REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION SUPERIOR

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO

“SANTIAGO MARIÑO”

EXTENSIÓN MARACAY

Autores Pérez Gustavo Cl. 20.355.786

Rodríguez Edder Cl. 19.276.829

Rojas José Cl. 15.650.785 Lozano Ricardo Cl. 19.962.833

Pedroso Helen Cl. 19.276.144 Secc. “SI”

MARACAY, JULIO DE 2012

Proyecto Final Electrónica Digital

Temporizador Digital con Visualizador

Diagrama Bloque

Listado de Componentes

2 Contadores de Décadas 74LS190

2 Decodificadores de BCD a 7 Segmentos 74LS47

2 Comparadores de 4 bits 74LS85

1 Timer 555

1 Compuerta AND 74LS08

1 Inverso 74LS04

2 Display Ánodo común

3 Interruptores de 8 Dip Switch

36 Resistencias de 220 Ω

1 Resistencia de 10K Ω

1 Resistencia Variable de 100K Ω (Potenciómetro)

1 condensador electrolítico de 10 microfaradios (10uF)

3 Diodo Led, diferentes colores.

1 metro de cable de red

Tablas de la Verdad

Contador de Décadas 74LS190

Figura 1

Decodificador de BCD a 7 Segmentos 74LS47

Figura 2

Comparador Binario de 4 Bits 74LS85

Figura 3

Timer 555

Figura 4

Compuertas AND 74LS08

Figura 5

Inversores 74LS04

Figura 6

Display Ánodo Común

Figura 7

Figura 8

Descripción de Funcionamiento

Temporizador digital con visualizador, básicamente es un contador al

cual se le programa un número de inicio y otro de fin luego mediante un

generador de pulso de dos estados genera los cambios de dígitos, a medida

de que se hace el conteo al llegar al numero final debe de indicar o avisar

que ha llegado a su fin mediante un led. Primeramente describiremos la

configuración del generador de pulso y de como es posible este cambio a

través de este componente.

El CI 555 es un circuito integrado muy estable cuya función primordial

es la de producir pulsos de temporización con una gran precisión y que,

además, puede funcionar como oscilador.

Sus características más destacables son:

Temporización desde microsegundos hasta horas.

Modos de funcionamiento: Monoestable, Astable.

Aplicaciones:

Temporizador.

Oscilador.

Divisor de frecuencia.

Modulador de frecuencia.

Generador de señales triangulares.

En este caso aplicaremos el CI 555 como oscilador en Modo Astable,

este modo nos permite generar dos estados a la salida aperiódica, un estado

alto (1) y un estado bajo (0), la sumatoria del tiempo de pulso alto y de pulso

bajo dan el tiempo total del ciclo.

Ta = 0.7 (R1+R2)

Tb = 0.7 (R2 x C)

Ttotal= 0.7 x (R1+R2) x C

Teniendo estos datos podemos calcular la frecuencia de nuestro Cl

555.

F=

Otra forma más rápida de calcular nuestra frecuencia es:

F= .( )

A continuación se mostrara la configuración de nuestro CI 555 en

modo Astable. (Figura 9)

Figura 9

Como se muestra en la figura 9 tenemos el CI 555 en modo Astable,

con la descripción de conexión de sus pines, modificando la Resistencia 2

(R2) por una resistencia variable podemos cambiar la frecuencia de este

Circuito Integrado. El pin 3 es la salida del pulso del CI 555, y para visualizar

los estados alto y bajo, recordando que alto (1) y bajo (0) se conectan dos

led, uno verde para el pulso alto y se conecta a tierra, y otro led rojo para el

pulso bajo y se conecta a +Vcc. A partir de este punto podemos continuar al

siguiente componente de nuestro proyecto el cual es el contador de décadas

74LS190.

El contador de décadas 74LS190 es un contador programable, es

decir que podemos manipular el numero de inicio aplicando un 1 ò 0 lógico a

las entradas de datos de entrada correspondientes (ver figura 1) y luego 0

lógico a la pata de carga (load), se aplica cero lógico porque esta tapa esta

conectada a un inversor y para evitar un mal funcionamiento del contador al

momento de su uso y no sea necesario cargar valores de inicio. Este

contador es Up / Down, es decir que puede contar de forma ascendente ó

descendentemente. Básicamente un contador es la parte del circuito que se

encarga de contar, almacenar y acumular cada pulso de la cuenta al

siguiente y si es el caso cambiar de década, todo esto a partir de la entrada

de pulso de reloj que ya fue explicada detalladamente.

