IC 4060 là một chip CMOS có bộ đếm nhị phân không đồng bộ với 14 tầng Flip-Flop và bộ dao động. IC này có thể được sử dụng để thiết kế mạch hẹn giờ với thời gian thay đổi được hoặc để tạo ra các tín hiệu có tần số khác nhau. Điều này được thực hiện là do IC có một mô-đun dao động tích hợp với yêu cầu chỉ một vài linh kiện điện tử thụ động.
Chỉ cần hai điện trở và một tụ điện, mạch có thể tạo ra 10 tần số khác nhau. Điều này làm cho IC 4060 trở thành một chip rất thú vị, đặc biệt là đối với những người quan tâm đến âm thanh và bộ tổng hợp.
Sơ đồ chân của IC 4060
IC đếm nhị phân 4060 gồm có tất cả 16 chân. Q3 – Q9 và Q11 – Q13 là các chân ngõ ra. Các chân này cũng chính là các ngõ ra của bộ đếm nhị phân hoạt động theo cạnh xuống của xung đồng hồ. Chân mà chúng ta sử dụng để kết nối với bộ dao động là chân 9 (CTC) và chân 10 (RTC). Hình bên dưới cho thấy cấu hình chân của IC 4060.
Bảng bên dưới mô tả chức năng từng chân của IC 4060.
| Số chân | Tên chân | Mô tả |
| 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 13, 14, 15 | Q11, Q12, Q13, Q5, Q4, Q6, Q3, Q8, Q7, Q9 | Các chân ngõ ra của IC |
| 8 | Ground (Vss) | Chân nối đất |
| 9 | CTC | Kết nối với tụ điện để cài đặt tần số dao động |
| 10 | RTC | Kết nối với điện trở để cài đặt tần số dao động |
| 11 | RS | Ngõ vào xung đồng hồ |
| 12 | Reset | Chân Reset (tích cực mức cao) |
| 16 | Vcc | Chân cấp nguồn (+3V to +15V) |
Các đặc điểm của IC đếm nhị phân CD4060
- Đầu vào xung Schmitt trigger cho phép thời gian tăng và giảm không giới hạn
- Hoạt động hoàn toàn tĩnh với đầu vào và đầu ra được đệm
- Phạm vi đếm: 0 đến 16383 (giá trị thập phân)
- Tần số xung clock tối đa là 30MHz với VDD = 10V
- Hoạt động tốc độ trung bình: 8MHz với VDD = 10V
- Chân và chức năng tương thích với IC họ TTL
- Độ trễ truyền reset: 25ns với nguồn cấp 5V
- Tần số tối thiểu của bộ dao động RC: 690kHz với VDD = 10V
Bộ đếm nhị phân với bộ dao động là gì?
Bộ đếm nhị phân là một mạch số được tạo thành từ các flip-flop mắc nối tiếp với nhau. Ngõ ra của một flip-flop được kết nối với ngõ vào xung đồng hồ (xung clock) của flip-flop tiếp theo. Ngõ vào xung clock của flip-flop ở phía tận cùng bên trái của bộ đếm nhị phân 4 bit bên dưới là cũng chính là ngõ vào xung đồng hồ của bộ đếm.
Thay vì chỉ có 4 flip-flop như trong ví dụ trên, IC 4060 có 14 flip-flop mắc nối tiếp nhau. Điều này có nghĩa là IC có thể đếm đến 16383 (giá trị lớn nhất của 14 bit).
IC 4060 cũng được tích hợp bộ dao động giúp tạo xung nhịp để tự động tăng số đếm. Điều này làm cho IC CD4060 trở thành một bộ hẹn giờ có thể được sử dụng để chọn giữa các độ trễ thời gian (hoặc tần số) khác nhau, tùy thuộc vào ngõ ra Q mà bạn sử dụng.
Ví dụ, nếu bạn chọn giá trị cho các điện trở và tụ điện để bộ dao động tạo ra tần số dao động là 1 Hz, có nghĩa là bộ đếm tăng một sau mỗi giây. Vì vậy, đối với thời gian trễ 8 giây, bạn có thể sử dụng ngõ ra Q3. Hoặc đối với thời gian trễ 2 giờ 16 phút (8192 giây), bạn có thể sử dụng ngõ ra Q13.
Nguyên lý hoạt động của IC 4060
IC CD4060 có một mô-đun dao động tích hợp. Vì IC này là một bộ đếm nhị phân, do đó mỗi khi xung đồng hồ chuyển từ mức cao xuống mức thấp (xung đồng hồ tác động cạnh xuống) thì giá trị của bộ đếm sẽ tăng thêm 1. Chân Reset của IC phải luôn được nối đất hoặc kết nối với cực âm của nguồn cung cấp. Nếu chân Reset này được tích cực mức cao thì bộ đếm sẽ bị reset, các ngõ ra của IC sẽ bằng 0 hay nói cách khác bộ đếm sẽ hoạt động lại từ đầu. Ảnh hưởng của mức logic tại chân Reset và xung đồng hồ được hiển thị trong bảng bên dưới, trong đó X là trạng thái không quan tâm (don’t care).
