Yhteenveto

4029 IC Up-Down Counter on erittäin monipuolinen ja ohjelmoitava integroitu piiri, joka kuuluu 4000-sarjan CMOS-logiikkaperheen IC-piireihin. RCA esitteli tämän sarjan alun perin vuonna 1968, ja se on otettu laajalti käyttöön laajan syöttöjännitealueen ja vankan rakenteensa ansiosta, mikä on tehnyt siitä digitaalielektroniikan kehityksen peruspilarin.

. 4029 IC on tunnettu erityisesti kyvystään suorittaa sekä binääri- että BCD-laskenta (binäärikoodattu desimaalilaskenta) sekä sen ylös- ja alaslaskentaominaisuudet, mikä tekee siitä välttämättömän sovelluksissa, jotka vaihtelevat digitaalisista kelloista monimutkaisiin digitaalisiin järjestelmiin. Useat merkittävät yritykset, kuten Fairchild Semiconductor, Intersil Corporation, National Semiconductor ja Texas Instruments, ovat valmistaneet 4029 IC:tä, ja se on ollut laajasti tuotannossa ja käytössä, ja jokainen valmistaja tarjoaa erilaisia pakkausvaihtoehtoja ja tietolehtiä. IC:n suunnittelussa on kriittisiä ominaisuuksia, kuten esiasetetut tulot, kellotulot ja häiriönsieto, jotka takaavat luotettavan suorituskyvyn erilaisissa ympäristöissä ja sovelluksissa. Huolimatta sen monista eduista, kuten synkronoidusta laskennasta ja korkeasta häiriönsietokyvystä, 4029 IC:llä on joitakin rajoituksia. Sen hitaampi etenemisaika verrattuna nykyaikaisiin nopeisiin logiikkapiireihin ja tarve huolelliseen virtalähteen järjestelyyn, kun sitä käytetään sekalogiikkaperheissä, voivat aiheuttaa haasteita tietyissä sovelluksissa. Sen kyky toimia laajalla syöttöjännitealueella ja joustavuus laskentakokoonpanoissa tekevät siitä kuitenkin arvokkaan komponentin erilaisissa digitaalielektroniikkaprojekteissa. 4029 IC on edelleen ajankohtainen, ei ainoastaan käytännön sovelluksissa, kuten digitaalikelloissa, hälytysjärjestelmissä ja ajastimissa, vaan myös koulutusympäristöissä, joissa se toimii keskeisenä oppimisvälineenä digitaalielektroniikkaa opiskeleville opiskelijoille. Sen jatkuva suosio ja jatkuva tuotanto korostavat sen merkitystä digitaalisten logiikkapiirien historiassa ja kehityksessä.

Historia

4029 IC, esiasetettava ylös-alas-laskuri, kuuluu CMOS-logiikkaperheen integroitujen piirien (IC) 4000-sarjaan, jonka RCA esitteli ensimmäisen kerran vuonna 1968.

. Tämä IC-sarja on tunnettu laajasta syöttöjännitealueestaan, joka ulottuu 3V:sta 18V:iin B-puskurisarjassa, joka alkoi korvata alkuperäisen sarjan noin vuonna 1975. 4029:ssä on erityisesti sellaisia toimintoja kuin analogia-digitaali- ja digitaali-analogiamuunnos, ylös/alas-binäärilaskenta, erotuslaskenta sekä suuruus- ja merkkigeneraatio. Koko historiansa ajan 4000-sarjaa, mukaan lukien 4029-IC, ovat valmistaneet laajalti lähes kaikki IC-valmistajat, jotka olivat aktiivisia sen alkuperäisenä aikakautena. Näihin valmistajiin kuuluivat muun muassa Fairchild Semiconductor, Intersil Corporation, National Semiconductor ja Texas Instruments. Kukin valmistaja toimitti omat versionsa tietolehdestä ja erilaisia pakkausvaihtoehtoja, kuten dual-in-line-keraamisia ja muovipaketteja, small-outline-paketteja ja thin shrink small-outline-paketteja. 4029 IC:n monipuolisuus ja luotettavuus ovat tehneet siitä suositun valinnan erilaisissa sovelluksissa yksinkertaisista laskentatehtävistä monimutkaisiin digitaalisiin järjestelmiin. Sen kestävästä perinnöstä on osoituksena sen jatkuva saatavuus ja käyttö nykyaikaisessa elektroniikassa, mikä osoittaa sen merkityksen digitaalisten logiikka-IC:iden kehityksessä.