Este contador cuenta con una entrada de reloj (pin 14) y una salida de

acarreo de reloj (pin 13) (ver figura 1), este pin de acarreo de salida de reloj

se conecta a otro contador a la entrada de reloj, así de esta forma pueden

conectarse múltiples contadores para contar grandes cantidades, en este

caso solo se contara de (00 a 99) de manera Up / Down. Una vez que la

señal de reloj es detectada el contador genera el código BCD de cada

numero (de 0 a 9), (BCD es Decimal codificado en binario es un estándar

para representar números decimales en el sistema binario, en donde cada

dígito decimal es codificado con una secuencia de 4 bits). En caso de que se

desee programar el valor de inicio del contador, como se dijo anteriormente

se aplica 1 ò 0 lógico a las entradas correspondientes de manera BCD, estas

entradas denotadas por (A pin 15), (B pin 1), (C pin 10), (D pin 9) donde la

entrada para 1 es 0001 seria:

A B C D

1 0 0 0

Para cargar el valor se aplica un 0 lógico a la pata de carga (load pin

11), y dependiendo de como se desee realizar el contado Up / Down, a aplica

0 lógico para el conteo ascendentemente y 1 lógico para contar

descendentemente el pin encargado de esta función es el pin 5.

Los pines de las salidas de datos del contador se denotan (QA pin 3),

(QB pin 2), (QC pin 6), (QD pin 7), representan las salidas al igual que las

entradas las salidas son de manera BCD y se conectan a el siguiente

componente del proyecto, el cual es un decodificador de BCD a 7

Segmentos.

El Decodificador de BCD a 7 Segmentos 74LS47 es un dispositivo que

"decodifica" un código de entrada en otro. Es decir, transforma una

combinación de unos y cero, en otra. El 74LS47, en particular transforma el

código binario en el código de 7 segmentos.

Figura 10

El decodificador recibe en su entrada el número que será visualizado

en el Display. Posee 7 salidas, una para cada segmento (ver figura 2). Para

un valor de entrada, cada salida toma un estado determinado (1 ó 0).

La entrada consiste en 4 patas o pines donde el decodificador recibe

los números binarios BCD. Podemos ingresar valores de 0 a 9 en formato

binario (ver figura 11).

Figura 11

La configuración de pines de entradas de datos es (A pin 7), (B pin 1),

(C pin 2), (D pin 6), (ver figura 2). La configuración de pines de salida al

Display de 7 segmentos es (A pin 13), (B pin 12), (C pin 11), (D pin 10), (E

pin 9), (F pin 15), (G pin 14).

Entonces, como ya lo dijimos, hay que aplicar el número deseado en

la entrada y el dispositivo, automáticamente, habilita los segmentos

correspondientes a la salida. Supongamos que queremos mostrar el numero

5. Utilizando la tabla anterior vemos que 5 en binario es 0101. Debemos

aplicar este valor en los pines de entrada en el orden (DCBA), es decir

(DCBA = 0101), o sea (D=0, C=1, B=0, A=1). Al hacerlo, el integrado

enciende todos los segmentos, salvo (b y e) para mostrar el número 5. (Ver

Figura 12)

Figura 12

Veamos ahora, los valores reales de tensión en la entrada y salida.

Recuerden que el "1" lógico equivale a 5v y el "0" lógico a 0v. Vemos

nuevamente el mismo gráfico, ahora con los valores de tensión en la entrada

y la salida:

Por favor, presten atención a los niveles en la salida. Los segmentos

encendidos tienen un nivel lógico 0 y los apagados 1. Es decir, cuando el

decodificar pone 0v en una salida, el segmento debe quedar encendido, y el

mismo se apaga cuando la salida presenta 5v. Este tipo de salida se

denomina activo baja, lo que significa que cuando la salida esta en nivel bajo

(0 lógico), la salida esta activa. Resumiendo:

En la entrada del 74LS47 hay que ingresar un código binario

El valor binario es una combinación de unos y cero, siendo, "0" lógico

= 0v; "1" lógico = 5v.

