Resumo

O 4029 IC Up-Down Counter é um circuito integrado altamente versátil e programável que pertence à série 4000 de ICs da família de lógica CMOS. Inicialmente introduzida pela RCA em 1968, esta série tem sido amplamente adoptada devido à sua ampla gama de tensões de alimentação e ao seu design robusto, tornando-a um elemento fundamental na evolução da eletrónica digital

. O circuito integrado 4029 é particularmente conhecido pela sua capacidade de efetuar contagens binárias e BCD (decimais com código binário), bem como pelas suas capacidades de contagem ascendente e descendente, tornando-o essencial para aplicações que vão desde relógios digitais a sistemas digitais complexos. Fabricado por uma série de empresas notáveis, como a Fairchild Semiconductor, a Intersil Corporation, a National Semiconductor e a Texas Instruments, o CI 4029 tem tido uma produção e utilização generalizadas, com cada fabricante a oferecer várias opções de embalagem e folhas de dados. O design do CI inclui caraterísticas críticas, como entradas predefinidas, entradas de relógio e imunidade ao ruído, que garantem um desempenho fiável em diferentes ambientes e aplicações. Apesar de suas muitas vantagens, como contagem sincronizada e alta imunidade a ruídos, o CI 4029 tem algumas limitações. O seu tempo de propagação mais lento em comparação com os circuitos lógicos modernos de alta velocidade e a necessidade de uma disposição cuidadosa da fonte de alimentação quando utilizado em famílias de lógica mista podem apresentar desafios em aplicações específicas. No entanto, a sua capacidade de funcionar numa vasta gama de tensões de alimentação e a sua flexibilidade nas configurações de contagem fazem dele um componente valioso em vários projectos de eletrónica digital. O CI 4029 continua a ser relevante hoje em dia, não só em aplicações práticas como relógios digitais, sistemas de alarme e temporizadores, mas também em ambientes educativos, onde serve como uma ferramenta de aprendizagem fundamental para os alunos que estudam eletrónica digital. A sua popularidade duradoura e a sua produção contínua sublinham a sua importância na história e no desenvolvimento dos circuitos integrados de lógica digital.

História

O CI 4029, um contador up-down pré-configurável, pertence à série 4000 de circuitos integrados (CI) da família lógica CMOS, introduzidos pela primeira vez pela RCA em 1968

. Esta série de CIs é notável pela sua ampla gama de tensões de alimentação, que se estende de 3V a 18V na série "B" com buffer, que começou a substituir a série original por volta de 1975. O 4029 apresenta especificamente funcionalidades como a conversão analógico-digital e digital-analógico, contagem binária ascendente/descendente, contagem de diferenças e geração de magnitude e sinal. Ao longo da sua história, a série 4000, incluindo o CI 4029, foi amplamente fabricada por quase todos os fabricantes de CI activos durante a sua era inicial. Estes fabricantes incluem nomes notáveis como Fairchild Semiconductor, Intersil Corporation, National Semiconductor e Texas Instruments, entre outros. Cada fabricante forneceu as suas versões da folha de dados e diferentes opções de embalagem, tais como embalagens cerâmicas e plásticas duplas em linha, embalagens de pequena dimensão e embalagens de pequena dimensão de retração fina. A versatilidade e a fiabilidade do CI 4029 tornaram-no uma escolha popular em várias aplicações, desde simples tarefas de contagem a sistemas digitais complexos. O seu legado duradouro é evidenciado pela sua disponibilidade e utilização contínuas na eletrónica moderna, demonstrando a sua importância na evolução dos CIs de lógica digital.

Conceção e caraterísticas

O CI 4029 é um contador ascendente-descendente versátil conhecido pelas suas várias caraterísticas que suportam uma vasta gama de aplicações em eletrónica digital. O CI permite vários modos de contagem, incluindo conversão analógico-digital e digital-analógico, contagem binária ascendente/descendente, contagem de diferenças, geração de magnitude e sinal, e contagem ascendente/descendente de décadas

.

Funcionalidade do contador

O 4029 foi concebido para lidar com contagem binária e BCD (decimal codificado em binário). Funciona em modo ascendente/descendente, tornando-o adequado para diversas aplicações de contagem. O contador pode ser facilmente ligado em cascata com outros contadores para aumentar a gama de contagem. Isto é conseguido através do acoplamento do pino de carry-out de um CI ao pino de carry-in do CI seguinte, permitindo uma contagem contínua de incremento ou decremento

.

Entradas e saídas

Entrada de relógio

A entrada de relógio, também conhecida como pulso de relógio ou sinal de relógio, é crucial para ativar o CI. No 4029, todos os quatro flip-flops são sincronizados usando o mesmo sinal de clock, garantindo uma operação consistente em todo o contador

.