Suunnittelu ja ominaisuudet

4029 IC on monipuolinen ylös-alas laskuri, joka tunnetaan erilaisista ominaisuuksistaan, jotka tukevat monenlaisia digitaalielektroniikan sovelluksia. IC helpottaa useita laskentatiloja, mukaan lukien analogi-digitaali- ja digitaali-analogiamuunnos, ylös/alas-binäärilaskenta, erotuslaskenta, suuruus- ja merkkigeneraatio sekä ylös/alas-kymmenenluvun laskenta.

.

Laskurin toiminnallisuus

4029 on suunniteltu käsittelemään binääri- ja BCD-laskentaa (binäärikoodattu desimaalilaskenta). Se toimii ylös/alas-tilassa, joten se soveltuu erilaisiin laskentasovelluksiin. Laskuri voidaan helposti kaskadoida muiden laskureiden kanssa laskenta-alueen laajentamiseksi. Tämä saavutetaan kytkemällä yhden IC:n carry-out-piikki seuraavan IC:n carry-in-piikkiin, mikä mahdollistaa saumattoman lisäys- tai vähennyslaskennan.

.

Tulot ja lähdöt

Kellon tulo

Kellotulo, joka tunnetaan myös nimellä kellopulssi tai kellosignaali, on ratkaisevan tärkeä IC:n käynnistämisessä. 4029:ssä kaikki neljä flip-floppia synkronoidaan samalla kellosignaalilla, mikä varmistaa johdonmukaisen toiminnan koko laskurin alueella.

.

Esiasetetut tulot

IC:ssä on neljä esiasetettua tuloa (A, B, C ja D), joista A on vähiten merkitsevä bitti (LSB) ja D on eniten merkitsevä bitti (MSB). Näiden sisääntulojen avulla laskuri voidaan esiladata tietyllä arvolla, kun esiasetuksen mahdollistava tappi asetetaan loogisesti korkealle. Esiasetusvapautusnastaa on ohjattava loogisesti, jotta tiedot voidaan ladata oikein ilman, että laskentasekvenssi keskeytyy.

.

Aktiivinen korkea Preset-tulo

Aktiivinen korkea esiasetustulo käytetään yleisesti tietojen lataamiseen esiasetusliittimistä. Tämä nasta toimii asynkronisesti kellosignaalin kanssa, mikä mahdollistaa tietojen lataamisen kellotuloista riippumatta. Laskentaprosessin käynnistämiseksi esiasetuksen mahdollistavaan tuloon on kytkettävä looginen matala arvo; muutoin laskuri ei lisäänny.

.

Sähköiset ominaisuudet

Virtalähde

4029 IC:n erityispiirteenä on sen kyky toimia laajalla syöttöjännitealueella, joten se soveltuu erilaisiin ympäristöihin ja sovelluksiin. Sen rakentamisessa käytetty CMOS-tekniikka takaa alhaisen virrankulutuksen ja korkean häiriönsietokyvyn, mikä on erityisen hyödyllistä hitaasti muuttuville tai meluisille signaaleille.

.

Tuotantokyvyt

4029:n ulostulot on suunniteltu ohjaamaan suoraan 74LS-porttituloja, kun ne saavat virtansa +5 V:n syötteestä, mikä osoittaa sen joustavuuden sekalogiikkaympäristöissä. On kuitenkin huolehdittava siitä, että virransyötön yhteensopivuus varmistetaan, kun eri logiikkaperheitä, kuten 4000-sarjaa ja 74HC:tä, sekoitetaan, jotta vältetään toimintaongelmat.

