CD4017 yra vienas iš plačiausiai naudojamų dešimtmečio skaitiklių IC skaitmeninėje elektronikoje, nes jis suteikia paprastą nuoseklų išvesties valdymą be programavimo. Dėl galimybės vienu metu įjungti vieną išvestį jis idealiai tinka LED gaudyklėms, laikmačiams, automatikos grandinėms, dažnio dalykloms ir laipsniškam perjungimui. Šiame straipsnyje paaiškinamas CD4017 veikimo principas, kaiščio funkcijos, praktinis pritaikymas, trikčių šalinimo būdai ir kaip jis lyginamas su kitais skaitiklių ir valdymo sprendimais.
Kas yra CD4017 IC?
CD4017 yra CMOS dešimtmečių skaitiklis ir dekoderio IC, kuris skaičiuoja nuo 0 iki 9 naudojant nuoseklius išėjimus. Skirtingai nuo dvejetainių skaitiklių, kurie gamina dvejetainius koduotus signalus, CD4017 vienu metu įjungia tik vieną išvesties kaištį. Kiekvienas laikrodžio impulsas perkelia HIGH išvestį į kitą kaištį iš eilės. Po Q9 IC automatiškai grįžta į Q0 ir pakartoja ciklą.
CD4017 IC specifikacijos ir funkcijos
CD4017 IC specifikacijos
| Parametras | Specifikacija |
|---|---|
| IC tipas | CMOS dešimtmečių skaitiklis |
| Rezultatai | 10 iššifruotų išėjimų |
| Skaičiavimo diapazonas | Nuo 0 iki 9 |
| Darbinė įtampa | Nuo 3 V iki 15 V |
| Laikrodžio gaidukas | Teigiamas kraštas |
| Technologijos | CMOS |
| Pakuočių tipai | DIP ir SMD |
| Išvesties tipas | Nuoseklūs dekoduoti išėjimai |
| Maksimalus laikrodžio dažnis | Priklauso nuo maitinimo įtampos |
| Išvesties pavaros galimybė | Gali valdyti šviesos diodus, loginius įėjimus ir mažas tranzistoriaus pakopas |
| Energijos suvartojimas | Mažos energijos sąnaudos |
| Atsparumas triukšmui | Geras atsparumas triukšmui su tinkamu atjungimu |
CD4017 IC funkcijos
• Nuoseklus skaičiavimas nuo 0 iki 9
• Vienu metu HIGH išlieka tik vienas išėjimas
• Platus darbinės įtampos diapazonas nuo 3V iki 15V
• Suderinamas su baterijomis maitinamomis ir žemos įtampos grandinėmis
• Teigiama laikrodžio įvestis
• Mažos energijos sąnaudos dėl CMOS technologijos
• Geras atsparumas elektriniam triukšmui
• Gali tiesiogiai valdyti šviesos diodus ir loginius įėjimus
• Palaiko DIP ir SMD paketų tipus
• Tinka LED gaudytojams, laikmačiams, sekvenceriams ir automatikos grandinėms
• Reikalingi minimalūs išoriniai komponentai
• Efektyvesnis energijos vartojimas nei senesni TTL loginiai IC
• Stabilus veikimas nešiojamose ir įterptinėse sistemose
• Išorinės tvarkyklės gali valdyti reles, variklius ir didelės srovės apkrovas
CD4017 kontaktų ir kaiščių funkcijos
| PIN numeris | PIN pavadinimas | Tipas | Aprašymas / Funkcija |
|---|---|---|---|
| 1 | 5 ketv. | Rezultatas | Penktoji dekoduota išvestis aktyvuojama 5 skaičiavimo būsenoje |
| 2 | 1 ketv. | Rezultatas | Pirmasis dekoduotas išėjimas aktyvuojamas po pirmojo laikrodžio impulso |
| 3 | 0 ketv. | Rezultatas | Numatytoji HIGH galia po nustatymo arba įjungimo |
