Összefoglaló

A 4029 IC Up-Down Counter egy rendkívül sokoldalú és programozható integrált áramkör, amely a 4000-es sorozatú CMOS logikai IC családba tartozik. Az RCA által 1968-ban eredetileg bevezetett sorozat széles tápfeszültség-tartományának és robusztus kialakításának köszönhetően széles körben elterjedt, és a digitális elektronika fejlődésének egyik alapelemévé vált.

. A 4029 IC különösen arról nevezetes, hogy képes bináris és BCD (binárisan kódolt decimális) számolásra, valamint felfelé és lefelé számolásra is, ami nélkülözhetetlenné teszi a digitális óráktól az összetett digitális rendszerekig terjedő alkalmazásokban. A 4029 IC-t számos neves vállalat, például a Fairchild Semiconductor, az Intersil Corporation, a National Semiconductor és a Texas Instruments gyártotta, és a 4029 IC széles körben elterjedt és használatos, és minden gyártó különböző csomagolási lehetőségeket és adatlapokat kínál. Az IC kialakítása olyan kritikus funkciókat tartalmaz, mint az előre beállított bemenetek, az órajel bemenetek és a zajvédelem, amelyek megbízható teljesítményt biztosítanak a különböző környezetekben és alkalmazásokban. Számos előnye ellenére, mint például a szinkronizált számlálás és a magas zajimmunitás, a 4029 IC-nek vannak bizonyos korlátai. A modern nagysebességű logikai áramkörökhöz képest lassabb terjedési ideje és a tápellátás gondos elrendezésének szükségessége a vegyes logikai családokban való alkalmazás esetén kihívást jelenthet bizonyos alkalmazásokban. Mindazonáltal a széles tápfeszültség-tartományban való működésének képessége és a számlálási konfigurációk rugalmassága értékes alkatrésszé teszi a különböző digitális elektronikai projektek számára. A 4029 IC ma is releváns, nemcsak olyan gyakorlati alkalmazásokban, mint a digitális órák, riasztórendszerek és időzítők, hanem oktatási környezetben is, ahol a digitális elektronikát tanuló diákok számára kulcsfontosságú tanulási eszközként szolgál. Tartós népszerűsége és folyamatos gyártása aláhúzza jelentőségét a digitális logikai integrált áramkörök történetében és fejlődésében.

Történelem

A 4029 IC, egy előre beállított fel-le számláló, az RCA által először 1968-ban bevezetett 4000-es sorozatú CMOS logikai integrált áramkörök (IC-k) családjába tartozik.

. Ez az IC-sorozat a széles tápfeszültség-tartományáról nevezetes, amely 3V-tól 18V-ig terjed a "B" pufferelt sorozatban, amely 1975 körül kezdte felváltani az eredeti sorozatot. A 4029 kifejezetten olyan funkciókkal rendelkezik, mint az analóg-digitális és digitális-analóg átalakítás, a felfelé/lefelé bináris számolás, a különbségszámlálás, valamint a nagyság és előjel generálása. Története során a 4000-es sorozat, beleértve a 4029-es IC-t is, a kezdeti korszakában aktív IC-gyártók szinte mindegyike széles körben gyártotta. Ezek a gyártók többek között olyan neves neveket tartalmaztak, mint a Fairchild Semiconductor, az Intersil Corporation, a National Semiconductor és a Texas Instruments. Mindegyik gyártó biztosította az adatlap saját verzióit és különböző csomagolási lehetőségeket, például dual-in-line kerámia- és műanyag csomagolásokat, small-outline csomagokat és vékony zsugorított small-outline csomagokat. A 4029 IC sokoldalúsága és megbízhatósága miatt népszerű választás a különböző alkalmazásokban, az egyszerű számolási feladatoktól kezdve az összetett digitális rendszerekig. Tartós örökségét bizonyítja, hogy továbbra is elérhető és használatban van a modern elektronikában, ami jól mutatja a digitális logikai IC-k fejlődésében betöltött fontos szerepét.

Tervezés és jellemzők

A 4029 IC egy sokoldalú fel-le számláló, amely különböző funkcióiról ismert, amelyek a digitális elektronika széles alkalmazási területét támogatják. Az IC többféle számlálási módot tesz lehetővé, beleértve az analóg-digitális és digitális-analóg átalakítást, a fel/le bináris számlálást, a különbségszámlálást, a nagyság és előjel generálást, valamint a fel/le dekádszámlálást.

