Contador BCD de 0-9 con temporizador 555 (Automatización)

Introducción

Se basa en que el generador de pulsos LM555 trabaja a una alta frecuencia de reloj, y al pulsar S1 aplicamos esos pulsos a la entrada de un contador ascendente 74192, aunque también lo podemos ajustar como descendente. El número generado es comparado por un 7485 con el que hayamos colocado en la entrada de datos A de este integrado.

El contador electrónico digital es muy útil por ello en la actualidad estamos rodeados de dispositivos que disponen de algún tipo de contador digital, incluso en la mayoría de los electrodomésticos vienen equipados con uno.

Nuestro contador digital tiene un campo muy amplio para su aplicación de forma rotacional (cuantas vueltas efectúa un objeto) o de forma secuencial (Ej. en una empresa para el conteo de cajas de producto, etc.)

Descripción

El dispositivo elaborado permite visualizar la formación numérica de manera ascendiente desde 0 hasta 9 en un display. Consta de pocos componentes electrónicos y es alimentado por una fuente regulable que suministra 5 volts, es ampliamente utilizado a niveles más complejos para fines comerciales en artefactos electrónicos. Contiene circuitos integrados que permiten dicha función y contiene un potenciómetro que permite regular la velocidad de la formación numérica.

Justificación

Se busca conocer un principio básico de funcionamiento digital ampliamente utilizado en la actualidad.

Objetivo General

Diseñar y construir un contador BCD a 7 segmentos utilizando dispositivos digitales.

Objetivos específicos

• Investigar la fabricación de un contador BCD.

• Diseñar diagramas unifilares y/o multifilares.

• Construir el circuito electrónico en protoboard.

• Comprobar la funcionalidad del dispositivo elaborado.

Marco teórico

Lista de materiales

• Protoboard

• Fuente de 5 volts CD

• 10 Resistencias de 270 ohm.

• 1 Resistencia de 1 k

• 1 Resistencia de 220 k

• 5 Leds

• 1 Capacitor de 10 Microfaradio

• 1 Temporizador 555

• 1 Contador Binario 74LS90 (Se puede utilizar cualquier otro contador; tengan en cuenta que siempre hay que checar la hoja de datos para ver cuales pines son salidas entrada de reloj, etc.)

• 1 Decodificador 74LS47

• 1 Display 7 segmentos en este caso Ánodo Común

• Alambre para protoboard.

Protoboard

Una placa de pruebas (en inglés: protoboard o breadboard) es un tablero con orificios conectados eléctricamente entre sí, habitualmente siguiendo patrones de líneas, en el cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para el armado y prototipado de circuitos electrónicos y sistemas similares. Está hecho de dos materiales, un aislante, generalmente un plástico, y un conductor que conecta los diversos orificios entre sí. Uno de sus usos principales es la creación y comprobación de prototipos de circuitos electrónicos antes de llegar a la impresión mecánica del circuito en sistemas de producción comercial.

Fuente de 5 volts CD (Fuente regulable)

Cuando se trata de circuitos electrónicos digitales que tengan integrados de la familia TTL, se requiere de una fuente regulada de voltaje de 5 voltios. Una fuente regulada entrega en sus bornes de salida un voltaje constante, independiente de las variaciones en la línea de alimentación y en la carga. En este proyecto construiremos una fuente regulada de 5 voltios con capacidad de alimentar una o varias cargas que consuman hasta 1 amperio. En la figura se muestra el diagrama respectivo.

Resistencias

Se denomina resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito eléctrico. En el propio argot eléctrico y electrónico, son conocidos simplemente como resistencias. En otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., se emplean resistencias para producir calor aprovechando el efecto Joule.

Led

Es un componente opto electrónico pasivo y, más concretamente, un diodo que emite luz. Recibirá enviará e indicara los pulsos que circulan hacia el display para generar el cambio en la formación de números.

Capacitor

Un condensador eléctrico o capacitor es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Permite un flujo mas constante y uniforme de electricidad en el circuito.

Temporizador 555

Un NE555N o similar: Circuito integrado que puede emplearse con distintas configuraciones, una de ellas es la de temporizador, para generar pulsos de onda cuadrada, comprendidos generalmente entre 0 y 5 volts con una frecuencia ajustable, mediante la conexión externa de 2 resistores y un capacitor.

Contador Binario 74LS90

(Se puede utilizar cualquier otro contador; tengan en cuenta que siempre hay que checar la hoja de datos para ver cuales pines son salidas entradas de reloj, etc.)

Un DM74LS90N o similar: Circuito integrado de la familia TTL (Transistor Transistor Logic), con diferentes configuraciones, una de ellas, permite realizar el conteo en formato BCD (Binary Coded Decimal), de una serie de pulsos provenientes de una fuente externa.

Decodificador 74LS47

Un DM74LS47N o similar: Circuito integrado de la familia TTL, cuya función es de "driver" o enlace entre el circuito contador y el display de 7 segmentos. El decodificador recibe en su entrada el número que será visualizado en el display. Posee 7 salidas, una para cada segmento. Para un valor de entrada, cada salida toma un estado determinado (activada o desactivada).

La entrada consiste en 4 patas o pines donde el decodificador recibe los números binarios. Podemos ingresar valores de 0 a 9 en formato binario.