.

Meluimmuniteetti

Yksi 4000-sarjan, mukaan lukien 4029, merkittävistä ominaisuuksista on sen vankka häiriönsieto. Tämä johtuu osittain joissakin malleissa olevista Schmitt-triggerituloista, jotka tarjoavat hystereesin ja auttavat suodattamaan hitaasti muuttuvien tulosignaalien kohinaa.

.

Toimintatilat

4029 IC Up-Down Counter on monipuolinen komponentti, joka pystyy toimimaan useissa eri tiloissa, jotka voidaan räätälöidä digitaalisten järjestelmien erityisiin laskentavaatimuksiin. Näihin tiloihin kuuluvat binääri- ja BCD-dekadilaskenta sekä ylös- ja alaslaskentaominaisuudet.

Binääri- ja BCD-dekadilaskenta

4029 IC voi toimia joko binääri- tai BCD (Binary-Coded Decimal) -tilassa riippuen BINARY/DECADE-tulonapille syötetystä jännitetasosta. Kun BINARY/DECADE-tulo on korkea, laskuri toimii binääritilassa. Sitä vastoin, kun BINARY/DECADE-tulo on matala, laskuri siirtyy dekaditilaan.

.

Ylös ja alas laskeminen

Laskennan suuntaa (ylös- tai alaspäin) ohjataan UP/DOWN-tulopinnillä. YLÖS/ALAS-tulon korkea signaali saa laskurin laskemaan ylöspäin, kun taas matala signaali asettaa laskurin laskemaan alaspäin.

. Tämän ominaisuuden ansiosta IC voi laskea sekä kasvavia että väheneviä tapahtumasarjoja, joten se soveltuu monenlaisiin sovelluksiin, kuten aikavälien mittaamiseen ja tapahtumien laskentaan.

Rinnakkainen ja ripeä kellotus

Useita 4029-IC:itä voidaan konfiguroida rinnakkaislukitus- tai ripple-kellotusjärjestelyihin niiden laskenta-alueen ja -ominaisuuksien laajentamiseksi. Rinnakkaiskellotus tarjoaa synkronisen ohjauksen ja nopeuttaa kaikkien laskentalähtöjen vastetta, kun taas ripple-kellotus mahdollistaa pidemmät kellotulon nousu- ja laskuajat.

.

Preset Enable ja JAM-tulot

4029 IC sisältää esiasetetun aktivointitoiminnon, jonka avulla laskuri voidaan asynkronisesti asettaa mihin tahansa tilaan JAM-tulojen (A, B, C, D) perusteella. Kun esiasetuksen mahdollistava tulo on korkea, JAM-tulojen arvot ladataan laskuriin, jolloin sen tila asetetaan välittömästi.

. Tämä ominaisuus on erityisen hyödyllinen sovelluksissa, jotka vaativat ennalta määritellyn lukeman lataamista ennen laskentaprosessin aloittamista.

Toiminnallinen joustavuus

4029 IC on suunniteltu toiminnallista joustavuutta silmällä pitäen, ja se tarjoaa erilaisia toimintatiloja, joita voidaan mukauttaa sen eri tulo-ohjaimien avulla. Tämä muunneltavuus tekee siitä arvokkaan komponentin lukuisiin digitaalisiin sovelluksiin, kuten herätyskelloihin, ajastimiin, vilkkuviin valoilmaisimiin ja muihin.

.

Sovellukset

4029 IC, ylös-alas laskuri, on monipuolinen komponentti, jota käytetään erilaisissa digitaalisissa elektroniikkaprojekteissa. Yksi sen ensisijaisista sovelluksista on digitaalisissa kelloissa, joissa se toimii osana ajanottomekanismia. Esimerkiksi digitaalisessa kelloprojektissa 4029 IC toimii yhdessä muiden komponenttien, kuten 4013- ja 4060-IC:iden, kanssa tuottaakseen tarkan 1 Hz:n ulostulon ajanottoa varten.

