Zhrnutie

Čítač 4029 IC Up-Down je vysoko univerzálny a programovateľný integrovaný obvod patriaci do série 4000 logických obvodov CMOS. Tento rad, ktorý pôvodne predstavila spoločnosť RCA v roku 1968, sa široko rozšíril vďaka širokému rozsahu napájacieho napätia a robustnej konštrukcii, čím sa stal základom vývoja digitálnej elektroniky

. IC 4029 sa vyznačuje najmä schopnosťou vykonávať binárne aj BCD (binárne kódované desiatkové) počítanie, ako aj schopnosťou počítania nahor a nadol, vďaka čomu je nevyhnutný pre aplikácie od digitálnych hodín až po komplexné digitálne systémy. IC 4029, ktorý vyrába celý rad významných spoločností, ako napríklad Fairchild Semiconductor, Intersil Corporation, National Semiconductor a Texas Instruments, sa teší širokej výrobe a používaniu, pričom každý výrobca ponúka rôzne možnosti balenia a súbory údajov. Konštrukcia integrovaného obvodu obsahuje kritické funkcie, ako sú prednastavené vstupy, hodinové vstupy a odolnosť voči šumu, ktoré zabezpečujú spoľahlivý výkon v rôznych prostrediach a aplikáciách. Napriek mnohým výhodám, ako je synchronizované počítanie a vysoká odolnosť voči šumu, má integrovaný obvod 4029 určité obmedzenia. Jeho pomalší čas šírenia v porovnaní s modernými vysokorýchlostnými logickými obvodmi a potreba starostlivého usporiadania napájania pri použití v zmiešaných logických rodinách môžu predstavovať problémy v špecifických aplikáciách. Napriek tomu jeho schopnosť pracovať v širokom rozsahu napájacích napätí a flexibilita v konfiguráciách počítania z neho robia cenný komponent v rôznych projektoch digitálnej elektroniky. Integrovaný obvod 4029 má aj dnes význam nielen v praktických aplikáciách, ako sú digitálne hodiny, budíky a časovače, ale aj vo vzdelávacom prostredí, kde slúži ako kľúčový učebný nástroj pre študentov študujúcich digitálnu elektroniku. Jeho pretrvávajúca popularita a pokračujúca výroba podčiarkujú jeho význam v histórii a vývoji digitálnych logických integrovaných obvodov.

História

Integrovaný obvod 4029, prednastaviteľný čítač nahor a nadol, patrí do série 4000 logických integrovaných obvodov (IC) CMOS, ktoré spoločnosť RCA prvýkrát predstavila v roku 1968.

. Táto séria integrovaných obvodov je pozoruhodná svojím širokým rozsahom napájacieho napätia od 3 V do 18 V v sérii "B" s vyrovnávacou pamäťou, ktorá začala nahrádzať pôvodnú sériu okolo roku 1975. Model 4029 sa konkrétne vyznačuje funkciami, ako je analógovo-digitálna a digitálno-analógová konverzia, binárne počítanie hore/dole, počítanie rozdielov a generovanie veľkosti a znamienka. Počas svojej histórie zaznamenala séria 4000, vrátane integrovaného obvodu 4029, rozšírenú výrobu takmer všetkých výrobcov integrovaných obvodov, ktorí pôsobili počas jej počiatočnej éry. Medzi týchto výrobcov patrili významné mená ako Fairchild Semiconductor, Intersil Corporation, National Semiconductor a Texas Instruments a ďalšie. Každý výrobca poskytoval svoje verzie dátového listu a rôzne možnosti balenia, ako napríklad keramické a plastové obaly dual-in-line, obaly small-outline a obaly small-outline s tenkým zmršťovaním. Všestrannosť a spoľahlivosť integrovaného obvodu 4029 z neho urobili obľúbenú voľbu v rôznych aplikáciách, od jednoduchých počítacích úloh až po zložité digitálne systémy. O jeho trvalom dedičstve svedčí jeho neustála dostupnosť a používanie v modernej elektronike, čo poukazuje na jeho význam vo vývoji digitálnych logických integrovaných obvodov.

Dizajn a funkcie

Integrovaný obvod 4029 je všestranný čítač nahor a nadol, známy svojimi rôznymi funkciami, ktoré podporujú širokú škálu aplikácií v digitálnej elektronike. IC umožňuje viacero režimov počítania vrátane analógovo-digitálnej a digitálno-analógovej konverzie, binárneho počítania hore/dole, počítania rozdielov, generovania veľkosti a znamienka a počítania dekád hore/dole

.

