Секундомер на двоичном счетчике CD4020

На предыдущем уроке мы познакомились с генератором импульсов на микросхеме 555, которую еще называют таймером. Это устройство помогает нам отсчитывать равные промежутки времени, например секунды. Имея такой генератор, можно сделать несложный секундомер. Для этого нам понадобится еще одна популярная микросхема — счетчик.

1. Счетчик — делитель частоты

Счетчик — это электронное устройство, которое умеет хранить текущий счет, а при подаче импульса на вход — прибавлять к счету единичку. Счетчик называется двоичным, если его максимальный счет — это степень двойки: 2, 4, 8, 16, и т.д. Счетчик называется десятичным, если его счет кратен 10. К примеру, двоичный счетчик с четырьмя разрядами работает следующим образом:

Работа двоичного счетчика

Если внимательно посмотреть на работу счетчика, то можно обнаружить интересную особенность. Выход счетчика №0 срабатывает каждую секунду. Выход №2 каждые две секунды. №3 — каждые 4 секунды, а №4 — каждые восемь! На таблице состояний счетчика эта закономерность тоже хорошо прослеживается.

Номер импульса Выход №1 Выход №2 Выход №3 Выход №4
1 0 0 0 0
2 1 0 0 0
3 0 1 0 0
4 1 1 0 0
5 0 0 1 0
6 1 0 1 0
7 0 1 1 0
8 1 1 1 0
9 0 0 0 1
10 1 0 0 1
11 0 1 0 1
12 1 1 0 1
13 0 0 1 1
14 1 0 1 1
15 0 1 1 1
16 1 1 1 1

Получается, если на вход счетчика будет поступать импульсный сигнал с частой 1 Герц (период одна секунда), то на его выходах со 2-го по 4-й будет генерироваться сигнал с меньшей частотой: 1/2 Герца, 1/4 Герца и 1/8 Герц соответственно. Из-за этой особенности счетчики еще называют делителями частоты.

2. Счетчик CD4020

В нашем уроке мы используем микросхему CD4020. Эта микросхема представляет собой двоичный счетчик с 14 разрядами. Микросхема имеет 16 выводов. Рабочее напряжение: от 1 до 15 Вольт.

Счетчик CD4020 распиновка

Если внимательно посмотреть на схему, можно обнаружить что выводов Q2 и Q3 нет! Это значит, что в нашем бинарном секундомере будут отсутствовать второй и третий биты, а это никуда не годится. Решим проблему в лоб — просто не будем использовать выводы Q1, Q2 и Q3 вовсе. Построим секундомер на выводах с Q4 по Q9. Это шесть бит, а значит мы сможем считать до 64 секунд.

Теперь вспомним по делитель частоты. Выбранный нами вывод Q4 будет переключаться с частотой 1/8 Гц. Получается, чтобы наш секундомер работал правильно, мы должны повысить входную частоту в 8 раз. То есть таймер 555 теперь должен отбивать такт не раз секунду, а 8 раз в секунду. Учтем это требование при настройке таймера.

3. Схема секундомера

Теперь, когда более или менее понятен принцип работы счетчика, соберем наш секундомер.

Принципиальная схема

Схема бинарного секундомера на счетчике CD4020 и таймере 555

Внешний вид макета

Схема бинарного секундомера на счетчике CD4020 и таймере 555

Согласно формулам из прошлого урока про таймер 555, сопротивления Ra и Rb будут равны 600 Ом. Такое сопротивление можно составить из последовательно соединенных ходовых резисторов на 200 Ом.

Собираем схему и подключаем батарейку. Часы начинают отсчет!

Бинарный секундомер на счетчике CD4020 и таймере 555

Задания

  • Таймер на 5 минут. 300 секунд в двоичной системе счисления имеет вид 100101100. Необходимо добавить в схему зуммер и микросхему логики «И». Зуммер должен включаться только тогда, когда на выводах счетчика Q6, Q7, Q9 и Q12 будет высокий уровень.

Заключение

В силу внутреннего устройства счетчика CD4020, он может выдавать только двоичный код. Но мы привыкли к десятичному счету. Как сделать так, чтобы светодиоды зажигались последовательно от первого до восьмого, к примеру? В этом поможет еще одна микросхема — двоично-десятичный дешифратор. С этой микросхемой мы познакомимся на следующем уроке!


Изменено: