LED 시퀀서

부품 및 재료

<울>

4017 디케이드 카운터/디바이더(Radio Shack 카탈로그 번호 276-2417)

555 타이머 IC(Radio Shack 카탈로그 번호 276-1723)

10분할 막대 그래프 LED(Radio Shack 카탈로그 번호 276-081)

SPST 스위치 1개

6볼트 배터리 1개

10kΩ 저항기

1MΩ 저항기

0.1µF 커패시터(Radio Shack 카탈로그 # 272-135 또는 동급)

커플링 커패시터, 0.047 ~ 0.001µF

470Ω 저항 10개

헤드폰이 있는 오디오 감지기

주의! 4017 IC는 CMOS이므로 정전기에 민감합니다!

모든 단극, 단투 스위치가 적합합니다. 가정용 전등 스위치는 잘 작동하며 모든 철물점에서 쉽게 구할 수 있습니다.

오디오 감지기는 신호 주파수를 평가하는 데 사용됩니다. 오실로스코프에 액세스할 수 있는 경우 오디오 감지기가 필요하지 않습니다.

상호 참조

전기 회로의 교훈 , 4권, 3장:"논리 게이트"

전기 회로의 교훈 , 4권, 4장:"스위치"

전기 회로의 교훈 , 4권, 11장:"카운터"

학습 목표

<울>

555 타이머 회로를 사용하여 "클록" 펄스 생성(안정적 멀티바이브레이터)

4017 디케이드 카운터/분배기 회로를 사용하여 펄스 시퀀스 생성

주파수 분할을 위한 4017 디케이드 카운터/디바이더 회로 사용

주파수 분배기와 시계(시계)를 사용하여 주파수 측정

"풀다운" 저항기의 목적

스위치 접점 "바운스"가 디지털 회로에 미치는 영향 알아보기

555 타이머 회로를 사용하여 기계식 스위치를 "디바운스"(단안정 멀티바이브레이터)

개략도

그림

지침

모델 4017 집적 회로는 10개의 출력 단자가 있는 CMOS 카운터입니다. 이 10개 터미널 중 하나는 주어진 시간에 "높음" 상태에 있고 다른 모든 터미널은 "낮음"으로 되어 "1/10" 출력 시퀀스를 제공합니다. 4017의 "클록"(Clk) 단자에 저-고 전압 펄스가 적용되면 카운트가 증가하여 다음 출력이 "하이" 상태가 됩니다.

저주파의 불안정한 멀티바이브레이터(발진기)로 연결된 555 타이머를 사용하여 4017은 ​​10카운트 시퀀스를 순환하여 각 LED를 한 번에 하나씩 켜고 첫 번째 LED로 다시 "재활용"합니다. 그 결과 시각적으로 만족스러운 일련의 깜박이는 표시등이 나타납니다. 555 타이머의 저항 및 커패시터 값을 자유롭게 실험하여 다양한 플래시 속도를 생성하십시오.

4017의 "Clock" 터미널(핀 #14)에서 555 타이머 칩에 연결되는 555의 "Output" 터미널(핀 #3)까지 이어지는 점퍼 와이어를 분리하고 끝을 손으로 잡으세요. 주변에 충분한 60Hz 전력선 "노이즈"가 있는 경우 4017은 ​​이를 빠른 클록 신호로 감지하여 LED가 매우 빠르게 깜박이게 합니다.

4017 칩의 두 단자인 "Reset" 및 "Clock Enable"은 배터리의 음극(접지)에 연결하여 "낮음" 상태로 유지됩니다. 이것은 칩이 자유롭게 계산되는 경우에 필요합니다. "Reset" 터미널이 "high"로 설정되면 4017의 출력은 다시 0으로 재설정됩니다(핀 #3 "high", 다른 모든 출력 핀 "low"). "Clock Enable"이 "high"로 설정되면 칩은 클록 신호에 대한 응답을 중지하고 카운트 시퀀스에서 일시 중지됩니다.

4017의 "Reset" 터미널이 10개의 출력 터미널 중 하나에 연결되면 카운팅 시퀀스가 ​​단축되거나 잘림됩니다. . "Reset" 단자를 접지에서 분리한 다음 긴 점퍼 와이어를 "Reset" 단자에 연결하여 10분할 LED 막대 그래프의 출력에 쉽게 연결할 수 있습니다. 출력 중 하나에 연결된 "재설정"으로 몇 개(또는 몇 개) LED가 켜지는지 확인하십시오.

