Temporizadores y Generadores de Reloj

LABORATORIO 7:

TEMPORIZADORES Y GENERADORES DE RELOJ

1. OBJETIVOS

• Implementación de circuitos temporizadores.
• Implementación de circuitos generadores de clock.
• Implementación de circuito contador utilizando temporizadores y generadores de clock.

2. MARCO TEÓRICO

A. Temporizador NE555

En un circuito integrado o chip se montan en un mismo componente varios transistores, diodos, condensadores o resistencias, es decir, todos los elementos necesarios para que un circuito realice la función para la que ha sido diseñado. En este caso, con el CI 555, lo que tenemos es un circuito temporizador, que puede trabajar tanto de forma monoestable (activa un circuito durante un período de tiempo determinado) o astable (se activa y desactiva cada cierto tiempo, a una frecuencia determinada). 

Este chip fue creado en el año 1972 con el nombre SE555/NE555 y fue llamado "The IC Time Machine”,o sea, la Máquina del Tiempo en Circuito Integrado.

Función monoestable

En este caso el circuito entrega un solo pulso de un ancho establecido por el diseñador.

El esquema de conexión es el que se muestra. La fórmula para calcular el tiempo de duración (tiempo en el que la salida está en nivel alto) es:

Notese que es necesario que la señal de disparo sea de nivel bajo y de muy corta duración para iniciar la señal de salida.

Función astable

Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada (o rectangular) continua de ancho predefinido por el diseñador del circuito. El esquema de conexión es el que se muestra. La señal de salida tiene un nivel alto por un tiempo t1 y un nivel bajo por un tiempo t2. La duración de estos tiempos dependen de los valores de R1, R2 y C, según las fórmulas siguientes:

y

La frecuencia con que la señal de salida oscila está dada por la fórmula:

el período es simplemente: 

También decir que si lo que queremos es un generador con frecuencia variable, debemos variar la capacidad del condensador, ya que si el cambio lo hacemos mediante los resistores R1 y/o R2, también cambia el ciclo de trabajo o ancho de pulso (D) de la señal de salida según la siguiente expresión:

Hay que recordar que el período es el tiempo que dura la señal hasta que ésta se vuelve a repetir (Tb – Ta).

CORRECCIÓN: Para realizar un ciclo de trabajo igual al 50% se necesita colocar el resistor R1 entre la fuente de alimentación y la patilla 7; desde la patilla 7 hacia el condensador se coloca un diodo con el ánodo apuntando hacia el condensador, después de esto se coloca un diodo con el cátodo del lado del condensador seguido del resistor R2 y este en paralelo con el primer diodo, además de esto los valores de los resistores R1 y R2 tienen que ser de la misma magnitud.

B. Contador Ascendente/ Descendente 74LS192

El SN74LS192 es un contador de décadas Up/Dw en BCD (8421) y es el SN74LS193 es un contador binario de 4 bits Up/Dw. Utiliza entradas separadas de reloj, contador adelante y contador atrás, en el modo de conteo, los circuitos funcionan de forma síncrona. Cambio sincrónico del estado de las salidas con la transición BAJO a ALTO en las entradas de reloj. El funcionamiento síncrono es proporcionado, por tener todos los registros flip-flops simultáneos, de modo que las salidas, cambian juntas según la lógica de control. Este modo de funcionamiento, elimina los picos de conteo de salida que, normalmente se asocian con los contadores asíncronos (ondulación de reloj). Las entradas y salidas son totalmente compatibles con dispositivos TTL, NMOS y CMOS, con un ancho de operatividad de 4,5V a 5,5V.

En la imagen se muestra el diagrama de los circuitos integrados 74LS192/LS193 así como sus homólogos 74HCTLS192/LS193. Ambos, contadores Decimal/Binario son reversibles, síncronos de 4 bits, Up/Dw, (formados por 4 flip-flops principal - secundario, junto a su lógica), todos están concebidos para minimizar la lógica adicional entre etapas, cuando estos trabajan en cascada. De la misma familia se puede encontrar dispositivos similares el 74LS190/LS191.

Las salidas de los cuatro flip-flops maestro-esclavo se disparan por una transición de nivel BAJO a ALTO de cualquiera de las entradas de conteo (reloj). La dirección de conteo se determina, según la entrada de conteo que es pulsada, mientras que la otra entrada de conteo se mantiene alta.

