74LS93 4-Bit Binaire Teller: Pinout, Werkin & Toepassingen

Wat is de 74LS93?

De 74LS93 (en varianten 74HC93, 74HCT93, SN74LS93) is een 4-bit binaire teller IC uit de 7400-series TTL/CMOS logica familie. Het bevat vier JK flip-flops geconfigureerd als een **asynchrone** (ripple) teller: een divideer-2 (mod-2) sectie (Q0) en een divideer-8 (mod-8) sectie (Q1-Q3). Samen vormen ze een 4-bit binaire teller (0-15). Ideaal voor frequentiedeling, klokdeling, eenvoudige tellerapplicaties zonder microcontroller.

Pinout (14-pins DIP/SOIC)

Interne Structuur & Werkin

CP0 (pin 12) ──→ [JK FF Q0] ──→ Q0 (pin 11) ──┐
                                              │
CP1 (pin 1) ──→ [JK FF Q1] ──→ Q1 (pin 10)    │
                      │                       │
                     Q1 ──────────────────────┘ (Interne verbinding Q0→CP1 voor 4-bit telling)
                      │
                   [JK FF Q2] ──→ Q2 (pin 9)
                      │
                   [JK FF Q3] ──→ Q3 (pin 8)

MR1 (pin 2) & MR2 (pin 3) → Beide HOOG = Alle uitgangen laag (Reset)
MR1 of MR2 LAAG = Normale telling

Belangrijk: De 74LS93 is **asynchroon (ripple)**. De klok pulseren door de keten Q0→Q1→Q2→Q3. Dit veroorzaakt vertraging (propagation delay ~10-20 ns per stap) en "glitches" op de uitgangen tijdens overgang. Voor synchrone telling: gebruik 74LS160/161/163 (decade/binaire synchrone tellers).

Specificaties (74LS93)

• Voeding: 4,75 – 5,25 V
• Max klokfrequentie: 32 MHz (CP0), 16 MHz (CP1)
• Uitgangsstroom: I_OH = -0,4 mA, I_OL = 8 mA
• Voortplantingsvertraging: ~15 ns per flip-flop
• Temperatuur: 0 – 70 °C (commercieel)

Gebruik als 4-Bit Binaire Teller (0-15)

Basisaansluiting

VCC (5) → 5V
GND (7) → GND
MR1 (2) → GND
MR2 (3) → GND
CP0 (12) → Inkomende klokpuls (bijv. 555 timer, signaalgenerator, knop + debounce)
Q0 (11) → LSB (LED of volgende logica)
Q1 (10) → ...
Q2 (9)  → ...
Q3 (8)  → MSB
CP1 (1) → **NIET aangesloten** (interne verbinding Q0→CP1 werkt automatisch)

Elke negatieve flank op CP0 telt 1 op. Q0 toggelt elk puls, Q1 elk 2e puls, Q2 elk 4e, Q3 elk 8e.

Gebruik als Decadeteller (0-9) met 7-Segment Display

De 74LS93 telt naturelijk 0-15 (binair). Voor 0-9 (BCD) moet hij gereset worden bij 10 (1010).

Reset Logica (NAND poort)

Reset bij 10: Q3=1, Q1=1 (Q2=0, Q0=0). Gebruik 74LS00 (4× NAND) of 74LS20 (4-input NAND).

Q3 (pin 8) ──┐
             ├── [NAND] ──→ MR1 (pin 2) & MR2 (pin 3)
Q1 (pin 10) ─┘

Wanneer Q3 EN Q1 hoog zijn (decimaal 10), wordt NAND uitgang LAAG → Reset actief (hoog) → teller terug naar 0. Werkt voor 0-9 telling.

7-Segment Decoder & Driver

• 74LS47 / 74LS48: BCD-naar-7-segment decoder (actief laag/hoog uitgang).
• 74HC595 + segmentdisplay: Schuifregister voor minder pinnen.
• MAX7219 / TM1637: Moderne multiplexed drivers (I2C/SPI), eenvoudiger.

Gebruik als Frequentiedeler

Koppel CP0 aan invoerfrequentie. Neem uitgang van gewenste Q-pin. Voor asymmetrische duty cycle: gebruik flip-flop uitgang direct (50% duty cycle voor Q0, Q1, Q2, Q3).

2-Digit Tellers (00-99)

Kascadeer twee 74LS93's:

Eerste 74LS93 (Eenheden):
  CP0 → Inkomende klok
  Q3 → CP0 van TWEEDE 74LS93 (Tientallen)
  Reset logica voor 0-9 op beide
Tweede 74LS93 (Tientallen):
  CP0 ← Q3 van eerste
  Reset logica voor 0-9

Werkt omdat eerste teller na 10 pulsen (0→9→reset) één puls op Q3 geeft (÷16, maar reset bij 10 → effectief ÷10).

Modern Alternatieven

Veelvoorkomende Problemen

• Telt niet / vast op 0: MR1 of MR2 niet laag (moeten GND zijn). CP0 geen pulsen (check met scoop). VCC/GND omgewisseld.
• Oneerlijke telling / sprongen: Klok signaal ruizig (geen schmitt-trigger). Voeg RC filter of 74HC14 inverter toe. Debounce mechanische schakelaar!
• Reset werkt niet bij 10: NAND poort verkeerd aangesloten (moet Q3 EN Q1 monitoren). Propagation delay reset → teller telt door naar 11,12... voordat reset greep. Synchrone teller (74HC160) lost dit op.
• LED's knipperen zwak: Geen stroombegrenzende weerstanden (220-470Ω per segment).

Conclusie

De 74LS93 is een klassieker voor eenvoudige frequentiedeling en binaire telling in TTL-logica. Eenvoudig, goedkoop, robuust. Voor nieuwe ontwerpen: overweeg 74HC/HCT161/160 (synchroon, 3,3V compatibel) of MCU-gebaseerde oplossingen. De 74LS93 blijft waardevol voor educatie, legacy herstel, en eenvoudige hardware-tellers zonder software complexiteit.