- сдвиговый регистр (D1 - К155ИР13),
- программный автомат (D3.3 - элемент К155ЛА3, D4, D5 - К155ИЕ5),
- узел согласования работы между ними (D2 - К155ЛП5, D6 - К155ТМ2):
Регистр :
Микросхема К155ИР13 (D1) – 8-ми разрядный реверсивный сдвиговый регистр; на его базе строится схема 8-ми канального “бегущего огня”. Для его индикации к выходам микросхемы через токоограничивающие сопротивления R1-R8 подключены светодиоды VD1-VD8 (или светодиодная шкала).
Скорость движения “бегущего огня” :
Она определяется внешним сигналом С, который подаётся на тактирующий вход С (11) регистра.
Схема с регистром обеспечивает “бегущему огню” движение по кольцу в двух режимах Счёт и Сдвиг, также меняется направление движения и начальное состояние режима Сдвиг, при этом, смена рисунков движения происходит автоматически по жёстко заданной программе.
Программный автомат :
Он построен на элементе D3.3 и двух счётчиках D4, D5. Чтобы смена рисунков происходила в такт движению “бегущего огня” сигнал С также поступает на элемент D3.3 (включён инвертором) и после инверсии он поступает на вход 14 первого счётчика D4. Оба счётчика D4, D5 включены по схеме делителя на 16 (соединены выводы 1-12 и выводы 2-3 на GND).
Почему D4 считает до 16-ти ?
“Бегущий огонь” – это последовательное переключение светодиодов и чтобы выполнить какой-то определённый светодинамический рисунок необходимо, чтобы он продолжался определённое количество тактов. Посмотрите на следующее изображение :
Из него следует, чтобы полностью показать режим Счёт необходимо 16 тактов (от начала последовательного включения до полного выключения). За эти же 16 тактов режим Сдвига будет выполнен два раза. Значит, через каждые 16 тактов вполне можно менять светодинамические рисунки.
Поэтому, первый счётчик (D4) считает такты и так как выход 11 счётчика D4 соединён со входом 14 счётчика D5, то через каждые 16 тактов меняются состояния выходов второго счётчика D5, которые и задают в устройстве соответствующие режимы работы :
- С5-N – изменение направления движения,
- C6-SS – переключение режимов Счёт/Сдвиг,
- C7-D123 и C8-D4 – определяют начальное состояние Сдвига.
Движение по кольцу и переключение режимов Счёт-Сдвиг :
Для движения по кольцу необходимо соединять выводы 20 с 2 и 4 с 22 регистра, но в схеме эти соединения проходят через элементы D2.1 ((20 с 1) --> (3 с 2)) и D2.2 ((4 с 5) --> (6 с 22)). К входам 2 и 4 этих же элементов подведён сигнал управления C6-SS. Его два состояния (0 и 1) задают режим - Сдвиг или Счёт, а сами логические элементы обеспечивают их работу. При логическом нуле на С6-SS работает режим Сдвига (логические элементы D2.1 и D2.2 работают как повторители), а при логической единице на С6-SS – режим Счёт (логические элементы D2.1 и D2.2 работают как инверторы).
Направление движения и запись начального состояния :
Направление движения “бегущего огня” и запись в регистр начального состояния зависит от состояния его входов S0(1), S1(23), управление которыми осуществляется сигналами C5-N (изменение направления) и Z (режим записи) через элементы D2.3 и D2.4 :
Как происходит смена направления движения ?
По схеме элемент D2.4 включён инвертором, а элемент D2.3 при логическом нуле на выходе 6 триггера (режим записи выключен) работает как повторитель сигнала C5-N, следовательно:
- при С5N =0 - состояния S0=1, S1=0,
- при С5N =1 - состояния S0=0, S1=1,
значит, при Z=0 и изменении сигнала C5-N будет происходить смена направления движения.
Для чего нужна запись ?
После окончания режима Счёт, в начале режима Сдвиг, необходимо задать начальное состояние для Сдвига, то есть, определить сдвиговому регистру, какая комбинация каналов будет “бежать”, например, 10000000 или 10001000 или другая (она устанавливается на входах D0-D7 регистра сигналами VCR, C7-D123, C8-D4 и GND). Для этого регистр кратковременно (на один такт) переводится в режим записи (на входах S0 и S1 устанавливаются логические 1).
Как происходит запись ?
В режиме Счёт на C6-SS логическая единица, а при переходе на Сдвиг сигнал C6-SS принимает значение нуля. В результате этого перепада (от 1 к 0) на выходе дифференциальной цепочки С1R10R11 образуется короткий отрицательный импульс. Так как он поступает на вход R (1) триггера D6, то на его инверсном выходе 6 устанавливается логическая единица (Z=1, режим записи включён). При этом, важно отметить, что при переходе со Счёта на Сдвиг в цепи C5-N также устанавливается логический ноль. Тогда, при Z=1, оба элемента D2.4 и D2.3 работают как инверторы. Значит, состояния входов S0=1, S1=1 и в момент очередного положительного перепада сигнала C происходит сама запись (параллельный перенос состояний с входов D0-D7 на выходы Q0-Q7). После записи по положительному перепаду сигнала C1 на выходе 6 триггера устанавливается логический ноль (Z=0, режим записи выключен) и на входах регистра состояния S0=1, S1=0, что соответствует правому Сдвигу.
Зачем нужен элемент D6.2 ?
Этот элемент выполняет сброс выходов регистра (состояние 00000000) в начале режима Счёт. Логический ноль на выходе 9 триггера (вход 13 регистра) устанавливается от положительного перепада на C6-SS (при переходе из режима Сдвиг (C6-SS = 0) на режим Счёт (C6-SS=1)), так как во время этого перепада на входе S (10) триггера присутствует высокий логический уровень. По окончании тактового импульса С (его высокого уровня) на входе S (10) триггера будет логический 0 и на прямом выходе (вывод 9) триггера опять устанавливается логическая единица (Установка Q=1).