.

Számláló funkcionalitás

A 4029-et bináris és BCD (binárisan kódolt decimális) számolásra tervezték. Fel-le üzemmódban működik, így alkalmas különféle számlálási alkalmazásokhoz. A számláló könnyen kaszkádolható más számlálókkal a számlálási tartomány növelése érdekében. Ez úgy érhető el, hogy az egyik IC kivezető csapját összekapcsolják a következő IC kivezető csapjával, ami lehetővé teszi a zökkenőmentes növekmény- vagy csökkenő számlálást.

.

Bemenetek és kimenetek

Óra bemenet

Az órajel bemenet, más néven óraimpulzus vagy órajel, döntő fontosságú az IC indításához. A 4029-ben mind a négy flip-flopot ugyanazzal az órajelen szinkronizálják, így biztosítva a számláló konzisztens működését.

.

Előre beállított bemenetek

Az IC négy előre beállított bemenetet tartalmaz (A, B, C és D), ahol A a legkevésbé jelentős bit (LSB) és D a legjelentősebb bit (MSB). Ezek a bemenetek lehetővé teszik, hogy a számlálót egy adott értékkel előretöltsük, amikor az előbeállítás engedélyező pin logikai magasra van állítva. Az előbeállítás engedélyező pin-t logikailag kell vezérelni az adatok helyes betöltéséhez a számlálási sorrend megszakítása nélkül.

.

Aktív magas Preset bemenet

Az aktív magas előbeállítás bemenetet általában az előbeállítási terminálokról történő adatbetöltésre használják. Ez a pin az órajelhez képest aszinkron működik, lehetővé téve az adatbetöltést az órajel-bemenetektől függetlenül. A számlálási folyamat elindításához logikai alacsony értéket kell kapcsolni az előbeállítás engedélyező bemenetre; ellenkező esetben a számláló nem növekszik.

.

Elektromos jellemzők

Tápegység

A 4029 IC kiemelkedik azzal a képességével, hogy a tápfeszültségek széles tartományában képes működni, így különböző környezetekben és alkalmazásokban alkalmazható. A felépítésében alkalmazott CMOS technológia alacsony energiafogyasztást és nagyfokú zajérzékenységet biztosít, ami különösen előnyös a lassan változó vagy zajos jelek esetében.

.

Kimeneti képességek

A 4029 kimenetei úgy vannak kialakítva, hogy közvetlenül meghajtják a 74LS kapu bemeneteket, ha a tápellátás +5V-os, ami a vegyes logikai környezetekben való rugalmasságát mutatja. A működési problémák elkerülése érdekében azonban ügyelni kell a megfelelő tápegység-kompatibilitásra, ha különböző logikai családok, például a 4000-es sorozat és a 74HC keverednek.

.

Zajvédelem

A 4000-es sorozat, beleértve a 4029-es készüléket is, egyik figyelemre méltó jellemzője a robusztus zajvédelem. Ez részben az egyes modellekben található Schmitt-trigger bemeneteknek köszönhető, amelyek hiszterézist biztosítanak, és segítenek kiszűrni a lassan változó bemeneti jelekből származó zajt.

.

Működési módok

A 4029 IC Up-Down Counter egy sokoldalú, többféle üzemmódban működő alkatrész, amely a digitális rendszerek speciális számlálási követelményeihez igazítható. Ezek az üzemmódok magukban foglalják a bináris és BCD-decade számlálást, valamint a felfelé és lefelé számlálási képességeket.

Bináris és BCD-dekád számolás

A 4029 IC bináris vagy BCD (Binary-Coded Decimal) üzemmódban működhet, a BINARY/DECADE bemeneti pinre adott feszültségszint függvényében. Ha a BINARY/DECADE bemenet magas, a számláló bináris üzemmódban működik. Ezzel szemben, ha a BINARY/DECADE bemenet alacsony, a számláló dekád üzemmódba vált.

.

Fel és le számolás

A számlálás irányát (felfelé vagy lefelé) az UP/DOWN bemeneti pin vezérli. Az UP/DOWN bemenet magas jelének hatására a számláló felfelé számol, míg alacsony jelének hatására a számláló lefelé számol.

. Ez a funkció lehetővé teszi, hogy az IC növekvő és csökkenő eseménysorozatokat is számoljon, így számos alkalmazáshoz, például időintervallum-méréshez és eseményszámláláshoz is alkalmas.