El circuito integrado 74LS192, dispone de cuatro entradas de datos (Da - Dd) para cargar las salidas (Qa - Qd) a un determinado estado, aplicando los datos a dichas entradas. Se aplica el nivel bajo L a la patilla 11 de carga ('load'), esta operación de carga es independiente del nivel de reloj y del estado del contador, a partir de haber aplicado el nivel bajo, en la salida del contador, se tendrán los datos de carga en las salidas (Qa, Qb, Qc, Qd). Y a partir de este momento según el nivel aplicado en la entrada de reloj Up/Dw, así hará avanzar o retroceder el contador, hará cambiar el estado previo de las salidas.

En la imagen siguiente, se aprecian la posición y nombre de los pines del CI. Este dispositivo contador tiene dos entradas de reloj; la de conteo ascendente (subida, patilla 5) y la de conteo descendente (bajada, patilla 4). La cuenta se produce durante la transición del nivel L a nivel H en cualquiera de estas dos entradas que cambiará el estado de la cuenta, según el nivel aplicado en estas entradas Eu (5) y Ed (4).

La entrada de PAC (puesta a cero, patilla 14, Clear) permite situar las salidas del contador, en el estado 0, cuando se le aplica el nivel H. Esta entrada es igualmente independiente del nivel aplicado en las entradas de carga o de las de conteo, bien ascendente o descendente.

La salida acreedora (descuento o 'Borrow', patilla13) producirá un impulso de longitud similar al de conteo, cuando el contador alcance el estado 0 y pase a 9. En cambio la salida acarreo ('Carry', patilla 12) producirá un impulso de longitud similar al de conteo, cuando el contador alcance el estado máximo 9 y salte a 0, en el caso del CI 74LS193, por ser binario, lo hará cuando la salida pase de 1111 (F) a 0.

C. Decodificador BCD a 7-SEG 7447/7448

El circuito integrado 7447 es un circuito que decodifica señales binarias de 4 bits en unas lineas de salida que posterior mente pueden ser representadas por un display de 7 segmentos mostrando los dígitos decimales. A continuación se muestra el datasheet del C.I. 7447 donde se puede observar que los pines 7,1,2 y 6 funcionan como entradas de un numero binario, mientras los pines 9,10,11,12,13,14,15 pertenecen a las lineas de salida y a cada uno de estos pines le corresponde un segmento del display. También se encuentran los pines de alimentación 16+ y 8- y los pines de control.

D. Display 7-Segmentos

El display 7 segmentos es un componente electrónico muy utilizado para representar visualmente números y letras, es de gran utilidad dado su simpleza para implementar en cualquier proyecto electrónico.
Esta compuesto por 7 dispositivos lumínicos(Led) que forman un “8”, de esta forma controlando el encendido y apagado de cada led, podremos representar el numero o letra que necesitamos.

Existen dos tipos de display de 7 segmentos, su principal diferencia es la conexión que debemos implementar para encenderlos, estos dos tipos se conocen como Anodo común y Catodo común.

En los 7 segmentos de Cátodo Común, el punto circuital en común para todos los Led es el Cátodo (Gnd), cero volt, Mientras que el Ánodo común el punto de referencia es Vcc (5 volt).

Teniendo en cuenta estas consideraciones la forma de encender los led debe realizase de diferente manera en función de que elemento tengamos (Ánodo o Cátodo común).

Cada Led trabaja con tensiones y corrientes bajas por lo tanto se pueden conectar directamente a compuertas lógicas o pines de salida de un micro controlador, igualmente siempre es recomendable para aumentar la vida util de los mismos, conectarle una resistencia en serie entre el pin de salida del micro controlador y el de entra del 7 segmentos, la intensidad lumínica en este caso dependerá del valor de la resistencia agregada.

3. VIDEO

4. OBSERVACIONES

   - Debemos de conectar adecuadamente el temporizador para lograr una eficaz conexión en circuito. 

   - Tenemos que darnos cuenta que este energizado con el voltaje necesario para el funcionamiento. 

   - El display necesita resistencia en cada segmento para evitar que se queme uno de los segmentos. 

   - Formar el circuito de la manera más ordenada para evitar confusiones y malas conexiones. 
   
  

5. CONCLUSIONES

   - Se logró implementar el temporizador en un circuito, en este caso el NE555 y identificar su función.

   - Se implementó circuitos con generadores de clock y ver su funcionamiento e identificar si lo queremos de forma ascendente o descendente. 

   - Implementamos un circuito eficaz donde utilizamos un temporizador con generadores de clock con un display de 7 segmentos y lograr contar de 0 a 9 y de 9 a 0.

   - Se vio el funcionamiento de los integrados 74192 y LM555, logrando armar un circuito contador de 0 a 99 donde se puede modificar la velocidad el conteo ascendente o descente.

6. FOTO GRUPAL:
 Esta foto es una prueba de los todos lo integrantes del grupo estuvieron presentes en el laboratorio