Funkčnosť počítadla

Počítač 4029 je navrhnutý tak, aby zvládal binárne a BCD (binárne kódované desiatkové) počítanie. Pracuje v režime hore/dole, vďaka čomu je vhodný pre rôzne aplikácie počítania. Čítač možno ľahko kaskádovať s inými čítačmi, aby sa zvýšil rozsah počítania. To sa dosiahne prepojením vývodu carry-out jedného integrovaného obvodu s vývodom carry-in ďalšieho integrovaného obvodu, čo umožňuje plynulé inkrementačné alebo dekrementačné počítanie.

.

Vstupy a výstupy

Vstup hodín

Hodinový vstup, známy aj ako hodinový impulz alebo hodinový signál, je rozhodujúci pre spúšťanie integrovaného obvodu. V čítači 4029 sú všetky štyri flip-flopy synchronizované pomocou rovnakého hodinového signálu, čím sa zabezpečuje konzistentná činnosť v celom čítači.

.

Prednastavené vstupy

IC obsahuje štyri prednastavené vstupy (A, B, C a D), pričom A je najmenej významný bit (LSB) a D je najvýznamnejší bit (MSB). Tieto vstupy umožňujú prednastavenie čítača na konkrétnu hodnotu, keď je pin pre prednastavenie nastavený na logickú hodnotu high. Pin prednastavenia musí byť logicky riadený, aby sa údaje načítali správne bez narušenia sekvencie počítania

.

Aktívny vysoký vstup predvoľby

Vstup predvoľby s aktívnou hodnotou high sa bežne používa na načítanie údajov zo svoriek predvoľby. Tento pin pracuje asynchrónne s hodinovým signálom, čo umožňuje načítanie údajov bez ohľadu na hodinové vstupy. Na spustenie procesu počítania musí byť na vstup pre povolenie prednastavenia privedená logická úroveň low; inak sa čítač nebude inkrementovať

.

Elektrické charakteristiky

Napájanie

IC 4029 sa vyznačuje schopnosťou pracovať v širokom rozsahu napájacích napätí, vďaka čomu je vhodný pre rôzne prostredia a aplikácie. Technológia CMOS použitá pri jeho konštrukcii zabezpečuje nízku spotrebu energie a vysokú odolnosť voči šumu, čo je obzvlášť výhodné pre pomaly sa meniace alebo hlučné signály.

.

Výstupné schopnosti

Výstupy 4029 sú navrhnuté tak, aby priamo riadili vstupy hradiel 74LS pri napájaní +5 V, čo dokazuje ich flexibilitu v zmiešaných logických prostrediach. Je však potrebné dbať na správnu kompatibilitu napájania pri miešaní rôznych rodín logických obvodov, ako je napríklad séria 4000 a 74HC, aby sa predišlo prevádzkovým problémom.

.

Odolnosť voči hluku

Jednou z pozoruhodných vlastností radu 4000 vrátane modelu 4029 je jeho robustná odolnosť voči šumu. Čiastočne je to spôsobené vstupmi Schmittovej spúšte, ktoré sa nachádzajú v niektorých modeloch a ktoré poskytujú hysterézu a pomáhajú filtrovať šum z pomaly sa meniacich vstupných signálov.

.

Prevádzkové režimy

Počítadlo 4029 IC Up-Down je univerzálny komponent schopný pracovať vo viacerých režimoch, ktoré možno prispôsobiť špecifickým požiadavkám na počítanie v digitálnych systémoch. Tieto režimy zahŕňajú binárne a BCD-dekadické počítanie, ako aj možnosti počítania nahor a nadol.

Binárne a BCD-dekadické počítanie

IC 4029 môže fungovať v binárnom alebo BCD (binárne kódovaný desatinný kód) režime v závislosti od úrovne napätia privedeného na vstupný pin BINARY/DECADE. Keď je vstup BINARY/DECADE vysoký, čítač pracuje v binárnom režime. Naopak, keď je vstup BINARY/DECADE nízky, čítač sa prepne do dekádového režimu

.

Počítanie hore a dole

Smer počítania (nahor alebo nadol) je riadený vstupným pinom UP/DOWN. Vysoký signál na vstupe UP/DOWN spôsobí, že čítač bude počítať nahor, zatiaľ čo nízky signál nastaví počítadlo na počítanie nadol

. Táto funkcia umožňuje IC počítať rastúce aj klesajúce sekvencie udalostí, vďaka čomu je vhodný na rôzne aplikácie, napríklad na meranie časových intervalov a počítanie udalostí.