En la salida aparece la combinación de siete segmentos

correspondiente.

Cada pin de salida corresponde a un segmento.

Las salidas son activo baja, es decir, "0" lógico = encendido; "1" lógico

= apagado.

De este punto pasamos al siguiente componente de nuestro circuito el

cual es el Display de 7 Segmentos.

El Display de 7 Segmentos no es ni más ni menos que un conjunto de

7 led conectado y posicionado apropiadamente. Encendiendo algunos de

ellos y apagando otros podemos ir formando diferentes números. Ver la

disposición de los segmentos (ver Figura 7).

Cada segmento esta designado con una letra. El punto decimal se

denomina P. A la derecha vemos una representación del encapsulado con

los pines para conectarlo a un circuito. A cada pin o pata del encapsulado le

asignamos la letra correspondiente del segmento. Esto significa que, por

ejemplo, con el pin "a" podemos controlar el estado del segmento

"a"(encenderlo o apagarlo). Además vemos en el encapsulado dos patillas

llamadas "U", cuya función pasaremos a explicar en breve.

Entonces, tenemos 8 led colocados en forma de un dígito con punto

decimal. Ahora bien, un led tiene dos extremos, ánodo y cátodo. Como en

total tenemos 8 led, debería tener 16 extremos (8 ánodos y 8 cátodos), sin

embargo el encapsulado solo tiene 10. Esto se hace para reducir el tamaño

del encapsulado y se logra de la siguiente manera. Los 8 led se

interconectan internamente de tal forma que solo podemos acceder a uno de

los dos extremos de cada led. El extremo sobrante de cada led se conecta

internamente con los demás, y este punto de unión se encuentra disponible

desde el exterior del encapsulado. Debido a este artilugio, tenemos dos tipos

de Display de 7 segmentos:

1. Ánodo Común: es aquel donde los ánodos de todos los led se

conectan internamente al punto de unión U y los cátodos se

encuentran disponibles desde afuera del integrado.

2. Cátodo Común: es aquel donde los cátodos de todos los led se

conectan internamente al punto de unión U y los ánodos se

encuentran disponibles desde afuera del integrado.

Para nuestro proyecto utilizaremos Display de ánodo común debido a

las salidas son activo baja del decodificador 74LS47, es decir, "0" lógico =

encendido; "1" lógico = apagado.

Con esto el siguiente componente de nuestro proyecto es el

comparador combinatorio 74LS85 (ver figura 3) de dos entradas binarias (A y

B de 4 bits) para indicar la relación de igualdad o desigualdad entre ellas por

medio de "tres banderas lógicas" que corresponden a las relaciones (A = B),

(A > B) y (A < B). Cada una de estas banderas se activara solo cuando la

relación a la que corresponde sea verdadera, es decir, su salida será 1 y las

otras dos producirán una salida igual a cero.

Básicamente este componente obtiene los valores “A” de la conexión

del contador al decodificador, los valores “A” del comparador se conectan

mediante los siguientes pines (A0 pin 10), (A1 pin 12), (A2 pin 13), (A3 pin

15), (ver Figura 3) estos son los valores iniciales a comparar, los valores “B”

que son los valores que son introducidos por el usuario, son en este proyecto

la marcar de final de conteo de nuestro temporizado, esto es mediante los

pines (B0 pin 9), (B1 pin 11), (B2 pin 14), (B3 pin 1). Para que el comparador

sepa lo que se desea comparar, este tiene 3 entradas que indican las

relaciones (A = B pin 3), (A > B pin 4) y (A < B pin 2), para validar la igualdad

de los valores “A” y “B” se hacen cero lógico los pines (2 y 4) y a 1 lógico el

pin 3. Esto genera una salida que mientras no sea el valor deseado el que

este contándose en el momento cera 0 lógico y una vez alcanzado el valor

deseado será 1 lógico, este cambio se obtiene del (pin 6) del comparador

que valida la igualdad de los valores “A” y “B”.

