Shrnutí

Integrovaný obvod 4029 Up-Down Counter je vysoce univerzální a programovatelný integrovaný obvod patřící do řady 4000 logických obvodů CMOS. Tato řada byla původně představena společností RCA v roce 1968 a díky širokému rozsahu napájecího napětí a robustní konstrukci se stala základem vývoje digitální elektroniky.

. Integrovaný obvod 4029 se vyznačuje zejména schopností provádět binární i BCD (binárně kódované desítkové) počítání a také schopností počítat nahoru a dolů, což z něj činí nezbytný prvek pro aplikace od digitálních hodin až po složité digitální systémy. IC 4029, vyráběný řadou významných společností, jako jsou Fairchild Semiconductor, Intersil Corporation, National Semiconductor a Texas Instruments, se těší široké výrobě a použití, přičemž každý výrobce nabízí různé varianty balení a datové listy. Konstrukce integrovaného obvodu zahrnuje kritické funkce, jako jsou přednastavené vstupy, hodinové vstupy a odolnost proti šumu, které zajišťují spolehlivý výkon v různých prostředích a aplikacích. Navzdory mnoha výhodám, jako je synchronizované počítání a vysoká odolnost proti šumu, má integrovaný obvod 4029 některá omezení. Jeho pomalejší doba šíření v porovnání s moderními vysokorychlostními logickými obvody a nutnost pečlivého uspořádání napájení při použití ve smíšených logických rodinách mohou ve specifických aplikacích představovat problém. Nicméně jeho schopnost pracovat v širokém rozsahu napájecích napětí a flexibilita v konfiguracích počítání z něj činí cennou součástku v různých projektech digitální elektroniky. Integrovaný obvod 4029 má i dnes svůj význam, a to nejen v praktických aplikacích, jako jsou digitální hodiny, budíky a časovače, ale také ve vzdělávacím prostředí, kde slouží jako klíčový učební nástroj pro studenty studující digitální elektroniku. Jeho trvalá popularita a pokračující výroba podtrhují jeho význam v historii a vývoji digitálních logických integrovaných obvodů.

Historie

Integrovaný obvod 4029, přednastavitelný čítač nahoru a dolů, patří do řady 4000 logických integrovaných obvodů (IC) CMOS, které společnost RCA poprvé představila v roce 1968.

. Tato řada integrovaných obvodů se vyznačuje širokým rozsahem napájecího napětí od 3 V do 18 V u řady "B" s vyrovnávací pamětí, která začala nahrazovat původní řadu kolem roku 1975. Model 4029 se konkrétně vyznačuje funkcemi, jako je analogově-digitální a digitálně-analogový převod, binární počítání nahoru/dolů, počítání rozdílů a generování velikosti a znaménka. Během své historie se řada 4000, včetně integrovaného obvodu 4029, dočkala široké výroby téměř u všech výrobců integrovaných obvodů, kteří působili v její původní éře. Mezi tyto výrobce patřila významná jména jako Fairchild Semiconductor, Intersil Corporation, National Semiconductor a Texas Instruments a další. Každý výrobce poskytoval své verze datasheetu a různé možnosti balení, například keramické a plastové obaly dual-in-line, obaly small-outline a tenké smršťovací obaly small-outline. Všestrannost a spolehlivost integrovaného obvodu 4029 z něj učinily oblíbenou volbu v různých aplikacích, od jednoduchých početních úloh až po složité digitální systémy. O jeho trvalém dědictví svědčí jeho stálá dostupnost a používání v moderní elektronice, což ukazuje jeho význam ve vývoji digitálních logických integrovaných obvodů.

Design a funkce

Integrovaný obvod 4029 je všestranný čítač pro měření nahoru a dolů, který je známý svými různými funkcemi podporujícími širokou škálu aplikací v digitální elektronice. Integrovaný obvod umožňuje několik režimů počítání, včetně analogově-digitálního a digitálně-analogového převodu, binárního počítání nahoru/dolů, počítání rozdílu, generování velikosti a znaménka a počítání nahoru/dolů po dekádách.

