Перейти к содержанию

CD4017 и CD4060 — счётчики серии CD4000

Две популярные микросхемы КМОП-серии CD4000 для схем без микроконтроллера: CD4017 по очереди включает один из десяти выходов, а CD4060 делит частоту собственного RC- или кварцевого генератора в 16 384 раза. Разбираем по даташитам TI выводы, работу, частоты и то, сколько тока можно взять с выходов.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

CD4017B и CD4060B — счётчики КМОП-серии CD4000 с питанием от 3 до 18 В, которые в любительских схемах работают без микроконтроллера: в «бегущих огнях», таймерах, делителях частоты, генераторах.

CD4017: счётчик на 10 выходов

По даташиту TI CD4017B — пятиразрядный счётчик Джонсона с дешифрованными выходами 0–9. Счётчик продвигается на один шаг по нарастающему фронту CLOCK, пока CLOCK INHIBIT в нуле; единица на CLOCK INHIBIT останавливает счёт. Единица на RESET сбрасывает его в ноль. Выход каждой позиции находится в единице ровно один такт, а CARRY OUT завершает период каждые 10 тактов и тактирует следующую микросхему в цепочке. Вход CLOCK снабжён триггером Шмитта с гистерезисом, поэтому длительность фронтов тактового сигнала не ограничена.

CD4017B, вид сверху: 1 выход 5, 2 выход 1, 3 выход 0, 4 выход 2, 5 выход 6, 6 выход 7, 7 выход 3, 8 VSS, 9 выход 8, 10 выход 4, 11 выход 9, 12 CARRY OUT, 13 CLOCK INHIBIT, 14 CLOCK, 15 RESET, 16 VDDCD40171Q52Q13Q04Q25Q66Q77Q38VSS9Q810Q411Q912CO13INH14CLK15RST16VDDвид сверху
CD4017B в корпусе DIP-16, вид сверху: номера выходов счёта не совпадают с номерами выводов
ПитаниеНаибольшая частота CLOCKДлительность импульса CLOCKДлительность RESET
5 В2,5 МГцот 200 нсот 260 нс
10 В5 МГцот 90 нсот 110 нс
15 В5,5 МГцот 60 нсот 60 нс

Данные — из рекомендуемых рабочих условий TI. Если тактировать вывод 13 при единице на выводе 14, счётчик продвигается по спаду, и тогда фронты не должны быть длиннее 15 мкс.

CD4060: делитель с генератором

CD4060B — генератор и 14 последовательных двоичных разрядов. Генератор собирают на выводах 9, 10 и 11 из резисторов и конденсатора или кварца. Единица на RESET (вывод 12) сбрасывает все разряды и останавливает генератор. Счёт продвигается по спаду сигнала генератора, а наружу выведены разряды Q4–Q10 и Q12–Q14: Q4 делит частоту на 16, Q14 — на 16 384.

CD4060B, вид сверху: 1 Q12, 2 Q13, 3 Q14, 4 Q6, 5 Q5, 6 Q7, 7 Q4, 8 VSS, 9 выход генератора, 10 инверсный выход генератора, 11 вход генератора, 12 RESET, 13 Q9, 14 Q8, 15 Q10, 16 VDDCD40601Q122Q133Q144Q65Q56Q77Q48VSS9φO10φO̅11φI12RST13Q914Q815Q1016VDDвид сверху
CD4060B в корпусе DIP-16, вид сверху

RC-генератор (рис. 12 даташита): Cx — между выводами 9 и общей точкой, Rx — от вывода 10, Rs — от вывода 11 к той же точке. Период

T=2,2⋅Rx⋅Cx,Rs=(2…10)⋅RxT = 2{,}2 \cdot R_x \cdot C_x, \qquad R_s = (2 \ldots 10) \cdot R_x

С Rx = 10 кОм и Cx = 10 нФ — 220 мкс, около 4,5 кГц, а на выходе Q14 — период около 3,6 с. По даташиту RC-генератор работает минимум до 690 кГц при 15 В. Кварцевый генератор (рис. 13) включают между выводами 10 и 11 с двумя конденсаторами на общий провод; с часовым кварцем 32 768 Гц выход Q14 даёт ровно 2 Гц — основа простых часов и таймеров. От внешнего сигнала на выводе 11 счётчик работает до 3,5 МГц при 5 В, 8 МГц при 10 В и 12 МГц при 15 В (гарантированные значения).