Párhuzamos és ripple órajelek

Több 4029 IC konfigurálható párhuzamos vagy hullámos órajelű elrendezésben, hogy bővítse a számlálási tartományt és a képességeket. A párhuzamos órajelezés szinkron vezérlést biztosít, és gyorsabb választ eredményez az összes számláló kimenetről, míg a hullámos órajelezés hosszabb órajel bemeneti emelkedési és süllyedési időt tesz lehetővé.

.

Preset Enable és JAM bemenetek

A 4029 IC tartalmaz egy előre beállított engedélyezési funkciót, amely lehetővé teszi, hogy a számláló a JAM bemenetek (A, B, C, D) alapján aszinkron módon bármilyen állapotba kerüljön. Amikor az előre beállított engedélyező bemenet magas, a JAM bemeneteken lévő értékek betöltődnek a számlálóba, azonnal beállítva annak állapotát.

. Ez a funkció különösen hasznos azoknál az alkalmazásoknál, amelyeknél a számlálási folyamat megkezdése előtt be kell tölteni egy előre meghatározott számot.

Funkcionális rugalmasság

A 4029 IC-t a funkcionális rugalmasságot szem előtt tartva tervezték, számos működési módot biztosítva, amelyek a különböző bemeneti vezérlőkön keresztül testre szabhatók. Ez az alkalmazkodóképesség teszi értékes alkatrésszé számos digitális alkalmazáshoz, beleértve az ébresztőórákat, időzítőket, villogó fényjelzőket és még sok más eszközt.

.

Alkalmazások

A 4029 IC, egy fel-le számláló, egy sokoldalú alkatrész, amelyet különböző digitális elektronikai projektekben használnak. Az egyik elsődleges alkalmazása a digitális órákban van, ahol az időmérő mechanizmus részeként működik. Például egy digitális óra projektben a 4029 IC más alkatrészekkel, például a 4013 és 4060 IC-kkel együtt működik, hogy pontos 1 Hz-es kimenetet generáljon az időméréshez.

. A számláló úgy konfigurálható, hogy növelje vagy csökkentse a számlálót, ami az idő beállításához elengedhetetlen. A felhasználók gyakran építenek be gombokat a percek és órák növelésére, felhasználva a 4029 IC meghatározott csapjaira küldött órajeleket. A 4029 IC olyan projektekben is szerves részét képezi, amelyek pontos időzítési és számlálási funkciókat igényelnek. Például a 4060 IC-vel együtt használják, amely frekvenciaosztást biztosít, lehetővé téve a 4029 számára a kiszámítható és pontos számolást. A 4060 IC beépített oszcillátora és 14 fokozatú hullámzásszámlálója stabil frekvencia kimenetet biztosítva megkönnyíti a különböző alkalmazások, köztük a digitális órák és időzítő áramkörök használatát. Ez a kombináció előnyös az órák, percek és másodpercek kijelzésével ellátott, elemmel működő órák létrehozásához, amelyek egyszerre energiatakarékosak és kompaktak. Továbbá a 4029 IC értékes oktatási környezetben a digitális elektronikai fogalmak oktatásában. Egyszerű konfigurációja és más szabványos logikai IC-kkel való kompatibilitása kiváló eszközzé teszi a számlálókkal, flip-flopokkal és digitális áramkörök tervezésével ismerkedő diákok számára. Az IC könnyen integrálható különböző projektekbe, így a diákok kísérletezhetnek a fel-le számlálással, és felfedezhetik a digitális logika alapelveit.

Műszaki specifikációk

A 4029 IC egy nagyfeszültségű típus, amely 20 V névleges feszültségen képes működni.