. Laskuri voidaan konfiguroida lisäämään tai vähentämään laskuria, mikä on olennaista ajan asettamisen kannalta. Käyttäjät käyttävät usein painikkeita minuuttien ja tuntien lisäämiseksi käyttäen 4029 IC:n tiettyihin nastoihin lähetettyjä kellosignaaleja. 4029 IC on myös olennainen osa projekteja, jotka edellyttävät tarkkoja ajoitus- ja laskentatoimintoja. Sitä käytetään esimerkiksi yhdessä 4060 IC:n kanssa, joka tarjoaa taajuusjaon, jolloin 4029 voi laskea ennustettavalla ja tarkalla tavalla. 4060 IC:n sisäänrakennettu oskillaattori ja 14-portainen rippilaskuri helpottavat erilaisia sovelluksia, kuten digitaalisia kelloja ja ajoituspiirejä, tarjoamalla vakaan taajuusulostulon. Tästä yhdistelmästä on hyötyä, kun luodaan paristokäyttöisiä kelloja, joissa on tunti-, minuutti- ja sekuntinäyttö, jotka ovat sekä energiatehokkaita että kompakteja. Lisäksi 4029 IC on arvokas opetusympäristöissä digitaalielektroniikan käsitteiden opettamisessa. Sen suoraviivainen konfigurointi ja yhteensopivuus muiden tavallisten logiikka-IC:iden kanssa tekevät siitä erinomaisen työkalun opiskelijoille, jotka oppivat laskureita, flippiflooppeja ja digitaalisten piirien suunnittelua. IC voidaan helposti integroida erilaisiin projekteihin, jolloin oppilaat voivat kokeilla ylös-alas-laskentaa ja tutkia digitaalisen logiikan periaatteita.

Tekniset tiedot

4029 IC on korkeajännitetyyppi, joka pystyy toimimaan 20 V:n nimellisjännitteellä.

. Siinä on keskinopea toiminta, jonka tyypillinen nopeus on 8 MHz 50 pF:n kuormituskapasitanssilla (CL) ja 10 V:n syöttöjännitteellä (VDD - VSS). IC:tä voidaan käyttää kahdessa kellotustilassa: monipakettirakenteinen rinnakkaiskellotus synkroniseen nopeaan lähtövasteeseen ja ripple-kellotus hitaampiin kellotulon nousu- ja laskuaikoihin. Tässä IC:ssä on "Preset Enable" ja yksittäiset "Jam"-tulot, jotka mahdollistavat binääri- tai vuosikymmenen ylös-/alaslaskennan. Laskuri voi toimia binääritilassa, kun BINARY/DECADE-tulo on korkea, ja vuosikymmen-tilassa, kun BINARY/DECADE-tulo on matala. Laskennan suuntaa ohjataan UP/DOWN-tulolla, jolloin laskuri laskee ylöspäin, kun tulo on korkea, ja laskee alaspäin, kun tulo on matala. Tehokasta kytkentää varten useita paketteja voidaan järjestää rinnakkaiskytkentä- tai ripple-kytkentäkokoonpanoihin, jolloin rinnakkaiskytkentä tarjoaa nopeamman vasteen ja ripple-kytkentä mahdollistaa pidemmät kellotulon nousu- ja laskuaika. IC:n lähtö on binäärikoodattu desimaaliluku (BCD) vuosikymmentätilassa, ja se tarjoaa standardoidut symmetriset lähtöominaisuudet. Se on testattu perusteellisesti sen varmistamiseksi, että maksimi lepovirta on 20 V:ssa, ja se tarjoaa parametriset arvot 5 V:ssa, 10 V:ssa ja 15 V:ssa. Suurin tulovirta on määritetty 1µA:ksi 18V:ssa koko paketin lämpötila-alueella ja 100nA:ksi 18V:ssa ja +25°C:ssa. Lisäksi kohinamarginaali koko paketin lämpötila-alueella on 1V VDD = 5V:n, 2V VDD = 10V:n ja 2,5V VDD = 15V:n lämpötilassa. 4029 IC täyttää kaikki JEDEC:n alustavien standardien nro 13B "Standard Specifications for Description of 'B' Series CMOS Devices" vaatimukset. IC toimitetaan erilaisissa 16-lyijyisissä outline-pakkauksissa, mukaan lukien Braze Seal DIP H4X, Frit Seal DIP H2F ja Ceramic Flatpack H6W.

