Résumé

Le compteur ascendant/descendant 4029 IC est un circuit intégré hautement polyvalent et programmable appartenant à la série 4000 de circuits intégrés logiques CMOS. Initialement introduite par RCA en 1968, cette série a été largement adoptée en raison de sa large plage de tension d'alimentation et de sa conception robuste, ce qui en fait un élément essentiel de l'évolution de l'électronique numérique

Le circuit intégré 4029 est particulièrement connu pour sa capacité à effectuer des comptages binaires et BCD (décimal codé binaire), ainsi que pour ses capacités de comptage ascendant et descendant, ce qui le rend essentiel pour des applications allant des horloges numériques aux systèmes numériques complexes. Fabriqué par une gamme de sociétés notables telles que Fairchild Semiconductor, Intersil Corporation, National Semiconductor et Texas Instruments, le circuit intégré 4029 a bénéficié d'une production et d'une utilisation généralisées, chaque fabricant proposant diverses options de conditionnement et fiches techniques. La conception du circuit intégré comprend des fonctionnalités essentielles telles que des entrées prédéfinies, des entrées d'horloge et une immunité au bruit, qui garantissent des performances fiables dans différents environnements et applications. Malgré ses nombreux avantages, tels que le comptage synchronisé et une immunité élevée au bruit, le circuit intégré 4029 présente certaines limites. Son temps de propagation plus lent par rapport aux circuits logiques modernes à grande vitesse et la nécessité d'une disposition minutieuse de l'alimentation lorsqu'il est utilisé dans des familles logiques mixtes peuvent présenter des défis dans des applications spécifiques. Néanmoins, sa capacité à fonctionner sur une large plage de tensions d'alimentation et sa flexibilité dans les configurations de comptage en font un composant précieux dans divers projets d'électronique numérique. Le circuit intégré 4029 continue d'être pertinent aujourd'hui, non seulement dans les applications pratiques telles que les horloges numériques, les systèmes d'alarme et les minuteries, mais également dans les environnements éducatifs où il sert d'outil d'apprentissage clé pour les étudiants en électronique numérique. Sa popularité durable et sa production continue soulignent son importance dans l'histoire et le développement des circuits intégrés logiques numériques.

Histoire

Le circuit intégré 4029, un compteur haut/bas préréglable, appartient à la série 4000 de circuits intégrés (CI) de la famille logique CMOS introduits pour la première fois par RCA en 1968

Cette série de circuits intégrés est remarquable pour sa large plage de tension d'alimentation, s'étendant de 3 V à 18 V dans la série tamponnée « B », qui a commencé à remplacer la série d'origine vers 1975. Le 4029 présente notamment des fonctionnalités telles que la conversion analogique-numérique et numérique-analogique, le comptage binaire ascendant/descendant, le comptage des différences et la génération de magnitude et de signe. Tout au long de son histoire, la série 4000, y compris le circuit intégré 4029, a été largement fabriquée par presque tous les fabricants de circuits intégrés actifs à son époque initiale. Parmi ces fabricants figuraient des noms notables tels que Fairchild Semiconductor, Intersil Corporation, National Semiconductor et Texas Instruments, entre autres. Chaque fabricant a fourni sa version de la fiche technique et différentes options de conditionnement, telles que les boîtiers en céramique et en plastique à double rangée, les boîtiers à petit contour et les boîtiers à petit contour rétractables minces. La polyvalence et la fiabilité du circuit intégré 4029 en ont fait un choix populaire dans diverses applications, des tâches de comptage simples aux systèmes numériques complexes. Son héritage durable est attesté par sa disponibilité et son utilisation continues dans l’électronique moderne, démontrant son importance dans l’évolution des circuits intégrés logiques numériques.