Paralelné a pulzujúce taktovanie

Viacero integrovaných obvodov 4029 možno nakonfigurovať v usporiadaní s paralelným taktovaním alebo s pulzujúcim taktovaním, aby sa rozšíril ich rozsah a možnosti počítania. Paralelné taktovanie poskytuje synchrónne riadenie a vedie k rýchlejšej odozve všetkých počítacích výstupov, zatiaľ čo zvlnené taktovanie umožňuje dlhšie časy nábehu a poklesu hodinového vstupu

.

Povolenie predvoľby a vstupy JAM

IC 4029 obsahuje funkciu prednastavenia, ktorá umožňuje asynchrónne nastavenie čítača do ľubovoľného stavu na základe vstupov JAM (A, B, C, D). Keď je vstup preset enable vysoký, hodnoty na vstupoch JAM sa načítajú do čítača, čím sa okamžite nastaví jeho stav.

. Táto funkcia je užitočná najmä pre aplikácie, ktoré vyžadujú, aby sa pred spustením procesu počítania načítal vopred definovaný počet.

Funkčná flexibilita

IC 4029 je navrhnutý s ohľadom na funkčnú flexibilitu a poskytuje celý rad prevádzkových režimov, ktoré možno prispôsobiť pomocou rôznych vstupných ovládacích prvkov. Vďaka tejto prispôsobivosti je cenným komponentom pre mnohé digitálne aplikácie vrátane budíkov, časovačov, blikajúcich svetelných indikátorov a ďalších.

.

Aplikácie

Integrovaný obvod 4029, čítač nahor a nadol, je univerzálny komponent používaný v rôznych projektoch digitálnej elektroniky. Jednou z jeho hlavných aplikácií sú digitálne hodiny, kde funguje ako súčasť časového mechanizmu. Napríklad v projekte digitálnych hodín pracuje integrovaný obvod 4029 spolu s ďalšími komponentmi, ako sú integrované obvody 4013 a 4060, na generovanie presného 1 Hz výstupu na meranie času.

. Počítadlo možno nakonfigurovať tak, aby inkrementovalo alebo dekrementovalo počet, čo je nevyhnutné na nastavenie času. Používatelia často zapájajú tlačidlá na inkrementáciu minút a hodín, pričom využívajú hodinové signály vysielané na špecifické piny na integrovanom obvode 4029. IC 4029 je tiež neoddeliteľnou súčasťou projektov, ktoré vyžadujú presné časovanie a funkcie počítania. Používa sa napríklad v spojení s integrovaným obvodom 4060, ktorý zabezpečuje delenie frekvencie, čo umožňuje 4029 počítať predvídateľným a presným spôsobom. Zabudovaný oscilátor a 14-stupňový čítač zvlnenia integrovaného obvodu 4060 uľahčujú rôzne aplikácie vrátane digitálnych hodín a časovacích obvodov tým, že poskytujú stabilný frekvenčný výstup. Táto kombinácia je výhodná pri vytváraní hodín napájaných z batérie so zobrazením hodín, minút a sekúnd, ktoré sú energeticky úsporné a kompaktné. Okrem toho je integrovaný obvod 4029 cenný vo vzdelávacích zariadeniach na výučbu konceptov digitálnej elektroniky. Jeho jednoduchá konfigurácia a kompatibilita s inými štandardnými logickými integrovanými obvodmi z neho robia vynikajúci nástroj pre študentov, ktorí sa učia o čítačoch, flip-flopoch a návrhu digitálnych obvodov. IC sa dá ľahko integrovať do rôznych projektov, čo študentom umožňuje experimentovať s počítaním nahor a nadol a skúmať princípy digitálnej logiky.