4017과 같은 카운터는 디지털 주파수 분할기로 사용되어 클록 신호를 받아 클록 주파수의 정수 요소에서 발생하는 펄스를 생성할 수 있습니다. 예를 들어, 555 타이머의 클록 신호가 200Hz이고 4017이 전체 카운트 시퀀스(접지에 연결된 "리셋" 터미널, 전체 10단계 카운트 제공)로 구성된 경우 4017의 출력 단자에는 10배(20Hz)의 기간이 표시됩니다. 즉, 각 출력 터미널은 한 번 순환합니다. 10마다 클록 신호의 주기:주파수가 10배 느립니다.

이 원리를 실험하려면 오디오 감지기를 4017의 출력 0(핀 #3)과 접지 사이에 매우 작은 커패시터(0.047μF ~ 0.001μF)를 통해 연결합니다. 커패시터는 AC 신호를 "커플링"하는 데만 사용되므로 카운터 칩 출력에 DC(저항) 부하를 가하지 않고 펄스를 가청으로 감지할 수 있습니다.

4017 "Reset" 단자를 접지하면 전체 카운트 시퀀스가 ​​생성되고 "0" LED가 켜질 때마다 헤드폰에서 "딸깍" 소리가 들릴 것입니다. 이는 555의 실제 출력 주파수의 1/10에 해당합니다. :

사실, 헤드폰에서 들리는 클릭과 클럭 주파수 사이의 이러한 수학적 관계를 알면 클럭 주파수를 상당히 정밀하게 측정할 수 있습니다. 스톱워치나 다른 시계를 사용하여 4017의 "0" 출력에 연결되어 있는 동안 1분 동안 들리는 클릭 수를 세십시오. 555 타이밍 회로에 1MΩ 저항과 0.1μF 커패시터를 사용하고 전원 공급 장치 전압 13V(6 대신)를 사용하여 회로에서 1분 동안 79번의 클릭을 계산했습니다.

회로는 약간 다른 결과를 생성할 수 있습니다. "0" 출력에서 ​​카운트된 펄스 수에 10을 곱하여 같은 시간 동안 555 타이머에 의해 생성된 사이클 수를 얻습니다(내 회로:79 x 10 =790 사이클). 이 숫자를 60으로 나누어 초당 경과된 타이머 주기 수를 구합니다(내 회로:790/60 =13.17). 이 마지막 수치는 Hz 단위의 클록 주파수입니다.

이제 오디오 감지기의 테스트 프로브 하나를 접지에 연결하고 다른 테스트 프로브(커플링 커패시터가 직렬로 연결된 프로브)를 가져와 555 타이머의 핀 #3에 연결합니다. 들리는 윙윙거림은 분할되지 않은 클록 주파수입니다.

4017의 "Reset" 터미널을 출력 터미널 중 하나에 연결하면 시퀀스가 ​​잘립니다. 4017을 주파수 분배기로 사용하는 경우 출력 주파수는 클록 주파수의 다른 요소가 됩니다:1/9, 1/8, 1/7, 1/6, 1/5, 1/4, "Reset" 점퍼 와이어를 연결하는 출력 단자에 따라 1/3 또는 1/2입니다.

오디오 디텍터 테스트 프로브를 4017(핀 #3)의 출력 "0"에 다시 연결하고 "리셋" 단자 점퍼를 막대 그래프의 왼쪽에서 여섯 번째 LED에 연결합니다. 이것은 1/5 주파수 분할 비율을 생성해야 합니다.

1분 동안 들리는 클릭 수를 다시 계산하면 1/10 비율로 구성된 4017로 계산한 것의 약 두 배의 숫자를 얻어야 합니다. 1/5는 1/10의 두 배 비율이기 때문입니다.

이전에 얻은 것의 정확히 두 배인 카운트를 얻지 못하면 주기를 계산하는 방법에 내재된 오류 때문입니다. 즉, 스톱워치 또는 기타 시간 측정 장치의 표시와 청각을 조정하는 것입니다.

555 회로의 1MΩ 타이밍 저항을 10kΩ과 같이 훨씬 낮은 값으로 교체해 보십시오. 이렇게 하면 4017 칩을 구동하는 클럭 주파수가 증가합니다. 오디오 감지기를 사용하여 4017의 핀 #3에서 분할된 주파수를 듣고 "재설정" 점퍼 와이어를 다른 출력으로 이동하여 다른 주파수 분할 비율을 생성할 때 생성되는 다른 톤에 주목하십시오.