| 4 | 2 ketv. | Rezultatas | Antroji dekoduota sekos išvestis |
| 5 | 6 ketv. | Rezultatas | Šeštasis dekoduotas sekos rezultatas |
| 6 | 7 ketv. | Rezultatas | Septintoji dekoduota sekos išvestis |
| 7 | 3 ketv. | Rezultatas | Trečioji dekoduota išvestis sekoje |
| 8 | GND | Galia | IC įžeminimo jungtis |
| 9 | 8 ketv. | Rezultatas | Aštuntoji dekoduota sekos išvestis |
| 10 | 4 ketv. | Rezultatas | Ketvirtoji dekoduota sekos išvestis |
| 11 | 9 ketv. | Rezultatas | Devintoji dekoduota sekos išvestis |
| 12 | Vykdyti | Rezultatas | Naudojamas pakopiniam keliems CD4017 IC ilgesnėms skaičiavimo sekoms |
| 13 | Laikrodžio įjungimas | Valdymo įvestis | Įgalina arba išjungia skaičiavimą. HIGH sustoja skaičiuoti, LOW leidžia normaliai veikti |
| 14 | Laikrodis | Įvestis | Priima laikrodžio impulsus iš mygtukų, osciliatorių, 555 laikmačių ar loginių grandinių. Kiekvienas kylantis kraštas vienu žingsniu pasistūmėja į priekį skaitiklį |
| 15 | Atstatyti | Valdymo įvestis | Įjungus skaitiklį nedelsiant atkuria į Q0 |
| 16 d. | VDD | Galia | Teigiamas maitinimo šaltinio įėjimas (nuo 3 V iki 15 V tipinis veikimo diapazonas) |
Kaip veikia CD4017
CD4017 veikia priimdamas laikrodžio impulsus ir perkeldamas aktyvią HIGH išvestį per dešimt dekoduotų išvesties kaiščių. Atstatant arba įjungus, Q0 yra aktyvi išvestis. Tada kiekvienas kylantis laikrodžio kraštas perkelia HIGH signalą į kitą sekos išvestį.
IC viduje Johnsono skaitiklis ir dekodavimo grandinė valdo šią seką. Užuot sukūręs dvejetainį skaičių, CD4017 vienu metu suaktyvina tik vieną dekoduotą išvestį, todėl jį lengva naudoti LED gaudyklėms, laiko nustatymo grandinėms ir laipsniškam perjungimui.
| Priešinga būsena | Aktyvi išvestis |
|---|---|
| Atstatymas / įjungimas | Q0 AUKŠTAS |
| 1-asis laikrodžio pulsas | Q1 AUKŠTAS |
| 2-asis laikrodžio impulsas | Q2 AUKŠTAS |
| 3-asis laikrodžio pulsas | Q3 AUKŠTAS |
| 4-asis laikrodžio impulsas | Q4 AUKŠTAS |
| 5-asis laikrodžio pulsas | Q5 AUKŠTAS |
| 6-asis laikrodžio pulsas | Q6 AUKŠTAS |
| 7-asis laikrodžio pulsas | Q7 AUKŠTAS |
| 8-asis laikrodžio pulsas | Q8 AUKŠTAS |
| 9-asis laikrodžio pulsas | Q9 AUKŠTAS |
| 10-asis laikrodžio pulsas | Grįžta į 0 ketvirtį |
CD4017 reaguoja į kylantį laikrodžio signalą. Tai reiškia, kad skaičiavimas pakyla, kai laikrodžio įvestis pasikeičia iš LOW į HIGH. Švarus ir stabilus laikrodžio signalas yra svarbus, nes triukšmingi ar atšokantys signalai gali sukelti papildomų nepageidaujamų skaičių.
Vienu metu HIGH yra tik viena išvestis, nes vidinė dekodavimo logika kiekvienai skaičiavimo pozicijai pasirenka vieną aktyvią išvestį. Kai Q9 tampa HIGH, kitas laikrodžio impulsas iš naujo pradeda seką nuo Q0. Šis ciklas tęsiasi tol, kol įjungiami laikrodžio impulsai, laikrodžio įjungimo kaištis leidžia skaičiuoti, o atstatymo kaištis nesuaktyvintas.
