CD4020: 14-разрядный двоичный счетчик для создания таймеров и делителей частоты

Что такое микросхема CD4020. Как работает 14-разрядный двоичный счетчик CD4020. Для чего используется CD4020 в электронных схемах. Какие основные характеристики у микросхемы CD4020. Как правильно подключить и использовать CD4020.

Содержание

Что представляет собой микросхема CD4020

CD4020 — это 14-разрядный двоичный счетчик/делитель, являющийся частью серии микросхем CD4000. Основные особенности данной микросхемы:

14 двоичных выходов (от Q1 до Q14, кроме Q2 и Q3)
Диапазон счета от 0 до 16383 (2^14 — 1)
Широкий диапазон напряжения питания: 3-15 В
Низкое энергопотребление
Высокая помехоустойчивость
Защита от статического электричества

CD4020 имеет 16 выводов и выпускается в корпусах DIP16, SOIC16 и других. Микросхема увеличивает свое внутреннее двоичное значение на 1 при каждом отрицательном фронте тактового сигнала на входе CLK.

Принцип работы двоичного счетчика CD4020

Как работает CD4020 в качестве двоичного счетчика? Принцип действия следующий:

При подаче питания все выходы Q1-Q14 устанавливаются в 0.
С каждым отрицательным фронтом на входе CLK внутренний счетчик увеличивается на 1.
Выходы Q1-Q14 отображают текущее значение счетчика в двоичном виде.
При достижении максимального значения 16383 счетчик переполняется и сбрасывается в 0.
Вход R позволяет асинхронно сбросить счетчик в 0 независимо от тактового сигнала.

Таким образом, CD4020 преобразует последовательность импульсов на входе CLK в двоичный код на выходах. Это позволяет использовать микросхему для деления частоты и создания различных временных задержек.

Основные применения микросхемы CD4020

Благодаря своим функциональным возможностям, CD4020 находит широкое применение в электронных схемах:

Делители частоты — для получения более низких частот из опорной
Таймеры и генераторы задержек — для отсчета заданных временных интервалов
Счетчики импульсов и событий
Формирователи временных интервалов в измерительной технике
Генераторы псевдослучайных последовательностей
Цифровые синтезаторы частоты

CD4020 часто используется в сочетании с генераторами на базе таймера 555 для создания программируемых таймеров и генераторов импульсов. Микросхема позволяет легко получать деление частоты на степени двойки от 2 до 16384.

Ключевые характеристики CD4020

Рассмотрим основные электрические параметры микросхемы CD4020:

Напряжение питания: 3-15 В (типично 5 В, 10 В или 15 В)
Максимальная тактовая частота: 5-11 МГц (зависит от напряжения питания)
Ток потребления: 0.02-1 мА (зависит от частоты и нагрузки)
Входная емкость: 5 пФ
Выходной ток: до ±2.6 мА на выход
Задержка распространения: 120-200 нс

CD4020 обладает высокой помехоустойчивостью и низким энергопотреблением, что делает ее популярной в портативных устройствах с батарейным питанием.

Схема подключения CD4020

Как правильно подключить микросхему CD4020 в схему? Основные правила такие:

Подключите вывод 16 (VDD) к положительному напряжению питания 3-15 В.
Вывод 8 (VSS) соедините с общим проводом (земля).
На вывод 10 (CLK) подайте тактовый сигнал через резистор 10-100 кОм.
Вывод 11 (R) подтяните к земле через резистор 10-100 кОм.

Выходы Q1, Q4-Q14 используйте по необходимости.
Неиспользуемые входы подключите к земле.

Между выводами питания рекомендуется установить керамический конденсатор 0.1 мкФ для фильтрации помех. При работе на высоких частотах может потребоваться дополнительная развязка по питанию.