Entradas predefinidas

O CI inclui quatro entradas de predefinição (A, B, C e D), sendo A o bit menos significativo (LSB) e D o bit mais significativo (MSB). Estas entradas permitem que o contador seja pré-carregado com um valor específico quando o pino de ativação da predefinição é definido como lógico alto. O pino de ativação de predefinição deve ser controlado logicamente para carregar os dados corretamente sem interromper a sequência de contagem

.

Entrada de predefinição ativa alta

A entrada de predefinição ativa alta é normalmente utilizada para carregar dados dos terminais de predefinição. Este pino funciona de forma assíncrona com o sinal de relógio, permitindo o carregamento de dados independentemente das entradas de relógio. Para iniciar o processo de contagem, tem de ser aplicado um mínimo lógico à entrada de ativação da predefinição; caso contrário, o contador não será incrementado

.

Caraterísticas eléctricas

Fonte de energia

O CI 4029 destaca-se pela sua capacidade de funcionar numa vasta gama de tensões de alimentação, tornando-o adequado para vários ambientes e aplicações. A tecnologia CMOS utilizada na sua construção assegura um baixo consumo de energia e uma elevada imunidade ao ruído, o que é particularmente vantajoso para sinais que mudam lentamente ou com ruído

.

Capacidades de produção

As saídas do 4029 foram concebidas para controlar diretamente entradas de portas 74LS quando alimentadas por uma fonte de +5V, demonstrando a sua flexibilidade em ambientes de lógica mista. No entanto, é necessário ter cuidado para garantir a compatibilidade adequada da fonte de alimentação ao misturar diferentes famílias lógicas, como a série 4000 e 74HC, para evitar problemas operacionais

.

Imunidade ao ruído

Uma das caraterísticas notáveis da série 4000, incluindo o 4029, é a sua robusta imunidade ao ruído. Isto deve-se em parte às entradas de disparo Schmitt encontradas em alguns modelos, que fornecem histerese e ajudam a filtrar o ruído de sinais de entrada que mudam lentamente

.

Modos de funcionamento

O contador ascendente-descendente 4029 IC é um componente versátil capaz de funcionar em vários modos, que podem ser adaptados a requisitos específicos de contagem em sistemas digitais. Estes modos incluem contagem binária e BCD-década, bem como capacidades de contagem ascendente e descendente.

Contagem de décadas binária e BCD

O 4029 IC pode funcionar em modo binário ou BCD (Binary-Coded Decimal), dependendo do nível de tensão aplicado ao pino de entrada BINARY/DECADE. Quando a entrada BINARY/DECADE é alta, o contador funciona em modo binário. Pelo contrário, quando a entrada BINARY/DECADE é baixa, o contador muda para o modo década

.

Contagem ascendente e descendente

A direção da contagem (ascendente ou descendente) é controlada pelo pino de entrada UP/DOWN. Um sinal alto na entrada UP/DOWN faz com que o contador conte para cima, enquanto um sinal baixo faz com que o contador conte para baixo

. Esta caraterística permite ao CI contar sequências crescentes e decrescentes de eventos, tornando-o adequado para uma variedade de aplicações, como a medição de intervalos de tempo e a contagem de eventos.

Clocking paralelo e de ondulação

Múltiplos CIs 4029 podem ser configurados em arranjos de clocking paralelo ou de clocking ondulado para alargar a sua gama de contagem e capacidades. O relógio paralelo proporciona um controlo síncrono e resulta numa resposta mais rápida de todas as saídas de contagem, enquanto que o relógio ondulado acomoda tempos mais longos de subida e descida da entrada do relógio

.

Habilitar predefinição e entradas JAM

O circuito integrado 4029 inclui uma função de ativação predefinida que permite que o contador seja definido de forma assíncrona para qualquer estado com base nas entradas JAM (A, B, C, D). Quando a entrada de ativação predefinida é alta, os valores nas entradas JAM são carregados no contador, definindo o seu estado imediatamente

. Esta funcionalidade é particularmente útil para aplicações que requerem que uma contagem predefinida seja carregada antes de iniciar o processo de contagem.

Flexibilidade funcional

O CI 4029 foi concebido tendo em mente a flexibilidade funcional, fornecendo uma gama de modos de funcionamento que podem ser personalizados através dos seus vários controlos de entrada. Esta adaptabilidade torna-o um componente valioso para inúmeras aplicações digitais, incluindo despertadores, temporizadores, indicadores de luz intermitente e muito mais

.

