Встречаешь в разделах ДЗЕН разные публикации, в которых авторы делают попытку преподнести начинающим радиоэлектронщикам некие основы цифровой техники, цифровой логики. Задача совсем не простая, поскольку тут должно сочетаться не только то или иное схемотехнические решение, но и понимание неких основ цифровой логики привязанной к решению по создании той или иной схемы. Необходимо и понимание того, а для чего мы что-то делаем. Цифровых микросхем много и они подразделяются по сериям, как например: 133 серия, 564 серия, 561 серия, 176 серия и т.д., есть даже серия 100. В каждой серии есть более-менее стандартные микросхемы - это разные И-НЕ; ИЛИ-НЕ; D-триггера, JK-триггера, счетчики, сдвиговые регистры и т.д. Что бы начать что-то понимать, надо разобраться и изучить назначение того или иного элемента, познакомится с его работой, с его возможностями. Просто так что-то собирать не имеет ни какого смысла - пустая трата времени. Надо поставить ту или иную цель по созданию того или иного устройства на цифровых микросхемах и пытаться его реализовать. Например, собрать схему, что бы светодиод мигал. Ну собрали на той или иной макетной плате и дальше что? Ну мигает и что? Мой совет, если кто-то хочет этим более-менее серьезно заняться, то для начала надо установить на компьютер программу для эмуляции работы цифровых схем, типа Multisim версии хотя бы 12,0. (или другую, аналогичную программу). В этой программе есть в базе данных достаточно большое количество цифровых микросхем и это позволит на экране монитора собирать ту или иную схему и проверять ее работоспособность прежде чем что то там паять, махая паяльником, а затем еще 10 раз перепаивать. Все примеры я буду приводить на микросхемах серии 564 (561) у которой аналог серия CD4000. Это КМОП-серия с достаточно малым потреблением, широким диапазоном питающего напряжения и более-менее высокочастотная.
Основным простыми элементами цифровых микросхем являются элементы "И"; "ИЛИ" и D-триггер. Что такое элемент "И"? Это элемент с одним входом и одним выходом. Если он имеет обозначение "И-НЕ", то это означает, что при присутствии на его входе значения "Лог.1" на его выходе будет значение "Лог.0" и наоборот. Есть элементы "2И-НЕ", "3И-НЕ" и так далее. Это означает, что если на всех входах элемента "3И-НЕ" одновременно будут присутствовать значения "Лог.1", то только в этом случае на его выходе будет состояние "Лог.0". Можно сказать и так, что на выходе этого элемента будет присутствовать "Лог,0" только тогда, когда на входе (как пример "3И-НЕ") номер 1, номер 2 и номер 3 будут присутствовать уровни "Лог,1". Если хоть на одном его входе будет состояние "Лог.0", то на его выходе будет присутствовать состояние "Лог.1". Можно и по иному охарактеризовать этот элемент - это "сборка" "Лог.1" на его входах, "собрались" все "Лог.1" - на выходе состояние "Лог.0".
Противоположным элементу "И" является элемент "ИЛИ". Как пример, "3ИЛИ-НЕ". Только тогда, когда на всех его входах присутствует значение "Лог.0", только в этом случае на его выходе будет присутствовать значение "Лог.1".
Другим основным элементом цифровых микросхем является элемент "D-триггер". Этот элемент более сложный, поскольку является ячейкой памяти. У него есть входы приоритетные "S" и "R" при подачи на них "Лог.1" триггер устанавливается в определенное состояние вне зависимости от значения сигнала на его входе "D" и "C". Одновременная подача сигнала "Лог.1" на входы "S" и "R" - недопустима. Вход "D" - это информационный вход и значение по данному входу ("Лог.1" или Лог.0") записывается в D-триггер. Запись производится по переднему фронту входного импульса на входе "С". У "D-триггера" есть два выхода - Q и Q (прямой и инверсный). Если в триггер записалась Лог.1, то на выходе Q будет присутствовать значение Лог.1, а на выходе Q будет присутствовать значение Лог.0, и наоборот. Запись в D-триггер может быть произведена как с информационного входа "D", так и посредством подачи сигнала Лог.1 на входы S или R. У каждого элемента цифровых микросхем есть так называемая "Таблица истинности", в которой показано состояние на выходе микросхемы в зависимости от состояния на ее входах.