.

Funkce počítadla

4029 je navržen pro binární a BCD (binárně kódované desítkové) počítání. Pracuje v režimu nahoru/dolů, takže je vhodný pro různé aplikace počítání. Čítač lze snadno kaskádovat s dalšími čítači a zvýšit tak rozsah počítání. Toho lze dosáhnout propojením vývodu carry-out jednoho integrovaného obvodu s vývodem carry-in dalšího integrovaného obvodu, což umožňuje plynulé inkrementační nebo dekrementační počítání.

.

Vstupy a výstupy

Vstup hodin

Hodinový vstup, známý také jako hodinový impulz nebo hodinový signál, je rozhodující pro spouštění integrovaného obvodu. V obvodu 4029 jsou všechny čtyři flip-flopy synchronizovány pomocí stejného hodinového signálu, což zajišťuje konzistentní provoz napříč čítačem.

.

Přednastavené vstupy

IC obsahuje čtyři přednastavené vstupy (A, B, C a D), přičemž A je nejméně významný bit (LSB) a D je nejvýznamnější bit (MSB). Tyto vstupy umožňují přednastavení čítače na určitou hodnotu, když je pin pro povolení přednastavení nastaven na logickou hodnotu high. Vývod pro povolení přednastavení musí být logicky řízen, aby se data správně načetla, aniž by se narušila sekvence počítání.

.

Aktivní vysoký vstup předvolby

Aktivní vstup preset se běžně používá k načítání dat ze svorek preset. Tento pin pracuje asynchronně s hodinovým signálem a umožňuje načítání dat bez ohledu na hodinové vstupy. Pro spuštění procesu počítání musí být na vstup preset enable přivedena logická úroveň low, jinak se čítač nebude inkrementovat.

.

Elektrické charakteristiky

Napájení

Integrovaný obvod 4029 se vyznačuje schopností pracovat v širokém rozsahu napájecích napětí, takže je vhodný pro různá prostředí a aplikace. Technologie CMOS použitá při jeho konstrukci zajišťuje nízkou spotřebu energie a vysokou odolnost proti šumu, což je zvláště výhodné pro pomalu se měnící nebo hlučné signály.

.

Výstupní schopnosti

Výstupy obvodu 4029 jsou navrženy tak, aby přímo řídily vstupy hradel 74LS při napájení +5 V, což dokazuje jeho flexibilitu ve smíšených logických prostředích. Při míchání různých logických rodin, jako je řada 4000 a 74HC, je však třeba dbát na správnou kompatibilitu napájení, aby se předešlo provozním problémům.

.

Imunita proti hluku

Jednou z pozoruhodných vlastností řady 4000, včetně modelu 4029, je robustní odolnost proti šumu. To je částečně způsobeno vstupy Schmittova spouštěče, které se nacházejí v některých modelech a které poskytují hysterezi a pomáhají filtrovat šum z pomalu se měnících vstupních signálů.

.

Provozní režimy

Integrovaný čítač 4029 Up-Down je univerzální součástka schopná pracovat ve více režimech, které lze přizpůsobit specifickým požadavkům na počítání v digitálních systémech. Tyto režimy zahrnují binární a BCD-dekadické počítání a také možnost počítání nahoru a dolů.

Binární a BCD-dekadické počítání

Integrovaný obvod 4029 může fungovat v binárním nebo BCD (binárně kódované desítkové soustavě) režimu v závislosti na úrovni napětí přivedené na vstupní pin BINARY/DECADE. Je-li vstup BINARY/DECADE vysoký, čítač pracuje v binárním režimu. Naopak při nízké hodnotě vstupu BINARY/DECADE se čítač přepne do dekádového režimu.

.

Počítání nahoru a dolů

Směr počítání (nahoru nebo dolů) je řízen vstupním pinem UP/DOWN. Vysoký signál na vstupu UP/DOWN způsobí, že čítač počítá nahoru, zatímco nízký signál nastaví čítač na počítání dolů.

