555タイマーと4017カウンタによるLEDシーケンサ構築：周波数分周とデバウンス

部品と材料

• 4017ディケードカウンタ/分周器（Radio Shackカタログ# 276-2417）
• 555タイマーIC（Radio Shackカタログ# 276-1723）
• 10セグメントバーグラフLED（Radio Shackカタログ# 276-081）
• SPSTスイッチ1個
• 6ボルト電池1個
• 10kΩ抵抗
• 1MΩ抵抗
• 0.1µFコンデンサ（Radio Shackカタログ# 272-135または同等品）
• 結合コンデンサ、0.047〜0.001µF
• 470Ω抵抗10個
• ヘッドホン付きオーディオ検出器

注意！ 4017 ICはCMOSであり、静電気に敏感です。

任意の単極単投スイッチが使用可能です。家庭用照明スイッチで十分で、広く入手可能です。

オーディオ検出器は信号周波数の評価に役立ちます。オシロスコープがあれば省略できます。

関連リファレンス

Lessons In Electric Circuits、第4巻、第3章：「ロジックゲート」

Lessons In Electric Circuits、第4巻、第4章：「スイッチ」

Lessons In Electric Circuits、第4巻、第11章：「カウンタ」

学習目標

• 555非安定マルチバイブレータでクロックパルスを生成する
• 4017ディケードカウンタで10分の1パルスシーケンスを生成する
• 4017を周波数分周器として使用する
• ストップウォッチとカウンタ出力で周波数を測定する
• プルダウン抵抗の役割を説明する
• メカニカルスイッチのバウンスがデジタル回路に及ぼす影響を理解する
• 555ベースのデバウンスでメカニカルスイッチを実装する

回路図

イラストレーション

手順

4017 ICは10個の出力ピンを持つCMOSディケードカウンタです。クロックピン（ピン14）でロー・トゥ・ハイ遷移が発生すると、チップは1ステップ進み、次の出力をハイにし、他をローにします。555タイマーを非安定発振器として設定すると、カウンタは全10出力を巡回し、各LEDを順番に点灯させてからシーケンスを再開します。555の抵抗とコンデンサ値を調整するとフラッシュレートが変わります。

ピン14（クロック）からピン3（出力）へのジャンパーを外し、自由端を保持してください。周囲の60Hz商用電源ノイズがカウンタを駆動し、LEDが急速に点滅して、カウンタの外部高周波信号への感度を実演します。

ピン15（リセット）とピン13（クロックイネーブル）はグラウンドに接続され、カウンタが自由に動作します。リセットをハイにするとカウンタがゼロに戻ります（ピン3ハイ、他ロー）。クロックイネーブルをハイにするとカウントが一時停止します。リセットを出力ピンのいずれかに接続するとシーケンスが短縮されます。ジャンパーをグラウンドから各出力に移動しながら、どのLEDが点灯するか実験してください。

画像：

4017は周波数分周器であるため、555からの200Hzクロックは、全10ステップシーケンスがイネーブルされているとき、任意の出力で20Hzパルスを生成します。一般に、各出力は10クロックサイクルごとに1回パルスを出力します。

この分周を聴くには、0.047〜0.001µFの結合コンデンサを出力0（ピン3）からグラウンドに接続し、オーディオ検出器に入力してください。リセットがグラウンドされている状態で、0のLEDが点灯するたびに「カチッ」という音が聞こえます。これは555周波数の10分の1です。

ストップウォッチで1分間のクリック数を数えてください。カウントに10を掛けて60で割ると、555の周波数（Hz）が得られます。私の構築例（1MΩ、0.1µF、13V電源）では、分あたり79クリックで13.17Hzとなりました。

分周されていないクロックを聴くには、オーディオ検出器を555のピン3に接続してください。生じるブザー音が生の発振周波数です。

リセットを中間出力に接続することで、1/9、1/8、…、1/2の分周比を作れます。例えば、リセットを第6 LEDに接続すると1/5比となり、1/10構成の約2倍のクリックレートになります。

1MΩタイミング抵抗をより小さい値（例：10kΩ）に置き換えて555の周波数を上げてください。リセットジャンパーを動かしながら変化する音色を聴いてください。分周因子が2、4、8のときにオクターブが現れます。

スイッチバウンス実演：555を切り離し、10kΩプルダウン抵抗と直列にSPSTスイッチをピン14に接続します。プルダウンにより、スイッチが開いたときに定義されたロー状態が確保され、フローティング入力と誤カウントを防止します。スイッチをトグルすると、急速な接点バウンスによりカウンタがステップをスキップすることがあります。

バウンスを除去するには、555をモノステーブルデバウンサとして使用します：スイッチをトリガーピンに接続し、555の出力でカウンタのクロックを駆動します。コンデンサの充電時間がスイッチの落ち着き時間を超え、かつ高速作動を見逃さない程度に短いことを確認してください。

デバウンスされた回路では、各スイッチ押下で1カウントとなり、期待通りのLEDシーケンスが復元されます。