. Közepes sebességű működéssel rendelkezik, jellemző sebessége 8MHz 50pF terhelési kapacitás (CL) és 10V tápfeszültség (VDD - VSS) mellett. Az IC kétféle órajelezési módban használható: többcsomagos párhuzamos órajelezés a szinkron nagysebességű kimeneti válaszhoz, és hullámzó órajelezés a lassabb órajel bemeneti emelkedési és esési időkhöz. Ez az IC tartalmaz "Preset Enable" és egyedi "Jam" bemeneteket, amelyek lehetővé teszik a bináris vagy évtizedes felfelé/lefelé számolást. A számláló bináris üzemmódban működhet, ha a BINARY/DECADE bemenet magas, és dekád üzemmódban, ha a BINARY/DECADE bemenet alacsony. A számlálás irányát az UP/DOWN bemenet vezérli, ahol a számláló felfelé számol, amikor a bemenet magas, és lefelé számol, amikor a bemenet alacsony. A hatékony csatlakoztatás érdekében több csomag párhuzamos vagy hullámos órajelezésű konfigurációban is elhelyezhető, a párhuzamos órajelezés gyorsabb reakciókat biztosít, a hullámos órajelezés pedig hosszabb órajel bemeneti emelkedési és süllyedési időkhöz alkalmazkodik. Az IC binárisan kódolt decimális (BCD) kimenetet ad ki dekádos üzemmódban, és szabványosított szimmetrikus kimeneti jellemzőket kínál. Alaposan tesztelték a 20 V-os maximális nyugalmi áram biztosítására, és 5 V, 10 V és 15 V-os paraméteres értékeket kínál. A maximális bemeneti áramot 18V-on 1µA-ra specifikálták a teljes csomag hőmérséklettartományban, és 100nA-ra 18V-on és +25°C-on. Ezen kívül a teljes csomaghőmérséklet-tartományban a zajtartomány 1V VDD = 5V, 2V VDD = 10V és 2,5V VDD = 15V mellett. A 4029 IC megfelel a JEDEC 13B számú, "A B sorozatú CMOS-eszközök leírására vonatkozó szabványos előírások" című előzetes JEDEC-szabványok valamennyi követelményének. Az IC különböző 16-ólmos körvonalú házakban kapható, beleértve a Braze Seal DIP H4X, Frit Seal DIP H2F és a Ceramic Flatpack H6W csomagokat.

Előnyök és korlátok

A 4000-es sorozatú logikai családba tartozó 4029 IC Up-Down Counter számos előnyt és korlátozást kínál az alkalmazásokban.

Előnyök

A 4029 IC egyik fő előnye a szinkronszámlálási képesség. A hullámszámlálókkal ellentétben, amelyek az órajel szekvenciális terjedése miatt glitcheseket mutathatnak, a 4029 kimenetei minden egyes óraimpulzusra pontosan együtt változnak. Ez a szinkronizált viselkedés különösen alkalmassá teszi a kimenetek logikai kapukhoz való csatlakoztatására az időzítési hibák kockázata nélkül.

. A 4029 IC emellett rugalmasságot biztosít a számlálásban. A megfelelő kimeneteknek a reset bemenethez való csatlakoztatásával a felhasználók úgy konfigurálhatják a számlálót, hogy a maximális értéknél (9 vagy 15) kisebb értékig számoljon, szükség esetén egy AND kapu használatával. Ez a sokoldalúság lehetővé teszi a használatát számos olyan alkalmazásban, amely speciális számlálási tartományokat igényel. Továbbá a 4029 IC a 4000-es sorozatú logikai család része, amely más logikai családokhoz képest robosztusságáról és nagyobb bemeneti feszültségek (akár +15V) elviselésére való képességéről ismert. Ez alkalmassá teszi a különböző feszültségszintekhez való kapcsolódásra további szintváltó áramkörök nélkül.

Korlátozások

A 4029 IC-nek azonban vannak bizonyos korlátai is. A kapu terjedési ideje ezen IC-n belül jelentősen hosszabb, mint a modernebb, nagysebességű logikai áramköröké. Ennek eredményeképpen nem alkalmas nagysebességű működést igénylő alkalmazásokhoz.

. Egy másik korlátozás a vegyes logikai családok tápellátásának elrendezésével kapcsolatos. Ha egy áramkör 4000-es sorozatú IC-ket és más családokat, például 74LS-t vagy 74HCT-t is tartalmaz, akkor a tápellátásnak alkalmasnak kell lennie minden komponenshez. Konkrétan, egy 74LS kimenet nem képes megbízhatóan meghajtani egy 4000-es sorozatú bemenetet, hacsak nem használunk 2,2 kΩ-os "pull-up" ellenállást, ami növeli az áramkör bonyolultságát.

