LED Sequencer Bouwen met 555 Timer & 4017 Teller – Frequentiedeling & Debounce

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• 4017 decadeteller/deler (Radio Shack catalogus # 276-2417)
• 555 timer IC (Radio Shack catalogus # 276-1723)
• Tien-segment bargraf LED (Radio Shack catalogus # 276-081)
• Eén SPST-schakelaar
• Eén 6-volt batterij
• 10 kΩ weerstand
• 1 MΩ weerstand
• 0,1 µF condensator (Radio Shack catalogus # 272-135 of equivalent)
• Koppelcondensator, 0,047–0,001 µF
• Tien 470 Ω weerstanden
• Audiodetector met hooftelefoons

Let op! De 4017 IC is CMOS en dus gevoelig voor statische elektriciteit.

Elke single-pole, single-throw schakelaar werkt; een huishoudelijke lichtschakelaar is voldoende en breed beschikbaar.

De audiodetector helpt bij het beoordelen van signaalfrequentie. Als je een oscilloscoop hebt, kun je hem weglaten.

NASLAGWERKEN

• Lessons In Electric Circuits, Deel 4, hoofdstuk 3: "Logische Poorten"
• Lessons In Electric Circuits, Deel 4, hoofdstuk 4: "Schakelaars"
• Lessons In Electric Circuits, Deel 4, hoofdstuk 11: "Tellers"

LEERDOELEN

• Klokpulsen genereren met een 555 astable multivibrator.
• Een 4017 decadeteller gebruiken om een één-van-tien pulsreeks te produceren.
• De 4017 als frequentiedeler einsetzen.
• Frequentie meten met een stopwatch en de telleruitgang.
• De rol van een pull-down weerstand uitleggen.
• Schakelaarbounce effecten op digitale circuits begrijpen.
• 555-gebaseerde debounce voor een mechanische schakelaar implementeren.

SCHEMATISCH DIAGRAM

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

De 4017 IC is een CMOS decadeteller met tien uitgangspennen. Wanneer een laag-naar-hoog overgang op de klokpin (pin 14) optreedt, schuift de chip één stap op, zet de volgende uitgang hoog terwijl de anderen laag blijven. Met een 555 timer geconfigureerd als astable oscillator, cycelt de teller door alle tien uitgangen, laat elke LED op zijn beurt branden en start daarna de reeks opnieuw. Het aanpassen van de 555's weerstands- en condensatorwaarden verandert de knipperfrequentie.

Koppel de jumper los van pin 14 (klok) naar pin 3 (uitgang) en houd het vrije uiteinde. Omgevings 50-Hz netruis zal de teller aansturen zodat de LEDs snel knipperen, wat de gevoeligheid van de teller voor externe hoogfrequente signalen demonstreert.

Pin 15 (Reset) en pin 13 (Clock Enable) zijn met grond verbonden zodat de teller vrij loopt. Reset hoog trekken zet de teller op nul terug (pin 3 hoog, andere laag). Clock Enable hoog trekken pauzeert de telling. Het verbinden van Reset met een van de uitgangspennen verkort de reeks; experimenteer door een jumper van grond naar elke uitgang te verplaatsen en observeer welke LEDs oplichten.

Afbeeldingen:

Omdat de 4017 een frequentiedeler is, produceert een 200-Hz klok van de 555 een 20-Hz puls op elke uitgang wanneer de volledige tien-stap reeks ingeschakeld is. In het algemeen levert elke uitgang een puls per tien klokcycli.

Om deze deling te horen, verbind een 0,047–0,001 µF koppelcondensator van uitgang 0 (pin 3) naar grond en voer het in een audiodetector. Met Reset gegrond, hoor je een "klik" elke keer dat de 0 LED aan gaat – een-tiende van de 555's frequentie.

Gebruik een stopwatch om klikken in één minuut te tellen. Vermenigvuldig het aantal met tien en deel door 60 om de 555's frequentie in Hz te krijgen. In mijn build (1 MΩ, 0,1 µF, 13 V voeding), leverde 79 klikken per minuut 13,17 Hz op.

Om de ongedeelde klok te horen, verbind de audiodetector met pin 3 van de 555. De resulterende buzz is de ruwe oscillatorfrequentie.

Door Reset te koppelen aan een intermediaire uitgang, kun je delingsverhoudingen van 1/9, 1/8, …, 1/2 creëren. Bijvoorbeeld, Reset verbinden met de zesde LED levert een 1/5 verhouding op, wat ongeveer het dubbele van de kliksnelheid van de 1/10 configuratie produceert.

Vervang de 1 MΩ timingweerstand door een kleinere waarde (bijv. 10 kΩ) om de 555's frequentie te verhogen. Luister naar de gevarieerde tonen als je de Reset-jumper verplaatst – octaven verschijnen wanneer de delingsfactor 2, 4 of 8 is.

Schakelaarbounce demonstratie: Koppel de 555 los en verbind een SPST-schakelaar in serie met een 10 kΩ pull-down weerstand aan pin 14. De pull-down zorgt voor een gedefinieerde lage toestand wanneer de schakelaar open is, wat drijvende invoer en spurieze tellingen voorkomt. Wanneer je de schakelaar omzet, kan de teller stappen overslaan door snelle contactbounce.

Om bounce te elimineren, gebruik de 555 als monostable debouncer: verbind de schakelaar met de Trigger-pin, en gebruik de 555-uitgang om de tellerklok aan te sturen. Zorg dat de condensator oplaadtijd de schakelaar afzettingstijd overschrijdt maar kort genoeg is om snelle acties niet te missen.

Met het gedebouncde circuit resulteert elke schakelaardruk in een enkele telling, wat de verwachte LED-reeks herstelt.