Conception et fonctionnalités

Le circuit intégré 4029 est un compteur haut/bas polyvalent connu pour ses diverses fonctionnalités qui prennent en charge une large gamme d'applications en électronique numérique. Le circuit intégré facilite plusieurs modes de comptage, notamment la conversion analogique-numérique et numérique-analogique, le comptage binaire haut/bas, le comptage différentiel, la génération de grandeur et de signe et le comptage de décade haut/bas

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Fonctionnalité du compteur

Le 4029 est conçu pour gérer le comptage binaire et BCD (décimal codé binaire). Il fonctionne en mode haut/bas, ce qui le rend adapté à diverses applications de comptage. Le compteur peut être facilement mis en cascade avec d'autres compteurs pour augmenter la plage de comptage. Ceci est réalisé en couplant la broche de sortie d'un circuit intégré à la broche de report d'entrée du circuit intégré suivant, ce qui permet un comptage par incrémentation ou décrémentation transparent

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Entrées et sorties

Entrée d'horloge

L'entrée d'horloge, également appelée impulsion d'horloge ou signal d'horloge, est essentielle pour déclencher le circuit intégré. Dans le 4029, les quatre bascules sont synchronisées à l'aide du même signal d'horloge, ce qui garantit un fonctionnement cohérent sur l'ensemble du compteur

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Entrées prédéfinies

Le circuit intégré comprend quatre entrées prédéfinies (A, B, C et D), A étant le bit le moins significatif (LSB) et D le bit le plus significatif (MSB). Ces entrées permettent de précharger le compteur avec une valeur spécifique lorsque la broche d'activation prédéfinie est réglée sur le niveau logique haut. La broche d'activation prédéfinie doit être contrôlée logiquement pour charger correctement les données sans perturber la séquence de comptage

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Entrée préréglée active élevée

L'entrée de préréglage haute active est généralement utilisée pour charger des données à partir des bornes de préréglage. Cette broche fonctionne de manière asynchrone avec le signal d'horloge, ce qui permet le chargement des données indépendamment des entrées d'horloge. Pour démarrer le processus de comptage, un niveau logique bas doit être appliqué à l'entrée d'activation de préréglage ; sinon, le compteur n'augmentera pas

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Caractéristiques électriques

Alimentation électrique

Le circuit intégré 4029 se distingue par sa capacité à fonctionner sur une large plage de tensions d'alimentation, ce qui le rend adapté à divers environnements et applications. La technologie CMOS utilisée dans sa construction garantit une faible consommation d'énergie et une grande immunité au bruit, ce qui est particulièrement avantageux pour les signaux à évolution lente ou bruyants

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Capacités de sortie

Les sorties du 4029 sont conçues pour piloter directement les entrées de grille 74LS lorsqu'elles sont alimentées par une alimentation +5 V, ce qui démontre sa flexibilité dans les environnements à logique mixte. Cependant, il faut veiller à assurer une bonne compatibilité de l'alimentation lors du mélange de différentes familles logiques, telles que la série 4000 et la 74HC, afin d'éviter les problèmes opérationnels

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Immunité au bruit

L'une des caractéristiques notables de la série 4000, y compris du 4029, est sa robuste immunité au bruit. Cela est dû en partie aux entrées de déclenchement de Schmitt présentes sur certains modèles, qui fournissent une hystérésis et aident à filtrer le bruit des signaux d'entrée à évolution lente

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Modes de fonctionnement

Le compteur ascendant/descendant 4029 IC est un composant polyvalent capable de fonctionner dans plusieurs modes, qui peuvent être adaptés aux exigences de comptage spécifiques des systèmes numériques. Ces modes incluent le comptage binaire et par décade BCD, ainsi que les capacités de comptage ascendant et descendant.

Comptage binaire et BCD par décennie

Le circuit intégré 4029 peut fonctionner en mode binaire ou BCD (Binary-Coded Decimal) en fonction du niveau de tension appliqué à la broche d'entrée BINARY/DECADE. Lorsque l'entrée BINARY/DECADE est haute, le compteur fonctionne en mode binaire. Inversement, lorsque l'entrée BINARY/DECADE est basse, le compteur passe en mode décade

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Comptage ascendant et descendant

Le sens de comptage (vers le haut ou vers le bas) est contrôlé par la broche d'entrée UP/DOWN. Un signal haut sur l'entrée UP/DOWN provoque le comptage croissant du compteur, tandis qu'un signal bas déclenche le comptage décroissant du compteur

Cette fonctionnalité permet au circuit intégré de compter les séquences d'événements croissantes et décroissantes, ce qui le rend adapté à une variété d'applications telles que la mesure d'intervalles de temps et le comptage d'événements.