. Tato funkce umožňuje IC počítat jak rostoucí, tak klesající sekvence událostí, takže je vhodný pro různé aplikace, jako je měření časových intervalů a počítání událostí.

Paralelní a pulzní taktování

Více integrovaných obvodů 4029 lze nakonfigurovat v uspořádání s paralelním taktováním nebo s pulzním taktováním a rozšířit tak jejich početní rozsah a možnosti. Paralelní taktování zajišťuje synchronní řízení a vede k rychlejší odezvě všech počítacích výstupů, zatímco pulzní taktování umožňuje delší doby náběhu a poklesu hodinového vstupu.

.

Povolení předvolby a vstupy JAM

Integrovaný obvod 4029 obsahuje funkci přednastaveného povolení, která umožňuje asynchronní nastavení čítače do libovolného stavu na základě vstupů JAM (A, B, C, D). Když je vstup preset enable vysoký, hodnoty na vstupech JAM se načtou do čítače a okamžitě nastaví jeho stav.

. Tato funkce je užitečná zejména pro aplikace, které vyžadují načtení předem definovaného počtu před zahájením procesu počítání.

Funkční flexibilita

Integrovaný obvod 4029 je navržen s ohledem na funkční flexibilitu a poskytuje řadu provozních režimů, které lze přizpůsobit pomocí různých vstupních ovládacích prvků. Tato přizpůsobivost z něj činí cennou součástku pro řadu digitálních aplikací, včetně budíků, časovačů, blikajících světelných indikátorů a dalších.

.

Aplikace

Integrovaný obvod 4029, čítač nahoru a dolů, je univerzální součástka používaná v různých projektech digitální elektroniky. Jednou z jeho hlavních aplikací jsou digitální hodiny, kde funguje jako součást časového mechanismu. Například v projektu digitálních hodin pracuje integrovaný obvod 4029 spolu s dalšími součástkami, jako jsou integrované obvody 4013 a 4060, a generuje přesný 1Hz výstup pro měření času.

. Čítač lze nakonfigurovat tak, aby inkrementoval nebo dekrementoval počet, což je nezbytné pro nastavení času. Uživatelé často zabudovávají tlačítka pro inkrementaci minut a hodin s využitím hodinových signálů vysílaných na konkrétní piny na integrovaném obvodu 4029. Integrovaný obvod 4029 je také nedílnou součástí projektů, které vyžadují přesné časování a funkce počítání. Používá se například ve spojení s integrovaným obvodem 4060, který zajišťuje dělení frekvence a umožňuje obvodu 4029 předvídatelné a přesné počítání. Vestavěný oscilátor a 14stupňový čítač zvlnění integrovaného obvodu 4060 usnadňují řadu aplikací, včetně digitálních hodin a časovacích obvodů, protože poskytují stabilní frekvenční výstup. Tato kombinace je výhodná pro vytváření bateriově napájených hodin se zobrazením hodin, minut a sekund, které jsou energeticky úsporné a kompaktní. Kromě toho je integrovaný obvod 4029 cenný ve vzdělávacích zařízeních pro výuku konceptů digitální elektroniky. Jeho přímočará konfigurace a kompatibilita s dalšími standardními logickými obvody z něj činí vynikající nástroj pro studenty, kteří se učí o čítačích, flip-flopech a návrhu digitálních obvodů. Tento integrovaný obvod lze snadno začlenit do různých projektů, což studentům umožňuje experimentovat s počítáním nahoru a dolů a zkoumat principy digitální logiky.

Technické specifikace

Integrovaný obvod 4029 je vysokonapěťový typ, který je schopen pracovat při jmenovitém napětí 20 V.

