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74HC4060 Counter/Timer Baustein

Der 74HC4060 oder die alte C-Mos version 4060 ist ein recht interessanter Baustein mit vielen möglichen Einsatzgebieten, zum Beispiel als Zähler, Timer, Verzögerungsschalter, Frequenzteiler, Quarzstabilisierte Signalgenerator und vieles Mehr.
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Der 74HC4060 ist ein sog. 14 Stufen Binärzähler. Das bedeutet, dass er im inneren 14 hintereinander geschaltete Flip-Flops besitzt und bis 214 zählen kann. Zusätzlich besitzt er noch einen internen Oszillator. Um diesen anzusteuern, braucht man nur 3 Teile: 2 Widerstände und einen Kondensator, die wie auf dem Bild angeordnet werden müssen.

Die Frequenz des internen Oszillators ergibt sich nach der Formel

f = 1/(2,5*R1*C1)

bzw.

2,5*R1*C1 = Pulsdauer in Sekunden

Dabei sollten, laut Datenblatt, folgende Grenzen eingehalten werden: C1>50pF , 10kOhm < R1 < 1Mohm und R2 (in etwa) = 2R1. Ansonsten kann es sein das der Oszillator nicht sauber anschwingt.
An den Ausgängen Q4 bis Q14 liegt dann ein Binärcode an, der hochgezählt wird. Q1 bis Q3 existieren nicht, der Zähler führt diese Stufen nicht nach außen. Auch Q11, also die 11. Stelle, fehlt.

Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q12 Q13 Q14
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1 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
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0 1 1 0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 0 0 0 0 0 0 0

 

Was bringt uns das ganze nun? Ganz einfach: da wir ja mit R1,R2 und C1 die Taktfrequenz einstellen können, können wir jetzt (fast) beliebig langsamere Takte daraus ableiten.

Beispiel:

Wir wählen R1 und R2 und C1 so, dass wir eine Basisfrequenz haben von 160Hz. An Q4 haben wir dann 160/16 Hz also 10Hz. An Q5 hat man dann 5 Hz und so weiter.

Das kommt daher, weil Q4 eben jenes Bit ist, welches für 24 also 16 steht. Es schaltet bei jedem 16en Taktisignal und teilt damit effektiv unsere Oszillatorfrequenz durch 16. Q5 zählt bis 32 und die Basisfrequenz wird hier durch 32 geteilt usw.

Dementsprechen wird aber an Q14 durch 16384 geteilt also hat das ganze eine Frequenz von 0,009765625Hz oder anders ausgedrückt: nachdem wir die Schaltung aktivieren, dauert es 102,4 Sekunden ( 1/0,009765625Hz ) bis Q14 von Low auf High umspringt.

Hier ist der Osszilator quarzstabilisiert.
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R1 kann von 100kOhm bis 1Mohm sein
R2 ist 2,2kOhm
Beide Kondensatoren können 22pF bis 33pF sein.
Ohne Osszilator lässt sich das ganze natürlich auch betreiben. Lässt man einfach die Widerstände und den Kondensator weg, kann man ein externes Taktsignal an Pin 11 geben. Dessen Frequenz wird dann genauso wie oben beschrieben heruntergeteilt und ist an den jeweiligen Pins abgreifbar.

Mann kann aber auch einfach wie bei einem Zähler üblich, Impulse (die nicht regelmässig sind) auf Pin 11 geben und diese Zählen lassen. Es handelt sich ja bei dem Chip um einen Zählbaustein. Allerdings kann dieser Chip sehr, sehr hoch zählen. (Man sollte aber beachte das Q11 nicht zur verfügung steht.)

 

So kann man dann auf einfache Weise an den Einzelnen Ausgängen die Basisfrequenz des Quarzes noch herunterteilen und erhält so unter Umständen eine passende Frequenz im NF Bereich die Quarzstabilisiert ist.

Die Anwendungsbereiche des 4060 sind also nur durch die eigene Fantasie begrenzt.

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