台北南投意麵: 解釋 CD4017 計數器原理

CD4017－輔助解鎖遙控器

解釋 CD4017 計數器原理

CD4017 是一款常用的 十進位計數器 / 脈衝分配器（Decoded Decade Counter），內部結合了 5 級約翰遜計數器（Johnson Counter） 與 解碼邏輯閘。

它的核心功能是：每接收到一個 Clock（時脈脈衝）輸入，10 個輸出端（Q0～Q9）就會依序輸出高電平（High），且同一時間只有一個輸出端為高電平。

CD4017 採用 16 腳位的封裝，各腳位功能如下：

CLK (Pin 14 - Clock Input)：脈衝輸入端。每輸入一個正脈衝（上升沿），計數器就會加 1，將高電平移位到下一個輸出腳。
CLK INHIBIT / EN (Pin 13 - Clock Enable)：時脈禁止 / 致能端。
- 接 地 (GND / L)：啟用計數（正常工作狀態）。
- 接 高電平 (VCC / H)：凍結計數，鎖定當前狀態。
RESET (Pin 15)：重設端。
- 給予高電平 (H) 時，計數器會強制歸零（Q0 輸出高電平，其餘 Q1～Q9 為低電平）。
- 正常運作時必須 接地 (GND)。
Q0 ~ Q9 (Pins 3, 2, 4, 7, 10, 1, 5, 6, 9, 11)：10 個解碼輸出端，隨時脈遞進依序變為高電平。
CARRY OUT (Pin 12 - $\text{CO}$ / 進位腳)：每當計數器完成 10 個脈衝循環（從 Q0 數到 Q9）時，會產生一個完整的脈衝訊號，可用於串接下一級 4017（擴充至百位數、千位數等）。

初始狀態（Reset）：當 Pin 15 (RESET) 接收到高電平脈衝後，計數器歸零。此時 Q0 輸出 High (5V)，Q1～Q9 皆為 Low (0V)。
脈衝遞進（Counting）：
- 第 1 個脈衝（CLK 上升沿）輸入 $\rightarrow$ Q1 變 High，Q0 變 Low。
- 第 2 個脈衝輸入 $\rightarrow$ Q2 變 High，Q1 變 Low。
- 依此類推，直到第 9 個脈衝輸入 $\rightarrow$ Q9 變 High。
- 第 10 個脈衝輸入 $\rightarrow$ 循環重新開始，Q0 再次變 High。
N 進位循環設定（模數 N， $\text{Mod-}N$ ）：如果不需要數滿 10 個步驟，只需將目標步驟的輸出腳接到 RESET (Pin 15) 即可。
- 範例（4 步循環/四進位）：將 Q4 (Pin 10) 接回 RESET (Pin 15)。
- 過程：計數器順序為 Q0 $\rightarrow$ Q1 $\rightarrow$ Q2 $\rightarrow$ Q3 $\rightarrow$ 到達 Q4 時立即使 Pin 15 變高電平而瞬間歸零回到 Q0，實現 4 步循環（常用於單極性步進馬達的 4 相驅動控制）。