Synchronisation parallèle et ondulatoire

Plusieurs circuits intégrés 4029 peuvent être configurés en mode de synchronisation parallèle ou de synchronisation à ondulation pour étendre leur plage et leurs capacités de comptage. La synchronisation parallèle fournit un contrôle synchrone et se traduit par une réponse plus rapide de toutes les sorties de comptage, tandis que la synchronisation à ondulation permet des temps de montée et de descente d'entrée d'horloge plus longs

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Activation des préréglages et entrées JAM

Le circuit intégré 4029 comprend une fonction d'activation prédéfinie qui permet au compteur d'être réglé de manière asynchrone sur n'importe quel état en fonction des entrées JAM (A, B, C, D). Lorsque l'entrée d'activation prédéfinie est haute, les valeurs des entrées JAM sont chargées dans le compteur, définissant immédiatement son état

Cette fonctionnalité est particulièrement utile pour les applications nécessitant le chargement d'un nombre prédéfini avant de démarrer le processus de comptage.

Flexibilité fonctionnelle

Le circuit intégré 4029 est conçu dans un souci de flexibilité fonctionnelle, offrant une gamme de modes de fonctionnement personnalisables grâce à ses différentes commandes d'entrée. Cette adaptabilité en fait un composant précieux pour de nombreuses applications numériques, notamment les réveils, les minuteries, les indicateurs lumineux clignotants, etc.

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Applications

Le circuit intégré 4029, un compteur haut/bas, est un composant polyvalent utilisé dans divers projets d'électronique numérique. L'une de ses principales applications est dans les horloges numériques, où il fonctionne comme partie du mécanisme de chronométrage. Par exemple, dans un projet d'horloge numérique, le circuit intégré 4029 fonctionne aux côtés d'autres composants tels que les circuits intégrés 4013 et 4060 pour générer une sortie précise de 1 Hz pour le chronométrage

Le compteur peut être configuré pour augmenter ou diminuer le décompte, ce qui est essentiel pour régler l'heure. Les utilisateurs intègrent souvent des boutons pour augmenter les minutes et les heures, en utilisant les signaux d'horloge envoyés à des broches spécifiques du circuit intégré 4029. Le circuit intégré 4029 fait également partie intégrante des projets qui nécessitent des fonctionnalités de chronométrage et de comptage précises. Par exemple, il est utilisé en conjonction avec le circuit intégré 4060, qui fournit une division de fréquence, permettant au 4029 de compter de manière prévisible et précise. L'oscillateur intégré du circuit intégré 4060 et le compteur d'ondulation à 14 étages facilitent une variété d'applications, y compris les horloges numériques et les circuits de chronométrage, en fournissant une sortie de fréquence stable. Cette combinaison est bénéfique pour créer des horloges alimentées par batterie avec des affichages des heures, des minutes et des secondes qui sont à la fois économes en énergie et compacts. De plus, le circuit intégré 4029 est précieux dans les environnements éducatifs pour l'enseignement des concepts de l'électronique numérique. Sa configuration simple et sa compatibilité avec d'autres circuits intégrés logiques standard en font un excellent outil pour les étudiants qui s'intéressent aux compteurs, aux bascules et à la conception de circuits numériques. Le circuit intégré peut être facilement intégré dans divers projets, permettant aux étudiants d'expérimenter le comptage ascendant/descendant et d'explorer les principes de la logique numérique.