Советы по использованию CD4020

Чтобы эффективно применять CD4020 в своих проектах, учитывайте следующие рекомендации:

Используйте защитные резисторы на входах для ограничения токов.
Не оставляйте неподключенные входы во избежание наводок.
Соблюдайте временные параметры тактового сигнала из технической документации.
При каскадном включении используйте выход Q14 для тактирования следующего счетчика.
Для сброса подавайте на вход R импульс длительностью не менее 100 нс.
Используйте буферные элементы на выходах при большой емкостной нагрузке.

Правильное применение этих советов поможет избежать проблем и максимально раскрыть возможности микросхемы CD4020 в ваших схемах.

Примеры схем на основе CD4020

Рассмотрим несколько типовых схем применения микросхемы CD4020:

Делитель частоты

Простейшая схема делителя частоты на CD4020 выглядит так:

Вход CLK соединяется с источником тактового сигнала
Выход Q7 дает деление на 128
Выход Q10 дает деление на 1024
Выход Q14 дает максимальное деление на 16384

Такой делитель позволяет получить набор частот, кратных степеням двойки, из одного опорного генератора.

Программируемый таймер

Схема программируемого таймера на CD4020:

Генератор на таймере 555 подает импульсы на вход CLK
Выходы Q7-Q14 подключаются к входам мультиплексора
Выход мультиплексора управляет триггером
Переключателем выбирается нужный временной интервал

Это позволяет создать таймер с программируемыми интервалами от секунд до часов.

Альтернативы и аналоги CD4020

Какие есть альтернативы микросхеме CD4020? Рассмотрим несколько похожих микросхем:

CD4040 — 12-разрядный двоичный счетчик
CD4060 — 14-разрядный счетчик со встроенным генератором
74HC4020 — быстродействующий аналог на 14 разрядов
HCF4520 — сдвоенный 4-разрядный двоичный счетчик

При выборе альтернативы следует учитывать требуемую разрядность, быстродействие, напряжение питания и другие параметры конкретной схемы. CD4020 остается популярным выбором благодаря простоте применения и доступности.

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:

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.

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

Внешний вид макета

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!

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.

К размышлению

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 одном из следующих уроков!

Светильник потолочный встраиваемый под лампу GX53 CD4020 20LED*2835 SMD 4000K, 15W GX53, без лампы, прозрачный, хром

Главная >Светотехника >Светильники настенно-потолочные >Светильник потолочный c направленным сверху вниз светом (Downlight) >FERON >Светильник потолочный встраиваемый под лампу GX53 CD4020 20LED*2835 SMD 4000K, 15W GX53, без лампы, прозрачный, хром | 29473 FERON (#959067)

org/Offer»>

Наименование	Наличие	Цена опт с НДС	Дата обновления	Добавить в корзину	Срок поставки
Светильник потолочный встраиваемый под лампу GX53 CD4020 20LED*2835 SMD 4000K, 15W GX53, без лампы, прозрачный, хром \| 29473 \| FERON	Под заказ	163.88 р.	25.04.2023		От 30 дней

Условия поставки светильника потолочного встраиваемого под лампу GX53 CD4020 20LED*2835 SMD 4000K, 15W GX53, без лампы, прозрачный, хром | 29473 FERON

Светильник потолочный встраиваемый под лампу GX53 CD4020 20LED*2835 SMD 4000K, 15W GX53, без лампы, прозрачный, хром | 29473 FERON поставляется под заказ, срок изготовления уточняется по запросу.

Цена светильника потолочного встраиваемого под лампу GX53 CD4020 20LED*2835 SMD 4000K, 15W GX53, без лампы, прозрачный, хром | 29473 FERON ДВО-11w со с стеклом зависит от общего объема заказа, для формирования максимально выгодного предложения, рекомендуем высылать полный перечень требуемого товара.