Aplicações

O CI 4029, um contador up-down, é um componente versátil utilizado em vários projectos de eletrónica digital. Uma das suas principais aplicações é em relógios digitais, onde funciona como parte do mecanismo de cronometragem. Por exemplo, num projeto de relógio digital, o CI 4029 trabalha em conjunto com outros componentes, como os CIs 4013 e 4060, para gerar uma saída precisa de 1 Hz para a marcação do tempo

. O contador pode ser configurado para incrementar ou decrementar a contagem, o que é essencial para definir a hora. Os utilizadores incorporam frequentemente botões para incrementar os minutos e as horas, utilizando os sinais de relógio enviados para pinos específicos no CI 4029. O CI 4029 também faz parte integrante de projectos que requerem funcionalidades precisas de temporização e contagem. Por exemplo, é usado em conjunto com o CI 4060, que fornece uma divisão de frequência, permitindo que o 4029 conte de forma previsível e precisa. O oscilador integrado do CI 4060 e o contador de ondulação de 14 estágios facilitam uma variedade de aplicações, incluindo relógios digitais e circuitos de temporização, fornecendo uma saída de frequência estável. Essa combinação é benéfica para a criação de relógios operados por bateria com exibições de horas, minutos e segundos que são eficientes em termos de energia e compactos. Além disso, o CI 4029 é valioso em ambientes educacionais para ensinar conceitos de eletrónica digital. A sua configuração simples e a compatibilidade com outros CIs lógicos padrão tornam-no uma excelente ferramenta para os estudantes que estão a aprender sobre contadores, flip-flops e design de circuitos digitais. O CI pode ser facilmente integrado em vários projectos, permitindo que os alunos experimentem a contagem ascendente-descendente e explorem os princípios da lógica digital.

Especificações técnicas

O CI 4029 é do tipo de alta tensão, capaz de funcionar com uma tensão nominal de 20V

. Tem um funcionamento a média velocidade, com uma velocidade típica de 8MHz a uma capacidade de carga (CL) de 50pF e uma tensão de alimentação (VDD - VSS) de 10V. O CI pode ser utilizado em dois modos de relógio: relógio paralelo de vários pacotes para uma resposta de saída síncrona de alta velocidade e relógio de ondulação para tempos de subida e descida mais lentos da entrada do relógio. Este circuito integrado inclui entradas "Preset Enable" e "Jam" individuais, que permitem a contagem binária ou decrescente de década. O contador pode funcionar em modo binário quando a entrada BINARY/DECADE é alta e em modo década quando a entrada BINARY/DECADE é baixa. A direção da contagem é controlada pela entrada UP/DOWN, em que o contador conta para cima quando a entrada é alta e conta para baixo quando a entrada é baixa. Para uma ligação eficiente, podem ser dispostos vários pacotes em configurações de relógio paralelo ou de relógio ondulado, com o relógio paralelo a fornecer respostas mais rápidas e o relógio ondulado a acomodar tempos mais longos de subida e descida da entrada do relógio. O CI produz decimal com código binário (BCD) no modo década e oferece caraterísticas de saída simétricas padronizadas. Foi exaustivamente testado para garantir uma corrente quiescente máxima a 20V e oferece classificações paramétricas a 5V, 10V e 15V. A corrente máxima de entrada é especificada em 1µA a 18V em toda a faixa de temperatura do pacote, e em 100nA a 18V e +25°C. Além disso, a margem de ruído em toda a faixa de temperatura do pacote é de 1V em VDD = 5V, 2V em VDD = 10V e 2,5V em VDD = 15V. O CI 4029 cumpre todos os requisitos das normas provisórias JEDEC n.º 13B para "Especificações padrão para a descrição de dispositivos CMOS da série 'B'". O CI é fornecido em vários pacotes de contorno de 16 fios, incluindo Braze Seal DIP H4X, Frit Seal DIP H2F e Ceramic Flatpack H6W.

Vantagens e limitações

O contador ascendente-descendente 4029 IC, parte da família lógica da série 4000, oferece várias vantagens e limitações nas suas aplicações.

Vantagens

Uma das principais vantagens do circuito integrado 4029 é a sua capacidade de contagem síncrona. Ao contrário dos contadores de ondulação, que podem apresentar falhas devido à propagação sequencial do sinal de relógio, as saídas do 4029 mudam precisamente em conjunto em cada pulso de relógio. Este comportamento sincronizado torna-o particularmente adequado para ligar as saídas a portas lógicas sem o risco de erros de temporização

. Além disso, o CI 4029 oferece flexibilidade na contagem. Ao ligar as saídas apropriadas à entrada de reset, os utilizadores podem configurar o contador para contar para qualquer valor inferior ao seu máximo (9 ou 15), utilizando uma porta AND, se necessário. Esta versatilidade permite a sua utilização numa variedade de aplicações que requerem intervalos de contagem específicos. Além disso, o CI 4029 faz parte da família lógica da série 4000, que é conhecida pela sua robustez e capacidade de suportar tensões de entrada mais elevadas (até +15V) em comparação com outras famílias lógicas. Isto torna-o adequado para a interface com diferentes níveis de tensão sem circuitos adicionais de mudança de nível.