. Vyznačuje se středně rychlým provozem s typickou rychlostí 8 MHz při zatěžovací kapacitě (CL) 50pF a napájecím napětí (VDD - VSS) 10 V. Integrovaný obvod lze používat ve dvou režimech taktování: paralelní taktování s více balíčky pro synchronní vysokorychlostní odezvu výstupu a taktování s pulzací pro pomalejší doby náběhu a poklesu vstupního taktu. Tento IC obsahuje vstupy "Preset Enable" a individuální vstupy "Jam", které umožňují binární nebo dekádové počítání nahoru/dolů. Čítač může pracovat v binárním režimu, když je vstup BINARY/DECADE vysoký, a v dekádovém režimu, když je vstup BINARY/DECADE nízký. Směr počítání je řízen vstupem UP/DOWN, kdy čítač počítá nahoru, když je vstup vysoký, a dolů, když je vstup nízký. Pro efektivní zapojení je možné uspořádat více balíčků v konfiguracích s paralelním taktováním nebo s vlnovým taktováním, přičemž paralelní taktování poskytuje rychlejší odezvy a vlnové taktování umožňuje delší doby náběhu a poklesu hodinového vstupu. Integrovaný obvod vystupuje v binárně kódovaném desítkovém (BCD) dekádovém režimu a nabízí standardizované symetrické výstupní charakteristiky. Byl důkladně testován, aby zajistil maximální klidový proud při 20 V, a nabízí parametrické hodnoty při 5 V, 10 V a 15 V. Maximální vstupní proud je specifikován na 1µA při 18V v celém teplotním rozsahu balení a na 100nA při 18V a +25°C. Kromě toho je šumová rezerva v celém teplotním rozsahu balení 1V při VDD = 5V, 2V při VDD = 10V a 2,5V při VDD = 15V. Integrovaný obvod 4029 splňuje všechny požadavky předběžných norem JEDEC č. 13B pro "Standardní specifikace pro popis zařízení CMOS řady 'B'". Tento integrovaný obvod se dodává v různých 16-ti svodových obrysech, včetně Braze Seal DIP H4X, Frit Seal DIP H2F a Ceramic Flatpack H6W.

Výhody a omezení

Integrovaný čítač 4029 Up-Down, který je součástí rodiny logických obvodů řady 4000, nabízí několik výhod a omezení při použití.

Výhody

Jednou z hlavních výhod integrovaného obvodu 4029 je jeho schopnost synchronního počítání. Na rozdíl od pulzních čítačů, které mohou vykazovat závady v důsledku sekvenčního šíření hodinového signálu, se výstupy obvodu 4029 mění přesně společně při každém hodinovém impulzu. Díky tomuto synchronizovanému chování je obzvláště vhodný pro připojení výstupů k logickým hradlům bez rizika časových chyb.

. Kromě toho IC 4029 poskytuje flexibilitu při počítání. Připojením příslušných výstupů na vstup resetování mohou uživatelé nakonfigurovat čítač tak, aby počítal na libovolnou hodnotu menší než jeho maximum (9 nebo 15), v případě potřeby s využitím hradla AND. Tato univerzálnost umožňuje jeho použití v různých aplikacích vyžadujících specifické rozsahy počítání. Kromě toho je integrovaný obvod 4029 součástí rodiny logických obvodů řady 4000, která je známá svou robustností a schopností odolávat vyšším vstupním napětím (až +15 V) ve srovnání s jinými rodinami logických obvodů. Díky tomu je vhodný pro propojení s různými napěťovými úrovněmi bez dodatečných obvodů pro posun úrovní.

Omezení

IC 4029 má však také určitá omezení. Doba šíření hradla v tomto integrovaném obvodu je výrazně delší než u modernějších vysokorychlostních logických obvodů. V důsledku toho není vhodný pro aplikace vyžadující vysokorychlostní provoz.

. Další omezení souvisí s uspořádáním napájení smíšených logických rodin. Pokud obvod obsahuje jak integrované obvody řady 4000, tak jiné rodiny, jako je 74LS nebo 74HCT, musí být napájení vhodné pro všechny komponenty. Konkrétně výstup 74LS nemůže spolehlivě napájet vstup řady 4000, pokud není použit "pull-up" rezistor 2,2 kΩ, což zvyšuje složitost obvodu.