Technické špecifikácie

IC 4029 je vysokonapäťový typ, schopný pracovať pri menovitom napätí 20 V

. Vyznačuje sa stredne rýchlou prevádzkou s typickou rýchlosťou 8 MHz pri kapacite záťaže (CL) 50pF a napájacom napätí (VDD - VSS) 10 V. IC sa môže používať v dvoch režimoch taktovania: viacnásobné paralelné taktovanie pre synchrónnu vysokorýchlostnú odozvu výstupu a zvlnené taktovanie pre pomalšie časy nábehu a poklesu vstupných hodín. Tento IC obsahuje vstupy "Preset Enable" a individuálne vstupy "Jam", ktoré umožňujú binárne alebo dekádové počítanie nahor/dole. Čítač môže pracovať v binárnom režime, keď je vstup BINARY/DECADE vysoký, a v dekádovom režime, keď je vstup BINARY/DECADE nízky. Smer počítania je riadený vstupom UP/DOWN, pričom čítač počíta nahor, keď je vstup vysoký, a počíta nadol, keď je vstup nízky. Pre efektívne zapojenie možno viacero balíkov usporiadať v konfiguráciách s paralelným taktovaním alebo s pulzujúcim taktovaním, pričom paralelné taktovanie poskytuje rýchlejšie odozvy a pulzujúce taktovanie umožňuje dlhšie časy nábehu a poklesu hodinového vstupu. IC vystupuje v binárne kódovanej desiatkovej sústave (BCD) v dekádovom režime a ponúka štandardizované symetrické výstupné charakteristiky. Bol dôkladne testovaný na zabezpečenie maximálneho kľudového prúdu pri 20 V a ponúka parametrické hodnoty pri 5 V, 10 V a 15 V. Maximálny vstupný prúd je špecifikovaný na 1 µA pri 18 V v celom teplotnom rozsahu balenia a na 100 nA pri 18 V a +25 °C. Okrem toho je šumová rezerva v celom teplotnom rozsahu balenia 1V pri VDD = 5V, 2V pri VDD = 10V a 2,5V pri VDD = 15V. IC 4029 spĺňa všetky požiadavky predbežných noriem JEDEC č. 13B pre "Štandardné špecifikácie pre popis zariadení CMOS série 'B'". Tento integrovaný obvod sa dodáva v rôznych 16-vodičových obrysoch vrátane Braze Seal DIP H4X, Frit Seal DIP H2F a Ceramic Flatpack H6W.

Výhody a obmedzenia

Počítadlo 4029 IC Up-Down, ktoré je súčasťou rodiny logických obvodov série 4000, ponúka niekoľko výhod a obmedzení pri svojich aplikáciách.

Výhody

Jednou z hlavných výhod integrovaného obvodu 4029 je jeho schopnosť synchrónneho počítania. Na rozdiel od pulzačných čítačov, ktoré môžu vykazovať závady v dôsledku sekvenčného šírenia hodinového signálu, výstupy 4029 sa menia presne spoločne pri každom hodinovom impulze. Vďaka tomuto synchronizovanému správaniu je mimoriadne vhodný na pripojenie výstupov k logickým hradlám bez rizika chýb časovania

. Okrem toho IC 4029 poskytuje flexibilitu pri počítaní. Pripojením príslušných výstupov na vstup resetovania môžu používatelia nakonfigurovať čítač tak, aby počítal na akúkoľvek hodnotu menšiu ako je jeho maximum (9 alebo 15), v prípade potreby s využitím hradla AND. Táto univerzálnosť umožňuje jeho použitie v rôznych aplikáciách vyžadujúcich špecifické rozsahy počítania. Okrem toho je integrovaný obvod 4029 súčasťou rodiny logických obvodov série 4000, ktorá je známa svojou robustnosťou a schopnosťou odolávať vyšším vstupným napätiam (až do +15 V) v porovnaní s inými rodinami logických obvodov. Vďaka tomu je vhodný na prepojenie s rôznymi úrovňami napätia bez dodatočných obvodov na posun úrovne.

Obmedzenia

IC 4029 má však aj určité obmedzenia. Čas šírenia hradla v tomto integrovanom obvode je podstatne dlhší ako u modernejších vysokorýchlostných logických obvodov. V dôsledku toho nie je vhodný pre aplikácie vyžadujúce vysokorýchlostnú prevádzku

. Ďalšie obmedzenie súvisí s usporiadaním napájania pre zmiešané logické rodiny. Ak obvod obsahuje integrované obvody série 4000 aj iné rodiny, ako napríklad 74LS alebo 74HCT, napájanie musí byť vhodné pre všetky komponenty. Konkrétne výstup 74LS nemôže spoľahlivo napájať vstup série 4000, ak sa nepoužije "pull-up" rezistor 2,2 kΩ, čo zvyšuje zložitosť obvodu.

