555 타이머 & 4017 카운터로 LED 시퀀서 제작: 주파수 분할 & 디바운스

부품 및 재료

• 4017 디케이드 카운터/분할기 (Radio Shack 카탈로그 # 276-2417)
• 555 타이머 IC (Radio Shack 카탈로그 # 276-1723)
• 10세그먼트 바그래프 LED (Radio Shack 카탈로그 # 276-081)
• SPST 스위치 1개
• 6볼트 배터리 1개
• 10kΩ 저항
• 1MΩ 저항
• 0.1µF 커패시터 (Radio Shack 카탈로그 # 272-135 또는 동등품)
• 커플링 커패시터, 0.047-0.001µF
• 470Ω 저항 10개
• 헤드폰 포함 오디오 디텍터

주의! 4017 IC는 CMOS이므로 정전기에 민감합니다.

어떤 단극 단투(SPST) 스위치든 작동합니다. 가정용 조명 스위치로도 충분하고 널리 구할 수 있습니다.

오디오 디텍터는 신호 주파수 평가에 도움이 됩니다. 오실로스코프가 있으면 생략 가능합니다.

 

참조

Lessons In Electric Circuits, Volume 4, chapter 3: "Logic Gates"

Lessons In Electric Circuits, Volume 4, chapter 4: "Switches"

Lessons In Electric Circuits, Volume 4, chapter 11: "Counters"

 

학습 목표

• 555 비안정 멀티바이브레이터로 클럭 펄스 생성
• 4017 디케이드 카운터로 10중 1 펄스 시퀀스 생성
• 4017을 주파수 분할기로 활용
• 스톱워치와 카운터 출력으로 주파수 측정
• 풀다운 저항의 역할 설명
• 기계적 스위치 바운스가 디지털 회로에 미치는 영향 이해
• 555 기반 디바운스로 기계적 스위치 구현

 

회로도

 

 

삽화

 

 

지침

4017 IC는 10개 출력 핀을 가진 CMOS 디케이드 카운터입니다. 클럭 핀(핀 14)에서 로우-하이 전이가 발생하면 칩이 한 단계 전진하여 다음 출력을 하이로 설정하고 나머지는 로우로 유지합니다. 555 타이머를 비안정 발진기로 구성하면 카운터가 모든 10개 출력을 순환하며 각 LED를 차례로 점등하고 시퀀스를 재시작합니다. 555의 저항과 커패시터 값을 조정하면 플래시 속도가 변경됩니다.

핀 14(클럭)에서 핀 3(출력)으로 점퍼를 분리하고 자유 끝을 잡으세요. 주변 60Hz 전원 노이즈가 카운터를 구동하여 LED가 빠르게 깜빡이며, 카운터의 외부 고주파 신호 민감도를 보여줍니다.

핀 15(리셋)와 핀 13(클럭 인에이블)은 접지에 연결되어 카운터가 자유롭게 실행됩니다. 리셋을 하이로 당기면 카운터가 0으로 돌아갑니다(핀 3 하이, 나머지 로우). 클럭 인에이블을 하이로 당기면 카운트가 일시정지됩니다. 리셋을 출력 핀 중 하나에 연결하면 시퀀스가 단축됩니다. 점퍼를 접지에서 각 출력으로 이동하며 실험하고 어떤 LED가 점등되는지 관찰하세요.

이미지:

4017은 주파수 분할기이므로, 555에서 200Hz 클럭이 전체 10단계 시퀀스가 활성화되면 모든 출력에서 20Hz 펄스를 생성합니다. 일반적으로 각 출력은 10 클럭 사이클당 한 번 펄스를 전달합니다.

이 분할을 듣기 위해 출력 0(핀 3)에서 접지로 0.047-0.001µF 커플링 커패시터를 연결하고 오디오 디텍터에 공급하세요. 리셋이 접지된 상태에서 0 LED가 켜질 때마다 '클릭' 소리가 들립니다—555 주파수의 10분의 1.

스톱워치로 1분간 클릭 수를 세세요. 개수에 10을 곱하고 60으로 나누면 555 주파수(Hz)를 얻습니다. 제 빌드(1MΩ, 0.1µF, 13V 공급)에서 분당 79클릭으로 13.17Hz가 나왔습니다.

비분할 클럭을 듣기 위해 오디오 디텍터를 555의 핀 3에 연결하세요. 결과 버즈가 원시 발진기 주파수입니다.

리셋을 중간 출력에 연결하면 1/9, 1/8, ..., 1/2 분할 비율을 만들 수 있습니다. 예를 들어 리셋을 6번째 LED에 연결하면 1/5 비율로, 1/10 설정의 약 2배 클릭 속도 생성.

1MΩ 타이밍 저항을 더 작은 값(예: 10kΩ)으로 교체하여 555 주파수 증가. 리셋 점퍼를 이동하며 다양한 톤 청취—분할 인자가 2, 4, 8일 때 옥타브 나타남.

스위치 바운스 시연: 555 연결 해제하고 10kΩ 풀다운 저항과 직렬로 SPST 스위치를 핀 14에 연결. 풀다운은 스위치 열림 시 정의된 로우 상태 보장하여 플로팅 입력과 허위 카운트 방지. 스위치 토글 시 급속한 접점 바운스로 카운터가 단계를 건너뛸 수 있음.

바운스 제거를 위해 555를 단안정 디바운서로 사용: 스위치를 트리거 핀에 연결, 555 출력을 카운터 클럭으로 구동. 커패시터 충전 시간이 스위치 안정화 기간을 초과하지만 빠른 작동을 놓치지 않을 만큼 짧게 설정.

디바운스된 회로로 각 스위치 누름이 단일 카운트 결과, 예상 LED 시퀀스 복원.