Srovnání s jinými čítači

CD4029 je univerzální, synchronní, programovatelný, přednastavitelný 4bitový čítač s funkcí up/down, navržený pro binární i dekádový (BCD) režim počítání, takže je přizpůsobitelný pro různé počítací aplikace. Vyznačuje se širokým rozsahem napájecího napětí, vysokou odolností proti šumu a kompatibilitou s TTL s nízkou spotřebou, čímž se odlišuje od jiných čítačů, jako jsou řady 4020, 4024 a 4040. Čítač CD4029 lze přímo srovnávat s čítači, jako je IC 74193, a to díky jeho podobné funkčnosti, pokud jde o možnosti počítání nahoru/dolů a přednastavitelné vstupy. Významným rozdílem je však jedinečný pin CD4029, který umožňuje volbu mezi binárním a BCD režimem počítání, což u 74193 není.

. Na rozdíl od čítačů CD4020, CD4024 a CD4040, které jsou binárními čítači s pulzním přenosem, nabízí CD4029 synchronní provoz. Čítače s pulzním přenosem se při záporném přechodu každého vstupního impulsu posunou o jeden počet a mohou způsobovat závady v důsledku mírného zpoždění výstupů čítače reagujících na hodinový impuls. To je zásadní rozdíl, protože CD4029 se těmto závadám vyhýbá tím, že používá synchronní počítání, což zajišťuje přesnější a spolehlivější operace v aplikacích vyžadujících stabilní časování a počítání . Kromě toho umožňuje čítač CD4029 pracovat jako binární nebo BCD čítač, což poskytuje značnou flexibilitu. Pokud je na binárním/dekádovém vstupu logická "1", čítač pracuje v binárním režimu, jinak pracuje v dekádovém režimu. Kromě toho může čítač počítat nahoru, když je vstup nahoru/dolů v logické "1", a dolů, když je v logické "0" . Z hlediska aplikací najde CD4029 uplatnění v budících, nastavených časovačích střídavého proudu, časovačích fotoaparátů, blikajících světelných indikátorech v automobilech a ovládání parkovacích míst v automobilech. Uplatní se také ve scénářích, kde je nutné počítat čas určený pro určitý proces nebo událost plánovačem . Tato všestrannost a snadné použití v praktických aplikacích dále odlišuje CD4029 od ostatních čítačů.

Související integrované obvody

Integrovaný obvod CD4029 je součástí větší řady integrovaných obvodů CD4000, která zahrnuje různé typy digitálních a analogových logických prvků. Podobně jako CD4029 patří mezi další čítače této řady čítače 4518 a 4520. Tyto čítače lze propojit v konfiguraci pulzního čítače, ačkoli synchronní počítání může vyžadovat další logická hradla, aby se zabránilo závadám způsobeným mírným zpožděním na výstupech čítače

. Standardní logické čipy, jako jsou 74160, 74190 a 7490, mají také funkční podobnost s CD4029 a nabízejí možnosti binárního a BCD (dekádového) počítání. Hlavní rozdíl mezi CD4029 a jinými čítači, jako je IC 74193, spočívá v jedinečné konfiguraci pinů CD4029, která umožňuje přepínat mezi binárním a BCD režimem počítání. Rodina logických obvodů řady 4000, do které obvod CD4029 patří, zahrnuje čipy konstruované s N- a P-kanálovými tranzistory s vylepšeným režimem. Tyto čipy mají obvykle vysoký rozsah napájecího napětí (5 až 20 V) a vysokou odolnost proti šumu. Jsou také vybaveny ochranou proti statickému výboji pomocí svorkování diod. Další související součástkou, která stojí za zmínku, je 7456, která je součástí řady 7400. Tato řada obsahuje klasické logické čipy, které realizují funkce dělení frekvence, včetně celočíselného dělení n pomocí D klopných obvodů. Takové konfigurace udržují frekvenční a fázovou koherenci se zdrojem i při změnách prostředí, jako je teplota. Tyto příbuzné integrované obvody poskytují univerzální možnosti pro různé digitální logické aplikace, což zajišťuje, že si konstruktéři mohou vybrat nejvhodnější integrovaný obvod pro své konkrétní potřeby.