CD4000系列逻辑电路工作原理及其基本应用-十进制计数器CD4017

CD4017集成电路简介

CD4017是一种十进制计数器/脉冲分配器，它具有十个译码输出端，一个时钟输入端，一个清除端，一个禁止端以及一个进位端。其时钟输入端具有施密特整形功能，对输入上升时间和下降时间无限制。CD4017常被用于计数、定时等电路中。

CD4017集成电路内部结构

CD4017内部主要由十进制计数器及译码器等两部分组成。这两部分由基本的逻辑门电路组成，其中5个D触发器构成了5个约翰逊（Johnson）计数器，10个与门电路构成了输出译码器。

CD4017内部逻辑结构图

十进制计数器实际上是一个串行的移位寄存器，它由前一级的输出端去触发后一级的输入端，这种结构的计数器具有结构简单、工作可靠、速度快并且只需单个输入端即可进行计数，2输入端与门即可实现译码输出。

CD4017集成电路工作原理

当加上清零脉冲后，Q1～Q5均输出0，由于Q1的数据输入端D1是Q5输出的反码，因此当输入第—个时钟脉冲后，Q1输出1，这时Q2-Q5均依次进行移位输出，Q1的输出移至Q2，Q2的输出移至Q3，如果继续输入脉冲，则Q1为新的Q5，Q2-Q5依次移位输出。

5个约翰逊计数器总共可以输出32种二进制计数组合，十进制输出只用到了其中的十个计数输出，但由于电路的随机性，可能会输出不需要的22种状态，即伪码状态。为了避免这种状态的输出，在第三级的计数器前增加了由两级门电路组成的逻辑处理部分，D触发器的输出并不直接连到下一级的输入端，这样在上电的瞬间，能够快速进入我们所需要的十种计数输出。

CD4017集成电路逻辑功能

CD4017有3个输入端：清零端R及时钟输入端CP、CR

当在清零端R施加高电平或正脉冲时，计数器清零，此时只有Q0输出高电平，其余输出均为低电平；

CP和CR为两个时钟输入端，其中CP为上升沿输入端，CR为下降沿输入端。CP和CR具有互锁关系，当使用CP输入时，CR端要接低电平，使用CR计数时，CP端要接高电平。

CD4017有10个译码输出端Q0-Q9，它随着时钟脉冲的输入依次出现高电平。为了级联方便，芯片还设有进位输出端QC，每输入10个时钟脉冲，就会输出一个进位脉冲，作为下一级计数器的时钟输入信号。

CD4017真值表

CD4017集成电路引脚排序及主要参数

CD4017引脚排序

CD4017引脚排序如上图所示。其中Q0-Q9为十个计数输出端，CP及CR为时钟脉冲输入端，INH为禁止端，CO为进位输出端，VDD为电源正极，VSS为电源负极。CD4017的工作电源范围为3-15V。

CD4017集成电路基本应用电路

CD4017与NE555构成的流水灯电路

上图为NE555与CD4017构成的流水灯电路。其中NE555作为时钟振荡电路，通过调节电位器RP的阻值，可以改变振荡输出频率。由NE555振荡输出的信号进入CD4017的时钟输入端CP，每输入一个时钟信号，CD4017移位输出高电平驱动LED发光，不断地输入时钟信号，Q0-Q9就会循环输出高电平驱动LED形成流水灯效果。通过CO端级联下一个CD4017，就可实现多个LED的流水灯效果。其中，电路中的EN端即为INH端。

脉冲选择数字电路

本电路要说的是脉冲选择电路，很简单，一起来看看。

如果我们想要一次选取多个脉冲，可采用下面的电路，该电路可以通过按动一下相应的开关，在1～9个范围内任意选取脉冲。电路原理图见图所示，图中仅列举了选取4、8、9个脉冲情形。

脉冲选择电路原理图

电路组成

该电路由脉冲发生电路和脉冲输出个数控制电路两部分组成，脉冲发生电路由与非门电路4011芯片（原理图中U2指的是4011）组成。在电路中，4011芯片中的两个与非门U2B(第4、5、6引脚)，U2C(第8、9、10引脚)与电阻R3、电容C2组成的多谐振荡器产生脉冲，该脉冲经U2D(11、12、13引脚)整形后输出。而脉冲输出的个数，则由控制电路与控制开关决定。

脉冲输出控制电路由十进制计数器4017芯片、控制开关S1、S2、S3和控制与非门U2A(1、2、3引脚)组成。电路中，U2A输出电平的高、低决定着脉冲振荡器的起振与停振。而U2A的输出电平又是由计数器4017的输出端与控制开关S1、S2、S3的接通与否决定的。

原理简介

我们假设S1、S2、S3均处于断开状态，则U2A的输入端（第1脚和第2脚）因通过电阻R1接电源正极，为高电平，它的输出端（第3脚）为低电平，脉冲发生器因此而停振。当欲取得某个数目的脉冲（例如欲取得4个脉冲）时，可按下开关S1，由于计数器的各个输出端（Q0～Q9）均为低电平，S1的闭合将U2A的输入端拉向低电平，它的输出端变为高电平，脉冲振荡器起振输出脉冲，这些脉冲除了通过U2D向外输出外，还直接加至计数器的下降沿计数输入端!EN端（EN的取反），使计数器4017输出脉冲计数，它的输出端依次输出高电平。当它的Q4端输出高电平时这一高电平通过S1加至U2A的输入端，U2A的输出变为低电平，脉冲发生器停振；同时经电容C1加至4017芯片的RST复位端使计数器复位。这时电路只输出了4个脉冲。同理，当需要输出其他数的脉冲时，可按下对应的开关。

脉冲选择电路PCB图

实验提示

1.电路中，计数器采用下降沿触发的计数方式，其作用是防止脉冲的丢失，确保输出脉冲数的准确性。

2.当需要电路再次输出脉冲时，需先断电，过一小段时间再接通电源，以使4017计数器复位，否则，电路将可能无脉冲输出。或者在Q0端加装一个开关，按动这个开关来实现电路复位。

3.电路中S1、S2、S3三个开关可用4位拨码开关代用，或用三个独立的开关控制电路。

4.这里只列举了分别输出4、8、9个脉冲的情形，实际1～9个脉冲都可以选择，在4017相对应的输出端接上开关即可实现。

脉冲选择电路PCB3D效果图

实验材料

脉冲选择电路清单表

看完之后，有兴趣的小伙伴可对照物料清单尝试做一下实验！

相关问答

CD4017型十进制计数/脉冲分配器集成电路可以用哪种代替?

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