| RESET | Giá trị đếm | |
|---|---|---|
| X | 1 | Reset mạch đếm về giá trị 0 |
| Xung đồng hồ tác động cạnh xuống | 0 | Giá trị của bộ đếm tăng thêm 1 |
| Xung đồng hồ tác động cạnh lên | 0 | Không thay đổi |
Hướng dẫn sử dụng IC 4060
Trước hết, bạn cần kết nối chân Vcc với cực dương và chân GND với cực âm của nguồn điện cung cấp. Bạn có thể sử dụng nguồn điện có điện áp từ 3V đến 15V. Mặc dù, một số phiên bản của IC 4060 sử dụng điện áp nguồn lên đến 20V. Bạn có thể kiểm tra datasheet của IC để biết giá trị chính xác.
Để kích hoạt bộ dao động, hãy kết nối một điện trở với chân RTC, một tụ điện với chân CTC và một điện trở với chân RS và kết nối chung cả ba linh kiện này lại với nhau ở chân còn lại.
Tần số dao động tạo ra bởi bộ dao động được tính theo công thức:
f (Hz) = 1/( 2,3 * Ct * Rt )
Lưu ý rằng R2 cần phải lớn hơn nhiều so với Rt (khoảng 10 lần) để công thức trên được tính chính xác.
Tần số của mỗi chân ngõ ra của CD4060 thu được sẽ gấp đôi tần số ở ngõ ra trước đó. Nếu tần số ở chân 2 là 4Hz, thì ở chân 3 sẽ là 8Hz, v.v. Ngoài ra, chúng ta có thể tính chu kỳ của mỗi chân theo công thức sau:
T = 2n/f
Trong công thức này, f là tần số của bộ dao động và n là số chân ngõ ra.
Để cho IC hoạt động chính xác hơn thì mạch dao động dùng thạch anh có sơ đồ kết nối như sau:
Nếu bạn muốn reset bộ đếm về 0, hãy đưa chân Reset lên mức CAO. Thông thường, bạn cần đưa chân này xuống mức thấp để IC hoạt động.
Một số mạch sử dụng IC 4060
Mạch định thời, điều chỉnh được thời gian
Để thi công mạch này, bạn sẽ cần các linh kiện sau đây:
- IC 4060, chẳng hạn như CD4060BE
- Một công tắc xoay với nhiều vị trí chọn khác nhau để chọn thời gian hẹn giờ
- Một điện trở 100 kΩ (R1)
- Một tụ điện 0,22 µF (C1)
- Một điện trở 1 MΩ (R2)
- Một bóng transistor NPN (Q1)
- Một điện trở 1kΩ (R3) để phân cực cho transistor
- Một rơ-le
Với các giá trị đã chọn cho C1 và R1, tính được tần số dao động là:
f (Hz) = 1 / (2,3 * 0,0000022 F x 100000 Ω) = 1,98 Hz
Vì vậy, chúng ta có khoảng 2 xung đồng hồ mỗi giây. Và do đó chúng ta có thể có được thời gian trễ khi mỗi ngõ ra lên cao:
Q3 lên CAO sau 23 = 8 xung clock = 4 giây
Q4 lên cao sau 24 = 16 xung clock = 8 giây
Q5 lên cao sau 25 = 32 xung clock = 16 giây
Q6 lên cao sau 26 = 64 xung clock = 32 giây
Q7 lên cao sau 27 = 128 xung đồng hồ = 1 phút 4 giây
Q8 lên cao sau 28 = 256 xung đồng hồ = 2 phút 8 giây
Q9 lên cao sau 29 = 512 xung đồng hồ = 4 phút 16 giây
Q11 lên cao sau 211 = 2048 xung đồng hồ = 17 phút 4 giây
Q12 lên cao sau 212 = 4096 xung đồng hồ = 34 phút 8 giây
Q13 lên cao sau 213 = 8192 xung đồng hồ = 1 giờ 8 phút và 16 giây
Mạch điều khiển đèn đường
Mạch ví dụ dùng IC CD4060 này điều khiển đèn đường với độ trễ 6 giờ. Chúng ta có một quang trở được nối với chân Reset. LDR cảm nhận ánh sáng và cung cấp tín hiệu Reset cho bộ đếm thời gian khi ánh sáng giảm xuống dưới một mức nhất định. Ngay khi phát hiện ánh sáng yếu, mạch hẹn giờ dùng IC CD4060 được kích hoạt. Đèn sẽ được bật sáng sau khoảng thời gian trễ 6 giờ. Bởi vì tần số dao động được thiết kế để mạch hoạt động theo cách này.
Kết luận
Tóm lại, IC 4060 rất dễ làm việc vì nó không phụ thuộc vào ngõ vào xung nhịp bên ngoài. Bên cạnh đó, bộ dao động tích hợp mang lại lợi thế nhiều hơn vì bạn sẽ chỉ cần một vài linh kiện điện tử để sử dụng. Ngoài ra, IC có nhiều ứng dụng trong công nghệ điện tử, chẳng hạn như trong mạch đếm, mạch hẹn giờ, bộ chia tần số, v.v.