Porovnanie s inými počítadlami

CD4029 je všestranný, synchrónny, programovateľný, prednastaviteľný 4-bitový čítač nahor/dole, navrhnutý pre binárny aj dekádový (BCD) režim počítania, vďaka čomu je prispôsobiteľný pre rôzne aplikácie počítania. Vyznačuje sa širokým rozsahom napájacieho napätia, vysokou odolnosťou voči šumu a kompatibilitou s TTL s nízkou spotrebou, čím sa odlišuje od iných čítačov, ako sú série 4020, 4024 a 4040. CD4029 možno priamo porovnať s čítačmi, ako je IC 74193, vďaka podobnej funkčnosti, pokiaľ ide o možnosti počítania nahor/dole a prednastaviteľné vstupy. Významným rozdielom je však jedinečný pin CD4029, ktorý umožňuje voľbu medzi binárnym a BCD režimom počítania, ktorý sa v IC 74193 nenachádza

. Na rozdiel od čítačov CD4020, CD4024 a CD4040, ktoré sú binárnymi čítačmi s pulzujúcim prenosom, čítač CD4029 ponúka synchrónnu prevádzku. Čítače s vlnením sa posúvajú o jeden počet pri zápornom prechode každého vstupného impulzu a môžu spôsobovať závady v dôsledku mierneho oneskorenia výstupov čítača reagujúceho na hodinový impulz. Toto je zásadný rozdiel, pretože CD4029 sa týmto závadám vyhýba tým, že využíva synchrónne počítanie, čím zabezpečuje presnejšie a spoľahlivejšie operácie v aplikáciách vyžadujúcich stabilné časovanie a počítanie. Okrem toho schopnosť čítača CD4029 fungovať ako binárny alebo BCD čítač poskytuje značnú flexibilitu. Keď je binárny/dekádový vstup na logickej "1", čítač pracuje v binárnom režime, v opačnom prípade pracuje v dekádovom režime. Okrem toho môže čítač počítať nahor, keď je vstup nahor/dole na logickej "1", a odpočítavať nadol, keď je na logickej "0". Z hľadiska aplikácií nachádza CD4029 využitie v budíkoch, nastavených časovačoch striedavého prúdu, časovačoch fotoaparátov, blikajúcich svetelných indikátoroch v automobiloch a ovládacích prvkoch parkovania v automobiloch. Využíva sa aj v scenároch, kde je potrebné počítanie času vyhradeného pre konkrétny proces alebo udalosť plánovačom . Táto všestrannosť a jednoduchosť použitia v praktických aplikáciách ďalej odlišuje CD4029 od iných počítadiel.

Súvisiace integrované obvody

IC CD4029 je súčasťou väčšej série integrovaných obvodov CD4000, ktorá zahŕňa rôzne typy digitálnych a analógových logických komponentov. Podobne ako CD4029, medzi ďalšie čítače tejto série patria čítače 4518 a 4520. Tieto čítače môžu byť spojené do konfigurácie pulzujúceho čítača, hoci synchrónne počítanie si môže vyžadovať ďalšie logické hradlá, aby sa zabránilo závadám spôsobeným miernym oneskorením výstupov čítača

. Štandardné logické čipy ako 74160, 74190 a 7490 majú tiež funkčnú podobnosť s CD4029 a ponúkajú možnosti binárneho a BCD (dekádového) počítania. Hlavný rozdiel medzi CD4029 a inými čítačmi, ako je IC 74193, spočíva v jedinečnej konfigurácii pinov CD4029, ktorá umožňuje prepínať medzi binárnym a BCD režimom počítania. Rodina logických obvodov série 4000, do ktorej CD4029 patrí, zahŕňa čipy skonštruované s N- a P-kanálovými tranzistormi s režimom vylepšenia. Tieto čipy majú zvyčajne vysoký rozsah napájacieho napätia (5 V až 20 V) a vysokú odolnosť voči šumu. Sú tiež vybavené ochranou proti statickému výboju pomocou upínacích diód. Ďalším súvisiacim komponentom, ktorý stojí za zmienku, je 7456, ktorý je súčasťou série 7400. Táto séria obsahuje klasické logické čipy, ktoré implementujú funkcie delenia frekvencie vrátane celočíselného delenia n pomocou D-flip-flopov. Takéto konfigurácie udržujú frekvenčnú a fázovú koherenciu so zdrojom pri zmenách prostredia, ako je teplota. Tieto príbuzné integrované obvody poskytujú univerzálne možnosti pre rôzne digitálne logické aplikácie, čím zabezpečujú, že konštruktéri si môžu vybrať najvhodnejší integrovaný obvod pre svoje špecifické potreby.