Spécifications techniques

Le circuit intégré 4029 est un type haute tension, capable de fonctionner à une tension nominale de 20 V

Il présente un fonctionnement à vitesse moyenne, avec une vitesse typique de 8 MHz à une capacité de charge (CL) de 50 pF et une tension d'alimentation (VDD - VSS) de 10 V. Le CI peut être utilisé dans deux modes d'horloge : horloge parallèle multi-package pour une réponse de sortie synchrone à grande vitesse et horloge d'ondulation pour des temps de montée et de descente d'entrée d'horloge plus lents. Ce CI comprend des entrées « Preset Enable » et « Jam » individuelles, permettant un comptage binaire ou par décade. Le compteur peut fonctionner en mode binaire lorsque l'entrée BINARY/DECADE est haute et en mode décade lorsque l'entrée BINARY/DECADE est basse. Le sens de comptage est contrôlé par l'entrée UP/DOWN, où le compteur compte lorsque l'entrée est haute et compte à rebours lorsque l'entrée est basse. Pour une connexion efficace, plusieurs packages peuvent être disposés dans des configurations d'horloge parallèle ou d'horloge d'ondulation, l'horloge parallèle fournissant des réponses plus rapides et l'horloge d'ondulation prenant en charge des temps de montée et de descente d'entrée d'horloge plus longs. Le CI génère un signal décimal codé binaire (BCD) en mode décade et offre des caractéristiques de sortie symétriques standardisées. Il a été minutieusement testé pour garantir un courant de repos maximal à 20 V et offre des valeurs paramétriques à 5 V, 10 V et 15 V. Le courant d'entrée maximal est spécifié à 1 µA à 18 V sur toute la plage de températures du boîtier et à 100 nA à 18 V et +25 °C. De plus, la marge de bruit sur toute la plage de températures du boîtier est de 1 V à VDD = 5 V, 2 V à VDD = 10 V et 2,5 V à VDD = 15 V. Le CI 4029 répond à toutes les exigences des normes provisoires JEDEC n° 13B pour les « Spécifications standard pour la description des dispositifs CMOS de la série « B » ». Le CI est fourni dans divers boîtiers à 16 broches, notamment Braze Seal DIP H4X, Frit Seal DIP H2F et Ceramic Flatpack H6W.

Avantages et limites

Le compteur haut/bas IC 4029, qui fait partie de la famille logique de la série 4000, offre plusieurs avantages et limitations dans ses applications.

Avantages

L'un des principaux avantages du circuit intégré 4029 est sa capacité de comptage synchrone. Contrairement aux compteurs à ondulation, qui peuvent présenter des problèmes dus à la propagation séquentielle du signal d'horloge, les sorties du 4029 changent précisément ensemble à chaque impulsion d'horloge. Ce comportement synchronisé le rend particulièrement adapté à la connexion de sorties à des portes logiques sans risque d'erreurs de synchronisation

. De plus, le circuit intégré 4029 offre une certaine flexibilité dans le comptage. En connectant les sorties appropriées à l'entrée de réinitialisation, les utilisateurs peuvent configurer le compteur pour compter jusqu'à n'importe quelle valeur inférieure à son maximum (9 ou 15), en utilisant une porte ET si nécessaire. Cette polyvalence permet son utilisation dans une variété d'applications nécessitant des plages de comptage spécifiques. De plus, le circuit intégré 4029 fait partie de la famille logique de la série 4000, connue pour sa robustesse et sa capacité à supporter des tensions d'entrée plus élevées (jusqu'à +15 V) par rapport aux autres familles logiques. Cela le rend adapté à l'interfaçage avec différents niveaux de tension sans circuit de décalage de niveau supplémentaire.

Limites

Cependant, le circuit intégré 4029 présente également certaines limites. Le temps de propagation de la porte dans ce circuit intégré est nettement plus long que celui des circuits logiques rapides plus modernes. Par conséquent, il n'est pas adapté aux applications nécessitant un fonctionnement à grande vitesse.

. Une autre limitation est liée à la disposition de l'alimentation pour les familles de logique mixte. Si un circuit comprend à la fois des circuits intégrés de la série 4000 et d'autres familles telles que 74LS ou 74HCT, l'alimentation doit être adaptée à tous les composants. Plus précisément, une sortie 74LS ne peut pas piloter de manière fiable une entrée de la série 4000 à moins qu'une résistance de rappel de 2,2 kΩ ne soit utilisée, ce qui ajoute à la complexité du circuit.

