§ Микросхема
Это — легендарная микросхема К155ЛА3 (есть еще и КМ155 и 555, разные вариации). Она пользовалась колоссальной популярностью где-то в конце 80-х, начале 90-х годов из-за своей высокой доступности и простоты. Это сейчас она 50р стоит в розницу и 34р оптом на чипдипе на январь 2023 года, а тогда такие микросхемы были просто в достатке. Так что применялись они и для мультивибратора, и как цифровые и как аналоговые схемы, например усилители, в общем, применений — вагон. По стечению обстоятельств, у меня есть примерно 250 микросхем логики К155ЛА3 и КМ155ЛА3, но в этом нет смысла, потому что применять их не буду. Но мне стало интересно, что можно было бы сделать из них такого простого, что уместилось бы на беспаечной макетной плате.![](/i/el/k155/k2.gif)
![Рис 1. Внутренняя структура микросхемы, и то, как микросхема выглядит](/i/el/k155/k1.png)
Рис 1. Внутренняя структура микросхемы, и то, как микросхема выглядит
Да, одну картинку я все-таки взял с другого сайта, каюсь.
§ Что можно сделать
Из одной микросхемы можно сделать по крайней мере, несколько модулей:- Элемент XOR
- Мультиплексор
- Демультиплексор
- D-триггер
§ Элемент XOR
Начнем с самого первого, а именно, элемента XOR. Его схема приведена ниже на рисунке.![Рис 2. Схема XOR на 4 И-НЕ](/i/el/k155/k3.png)
Рис 2. Схема XOR на 4 И-НЕ
Последние 3 элемента представляют из себя схему на 2И и ИЛИ, потому она работает успешно из-за того факта, что когда подается две единицы либо на один из входов И, то на выходе тоже единица. Если же одновременно подается две единицы на вход A и B, то первый И-НЕ становится 0, и выход тоже 0, так что соблюдается таблица истинности XOR.
![Рис 3. Печатная схема в EasyEDA](/i/el/k155/k4.png)
Рис 3. Печатная схема в EasyEDA
Внизу два контакта это входы A, B. Контакт сверху - выход C.
§ Мультиплексор
Элемент выбирает значение либо из A, либо из B, в зависимости от того, что установлено на пин S. Если S=0, то C=A, иначе C=B. Мультиплексор выступает в цифровой электронике в качестве оператора IF, кратко:C = S ? B : AТак работает мультиплексор.
![Рис 4. Мультиплексор в Logisim](/i/el/k155/k5.png)
Рис 4. Мультиплексор в Logisim
Здесь опять требуются 4 логических элемента И-НЕ для реализации мультиплексора. С какой-то стороны, это даже удобно в чем-то. Один элемент — одна микросхема.
![Рис 5. Как выглядит на печатной плате](/i/el/k155/k6.png)
Рис 5. Как выглядит на печатной плате
Соединения проводов на печатной плате представлено выше.
§ Демультиплексор
Да, с этим мне пришлось немало повозиться, прежде чем я нашел решение. Я даже написал специальную программу у себя на сайте, для того, чтобы отыскать решение. И это решение было успешно найдено.![Рис 6. Демультиплексор, 4 NAND Demux](/i/el/k155/k7.png)
Рис 6. Демультиплексор, 4 NAND Demux
Таблица истинности демультиплексора:
S A | Q1 Q2 0 0 | 0 0 0 1 | 1 0 1 0 | 0 0 1 1 | 0 1Стоит описать принцип работы получше. Последние 2 NAND представляют из себя просто инверторы к элементам И-НЕ слева. Тот NAND, который снизу слева, представляет из себя типичную схему "AND", то есть, на выходе Q2 = A & S. Самая интересная часть это выход Q1.
На выходе Q1 сигнал 1 появится тогда, когда на входе левого верхнего NAND будет две единицы. Рассмотрим все случаи:
- S=0, A=0, тут явно не будет 2 единицы
- S=0, A=1, на выходе нижнего NAND будет 1, и как A=1, так что Q1=1
- S=1, A=0, тоже будет 0
- S=1, A=1, а вот тут как раз на выходе NAND снизу будет 0, потому что И-НЕ для двух единиц от A и S будет 0
![Рис 7. Печатная плата для расположения контактов demux](/i/el/k155/k8.png)
Рис 7. Печатная плата для расположения контактов demux
§ D-триггер
На микросхеме к155ла3 можно также создать триггер, который запоминает состояние, причем сделать триггер даже можно не один. Например, можно сделать 2 триггера, каждый из которых будет состоять из 2-NAND. Но это пока что неинтересно, потому что с D-триггером можно сохранять информацию с пина D по высокому уровню CLK.![Рис 8. Схема D-триггера](/i/el/k155/k9.png)
Рис 8. Схема D-триггера
Как работает триггер? Справа есть 2-NAND, выход одного является входом другого, тем самым достигая стабильного состояния, которое переключается в другое стабильное состояние при подаче 0 на один из входов. Состояние, когда ничего не переключается — это подача двух единиц на входы. Тогда на одном из выходов будет 1, на другом 0. Это зависит от случайности, в данном случае при подаче питания на триггер.
Слева есть 2 NAND, которые являются схемой переключения триггеров. Когда на входе D=0, CLK=0, то на выходе у обоих зафиксирован 1. Если CLK=1, то тогда на выходе сверху будет либо 0 (D=1), а снизу 1 , либо же, наоборот, либо 1 сверху и 0 внизу (D=0). О том, как работает этот триггер, я напишу в другой статье.
Теперь лишь остается нарисовать схему в EasyEDA.
![Рис 9. Триггер для микросхемы](/i/el/k155/k10.png)
Рис 9. Триггер для микросхемы
На этом всё, рассмотрел все 4 схемы.