Схемотехника · урок 17 из 18

Триггеры, счётчики и память

Схемы с памятью: как два элемента И-НЕ запоминают бит и как из триггеров получается счётчик и делитель частоты.

Вентили из прошлого урока не помнят прошлого: выход зависит только от текущих входов. Стоит завести выход обратно на вход — появляется память.

RS-защёлка

&&S— установкаR— сбросQQ
Защёлка на двух И-НЕ: короткий «0» на S ставит Q = 1, и он держится

Каждый элемент держит другой: если Q = 1, на нижний попадает единица, его выход — ноль, и это подтверждает верхний. Короткий импульс на S или R перебрасывает защёлку, и она помнит состояние, пока есть питание. Так кнопка «Пуск» запускает станок, а «Стоп» останавливает.

D-триггер и тактирование

D-триггерDCQQDCQQ÷2
D-триггер (74HC74): Q запоминает D в момент фронта тактового сигнала C. Q на D — делитель на 2

В цифровых схемах всё происходит «по часам»: D-триггер записывает вход D только в момент фронта тактового сигнала. Соедините Q со входом D — триггер будет переключаться на каждом такте: получится делитель частоты на 2.

Счётчик

Цепочка таких делителей — двоичный счётчик: первый бит меняется каждый такт, второй — вдвое реже, и так далее. Кварц часов 32 768 Гц через 15 делителей превращается ровно в 1 Гц — секундную стрелку.

4-битный счётчик

Дребезг кнопки

Механический контакт при нажатии «дребезжит» — замыкается-размыкается десятки раз за миллисекунды. Счётчик насчитает лишнее. Лечат RC-цепью + триггером Шмитта (уроки 4 и 14), защёлкой или паузой в программе.

Регистры и память

Восемь D-триггеров с общим тактом — регистр на байт. Сдвиговый регистр 74HC595 превращает три провода микроконтроллера в восемь выходов. Миллиарды ячеек памяти — это те же идеи, только в кремнии нанометрового масштаба.

Опыт на макетной плате

Нужно: 74HC14 (генератор тактов, урок 15), счётчик CD4040 или 74HC393, 4 светодиода с резисторами 1 кОм, 5 В.

  1. Соберите генератор ≈2 Гц на одном инверторе 74HC14 (R = 470 кОм, C = 1 мкФ).
  2. Его выход — на тактовый вход счётчика, к выходам Q1–Q4 — светодиоды.
  3. Светодиоды показывают двоичный счёт 0…15, каждый следующий мигает вдвое медленнее.

Проверьте себя

1. Чем триггер отличается от вентиля?

2. Когда D-триггер записывает вход D?

3. Генератор 1 кГц на входе 4-битного счётчика. Частота старшего бита?

4. Что такое дребезг контактов?

По книге: П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники» (М.: БИНОМ, 2014), гл. 8, с. 529–567. Текст урока — пересказ, схемы перерисованы.