Comparaison avec d'autres compteurs

Le CD4029 est un compteur ascendant/descendant 4 bits polyvalent, synchrone, programmable et préréglable, conçu pour les modes de comptage binaire et à décade (BCD), ce qui le rend adaptable à diverses applications de comptage. Il présente une large plage de tension d'alimentation, une immunité au bruit élevée et une compatibilité TTL à faible consommation, ce qui le distingue des autres compteurs comme les séries 4020, 4024 et 4040. Le CD4029 peut être directement comparé à des compteurs tels que l'IC 74193 en raison de ses fonctionnalités similaires en termes de capacités de comptage ascendant/descendant et d'entrées préréglables. Cependant, une différence notable est la broche unique du CD4029 qui permet la sélection entre les modes de comptage binaire et BCD, qui n'est pas présente dans le 74193

Contrairement aux compteurs binaires CD4020, CD4024 et CD4040, qui sont des compteurs à report d'ondulation, le CD4029 offre un fonctionnement synchrone. Les compteurs à report d'ondulation avancent d'un compte sur la transition négative de chaque impulsion d'entrée et peuvent introduire des problèmes dus à de légers retards dans les sorties de compteur répondant à une impulsion d'horloge. Il s'agit d'une différence essentielle car le CD4029 évite ces problèmes en utilisant un comptage synchrone, garantissant des opérations plus précises et plus fiables dans les applications nécessitant une synchronisation et un comptage stables. De plus, la capacité du CD4029 à fonctionner comme un compteur binaire ou BCD offre une flexibilité significative. Lorsque l'entrée binaire/décade est à « 1 » logique, le compteur fonctionne en mode binaire, sinon, il fonctionne en mode décade. De plus, le compteur peut compter vers le haut lorsque l'entrée vers le haut/bas est à « 1 » logique et décompter lorsqu'elle est à « 0 » logique. En termes d'applications, le CD4029 est utilisé dans les réveils, les minuteries de climatisation, les minuteries d'appareil photo, les indicateurs lumineux clignotants dans les automobiles et les commandes de stationnement. Il est également utilisé dans les scénarios où le comptage du temps alloué à un processus ou à un événement spécifique par le planificateur est nécessaire. Cette polyvalence et cette facilité d'utilisation dans les applications pratiques distinguent encore davantage le CD4029 des autres compteurs.

Circuits intégrés associés

Le circuit intégré CD4029 fait partie de la série plus vaste de circuits intégrés CD4000, qui comprend divers types de composants logiques numériques et analogiques. Similaires au CD4029, d'autres compteurs de cette série incluent les compteurs 4518 et 4520. Ces compteurs peuvent être reliés entre eux dans une configuration de compteur à ondulation, bien que le comptage synchrone puisse nécessiter des portes logiques supplémentaires pour éviter les problèmes causés par de légers retards dans les sorties du compteur

Les puces logiques standard telles que les 74160, 74190 et 7490 partagent également des similitudes fonctionnelles avec le CD4029, offrant des capacités pour les modes de comptage binaire et BCD (décennie). La principale différence entre le CD4029 et d'autres compteurs comme le IC 74193 réside dans la configuration unique des broches du CD4029 qui lui permet de basculer entre les modes de comptage binaire et BCD. La famille logique de la série 4000, à laquelle appartient le CD4029, comprend des puces construites avec des transistors à mode d'amélioration à canal N et P. Ces puces ont généralement une plage de tension d'alimentation élevée (5 V à 20 V) et une immunité au bruit élevée. Elles disposent également d'une protection contre les décharges statiques à l'aide de diodes de serrage. Un autre composant connexe qui mérite d'être mentionné est le 7456, qui fait partie de la série 7400. Cette série contient des puces logiques classiques qui implémentent des fonctions de division de fréquence, y compris la division entière-n à l'aide de bascules D. Ces configurations maintiennent la cohérence de fréquence et de phase avec la source malgré les variations environnementales telles que la température. Ces circuits intégrés associés offrent des options polyvalentes pour diverses applications logiques numériques, garantissant aux concepteurs de pouvoir sélectionner le circuit intégré le plus adapté à leurs besoins spécifiques.