗЕЛ_МИН. Кнопка проходит подавитель дребезга и синхронизатор и запоминается триггером «вызов» (сбрасывается при входе в ПЕШ_ЗЕЛ): нажатие во время обязательных 30 с не теряется, а переход происходит, как только они истекут. Пять состояний — 3 бита, плюс триггер «вызов». Выходы ламп — функции состояния (и сигнала 2 Гц в ПЕШ_МИГ), лучше защёлкнутые регистром, чтобы при переходах не мигали лишние лампы.

Безопасность. Три неиспользуемые комбинации ведите в МАШ_ЖЁЛТ (или в «все красные»), а не в зелёный: при сбое лучше лишний раз остановить машины. В настоящих светофорах есть и независимый контроль «зелёный обоим одновременно» — отдельной схемой, которая отключает питание ламп.