Kaip naudoti CD4017 projektuojant grandines
Pagrindinė CD4017 grandinės sąranka
Standartinei CD4017 grandinei reikalingas reguliuojamas maitinimo šaltinis, laikrodžio įvestis, atstatymo valdymas ir tinkamai prijungti išėjimai. VDD ir GND kaiščiai turi būti tinkamai prijungti, o nenaudojami valdymo įėjimai neturi būti palikti plūduriuojantys. Stabilūs laidai užtikrina nuspėjamą skaičiavimą ir apsaugo nuo nenumatytų išvesties perėjimų.
Laikrodžio signalo generavimas
CD4017 perkelia vieną skaičių kiekvienam kylančiam laikrodžio impulsui. Įprasti laikrodžio šaltiniai yra osciliatoriai, mygtukų grandinės, loginiai vartai ir 555 laikmačiai. Laikrodžio signalas turi išlikti švarus ir stabilus, nes triukšmas ar jungiklio atšokimas gali sukelti klaidingą suveikimą ir praleistą skaičių.
Iš naujo nustatykite logiką ir skaičiavimo valdymą
Atstatymo įvestis iš karto priverčia skaitiklį grįžti į Q0. Atstatymo valdiklis dažniausiai naudojamas paleisties inicijavimui, sekos sinchronizavimui ir skaitiklio apribojimui iki mažiau nei dešimties būsenų. Tinkamas atstatymo laidas yra svarbus stabiliam ir pakartojamam veikimui.
Laikrodžio dažnio valdymas
Išėjimo perėjimo greitis visiškai priklauso nuo laikrodžio dažnio. Žemesni laikrodžio dažniai sukuria lėtesnę seką, o aukštesni dažniai padidina perjungimo greitį. Dažnio valdymas yra svarbus laiko grandinėse, impulsų padalijimo sistemose ir sinchronizuotose perjungimo programose.
CD4017 naudojimas kaip dalijimo iš n skaitiklio
CD4017 gali sukurti pasirinktinius skaičiavimo diapazonus, grąžindamas pasirinktą išvestį atgal į atstatymo kaištį. Kai pasirinkta išvestis tampa aktyvi, skaitiklis automatiškai nustatomas iš naujo ir paleidžiamas iš naujo nuo Q0.
| Pageidaujamas padalijimas | Iš naujo nustatyti ryšį | Išvesties seka |
|---|---|---|
| Padalinti iš 2 | Q2 → Reset | Q0 → Q1 |
| Padalinti iš 3 | Q3 → Reset | Q0 → Q1 → Q2 |
| Padalinti iš 4 | Q4 → Reset | Q0 → Q1 → Q2 → Q3 |
| Padalinti iš 5 | Q5 → Reset | Q0 → Q1 → Q2 → Q3 → Q4 |
| Padalinti iš 10 | Nėra grįžtamojo ryšio iš naujo | Visa Q0–Q9 seka |
Šis metodas leidžia kompaktiškai padalyti aparatūros dažnius be papildomų dekodavimo schemų.
Pakopiniai keli CD4017 IC
Keli CD4017 IC gali būti pakopiniai, kad nuoseklios išvesties diapazonai būtų išplėsti už dešimties būsenų. Vykdymo kaištis dažniausiai naudojamas papildomiems skaitiklio etapams koordinuoti.
Patikimam kaskadiniam naudojimui reikia:
• Sinchronizuotas atstatymo elgesys
• stabilus laikrodžio paskirstymas
• trumpi laikrodžio pėdsakai
• tinkamas įžeminimas
• vietiniai atjungimo kondensatoriai kiekvienam IC
Pridedant daugiau etapų, sklidimo laikas ir sinchronizavimas tampa vis svarbesni.
CD4017 programos
LED gaudyklė ir dekoratyvinė vizualinė seka
CD4017 plačiai naudojamas LED gaudyklės grandinėse, kur šviesos įsijungia viena po kitos, kad būtų sukurtas judantis vizualinis efektas. Dėl to jis tinka dekoratyviniam apšvietimui, iškaboms, vitrinoms, festivalių šviesoms, modelių projektams ir edukacinėms demonstracijoms. Jo iššifruoti išėjimai supaprastina vaizdinę seką, nes kiekvieną LED pakopą galima įjungti aiškiai pasikartojančiu modeliu be programavimo.