Limitações

No entanto, o CI 4029 também tem algumas limitações. O tempo de propagação da porta dentro deste CI é significativamente maior do que o dos circuitos lógicos mais modernos e de alta velocidade. Por conseguinte, não é adequado para aplicações que exijam um funcionamento a alta velocidade

. Outra limitação está relacionada com a disposição da fonte de alimentação para famílias lógicas mistas. Se um circuito incluir ICs da série 4000 e outras famílias como 74LS ou 74HCT, a fonte de alimentação deve ser adequada para todos os componentes. Especificamente, uma saída 74LS não pode acionar de forma fiável uma entrada da série 4000, a menos que seja utilizada uma resistência "pull-up" de 2,2kΩ, o que aumenta a complexidade do circuito.

Comparação com outros contadores

O CD4029 é um contador ascendente/descendente de 4 bits versátil, síncrono, programável e pré-configurável, concebido para os modos de contagem binária e decenal (BCD), tornando-o adaptável a várias aplicações de contagem. Apresenta uma ampla gama de tensões de alimentação, elevada imunidade ao ruído e compatibilidade TTL de baixa potência, distinguindo-se de outros contadores como os das séries 4020, 4024 e 4040. O CD4029 pode ser diretamente comparado a contadores como o IC 74193 devido à sua funcionalidade semelhante em termos de capacidades de contagem ascendente/descendente e entradas pré-configuráveis. No entanto, uma diferença notável é o pino exclusivo do CD4029 que permite a seleção entre os modos de contagem binária e BCD, que não está presente no 74193

. Em contraste com o CD4020, CD4024 e CD4040, que são contadores binários de ondulação, o CD4029 oferece operação síncrona. Os contadores ripple-carry avançam uma contagem na transição negativa de cada pulso de entrada e podem introduzir falhas devido a pequenos atrasos nas saídas do contador que respondem a um pulso de clock. Esta é uma diferença crítica porque o CD4029 evita estas falhas ao empregar contagem síncrona, assegurando operações mais precisas e fiáveis em aplicações que requerem temporização e contagem estáveis. Além disso, a capacidade do CD4029 de funcionar como um contador binário ou BCD proporciona uma flexibilidade significativa. Quando a entrada binária/década está em "1" lógico, o contador funciona em modo binário, caso contrário, funciona em modo década. Além disso, o contador pode efetuar uma contagem crescente quando a entrada ascendente/descendente está em "1" lógico e uma contagem decrescente quando está em "0" lógico. Em termos de aplicações, o CD4029 pode ser utilizado em despertadores, temporizadores de AC, temporizadores de câmaras, indicadores luminosos intermitentes em automóveis e controlos de estacionamento. É também utilizado em cenários onde é necessário contar o tempo atribuído a um processo ou evento específico pelo programador. Esta versatilidade e facilidade de utilização em aplicações práticas distinguem ainda mais o CD4029 de outros contadores.

Circuitos integrados relacionados

O CI CD4029 faz parte da série CD4000 de circuitos integrados, que inclui vários tipos de componentes lógicos digitais e analógicos. Semelhante ao CD4029, outros contadores desta série incluem os contadores 4518 e 4520. Estes contadores podem ser ligados entre si numa configuração de contador de ondulação, embora a contagem síncrona possa exigir portas lógicas adicionais para evitar falhas causadas por ligeiros atrasos nas saídas do contador

. Chips lógicos padrão como o 74160, 74190 e 7490 também partilham semelhanças funcionais com o CD4029, oferecendo capacidades para modos de contagem binária e BCD (década). A principal diferença entre o CD4029 e outros contadores como o IC 74193 reside na configuração única dos pinos do CD4029 que lhe permite alternar entre os modos de contagem binária e BCD. A família de lógica da série 4000, à qual pertence o CD4029, inclui chips construídos com transístores de modo de melhoria de canal N e P. Estes chips têm tipicamente uma gama de tensão de alimentação elevada (5V a 20V) e uma elevada imunidade ao ruído. Também possuem proteção contra descargas estáticas utilizando díodos de fixação. Outro componente relacionado que vale a pena mencionar é o 7456, que faz parte da série 7400. Esta série contém chips lógicos clássicos que implementam funções de divisão de frequência, incluindo a divisão inteiro-n utilizando flip-flops D. Estas configurações mantêm a coerência da frequência e da fase com a fonte, apesar das variações ambientais, como a temperatura. Estes circuitos integrados relacionados fornecem opções versáteis para várias aplicações de lógica digital, assegurando que os projectistas podem selecionar o CI mais adequado para as suas necessidades específicas.