Похожие товары

Светильник потолочный встраиваемый под лампу GX53 DL53 15W 230V GX53, без лампы, античное золото \| 28948 FERON	210	45.37 р.
Светильник потолочный встраиваемый под лампу GX53 CD4022 20LED*2835 SMD 4000K, 15W GX53, без лампы, прозрачный, хром \| 29475 FERON	330	154.64 р.
Светильник потолочный встраиваемый под лампу GX53 4060-2 15W 230V GX53, без лампы, прозрачный \| 20157 FERON	Под заказ	218. 72 р.
Светильник светодиодный ДВО-11Вт 4000К 900Лм IP20 квадрат белый DN027B LED9/NW L125 SQ — 871016330911899 Philips	3	389.89 р.
Светильник потолочный встраиваемый под лампу GX53 4020-2 15W 230V GX53, без лампы, прозрачный \| 20148 FERON	311	206.59 р.

CD4020 14-этапный двоичный счетчик/счетчик пульсаций — техническое описание

Перейти к содержимому

23 марта 2022 г. 4 февраля 2021 г. Ваджид Хуссейн

3997 просмотров

CD4020 представляет собой 14-ступенчатый двоичный счетчик с пульсирующим переносом. IC является частью серии CD4XXX IC. Счетчики CD4020 продвигаются вперед на один счет при отрицательном переходе каждого тактового импульса. Счетчики сбрасываются в нулевое состояние с помощью логической «1» на входе сброса независимо от часов. ИС предлагает широкий спектр функций, таких как высокая помехозащищенность, низкое тепловыделение и защита от электростатических разрядов. Каждый вывод ввода-вывода микросхемы защищен от статического электричества с помощью фиксирующих диодов ввода-вывода. Выход IC всегда поступает в TTL, что упрощает взаимодействие с другими устройствами CMOS и TTL, такими как микроконтроллеры и микропроцессоры

Купить на Amazon

Что такое двоичный счетчик пульсаций?

В двоичном счетчике пульсаций обычно используется схема бистабильного мультивибратора, поэтому кэш-вход, применяемый к счетчику, вызывает увеличение или уменьшение счетчика. Выходные клеммы Q и Q всегда логически противоположны. Если на выходе Q есть логическая 1 (SET), то на выходе Q будет логический 0. Если на выходе Q будет логический 0 (REST), то на выходе будет логическая 1. D – шлепанцы типа.

CD4020 Основные характеристики

Широкий диапазон напряжения питания: от 1,0 В до 15 В
Высокая помехоустойчивость: 0,45 В (тип.) 4
Средняя скорость работа: 8 МГц тип. при VDD = 10 В
Вход синхронизации триггера Шмитта

CD4020 Схема контактов

9 0049 Q4 9 0045

Номер контакта	Название контакта	Описание
1	Q12	Выход счетчика 12
2	Q13	Выход счетчика 13
3	Q 14	Выход счетчика 14
4	Q6	Выход счетчика 6
5	Q5	Выход счетчика 5
6	Q7	Выход счетчика 7
7	Выход счетчика 4
8	VSS	Источник питания Напряжение
9	Q1	Выход счетчика 1
10	CLK 1	Тактовый сигнал
11	R	Значение сброса
12	Q9	Выход счетчика 9
13	Q8	Выход счетчика 8
14	Q10	Выход счетчика 10
15	Q11	Выход счетчика 11
16	VDD	Слив Напряжение

Применение

Контрольные счетчики
Таймеры
Цепи задержки времени
Делители частоты

CD4020 Техническое описание

Вы можете скачать техническое описание для CD4020 14-каскадного двоичного счетчика/счетчика пульсаций по ссылке, указанной ниже:

Скачать техническое описание

См. также: CD4516 Двоичный счетчик вверх-вниз – техническое описание | CD4007 Двойная дополнительная пара с инвертором – техническое описание | CD4070 Quad EXCLUSIVE-OR Gate – Техническое описание