Общие параметры

Обе микросхемы по даташитам TI при 25 °C:

Параметр5 В10 В15 В
Порог единицы входа VIHот 3,5 Вот 7 Вот 11 В
Порог нуля входа VILдо 1,5 Вдо 3 Вдо 4 В
Ток выхода в нуле, минимум0,51 мА при 0,4 В1,3 мА при 0,5 В3,4 мА при 1,5 В
Ток выхода в единице, минимум0,51 мА при 4,6 В; 1,6 мА при 2,5 В1,3 мА при 9,5 В3,4 мА при 13,5 В
Ток покоя, максимум5 мкА10 мкА20 мкА

Рабочее питание — 3–18 В, предельное — 20 В; входы не должны выходить за пределы питания больше чем на 0,5 В, мощность одного выходного транзистора — до 100 мВт. Выходы слабые, поэтому светодиоды подключают через резисторы на единицы миллиампер, а мощную нагрузку — через ключи, например ULN2003.

Другие логические микросхемы — в разделе «Логические микросхемы», триггеры и счётчики в общем виде — в статье «Цифровая логика». Если нужен простой генератор без деления, подойдёт таймер 555 — его считает калькулятор NE555.

Частые вопросы

Как работает CD4017?

Это счётчик Джонсона с дешифратором на 10 выходов. По каждому нарастающему фронту на входе CLOCK (вывод 14), пока CLOCK INHIBIT (вывод 13) в нуле, единица переходит на следующий выход — 0, 1, 2… 9 и снова 0. В каждый момент в единице ровно один выход. Единица на RESET (вывод 15) возвращает счётчик в 0, выход CARRY OUT (вывод 12) даёт один период на каждые 10 тактов.

Как сделать на CD4017 счёт до меньшего числа?

Соединить выход, следующий за последним нужным, со входом RESET: например, выход 4 — для счёта 0–3. Как только счётчик дойдёт до этого выхода, он сразу сбросится в 0. TI называет деление на N одним из применений CD4017.

Как рассчитать частоту генератора CD4060?

По даташиту TI для RC-генератора период T = 2,2 · Rx · Cx, а резистор Rs выбирают в 2–10 раз больше Rx. С Rx = 10 кОм и Cx = 10 нФ это 220 мкс, или около 4,5 кГц. Последний выход Q14 делит частоту на 16 384 — получится период около 3,6 с. С кварцем 32 768 Гц выход Q14 даёт ровно 2 Гц.

Можно ли подключить светодиоды прямо к выходам CD4017?

С малым током. Выходы КМОП серии CD4000 слабые: при питании 5 В выход в единице гарантированно отдаёт 1,6 мА при напряжении 2,5 В, при 10 В — 1,3 мА при 9,5 В. Светодиод через резистор на несколько миллиампер работать будет, но для яркой индикации ставят транзисторы или сборку ULN2003.

Источники

  1. Texas Instruments (Harris). CD4017B, CD4022B Types: CMOS Counter/Dividers (SCHS027C, revised February 2004) — с. 3-51 — описание, рабочие условия, выводы; рис. 1–2 — логика и временная диаграмма; с. 3-53 — предельные режимы и статические характеристики
  2. Texas Instruments (Harris). CD4060B Types: CMOS 14-Stage Ripple-Carry Binary Counter/Divider and Oscillator (SCHS049C, revised October 2003) — с. 3-158 — описание и выводы; с. 3-159 — статические характеристики и рабочие условия; с. 3-160 — динамические характеристики, RC- и кварцевый генератор

Нашли ошибку?

Смотрите также