Display 7 segmentos

"Display" de 7 segmentos: (para este caso será uno de ánodo común) Donde visualizaremos el conteo. Contiene siete segmentos que son leds capaces de encender y apagar independientemente para dar lugar a la formación numérica.

Alambre para protoboard.

Vías de comunicación entre los componentes electrónicos por donde circula la corriente eléctrica para alimentar todo el circuito.

Marco metodológico

• Se investigó acerca del circuito a desarrollar a través de consultas con profesores y sitios confiables en internet. Se analizó diagramas electrónicos y funciones de cada componente en el circuito a utilizar.

• Se ensambló el circuito del contador en un software de simulación, para garantizar la funcionalidad y proceder a obtener los componentes de manera más confiable.

Diagrama simulado en el entorno de desarrollo de Isis (Proteus 7.6 SP0).

• Se conectó el temporizador que es el que va a estar mandando los pulsos al contador (generalmente se usa una frecuencia de 1 ciclo por segundo; si se quiere que de pulsos a mayor o menor ritmo sé que variar los valores de las resistencias y capacitores).

• Posteriormente se conectó de la siguiente forma el contador:

– La salida del 555 (pin 3) a la entrada del 74LS90 (pin 14)

– Puenteamos del pin 1 al pin 12

– Los pines 2, 3, 6, 7, y 10 van a tierra

– El CI se energiza en el pin 5 (a 5volts)

• Luego se conectó el decodificador:

-Del pin 12 del contador al pin 7 del decodificador.

-Del pin 9 del contador al pin 1 del decodificador.

-Del pin 8 del contador al pin 2 del decodificador.

-Del pin 11 del contador al pin 6 del decodificador.

-El pin 8 del decodificador va a tierra

– El pin 16 va a 5volts

• Después se conectó el decodificador al display de 7 segmentos:

– el pin 3 y el 8 van a 5 volts

La conexión se realizó del pin decodificador al pin del display de la siguiente manera:

-Pin 15 al Pin 9

-Pin 14 al Pin 10

-Pin 13 al Pin 7

-Pin 12 al Pin 6

-Pin 11 al Pin 4

-Pin 10 al Pin 2

-Pin 9 al Pin 1

Análisis y resultados

• Los contadores BCD se utilizan siempre que se vayan a contar pulsos y los resultados se exhiban en forma decimal. Un solo contador BCD puede contar de 0 a 9 y luego regresa a 0.

• Se encontró que al variar el valor de las resistencias, entre mayor valor disminuye la velocidad para el muestreo en el Led.

• Este circuito cuenta con un oscilador 555 que envía una señal de reloj al C.I 74-90 que se encarga de hacer un conteo binario de 0-9, y este, a su vez, le envía dicha señal de conteo a nuestro C.I 74-47 que es un decodificador que se encarga de transformar la señal binaria en un código de 7 segmentos que posteriormente será posible visualizar a través de nuestro display, mostrándonos un número decimal.

• Se puede ver como se acoplan diferentes circuitos con diferentes funciones para la construcción de uno que permite al usuario observar el conteo numérico en un lenguaje familiar visualmente.

• Es un circuito importante ya que a través de modificaciones se pueden crear relojes, o sorteadores o diferentes circuitos para entretenimiento o para prestar un servicio al usuario.

Notas Importantes

• Las patillas 8 y 16 del decodificador BCD U1 7447 deben ser conectados a tierra y la fuente positiva respectivamente.

• Las patillas 5 y 10 del contador BCD U2 7490 deben ser conectados a la fuente positiva y a tierra en ese orden

• En el diagrama del contador note que no el diplay no tiene resistencia, pero deberá poner una resistencia (se recomienda valor de la resistencia puede variar de 200 ohmios a 1000 ohmios) entre el display y la fuente del contador.

• Si bien el 555 puede soportar voltajes mayores a 5 voltios, el contador BCD 7490 y el 7447 decodificador BCD A 7 segmentos no lo soportaran pues son de tecnología TTL.

Conclusión

El laboratorio anterior es importante para comprender los sistemas digitales que se encuentran a nuestro alrededor y visualizar la agrupación de componentes para desempeñar una función específica.

En conclusión en este laboratorio pudimos ver cómo funciona el contador digital es el desarrollo de estas prácticas de laboratorio que han sido de gran utilidad, pues con los conocimientos teóricos se ha comprobado mediante el desarrollo de cada uno de los circuitos en el protoboard. Se concluye destacando los puntos principales aprendidos mediante esta práctica de laboratorio:

• Se ha conocido y practicado el manejo de la protoboard, que es indispensable para probar el funcionamiento de los circuitos combinados, secuenciales y para el desarrollo de un contador digital o (binario y decimal).

• El desarrollo del contador digital o ( binario y decimal) LED y resistencias para los segmentos del display ha permitido visualizar una aplicación importante de los circuitos en la vida cotidiana

Referencias

Tocci, Ronald J y Widmer Neals. (Ed. 8.).(2003). Sistemas Digitales. México: Editorial: Person Educacion. S.A. de C.V.

http://electronica-electronics.com/Digital/Contador-ascendente-descendente-0-9.html

Autor:

Jairol Alonso Solano Martínez

Automatización II

15/10/2014