Šviesoforų modeliavimo sistemos
Šviesoforų valdikliai naudojasi CD4017, nes IC natūraliai sukuria tvarkingus nuoseklius išėjimus. Tai leidžia nuspėjamai progresuoti raudonos, geltonos ir žalios spalvos laiko sekoms švietimo modeliuose ir paprastose signalizacijos sistemose.
Elektroniniai kauliukai ir atsitiktiniai ekranai
Elektroninės kauliukų grandinės naudoja greitą išvesties seką, kad sukurtų besikeičiančius rodymo modelius, kurie sustabdžius atrodo atsitiktiniai. CD4017 yra tinkamas, nes jo nuoseklus veikimas supaprastina kelių išėjimų vaizdinį ciklą be programinės įrangos valdymo.
Pramonės ir renginių automatizavimo seka
CD4017 taip pat gali būti naudojamas paprastose automatikos sistemose, kur išėjimai turi būti įjungti fiksuota tvarka. Pramoninėse ar įvykių valdymo sąrankose jis gali seka reles, indikatorius, scenos efektus, įspėjamąsias lemputes, ekrano skydelius arba laiko perjungimo etapus. Tai naudinga, kai reikia nuspėjamo žingsnis po žingsnio valdymo modelio nenaudojant mikrovaldiklio.
Garso reaktyvūs LED ekranai
Garso vizualizacijos grandinėse CD4017 sukuria judančius LED modelius, kurie reaguoja į besikeičiančią garso veiklą. Tai leidžia paprastus garsą reaktyvius vaizdo efektus mėgėjiškoje garso įrangoje ir pramogų ekranuose.
Dažnio padalijimo ir laiko nustatymo programos
CD4017 yra naudingas dažnio padalijimo grandinėse, kur lėtesni laiko signalai turi būti generuojami iš greitesnio laikrodžio šaltinio. Dėl to jis tinka impulsų padalijimo, laiko valdymo ir nuoseklaus laiko nustatymo sistemoms.
Relės sekos nustatymas ir automatikos valdymas
Automatizavimo sistemose dažnai reikalaujama, kad išėjimai būtų aktyvuojami iš anksto nustatyta tvarka iš vieno trigerio šaltinio. CD4017 yra naudingas relių sekos nustatymui, laiko perjungimui, aliarmo progresavimo sistemoms ir pakopiniam mašinos valdymui, kai pirmenybė teikiama paprastam aparatinės įrangos sekai, o ne programuojamam valdymui.
CD4017 su 555 laikmačiu
555 laikmatis ir CD4017 paprastai suporuojami, kad būtų sukurtos paprastos automatinės sekos grandinės. Šioje konfigūracijoje 555 laikmatis generuoja laikrodžio impulsus, o CD4017 juda į priekį per savo iššifruotus išėjimus.
555 laikmatis paprastai sukonfigūruojamas stabiliu režimu, kad generuotų nepertraukiamus kvadratinių bangų impulsus. Laikmačio išvestis jungiama tiesiai prie CD4017 laikrodžio įvesties, todėl galima automatiškai nustatyti išvesties seką. Sekos nustatymo greitis priklauso nuo 555 laikmačio generuojamo impulso dažnio. Reguliuojant laiko rezistorius arba kondensatorių, keičiasi išėjimo perėjimo greitis.
555 laikmačio ir CD4017 derinys užtikrina paprastą aparatinės įrangos diegimą, mažą komponentų skaičių, mažą kainą, patikimą laikrodžio generavimą ir lengvą nuoseklų valdymą be programavimo. Šis poravimas dažniausiai naudojamas LED gaudyklėse, laiko demonstracijose, paprastose automatikos grandinėse ir mokomosios elektronikos projektuose.