Простейшей схемой на цифровых микросхемах, является схема тактового генератора. Таких схем достаточно много, но если одна схема хорошо работает на серии 561, то та же схема без коррекции может и не работать на серии 133 или 155.
Вот одна из простых схем генератора на микросхеме "И-НЕ". Частота импульсов генератора задается параметрами С1 и R1. Для чего необходим третий элемент "И-НЕ"? Он необходим для развязки схемы самого генератора от дальнейшей схемы куда будут поступать импульсы. Этот генератор симметричный - длительность импульса примерно равна длительности паузы в периоде.
Вот схема аналогичного другого генератор. Генератор так же симметричный. Его выход с элемента U1D желательно так же подать на элемент "И-НЕ" для развязки генератора от остальной схемы будущего устройства. Для развязки лучше всего использовать микросхему 561ЛН2 в которой содержаться 6 элементов "И-НЕ" и которая имеет достаточно мощный выход.
Можно сделать генератор и на D-триггере с разным значением по длительности импульса и паузы в периоде, если такое требуется.
Допустим, состояние выходов Q и Q - Лог.1 и лог.0 соответственно. Напряжение на выходе Q через резистор R2 заряжает конденсатор С2. При достижении на этом конденсаторе состояния Лог.1, на входе R (CD1) присутствует значение Лог.1, что переводит триггер в состояние Q=Лог.0, а Q в состояние Лог.1. Начинает заряжаться конденсатор С1, а конденсатор С2 быстро (через диод) разряжается. Когда значение напряжения на конденсаторе С1 достигнет значения Лог.1, то триггер установится в состояние Q = Лог.1, а Q = Лог.0. И процесс начнет снова повторятся. На выходе Q или Q диаграмма импульсов будет такая, как показана ни рисунке ниже. Диоды необходимы для более быстрого разряда конденсаторов. Если конденсаторы большей емкости, чем на схеме, то желательно последовательно с диодом поставить ограничивающий ток резистор номиналом 1 - 2 кОм.
Такие не симметричные импульсы иногда необходимы для того, что бы (как пример) по переднему фронту импульса на входе "С" записать информацию в триггера сдвигового регистра, а потом импульсами с другого генератора за время паузы у первого генератора, произвести последовательный вывод записанной информации в регистре сдвига. Позже рассмотрю работу счетчиков и регистров сдвига.
У нас и за рубежом несколько разное обозначение микросхем, их функционала.
Показана микросхема серии CD4000, которая представляет из себя сборку двух узлов 3ИЛИ-НЕ и одного узла элемента "И-НЕ. У нас обозначение элемента "И" (не важно 2И-НЕ или 3И-не обозначается значком "&", а элемент 3ИЛИ-НЕ" обозначается значком "1".
За рубежом обозначение графическое - слева нарисован элемент "3ИЛИ-НЕ", а справа "2И-НЕ". Если на выходе таких элементов нет знака "инверсия" (кружочек), то это означает, что элемент просто "3ИЛИ" или "2И". Состояние выходного сигнала от значений сигналов на входе - есть в таблице истинности на данный элемент.
Есть таблица соответствия отечественных микросхем и зарубежных аналогов.
Как видно из таблице, есть масса микросхем с разными функциями кроме как И-НЕ или ИЛИ-НЕ и простого D-триггера. Конечно надо уметь рисовать схему сдвигающего регистра на простых D-триггерах, но на практике все уже давно используют специализированные микросхемы типа "ИР10" как пример.
Попробую некоторые схемы разобрать в следующий раз.