IC 4017 (CD4017) 완전 가이드: 사양, 특징 및 응용

IC 4017 데케이드 카운터

현대 디지털 전자 기술이 나날이 발전함에 따라 관련 집적 회로(IC)에 대해 배울 필요가 생겼습니다.

집적 회로는 오늘날 쓰이는 모든 전자 기기의 핵심 부품입니다. 수요 증가에 따라 직접 회로 기판을 만들고 싶을 수도 있습니다. 이 글에서는 IC 4017 / CD4017에 대해 다룹니다. IC 4017은 회로 기판을 구성하는 초급 수준의 집적 회로 중 하나입니다. 이 집적 회로를 이해하면 더 큰 프로젝트로 나아가 더 복잡한 회로 기판을 만들 수 있습니다.

CD4017 IC는 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS) 데케이드 카운터로, 저범위 카운팅 응용에 사용됩니다. CD4017 IC는 집적 회로 공간을 줄이면서 출력을 분리합니다. CD4017 IC는 0부터 10까지 세므로 '데케이드(decade)'라는 이름이 붙었습니다.

CD4017은 표준 링 카운터가 아니므로 모든 플립플롭을 동시에 트리거하지 않습니다. 대신 존슨 카운터(Johnson counter) 기법을 사용해 플립플롭 카운트를 달성합니다.

(집적 회로)

IC 4017의 4017 핀 구성

IC 4017은 16개 핀을 가지며 기능은 다음과 같습니다:

• 핀 1-7, 9-11: 출력 핀 - 카운터가 y를 읽을 때 Qy가 하이(High)가 됩니다.
• 핀 8: 접지 핀 - 낮은 전압(0V) 연결입니다.
• 핀 12: 캐리 핀 - 10번의 클록 입력 주기마다 한 사이클을 완료하므로 한 클록 사이클입니다. 회로에서 하나 이상의 CD4017 IC를 연결합니다.
• 핀 13: 인에이블(Enable) - 로우 액티브 인에이블 핀으로 카운팅을 허용합니다.
• 핀 14: 클록 핀 - 이 입력에 가해진 라이징 에지를 카운트해 1로 등록합니다.
• 핀 15: 리셋 핀 - 정상 동작 시 로우 전압으로 설정됩니다. 따라서 IC를 리셋하려면 하이 전압을 가합니다.
• 핀 16: Vcc - 3V ~ 15V 범위의 공급 전압에 연결됩니다.

(IC 4017이 IC에 연결된 모습)

IC 4017의 특징 및 사양

IC 4017은 집적 회로 IC를 필요로 하는 저전력 응용 분야에서 바람직한 많은 특징을 가집니다. 이런 장비로는 의료 기기, 기계식 카운터 등이 있습니다. IC 4017이 널리 쓰이는 특징들은 다음과 같습니다:

• 높은 노이즈 내성, 일반적으로 0.45 VDD
• 완전 정적 동작
• 보관 온도(TS) 범위: -65°C ~ +150°C
• 700mW 전력 소모, 듀얼 인라인 패키지
• 넓은 공급 전압 범위: 3V ~ 15V
• 트랜지스터-트랜지스터 로직(TTL)과 우수한 호환성
• 동작 속도/클록 속도: 5MHz
• 디코딩된 10개 출력 핀 지원 시스템 제공
• 16핀 PDIP, PDSO, GDIP 등 다양한 패키지 제공

(듀얼 인라인 패키지(DIP) IC 측면도)

IC CD4017의 응용

여러 응용 분야에서 CD4017 바이너리 카운터를 사용합니다. CD4017 집적 회로 IC를 사용하는 응용 분야는 다음과 같습니다:

• 3x3 LED 큐브 회로
• 경찰 조명 회로
• 박수로 켜고 끄는 스위치 회로
• 디지털 주사위 회로
• 화장실 자동 조명 제어
• 조절 가능한 타이머 회로
• LED 러닝 라이트
• 자동차 전자장치
• 알람
• 의료 기기 및 계측 장비 전자 생산

(CD4017로 만든 전자 보드)

CD4017 사용 방법

CD4017 핀아웃에는 3V ~ 15V 전원 공급이 필요합니다. 하지만 대부분의 CD4017 핀아웃 버전은 +5V 전원을 지원합니다. HEF4017 같은 일부 핀아웃은 최대 15V까지 사용 가능합니다.