Dažniausios CD4017 problemos ir trikčių šalinimas
| Problema | Galimos priežastys | Trikčių šalinimas / sprendimas |
|---|---|---|
| Išėjimai praleidžiami atsitiktinai | • Triukšmingi laikrodžio signalai | |
| • Jungiklio atšokimas | ||
| • Nestabilus maitinimo šaltinis | Naudokite švarų laikrodžio signalą, pridėkite jungiklių atšokimą ir pagerinkite maitinimo filtravimą. | |
| Keli šviesos diodai įsijungia kartu | • Slankiosios įvesties | |
| • Prastas įžeminimas | Įsitikinkite, kad nenaudojami įėjimai yra tinkamai prijungti, ir pagerinkite įžeminimo jungtis. | |
| Skaitiklis nejuda į priekį | • Trūksta laikrodžio impulsų | |
| • Neteisinga įjungimo kaiščio būsena | ||
| • Sugedusios maitinimo jungtys | Patikrinkite laikrodžio įvesties signalą, patikrinkite įjungimo kaiščio laidus ir patvirtinkite teisingą maitinimo tūrįtage. | |
| Iš naujo nustatyti smeigtuko problemas | • Slankusis atstatymo kaištis | |
| • Triukšmas atstatymo linijoje | Tinkamai prijunkite atstatymo kaištį ir nepalikite jo plūduriuojančio. | |
| Triukšmingas laikrodžio signalo problemos | • Ilgi laikrodžio laidai | |
| • Elektros trukdžiai | Laikrodžio linijos turi būti trumpos ir stabilios, kad sumažintumėte klaidingą suveikimą. | |
| Maitinimo šaltinio stabilumo problemos | • Įtampos svyravimai | |
| • Prastas filtravimas | Pridėkite atjungimo kondensatorius šalia IC maitinimo kaiščių, kad pagerintumėte stabilumą ir patikimumą. | |
| Mygtukų atmetimo problemos | • Mechaninis jungiklio atšokimas generuoja kelis impulsus | Naudokite aparatūros arba programinės įrangos atšokimą, kad užtikrintumėte vieną impulsą kiekvienam mygtuko paspaudimui. |
CD4017 ir kiti skaitiklio IC
| Funkcija | CD4017 | CD4022 | Dvejetainiai skaitikliai | Mikrovaldikliai |
|---|---|---|---|---|
| Skaitiklio tipas | Dešimtmečių skaitiklis su iššifruotais rezultatais | Aštuntainis skaitiklis su dekoduotais išėjimais | Dvejetainio skaičiavimo rezultatai | Programuojamas įterptasis valdiklis |
| Rezultatų skaičius | 10 iššifruotų išėjimų | Mažiau iššifruotų rezultatų | Dvejetainiai kodai | Priklauso nuo MCU modelio |
| Išvesties operacija | Vienas išėjimas HIGH vienu metu | Vienas išėjimas HIGH vienu metu | Keli dvejetainiai išėjimai keičiasi kartu | Valdoma programine įranga |
| Reikalingas programavimas | Ne | Ne | Ne | Taip |
| Sekos nustatymo paprastumas | Labai lengva | Lengva | Reikalinga dekodavimo logika | Lankstus naudojant programinę įrangą |
| Aparatūros sudėtingumas | Žemas | Žemas | Vidutinis | Nuo vidutinio iki didelio |
| Lankstumas | Tik fiksuota seka | Ribota seka | Tinka skaitmeniniam skaičiavimui | Labai lankstus |
| Geriausias naudojimo atvejis | LED gaudyklės ir paprasta seka | Paprastas nuoseklus valdymas | Skaitmeninės skaičiavimo sistemos | Pažangios įterptinės sistemos |
| Pagrindinis privalumas | Paprastas aparatūros sekos nustatymas | Paprastas dekoduotas skaičiavimas | Kompaktiškas skaitmeninis skaičiavimas | Pažangus valdymas ir ryšys |
| Pagrindinis apribojimas | Ribotas funkcionalumas | Mažiau išėjimų nei CD4017 | Mažiau patogu tiesioginiam sekos nustatymui | Sudėtingesnis ir brangesnis |
CD4017 alternatyvos ir lygiaverčiai IC
CD4017 nėra vienintelis galimas skaitiklio IC. Geriausia alternatyva priklauso nuo to, ar grandinei reikalingi dekoduoti išėjimai, dvejetainis skaičiavimas, septynių segmentų ekrano valdymas, didesnis greitis ar programuojamas veikimas.
