Nguyên lý hoạt động IC 4014 và các Mạch ứng dụng

CD4014 là một IC CMOS loại thanh ghi dịch 8 bit (shift register 8-bit) được sản xuất bởi nhiều nhà sản xuất linh kiện điện tử, chẳng hạn như Texas Instruments và Fairchild Semiconductor. Nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm việc lưu trữ dữ liệu và điều khiển tín hiệu.

Shift register là một mạch điện tử có khả năng lưu trữ và chuyển dữ liệu theo một chuỗi các bit. CD4014 được thiết kế để lưu trữ tám bit dữ liệu và chuyển đổi chúng từ một chế độ sang một chế độ khác. Nó có thể hoạt động với nhiều nguồn cấp điện khác nhau, từ 3V đến 18V.

CD4014 có thể được kết nối với các mạch khác để thực hiện các chức năng phức tạp hơn. Ví dụ, nó có thể được sử dụng để lưu trữ các trạng thái đầu vào của một hệ thống và điều khiển các tín hiệu truyền vào và ra khỏi hệ thống đó. Nó cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng điều khiển động cơ hoặc các thiết bị khác trong các ứng dụng tự động hóa.

CD4014 có kích thước nhỏ và dễ sử dụng, nên nó thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tính linh hoạt cao và không gian hạn chế.

Một shift register là một thành phần được tạo thành từ các flip-flop D được kết nối liên tiếp sao cho mỗi bit được dịch sang flip-flop tiếp theo trên mỗi xung clock. Dưới đây là một ví dụ về shift register 4-bit thông thường được tạo từ các flip-flop D.

Mạch 4-bit Shift Register

Chức năng các chân CD4014

CD4014 là một loại shift register 8-bit và có 16 chân. Dưới đây là mô tả chức năng của mỗi chân:

  1. VDD: Chân nguồn dương (+) cấp cho vi mạch.
  2. Qa: Chân xuất dữ liệu (output) của flip-flop đầu tiên.
  3. Qb: Chân xuất dữ liệu của flip-flop thứ hai.
  4. Qc: Chân xuất dữ liệu của flip-flop thứ ba.
  5. Qd: Chân xuất dữ liệu của flip-flop thứ tư.
  6. QE: Chân xuất dữ liệu của flip-flop thứ năm.
  7. QF: Chân xuất dữ liệu của flip-flop thứ sáu.
  8. QG: Chân xuất dữ liệu của flip-flop thứ bảy.
  9. QH: Chân xuất dữ liệu của flip-flop cuối cùng.
  10. SER (Serial Data Input): Chân đầu vào dữ liệu nối tiếp (serial data input), sử dụng để đưa dữ liệu vào shift register.
  11. SRCLK (Shift Register Clock Input): Chân xung clock đưa vào để chuyển dữ liệu qua từng flip-flop trong shift register.
  12. SRCLR (Shift Register Clear Input): Chân reset cho shift register, khi được đưa lên mức Logic “0”, tất cả các flip-flop trong shift register sẽ được đặt lại về trạng thái ban đầu.
  13. OE (Output Enable Input): Chân điều khiển đầu ra (output enable), sử dụng để kích hoạt hoặc vô hiệu hóa tín hiệu xuất ra của shift register.
  14. GND: Chân mát tính của vi mạch.
  15. QH\ (Inverted Output): Chân xuất dữ liệu của flip-flop cuối cùng nhưng được phản xạ ngược (inverted).
  16. MR (Master Reset Input): Chân reset chính (master reset), khi được đưa lên mức Logic “0”, toàn bộ vi mạch sẽ được đặt lại về trạng thái ban đầu.
READ  Cách mạch và module điều khiển động cơ bước tốt dễ dùng

Cách sử dụng CD4014

Để sử dụng CD4014 làm shift register 8-bit, bạn cần nối đúng các chân của nó với các linh kiện khác trong mạch. Sau đây là cách sử dụng CD4014:

  1. Nối chân VDD với nguồn dương (+) và chân GND với đất (-).
  2. Nối chân SER với nguồn dữ liệu nối tiếp (serial data source).
  3. Nối chân SRCLK với xung clock của hệ thống.
  4. Nếu không cần thiết, có thể vô hiệu hóa đầu ra bằng cách nối chân OE với nguồn đất.
  5. Sử dụng một xung clock để đẩy dữ liệu từ chân SER vào shift register. Mỗi xung clock sẽ dịch các bit trong shift register sang flip-flop kế tiếp.
  6. Nếu muốn đọc dữ liệu trong shift register, bạn có thể đọc các giá trị trên các chân Qa đến Qh. Nếu muốn đọc dữ liệu phản xạ ngược, bạn có thể đọc giá trị trên chân QH.
  7. Nếu cần đặt lại shift register, nối chân SRCLR với mức Logic “0”. Nếu cần đặt lại toàn bộ mạch, nối chân MR với mức Logic “0”.

Lưu ý rằng cách sử dụng CD4014 có thể khác nhau tùy vào ứng dụng và mạch điện cụ thể. Bạn cần tham khảo datasheet của CD4014 để biết thêm chi tiết về cách sử dụng và các tính năng khác của nó.

Mạch minh họa

Trong mạch này, bạn cần tạo mã để Arduino trước tiên đặt chân D3 HIGH (Parallel Enable) và sau đó cung cấp một xung dương trên chân D2 để kích hoạt chân CLK. Điều này cho phép tải trạng thái hiện tại của tất cả các công tắc. Bây giờ trạng thái của công tắc S8 có thể đọc được từ chân D4.