Összehasonlítás más számlálókkal

A CD4029 egy sokoldalú, szinkron, programozható, előre beállítható 4 bites fel/le számláló, amelyet bináris és dekád (BCD) számlálási módra egyaránt terveztek, így különböző számlálási alkalmazásokhoz alkalmazható. Széles tápfeszültség-tartomány, nagy zajvédelem és alacsony energiaigényű TTL-kompatibilitás jellemzi, ami megkülönbözteti más számlálók, például a 4020, 4024 és 4040 sorozatúak közül. A CD4029 közvetlenül összehasonlítható az olyan számlálókkal, mint az IC 74193, a fel/le számlálási képességek és az előre beállított bemenetek tekintetében hasonló funkcionalitása miatt. Figyelemre méltó különbség azonban a CD4029 egyedi csapja, amely lehetővé teszi a bináris és BCD számlálási módok közötti választást, ami a 74193-asban nincs jelen.

. A CD4020, CD4024 és CD4040 bináris számlálókkal ellentétben, amelyek hullámhosszú bináris számlálók, a CD4029 szinkron működést biztosít. A hullámhordozó számlálók minden egyes bemeneti impulzus negatív átmeneténél egy számot előre lépnek, és a számláló kimeneteinek az óraimpulzusra reagáló kismértékű késedelmei miatt zavarokat okozhatnak. Ez egy kritikus különbség, mivel a CD4029 a szinkron számlálás alkalmazásával elkerüli ezeket a hibákat, így pontosabb és megbízhatóbb működést biztosít a stabil időzítést és számlálást igénylő alkalmazásokban. Továbbá a CD4029 azon képessége, hogy bináris vagy BCD számlálóként is működhet, jelentős rugalmasságot biztosít. Ha a bináris/dekád bemenet logikai "1" értéken van, a számláló bináris üzemmódban működik, ellenkező esetben dekád üzemmódban. Ezenkívül a számláló képes felfelé számolni, ha a fel/le bemenet logikai "1" értéken van, és lefelé számolni, ha logikai "0" értéken van. Az alkalmazások tekintetében a CD4029 az ébresztőórákban, a beállított AC időzítőkben, a kamera időzítőkben, az autók villogó fényjelzőiben és a gépkocsik parkolásvezérlőkben talál felhasználást. Olyan forgatókönyvekben is alkalmazzák, ahol az ütemező által egy adott folyamatra vagy eseményre kiosztott idő számlálása szükséges. Ez a sokoldalúság és a gyakorlati alkalmazásokban való egyszerű használat tovább különbözteti meg a CD4029-et más számlálókatól.

Kapcsolódó integrált áramkörök

A CD4029 IC a nagyobb CD4000 integrált áramkörök sorozatának része, amely különböző típusú digitális és analóg logikai alkatrészeket tartalmaz. A CD4029-hez hasonlóan a sorozat más számlálói közé tartoznak a 4518 és 4520 számlálók. Ezek a számlálók összekapcsolhatók hullámszámláló konfigurációban, bár a szinkron számlálás további logikai kapukat igényelhet a számláló kimeneteinek enyhe késedelmei által okozott zavarok elkerülése érdekében.

. Az olyan szabványos logikai chipek, mint a 74160, 74190 és 7490, funkcionálisan szintén hasonlítanak a CD4029-re, és bináris és BCD (dekád) számolási módot kínálnak. A CD4029 és más számlálók, például a 74193-as IC között az elsődleges különbség a CD4029 egyedi pin-konfigurációjában rejlik, amely lehetővé teszi a bináris és BCD számlálási módok közötti váltást. A 4000-es sorozatú logikai család, amelyhez a CD4029 tartozik, N- és P-csatornás enhancement mode tranzisztorokkal épített chipeket tartalmaz. Ezek a chipek jellemzően nagy tápfeszültség-tartományúak (5V és 20V között) és nagy zajvédelemmel rendelkeznek. Ezen kívül rendelkeznek statikus kisülés elleni védelemmel is, szorító diódák segítségével. Egy másik kapcsolódó alkatrész, amelyet érdemes megemlíteni, a 7456-os, amely a 7400-as sorozat része. Ez a sorozat klasszikus logikai chipeket tartalmaz, amelyek frekvenciaosztási funkciókat valósítanak meg, beleértve az integer-n osztást D flip-flopok használatával. Az ilyen konfigurációk fenntartják a frekvencia- és fáziskoherenciát a forrással a környezeti változások, például a hőmérséklet ellenére is. Ezek a kapcsolódó integrált áramkörök sokoldalú lehetőségeket kínálnak a különböző digitális logikai alkalmazásokhoz, így biztosítva, hogy a tervezők kiválaszthassák az egyedi igényeiknek leginkább megfelelő IC-t.