| Alternatyvus IC / įrenginys | Tipas | Geriausiai naudojamas | Skirtumas nuo CD4017 |
|---|---|---|---|
| CD4022 | Aštuntainis dekoduotas skaitiklis | Trumpesnės 8 žingsnių sekos | Panašus į CD4017, bet turi 8 dekoduotus išėjimus, o ne 10 |
| CD4026 | Dešimtmečių skaitiklis su 7 segmentų tvarkykle | Skaitmeniniai skaitikliai ir skaitmeniniai rodmenys | Sukurtas valdyti 7 segmentų ekranus, o ne atskirus nuoseklius išėjimus |
| CD4040 | 12 pakopų dvejetainis pulsacijos skaitiklis | Dažnio padalijimas ir dvejetainis skaičiavimas | Pateikia dvejetainius rezultatus, o ne po vieną dekoduojamus išėjimus |
| CD4060 | Osciliatorius ir dvejetainis skaitiklis | Laiko ir dažnio skirstytuvo grandinės | Apima osciliatoriaus funkciją ir dvejetainius daliklio išėjimus |
| 74LS90 | TTL dešimtmečio skaitiklis | Didesnės spartos TTL loginės grandinės | Skaičiuojama BCD forma ir paprastai reikia dekoduoti tiesioginiam sekos nustatymui |
| 74HC4017 | Didelės spartos CMOS dešimtmečių skaitiklis | 5 V loginės grandinės ir greitesnis CMOS dizainas | Panaši funkcija kaip CD4017, bet dažnai geriau tinka šiuolaikinėms loginio lygio sistemoms |
| Arduino | Programuojama valdiklio plokštė | Lankstus sekos nustatymas ir automatizavimas | Reikia programuoti, bet suteikia daug daugiau kontrolės |
| Mikrovaldiklis | Integruotas valdymo įtaisas | Pažangi automatika, jutikliai, ekranai ir ryšiai | Galingesnis ir lankstesnis, bet sudėtingesnis nei CD4017 |
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Kodėl CD4017 yra praktiškesnis nei dvejetainis skaitiklis žingsnis po žingsnio išvesties grandinėse?
Nes jis tiesiogiai pateikia dekoduotus nuoseklius išėjimus, vienu metu tik vieną išėjimą HIGH, o tai pašalina papildomą dekodavimo logiką ir supaprastina LED, relės ir laiko sekas.
Kaip atstatymo kaištis leidžia CD4017 veikti kaip dalijimo iš N skaitiklis?
Grąžinus pasirinktą išvestį į Reset, skaitiklis paleidžiamas iš naujo prieš Q9, todėl sekos ilgis sutrumpėja iki reikiamo būsenų skaičiaus.
Kodėl CD4017 grandinėse laikrodžio kokybė tokia svarbi?
Kadangi CD4017 juda į priekį kiekviename kylančiame laikrodžio krašte, todėl triukšmas, jungiklio atšokimas ar nestabilūs laidai gali sukelti klaidingus skaičiavimus, praleistus žingsnius ar atsitiktinius išvesties pokyčius.
Kas riboja pakopinių CD4017 pakopų patikimumą ilgesnėse sekose?
Pakopinis naudojimas padidina laiko jautrumą, atstatymo koordinaciją ir laikrodžio paskirstymo sudėtingumą, todėl prastas sinchronizavimas ar triukšmingi laidai gali sukelti nestabilią seką.
Kodėl CD4017 vis dar naudingas, kai mikrovaldikliai gali atlikti tą patį darbą?
Nes tai suteikia paprastą aparatinės įrangos seką be programavimo, todėl ją greičiau sukuriama, lengviau šalinama triktis ir ekonomiškiau valdoma fiksuota pasikartojančia išvestis.