READ  Chỉnh bias để amply cục đẩy có tiếng nhạc hay hơn

Để đọc trạng thái của công tắc tiếp theo (S7), cung cấp một xung dương khác trên chân D2 để kích hoạt chân CLK. Tiếp tục làm như vậy cho đến khi bạn đọc được tất cả tám công tắc.

Các IC tương đương CD4014

Có một số IC tương đương với CD4014, đó là:

  1. 74HC164 – Shift Register 8-bit với đầu vào nối tiếp (serial-in) và đầu ra song song (parallel-out).
  2. 74HC595 – Shift Register 8-bit với đầu vào song song (parallel-in) và đầu ra nối tiếp (serial-out).
  3. SN74HC595 – Phiên bản tương tự của 74HC595 nhưng được sản xuất bởi Texas Instruments.
  4. MC74HC164A – Phiên bản tương tự của 74HC164 nhưng được sản xuất bởi Motorola.

Các IC này có chức năng tương tự với CD4014, với một số tính năng khác nhau, ví dụ như kiểu đầu vào/đầu ra hoặc điện áp hoạt động. Bạn cần tham khảo datasheet của từng IC để biết thêm chi tiết và chọn IC phù hợp với ứng dụng của mình.

Ưu điểm và nhược điểm CD4014

Ưu điểm

  • Thiết kế đơn giản và giá thành rẻ.
  • Có thể kết nối nhiều IC lại với nhau để tạo ra độ dài shift register lớn hơn.
  • Có thể lưu trữ các giá trị vào đa dạng ứng dụng, chẳng hạn như lưu trữ các giá trị cảm biến, địa chỉ của thiết bị hoặc nhiều thông tin tương tự khác.

Một số nhược điểm:

  • Không thể lưu trữ giá trị một cách liên tục. Để lưu trữ một giá trị mới, bạn phải cung cấp xung clock.
  • Không có chức năng truy cập ngẫu nhiên. Bạn chỉ có thể đọc được các giá trị một cách tuần tự từ đầu đến cuối của shift register.
  • Độ chính xác của giá trị được lưu trữ có thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu hoặc sự không chính xác của tín hiệu đầu vào.

Đặc tính kỹ thuật CD4014

Dưới đây là một số đặc tính kỹ thuật chính của CD4014 – An 8-bit Shift Register:

  • Số bit: 8 bit.
  • Điện áp hoạt động: 3V đến 18V.
  • Công suất tiêu thụ: 2mW (điện áp 5V).
  • Tần số hoạt động: 5 MHz (tần số clock).
  • Điện trở đầu vào: 10^12 ohm.
  • Dòng ra tối đa: 6mA.
  • Dòng nguồn tối đa: 4mA.
  • Số lần tải và xả thấp nhất: 10^4.
  • Điện trở đầu ra: 50 ohm.
  • Tính năng bảo vệ ESD (Electro-Static Discharge) tốt.
READ  Dùng Raspberry làm Music server và Transport

Lưu ý rằng các đặc tính kỹ thuật này có thể khác nhau tùy thuộc vào nhà sản xuất và điều kiện hoạt động cụ thể. Để biết thêm chi tiết, bạn cần xem datasheet của CD4014 của nhà sản xuất để biết thêm chi tiết.

Các loại mạch ứng dụng CD4014 – An 8-bit Shift Register

CD4014 – An 8-bit Shift Register được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử để lưu trữ và chuyển đổi dữ liệu. Dưới đây là một số ứng dụng chính của nó:

  • Mạch đồng hồ LED: Sử dụng CD4014 để lưu trữ và chuyển đổi các bit đầu vào từ các nút nhấn để đọc thời gian và hiển thị trên các đèn LED.
  • Mạch đọc nhiệt độ: CD4014 được sử dụng để lưu trữ giá trị đo được từ cảm biến nhiệt độ và chuyển đổi nó sang dạng tín hiệu điện để sử dụng cho các mạch điều khiển khác.
  • Mạch điều khiển động cơ bước: CD4014 được sử dụng để lưu trữ các trạng thái của các dãy đầu vào và chuyển đổi chúng thành các xung để điều khiển động cơ bước.
  • Mạch điều khiển đèn đường: CD4014 được sử dụng để lưu trữ và chuyển đổi các giá trị điều khiển từ các cảm biến độ sáng và tạo ra các xung để điều khiển các đèn đường.
  • Mạch lưu trữ thông tin: CD4014 có thể được sử dụng để lưu trữ các thông tin như địa chỉ của thiết bị hoặc các thông tin khác và truyền tải chúng cho các mạch điều khiển khác.
  • Mạch đọc cảm biến: CD4014 có thể được sử dụng để lưu trữ giá trị đo được từ các cảm biến như áp suất, độ ẩm, ánh sáng, và chuyển đổi chúng thành các tín hiệu điện để sử dụng cho các mạch điều khiển khác.
  • Mạch điều khiển động cơ servo: CD4014 được sử dụng để lưu trữ các trạng thái của các dãy đầu vào và chuyển đổi chúng thành các tín hiệu xung để điều khiển động cơ servo.
  • Mạch tạo hiệu ứng đèn LED: CD4014 được sử dụng để lưu trữ và chuyển đổi các giá trị đầu vào từ các cảm biến như âm thanh hoặc chuyển động để tạo ra các hiệu ứng ánh sáng độc đáo trên các đèn LED.
  • Mạch chuyển đổi tín hiệu: CD4014 có thể được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu từ một hệ thống đầu vào sang một hệ thống đầu ra khác.
  • Mạch lập trình logic: CD4014 có thể được sử dụng để lập trình các bộ xử lý logic đơn giản.

Tải datasheet IC 4014 click vào đây