Sin embargo aunque comparando estos valores y sean iguales, el

generador de pulso no se detendrá, además de que al llegar al valor deseado

se necesita de dar una señal de aviso que se llego a ese valor.

Recordando que el pin 6 del comparador binario valida su salida como

1 lógico si el valor deseado fue alcanzado ó 0 lógico cuando no es así,

tomando esto en cuenta podemos validar que el pulso de reloj se detenga y

que de señal de final de conteo, para ello aplicaremos los siguientes

componentes del proyecto, compuertas AND que dan a su salida 1 lógico si

sus entradas son 1, ó salida será 0 lógico si en alguna o ambas de sus

entradas es 0. El otro componente es el inversor cuya salida es la negada de

la entrada, es decir que si su entrada es 1 lógico, la salida será 0 lógico y

viceversa.

El encapsulado del 74LS08 trae 4 compuertas AND (ver figura 5) y el

encapsulado del 74LS04 trae 6 inversores (ver figura 6), entonces primero

¿como detenemos el pulso de reloj a partir de estas compuertas? Bien las

salidas del comparador que validan (A = B son los pines 6 de cada uno),

estas salidas se conectan a las entradas de la primera compuerta AND cuyos

pines son (1 y 2) (ver figura 5), y la salida de esta (pin 3) lo conectamos a la

entrada del primer inverso (ver figura 6) de tal forma que mientras las

entradas de la primera compuerta AND sean (0, 0 ó 1,0 ó 0,1) la salida será

0 lógico pero debido al inverso la salida final será 1 lógico, ahora esta salida

del inverso lo conectamos a la segunda compuerta AND (pin 5) y la otra

entrada de esta compuerta será el pulso de reloj (pin 4), debido a que la

conexión del inversor será 1 y el cambio continuo del pulso de reloj (0 , 1) la

salida de esta compuerta AND se comporta igual al pulso de reloj, esta salida

(pin 6) la conectamos a un interruptor para poder controlar el paso del pulso

a los contadores, y bien cuando los comparadores validan que (A = B) su

salidas que están conectadas a la primera compuerta AND serán 1 lógico lo

que causa que la salida de la primera compuerta AND sea 1 y al pasar por el

inverso sea 0 lógico, de esta forma una de las entradas de la segunda

compuerta AND cera 0 lógico, lo que dará a su salida 0 y a causa de esto el

pulso no continuara circulando. Finalmente para dar la señal de aviso de fin

de conteo, se aplica el mismo principio que en la primera compuerta AND, se

conectan las salidas de validación (A = B de los comparadores) a una tercera

compuerta AND (pines 12 y 13) y la salida de la compuerta (pin 11) se

conecta a la para positivo de un diodo led y la para negativa a tierra, de tal

forma que cuando la entradas sean 1 lógico, la salida activa al led.

Cálculos

Intensidad de Led

퐼 =V − Vled

R

Vled Color 2.0v Rojo 2.1v Amarillo 2.2v Verde

Led Rojo

퐼 = .Ω

= 0.01푚퐴 => 10x10-3A

Led Amarillo

퐼 = .Ω

= 0.01푚퐴 => 10x10-3A

Led Verde

퐼 = .Ω

= 0.01푚퐴 => 10x10-3A

Resistencia de Led

푅 =V − Vled

I

Led Rojo

푅 = ..

= 300Ω

Led Amarillo

푅 = ..

= 290Ω

Led Verde

푅 = ..

= 280Ω

Para los led del Display de 7 Segmentos aplicares las mismas

resistencias de 220Ω.

Frecuencia de Cl 555.

F= .( )

F= .Ω ( Ω)

= 1.02퐻푧

Circuito Eléctrico (Plano)

Diagrama de Ubicación

Leyenda

CI.1 = 74LS190

CI.2 = 74LS190 CI.3 = 74LS47 CI.4 = 74LS47 CI.5 = 74LS85 CI.6 = 74LS85

CI.7 = 74LS08 CI.8 = 74LS04 CI.9 = 555 Dis.1 = Display

Dis.2 = Display R = Resistencias Rv = Resistencia Variable (Potenciómetro) L.1 = Led Rojo

L.2 = Led Verde L.3 = Led Amarillo DW = Dip Switch C.1 = Condensador