Vcc(공통 컬렉터 전압) 또는 Vdd(드레인-드레인 전압) 핀에 전원이 연결되고, 접지 핀은 그라운드에 연결됩니다. 이후 10개 출력 핀이 부하(주로 LED 디스플레이)에 연결됩니다.

CD4017 핀아웃은 클록 입력(핀 14)에서 하이 클록 펄스를 감지할 때마다 0부터 9(Q0~Q9)까지 카운트합니다.

따라서 클록 펄스를 생성하고 클록 소스를 계속 틱(tick)하게 할 타이머 회로가 필요합니다. 아두이노(Arduino)와 555 타이머가 사용할 수 있는 타이머 회로 예시입니다. 타이머는 입출력(I/O) 핀을 사용해 맞춤 펄스를 생성합니다. Q0에서 Q9로의 순차적 출력 변화는 두 핀, 즉 클록 인에이블(핀 13)과 리셋 핀(핀 15)에서 펄스 인터럽트를 받을 수 있습니다.

이 핀들은 기본적으로 접지 핀으로 로우(0V) 전압을 가집니다. 클록 인에이블을 하이로 설정하면 카운트가 일시정지됩니다. 예를 들어 7번째 출력에서 카운트 중 클록 인에이블을 누르면 다시 로우로 설정될 때까지 7번째 출력을 유지합니다. 이후 CD4017 핀아웃은 멈춘 지점부터 카운트를 계속합니다. 리셋 핀을 하이로 설정하면 리셋 신호가 카운트를 0으로 보정합니다. 예를 들어 Q8에서 카운트 중 디바이스 리셋을 누르면 Q0로 돌아갑니다.

캐리 아웃 핀(핀 12)은 기본적으로 로우(0V)입니다. IC가 10번째 카운트를 완료하면 핀이 하이가 되고 5번째 카운트까지 유지됩니다. 이후 5카운트 더 세고 로우로 떨어졌다가 카운트가 10에 도달하면 다시 켜집니다.

(CD4017 회로 부품)

예제: 4017 IC를 이용한 LED 시퀀서/라이트 트래커

• 시퀀서 회로 하드웨어 부품

1. 10kΩ 저항 2개
2. 1kΩ 저항 1개
3. 4.7µF 극성 커패시터 1개
4. LED 라이트
5. 타이머 IC 555
6. PC817 포토커플러
7. IC 4017

• 시퀀서 회로

(잘 연결된 LED 시퀀서 회로)

• 회로 동작

시퀀서 회로에서 555 타이머는 어스테이블(Astable) 모드로 동작해 CD4017 핀아웃 IC에 필요한 클록 펄스를 생성합니다. 포토커플러는 전기 신호를 빛 신호로 동시에 변환합니다.

CD4017의 입력 클록 신호는 어스테이블 타이머 출력에 연결됩니다.

클록 신호가 펄스 스트림을 생성해 카운터/클록 사이클을 1씩 증가시킵니다. 이로 인해 LED 디스플레이가 하나씩 켜졌다가 다음 LED가 켜지기 전에 꺼지는 동작을 반복합니다.

요약

요약하자면, 이 글은 CD4017 칩의 내부 요소, 응용, 기능을 다루며 칩 회로 연결도 설명해 실제 회로 기판 응용이 어떻게 작동하는지 보여줍니다. 궁금한 점이 있으면 언제든 연락 주세요. 기꺼이 도와드리겠습니다.