4029 - Eierlegende Wollmilchsau der Zähler

 

Materialbedarf

 

Anz. Bezeichnung Datenblatt
1 Batterie/Spannungsquelle 9V  
1 CMOS-IC 4029
1 CMOS-IC 4069
1 CMOS-IC 4081
4 Widerstand 470 Ohm  
3 Widerstand 47 kOhm  
1 Elektrolytkondensator 10 µF/16V  
2 Mikrotaster
4 Standard-Leuchtdiode 3mm oder 5mm 3mm, 5mm

 

 

Grundlagen

 

Zählerschaltkreise gibt es wie Sand am Meer. Aufwärts/Abwärtszähler, Binär oder Dezimal, mit einfachem Reset oder Lade-Funktion usw. usf. Aber, wenn man einen Zähler sucht, der äußerst flexibel ist und nahezu alle üblichen Zähler in einem Chip vereint, so muss man schon suchen. Mit dem 4029 hat man so ein Multigenie.

 

Der 4029 ist ein Schaltkreis aus der CMOS-Reihe. In seinem 16-poligen Gehäuse befindet sich der Universalzähler. Durch die CMOS-Technik ist das IC für einen weiten Spannungsbereich geeignet.

 

Jeder Pin des Schaltkreises hat natürlich eine entsprechende Funktion. Dies sind:

 

Vcc und GND: Die übliche Spannungsversorgung wird hier angeschlossen.
Preset: Preset lädt bei einem 1-Signal den Zähler mit einem Wert. Bei Nichtverwendung sollte man den Pin mit GND verbinden.
Q0-Q3: Dies sind die Ausgänge des Zählers.
I0-I3: Hier wird der Binär/Dezimalwert angelegt, welche bei einem High an Preset in den Zähler übernommen wird.
Clock: Der Takt für den Zähler.
CO: Will man mehrere Zähler kaskadieren, muss man diesen Pin mit dem CI des nachfolgenden Bausteins verbinden.
CI: Dieser Eingang dient dazu, den Zähler zu stoppen. Bei einem 0-Signal zählt der Baustein.
Up/Down: Dieser Pin bestimmt ob der Zähler aufwärts oder abwärts zählt. Bei einem H wird aufwärts gezählt.
Bin/Dec: Der 4029 versteht Binär und auch Dezimalzählung. Mit einem H-Signal zählt er im Binärformat.

 

 

Der 4029 wird ausprobiert

 

 

Mit einem ersten Versuchsaufbau wollen wir erst einmal die Grundfunktion des 4029 testen, dem Zählen.

Wird die Schaltung in Betrieb genommen, so beginnt der Zähler sofort im Binärsystem aufwärts zu zählen. An den LEDs D1-D4 kann man dies gut ablesen.

Soll der Zähler nun im Dezimalmodus arbeiten, also zählen von 0 bis 9, so muss man S2 betätigen. Hierdurch wird ein Low-Signal an den Bin/Dez-Pin (Pin 9) angelegt. So lange der Taster gedrückt ist, zählt das IC nun im Dezimalsystem. Unbetätigt zählt der 4029 im Binärsystem, von 0 bis 15.

Aber der 4029 kann ja nicht nur Aufwärts zählen. Durch Drücken von S1 wird Zählrichtung umgekehrt und er zählt abwärts.

Nun kann man mit den beiden Tastern alle möglichen Zähler-Kombinationen durchtesten. Aber der Zähler kann ja noch Einiges mehr.

 

 

Programmierung des 4029

 

 

Erst einmal eine schlechte Nachricht. Der 4029 hat keinen echten Reset-Eingang. Ein solcher wird aber benötigt, wenn man die Zählweite begrenzen möchte.

Nehmen wir als Beispiel an, es soll eine Digitaluhr gebaut werden. Hier müssen einige Ziffern nur bis 5 zählen. Hier wird üblicherweise der Binärwert 6 abgefragt und dann, bei erreichen dieser Zahl, auf 0 gesetzt.

Mit unserem IC müssen wir hier etwas anders vorgehen. Anstatt einem Reset besitzt der Chip einen Preset (Programmable Reset). Hier wird der 4029 nicht zurück gesetzt sondern es wird ein neuer Zählerwert übernommen. Dieser Wert muss an den Eingängen I0-I3 angelegt werden.

Möchte man den 4029 resetten, so müssen diese Eingänge alle auf 0 gesetzt werden. Bei einer 1 am Preset-Eingang wird dann der Binärwert in das Zählerregister übernommen.

Bei der Testschaltung sorgen wir nun dafür, dass der Zähler nur bis 5 zählt. Eigentlich bis 6. Aber, sobald er 6 erreicht, ist die Und-Bedingung erfüllt und der Preset-Eingang erhält das nötige 1-Signal und übernimmt den gewünschten Wert, welcher hier 0 ist. Sofort wird das Register wieder geschlossen. Das Ganze geht so schnell, dass wir das Aufleuchten der '6' gar nicht sehen. Selbst mit hochwerten Speicher-Oszilloskope wird es schon schwierig, diesen Vorgang zu beobachten.

In manchen Bereichen möchte man aber vielleicht nicht, dass der Zähler wieder bei 0 anfängt. Z.B. bei einem Lottozahlengenerator oder einem Würfel soll der Zähler bei 1 beginnen. Dies ist mit dem 4029 kein Problem.

 

 

Ein elektronischer Würfel hat, wie bekannt sein dürfte, einen Zahlenbereich von 1 bis 6. Wir müssen also unseren Zähler beim Erreichen der 7 zurück setzen. Aber dieses Mal nicht auf 0 sondern er muss jetzt bei 1 weiter zählen. Hierzu legen wir den Eingang I0 auf + (=1). Wird nun die 7 erreicht, lädt der Zähler den Wert 1 und wir haben nun eine Schaltung, die, wie gewünscht, von 1 bis 6 zählt.

Zu einem verwendbaren Würfel fehlt zwar noch Einiges. Aber, der Kern 'steht' schon einmal. Wer möchte, kann die Ziffern ja noch für den 'Normalmenschen' mit der Schaltung aus dem Lehrgang 7-Segment-Anzeigen - Sichtbare Binärzahlen lesbar machen.

 

 

Nothalt

 

In einigen Situationen ist es notwendig, dass der Zähler gestoppt werden muss, obwohl ein Takt anliegt. Hier hat man 2 Möglichkeiten. Man verwendet ein weiteres Und-Gatter und verknüpft den Takt mit einem Enable-Signal an den Takt-Eingang.

 

Aber beim 4029 ist diese umständliche Verschaltung natürlich nicht nötig. Er besitzt nämlich auch einen 'Nothalt'-Eingang. Es ist der Eingang CI (Pin 5, Clock Inhibit). Wird dieser Eingang auf 1 gelegt, bleibt der Zähler stehen. Wer dies einmal testen möchte, kann es leicht im Aufbau, durch den Austausch der Drahtbrücke, testen.

 

 

Die Stellenerweiterung

 

Auch wenn ein einzelner 4029 schon sehr leistungsfähig ist, so werden doch meist mehrere benötigt. Man muss diese also hintereinander schalten, auch kaskadieren genannt.

Hierzu dient der Ausgang CO (Pin 7, Clock Output) des Schaltkreises. Dieser wird einfach mit dem Takteingang (Pin 15) des nachfolgenden Bausteins verbunden. Der Chip sorgt so dafür, dass das nachfolgende IC die richtigen Taktflanken erhält um im richtigen Moment weiter zu zählen. Selbstverständlich müssen die folgenden 4029 mit der gleichen Zählart definiert sein.

 

 

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