Edut ja rajoitukset

4000-sarjan logiikkaperheeseen kuuluva 4029 IC Up-Down Counter tarjoaa useita etuja ja rajoituksia sovelluksissaan.

Edut

Yksi 4029 IC:n tärkeimmistä eduista on sen synkroninen laskentakyky. Toisin kuin aaltoilulaskurit, joissa voi esiintyä häiriöitä kellosignaalin peräkkäisen etenemisen vuoksi, 4029:n ulostulot muuttuvat tarkasti yhdessä jokaisen kellopulssin yhteydessä. Tämän synkronoidun käyttäytymisen ansiosta se soveltuu erityisen hyvin lähtöjen kytkemiseen logiikkaportteihin ilman ajoitusvirheiden riskiä.

. Lisäksi 4029 IC tarjoaa joustavuutta laskennassa. Kytkemällä asianmukaiset lähdöt nollaustuloon käyttäjät voivat konfiguroida laskurin laskemaan mihin tahansa arvoon, joka on pienempi kuin sen maksimiarvo (9 tai 15), käyttämällä tarvittaessa AND-porttia. Tämä monipuolisuus mahdollistaa sen käytön erilaisissa sovelluksissa, jotka vaativat erityisiä laskenta-alueita. Lisäksi 4029 IC on osa 4000-sarjan logiikkaperhettä, joka on tunnettu kestävyydestään ja kyvystään kestää suurempia syöttöjännitteitä (jopa +15 V) verrattuna muihin logiikkaperheisiin. Tämän ansiosta se soveltuu liitettäväksi eri jännitetasoihin ilman ylimääräistä tasonsiirtopiiriä.

Rajoitukset

Myös 4029 IC:llä on kuitenkin tiettyjä rajoituksia. Tässä IC:ssä olevan portin etenemisaika on huomattavasti pidempi kuin nykyaikaisemmissa, nopeissa logiikkapiireissä. Tämän vuoksi se ei sovellu sovelluksiin, jotka vaativat nopeaa toimintaa.

. Toinen rajoitus liittyy sekalogiikkaperheiden virtalähdejärjestelyihin. Jos piirissä on sekä 4000-sarjan IC-piirejä että muita perheitä, kuten 74LS tai 74HCT, virtalähteen on oltava sopiva kaikille komponenteille. Erityisesti 74LS-lähtö ei voi luotettavasti ohjata 4000-sarjan tuloa, ellei käytetä 2,2 kΩ:n "pull-up"-vastusta, mikä lisää piirin monimutkaisuutta.

Vertailu muihin laskureihin

CD4029 on monipuolinen, synkroninen, ohjelmoitava, esiasetettava 4-bittinen ylös/alas-laskija, joka on suunniteltu sekä binääri- että vuosikymmenlaskentatiloihin (BCD), joten se soveltuu erilaisiin laskentasovelluksiin. Siinä on laaja syöttöjännitealue, korkea häiriönsietokyky ja alhaisen tehon TTL-yhteensopivuus, mikä erottaa sen muista laskureista, kuten 4020-, 4024- ja 4040-sarjoista. CD4029 voidaan suoraan verrata IC 74193:n kaltaisiin laskureihin, koska sen toiminnot ovat samanlaiset ylös/alas-laskentakyvyn ja esiasetettavien tulojen osalta. Merkittävä ero on kuitenkin CD4029:n ainutlaatuinen tappi, joka mahdollistaa valinnan binääri- ja BCD-laskentatilojen välillä, mitä ei ole 74193:ssa.

