Тактирование: пульс машины
Паспорт модуля
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Аудитория | все контуры; пройден М5 (🟢 — М5 зан. 1–2) |
| Аутентичная задача | собрать модуль CLK общего процессора: авто/ручной режим, регулировка частоты, останов по HLT |
| Объём | 3 занятия × 60–90 мин |
| Оборудование | NE555 ×2, потенциометр 100 кОм, R 1 кОм/10 кОм, C 1 мкФ/0,1 мкФ, 74HC00, 74HC32, 74HC08, кнопки, тумблер, осциллограф |
| Ограничения | 5 В; электролиты — соблюдать полярность |
Аутентичная задача. После модуля обучающиеся смогут: дать процессору «пульс» от долей герца до килогерц, останавливать его сигналом HLT и прощёлкивать программу по одному такту — главный отладочный инструмент М13.
Цели
| № | Обучающиеся … | Блум—Андерсон | Миллер | Проверка |
|---|---|---|---|---|
| 1 | рассчитывают частоту астабильного 555 по номиналам | применять | показывает как | расчёт + измерение, расхождение ≤20 % |
| 2 | собирают ручной такт без дребезга (моностабильный 555 или защёлка) | применять | показывает как | осциллограмма одного чистого импульса |
| 3 | объединяют режимы и HLT в один выход CLK | создавать | делает | демонстрация: тумблер режима, кнопка шага, стоп по HLT |
| 4 | объясняют, почему HLT должен гейтировать такт, а не питание | понимать | знает | вопрос мини-защиты |
Оценивание
Итог модуля — приёмка узла CLK по чек-листу: авто-режим 1–500 Гц регулируется; ручной режим даёт ровно один фронт на нажатие (проверка счётчиком на RP2350: 20 нажатий = 20 фронтов); HLT=1 останавливает CLK в низком уровне.
Путь и разборы
| № | Тема | Разминка | Ядро |
|---|---|---|---|
| 1 | Астабильный 555 | дребезг: что это и чем мерили (М5) | worked example: f = 1,44/((R1+2·R2)·C); скважность >50 % и почему; сборка с потенциометром, проверка осциллографом |
| 2 | Ручной такт | расчёт f по варианту | кнопка → антидребезг → одиночный импульс; сверка счётчиком фронтов |
| 3 | Селектор и HLT | 3 вопроса зан. 1–2 | режимы через 74HC32/08: CLK = (AUTO·тумблер + MANUAL·не-тумблер)·(не HLT); приёмка узла |
flowchart LR
G555[Астабильный 555\nпотенциометр частоты] --> SEL{Селектор\nтумблер}
BTN[Кнопка шага\n+ антидребезг] --> SEL
SEL --> AND[И c инверсией HLT]
HLT[HLT от УУ М12] --> AND
AND --> CLK[CLK на все триггеры машины]
Почему гейтируем такт, а не «выключаем» схему: состояние машины живёт в триггерах; сняв питание, мы уничтожим программу и данные. HLT замораживает время, не трогая память — эта мысль пригодится и на ПЛИС (clock enable вместо остановки глобального клока, М17).
Типичные ошибки: электролит наоборот (греется, вздувается — заменить, объяснить полярность); частота «уплывает» от пальца на плате — плавающий вывод 5 (CV) не зашунтирован 10 нФ на землю; кнопка шага без антидребезга даёт 3–7 тактов на нажатие — счётчик фронтов делает ошибку видимой мгновенно.
Уровни
Астабильный 555 по монтажке, мигание светодиода, измерение частоты.
Полный узел CLK с режимами и HLT, приёмка по чек-листу.
Кварцевый генератор + делитель на 74HC161 до 1 Гц; сравнение стабильности RC vs кварц за 10 минут (лог RP2350); расчёт погрешности.