원래 주파수를 2로 나눈 다음 4로 나눈 다음 8로 나누어 옥타브를 생성할 수 있는지 확인하십시오(각 내림차순 옥타브는 이전 주파수의 1/2를 나타냄). 옥타브는 원래 톤과 비슷한 피치로 다른 분할 주파수와 쉽게 구별됩니다.

이 회로에서 배울 수 있는 마지막 교훈은 스위치 접점 "바운스"의 교훈입니다. 이를 위해 555 타이머 대신 4017 칩에 클록 신호를 제공하는 스위치가 필요합니다. "Reset" 점퍼 와이어를 접지에 다시 연결하여 완전한 10단계 카운트 시퀀스를 활성화하고 4017의 "Clock" 입력 단자에서 555의 출력을 분리합니다.

스위치를 10kΩ 풀다운과 직렬로 연결합니다. 저항을 연결하고 이 어셈블리를 그림과 같이 4017 "시계" 입력에 연결합니다.

"풀다운" 저항기의 목적은 스위치 접점이 열릴 때 명확한 "낮음" 논리 상태를 제공하는 것입니다. 이 저항이 없으면 4017의 "시계" 입력 와이어가 플로팅됩니다. 스위치 접점이 열릴 때마다 4017을 무작위로 계산할 수 있는 부유 정전압 또는 전기적 "노이즈"의 간섭을 받기 쉽습니다.

풀다운 저항이 있는 상태에서 4017의 "클록" 입력은 접지에 대한 저항이 있긴 하지만 확실하게 연결되어 정전기 또는 근처 AC 회로 배선에서 결합된 "노이즈"의 간섭을 배제하는 안정적인 "낮은" 논리 상태를 제공합니다. .

LED의 동작에 주의하면서 스위치를 켜고 끕니다. 각 off-to-on 스위치 전환과 함께 4017은 ​​카운트에서 한 번 증가해야 합니다. 그러나 몇 가지 이상한 동작을 발견할 수 있습니다. 때때로 LED 시퀀스는 단일 스위치 클로저로 하나 또는 여러 단계를 "건너뛰"합니다.

왜 이런거야? 이는 스위치 접점의 매우 빠르고 기계적 "바운싱" 때문입니다. 대부분의 스위치 내부에서 발생하는 것처럼 두 개의 금속 접점이 빠르게 결합되면 탄성 충돌이 발생합니다. 이 충돌로 인해 접점이 서로 "바운스"되면서 매우 빠르게 연결되고 끊어집니다.

일반적으로 이 "바운스"는 그 효과를 보기에는 너무 빠르지만 카운터 칩이 매우 빠른 클록 펄스에 응답할 수 있는 이와 같은 디지털 회로에서는 이러한 "바운스"가 별개의 클록 신호로 해석됩니다. 그에 따라 카운트가 증가합니다.

이 문제를 해결하는 한 가지 방법은 타이밍 회로를 사용하여 짧은 시간 내에 수신된 임의의 수의 입력 펄스 신호에 대해 단일 펄스를 생성하는 것입니다. 회로를 단안정 멀티바이브레이터라고 합니다. , 스위치 접점 "바운스"로 인한 잘못된 펄스를 제거하는 모든 기술을 디바운싱이라고 합니다. .

555 타이머 회로는 "트리거" 입력이 다음과 같이 스위치에 연결된 경우 디바운서로 작동할 수 있습니다.

555를 다시 한 번 사용하여 4017에 클록 신호를 제공하기 때문에 555 칩의 핀 #3을 4017 칩의 핀 #14에 다시 연결해야 합니다. 또한 555 타이머 회로에서 저항이나 커패시터의 값을 변경한 경우 원래의 1MΩ 및 0.1μF 구성 요소로 돌아가야 합니다.

스위치를 다시 작동하고 4017의 카운팅 동작을 확인합니다. 555 타이머가 모든 on-to-off에 대해 선명한 단일 펄스를 출력하기 때문에 이전처럼 더 이상 "건너뛴" 카운트가 없어야 합니다. 스위치의 작동(여기서 작동의 역전을 주목하십시오!).

555 회로의 타이밍이 적절해야 합니다. 커패시터를 충전하는 시간은 스위치의 "안정화" 기간(접점이 튀는 것을 멈추는 데 필요한 시간)보다 길어야 하지만 타이머가 발생하는 경우 스위치 작동의 빠른 시퀀스를 "놓칠" 것입니다.