CD4020B IC Pinout, Datasheet, Equivalent & Features

1 October 2018 – 0 комментариев

CD4020B 14-битный двоичный счетчик/делитель

CD4020 Вывод 14-битного двоичного счетчика

Конфигурация выводов микросхемы CD4020B

Номер контакта	Название контакта	Описание
1,2,3,4,5,6,7,9,12,13,14,15	К1, К4, К5, К6, К7, К8, К9, К10, К11, К12, К13, К14	Выходные контакты двоичного счетчика
8	Земля	Подключен к цифровому заземлению
10	Часы	Тактовый сигнал должен подаваться на вход
11	Сброс	Высокое нажатие на штифт сброса приведет к сбросу счетчика

Особенности

14-битный двоичный счетчик/делитель
Диапазон счета: от 0 до 16383 (в десятичном формате)
Рабочее напряжение: от 3 В до 18 В
Номинальное напряжение: 5 В, 10 В, 15 В
Ток истока, ток стока указаны в техническом описании ниже.
Максимальная тактовая частота: 3,5 МГц при 5 В
Задержка распространения сброса: 140 нс при 5 В
Доступен в 16-контактных корпусах PDIP, CDIP, SOIC, TSSOP

Примечание. Полные технические сведения о можно найти в техническом описании CD4020B , указанный внизу этой страницы.

Альтернативы Двоичные счетчики

CD4024B (7-разрядный), CD4024B (12-разрядный)

CD4020 Эквиваленты

CD4060, CD4017

Где использовать CD4020 IC?

Микросхема IC CD4020 представляет собой 14-битный двоичный счетчик IC от Texas Instruments. Он имеет 12 выходных контактов в диапазоне от Q1 до Q14, исключая Q2 и Q3. Когда входной тактовый импульс подается на вывод для каждого импульса, двоичное значение увеличивается с 00 0000 0000 0000 до 11 1111 1111 1111, что эквивалентно десятичному числу от 0 до 16383.

Такое поведение микросхемы можно использовать для создания счетчиков и делителей, а также оно очень часто используется для приложений, связанных с синхронизацией. Так что, если вы ищете 14-битный двоичный счетчик, который можно увеличивать с помощью тактового импульса, эта микросхема может вас заинтересовать.

Как использовать двоичный счетчик CD4020?

Использовать двоичный счетчик CD4020 IC довольно просто. Просто подайте питание на микросхему через контакты Vss и Ground, она имеет широкий диапазон рабочего напряжения от 3 до 18 В, но обычно используется 5 В. После подачи питания на ИС все двоичные выходы будут равны нулю, затем двоичное значение может быть увеличено путем подачи тактового импульса на тактовый вывод. Для каждого тактового сигнала двоичное значение увеличивается на единицу. Чтобы сбросить счетчик, контакт Rest можно потянуть вверх. Работа микросхемы показана на изображении в формате gif ниже.

Как вы могли заметить на стороне вывода, у нас будут отсутствовать контакты Q2 и Q3, эти контакты присутствуют внутри и недоступны для пользователя, чтобы сделать корпус небольшим. Эти микросхемы обычно используются для создания временных задержек от 1 мс до 2 часов и более. Например, предположим, что нестабильный тактовый вход с частотой 1 Гц от таймера 555 подключен к тактовому выводу. Затем выходные контакты перейдут в состояние «1» через следующие временные интервалы, указанные в таблице ниже:

Выходной контакт для перехода на высокий уровень	Включается по импульсу	Включается с интервалом времени (прибл.)
Q1	1	1 секунда с
Q2	2	2 секунды
Q3	4	4 секунды
4 квартал	8	8 секунд
Q5	16	16 секунд
Q6	32	Полминуты
Q7	64	1 минута
Q8	128	2 минуты
Q9	256	4 минуты
Q10	512	8 минут
Q11	1024	16 минут
Q12	2048	Полчаса
Q13	4096	1 час
Q14	8192	2 часа

Точно так же, изменяя тактовые сигналы, мы можем получить более короткие или более длинные временные интервалы.