. Toisin kuin CD4020, CD4024 ja CD4040, jotka ovat ripple-carry-binäärilaskureita, CD4029 toimii synkronisesti. Ripple-carry-laskurit etenevät yhden lukeman jokaisen tulopulssin negatiivisen siirtymän yhteydessä, ja ne voivat aiheuttaa häiriöitä, jotka johtuvat pienistä viiveistä laskurin ulostuloissa, jotka reagoivat kellopulssiin. Tämä on kriittinen ero, koska CD4029 välttää nämä häiriöt käyttämällä synkronista laskentaa, mikä takaa tarkemman ja luotettavamman toiminnan sovelluksissa, jotka vaativat vakaata ajoitusta ja laskentaa. Lisäksi CD4029:n kyky toimia joko binääri- tai BCD-laskurina tarjoaa huomattavaa joustavuutta. Kun binääri-/dekaditulo on loogisesti "1", laskuri toimii binääritilassa, muuten se toimii dekaditilassa. Lisäksi laskuri voi laskea ylöspäin, kun ylös/alas-tulo on looginen "1", ja laskea alaspäin, kun se on looginen "0". Sovellusten osalta CD4029:ää käytetään hälytyskelloissa, asetetuissa vaihtovirta-ajastimissa, kamera-ajastimissa, autojen vilkkuvien valojen ilmaisimissa ja autojen pysäköinninvalvontalaitteissa. Sitä käytetään myös skenaarioissa, joissa on tarpeen laskea aikatauluttajan tietylle prosessille tai tapahtumalle varattu aika. Tämä monipuolisuus ja helppokäyttöisyys käytännön sovelluksissa erottaa CD4029:n edelleen muista laskureista.

Aiheeseen liittyvät integroidut piirit

CD4029 IC on osa laajempaa CD4000-sarjan integroituja piirejä, joka sisältää erilaisia digitaalisia ja analogisia logiikkakomponentteja. CD4029:n tavoin muita tämän sarjan laskureita ovat 4518- ja 4520-laskurit. Nämä laskurit voidaan yhdistää toisiinsa rippilaskurikokoonpanoksi, vaikka synkroninen laskenta saattaa vaatia ylimääräisiä logiikkaportteja, jotta vältetään laskurin ulostulojen pienistä viiveistä johtuvat häiriöt.

. Standardilogiikkapiireillä, kuten 74160, 74190 ja 7490, on myös toiminnallisia yhtäläisyyksiä CD4029:n kanssa, ja ne tarjoavat valmiuksia binääri- ja BCD- (vuosikymmenen) laskentatiloihin. Tärkein ero CD4029:n ja muiden laskureiden, kuten IC 74193:n, välillä on CD4029:n ainutlaatuinen nastakokoonpano, jonka ansiosta se voi vaihtaa binääri- ja BCD-laskentatilojen välillä. 4000-sarjan logiikkaperheeseen, johon CD4029 kuuluu, kuuluu siruja, jotka on rakennettu N- ja P-kanavaisilla tehostustransistoreilla. Näillä siruilla on yleensä suuri syöttöjännitealue (5V-20V) ja korkea häiriönsieto. Niissä on myös staattinen purkautumissuojaus puristusdiodien avulla. Toinen mainitsemisen arvoinen komponentti on 7456, joka on osa 7400-sarjaa. Tämä sarja sisältää klassisia logiikkapiirejä, jotka toteuttavat taajuusjakotoimintoja, mukaan lukien kokonaisluku-n-jako D-flippujen avulla. Tällaiset kokoonpanot säilyttävät taajuuden ja vaiheen koherenssin lähteen kanssa ympäristön vaihtelujen, kuten lämpötilan, yli. Nämä toisiinsa liittyvät integroidut piirit tarjoavat monipuolisia vaihtoehtoja erilaisiin digitaalisiin logiikkasovelluksiin, mikä varmistaa, että suunnittelijat voivat valita sopivimman integroidun piirin erityistarpeisiinsa.