RELOJ DIGITAL UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRONICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA GARCIA MUÑOZ EFRAYN (062591-C)
I. OBJETIVOS DEL PROYECTO 1. Elaborar un Reloj Digital utilizando los conceptos de Circuitos Integrados adquiridos en el curso Circuitos Digitales. 2. Diseñar el proyecto en protoboard utilizando Circuitos Integrados que cumplan las funciones de reloj, empleando compuertas lógicas básicas, contadores y decodificadores. 3. Identificar al final de la experiencia el comportamiento interno de un reloj digital y cada uno de sus componentes.
II. INTRODUCCION Desde hace muchos siglos el hombre estableció su relación con el tiempo, basado sobre todo en los fenómenos naturales constantes como el día y la noche, el movimiento del sol, de los planetas y de las estrellas. De esta manera se realizaron construcciones, calendarios, y otros elementos útiles para medir el tiempo; fue el nacimiento del reloj. Los primeros relojes se construyeron utilizando la sombra del sol y su variación de acuerdo con la posición. Luego aparecieron los relojes mecánicos que han acompañado al hombre durante muchos años y de los cuales se han realizado verdaderas obras de arte. En el nacimiento y desarrollo de la tecnología electrónica, no podía faltar su aporte a la medición del tiempo. Esta ciencia ha facilitado la elaboración de relojes de todo tipo, desde modelos personales de muy bajo costo hasta sistemas altamente sofisticados cuya operación está controlada por un microprocesador miniatura con un tamaño de unos pocos milímetros.
III. FUNDAMENTACION TEORICA Todos los relojes electrónicos utilizan un tren de pulsos de frecuencia muy precisa, generado por un cristal de cuarzo o un timer, y dividen sucesivamente esta frecuencia hasta lograr pulsos muy exactos de un segundo o fracción. Los pulsos de segundos se cuentan en orden progresivo y cuando la cuenta llega a sesenta se produce un pulso de minuto. A continuación estos pulsos se cuentan y cuando han transcurrido sesenta se entrega un pulso correspondiente a una hora. Cada vez que se presentan los pulsos de segundos, minutos y horas, se muestran en los
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displays correspondientes, para cuando el reloj este fuera de la hora real del día se agrega 2 pulsadores: uno de minutos y la otra para horas, los cuales nos servirán para configurar la hora exacta a la que estamos. IV. COMPONENTES MÁS IMPORTANTES UTILIZADOS a) CONTADOR 74LS393.El CI 74HC393 es un doble contador binario de 4 bits. Esta construido a base del flip-flop T. Las entradas de reloj (1ÇP y 2ÇP) son activadas por flanco posterior, o sea, en la transicion de ALTO a BAJO del pulso de reloj. Las entradas de reset (1MR y 2 MR) del maestro en el contador se activan en nivel ALTO, las salidas se etiquetan desde Q0 a Q3, siendo Q0 el LSB y, Q3 el MSB del número binario de 4 bits. Requiere una fuente de alimentacion de 5V DC y viene en un CI DIP de14 patillas. Para poder contar hasta un determinado numero, lo que debemos hacer es atrapar el numero siguiente al que queremos llegar con un and y la salida de este conectarlo al MR del 74393 y de esta manera estaremos manipulando al integrado de acuerdo a nuestras necesidades, ya que para hacer un reloj necesitamos que el minutero de display solo llegue asta 60 y el horero llegue asta 23.
Fig. Nº 1: Encapsulado en donde se puede ver las respectivas patitas del integrado
Fig. Nº 2: En esta imagen se puede ver los dos contadores que van en un encapsulado
b) DECODIFICADOR 7447.En este caso el decodificador integrado 7447 es el circuito lógico que convierte el código binario de entrada en formato BCD que sale del 74393 a niveles lógicos que permiten activar el display de 7 segmentos en donde la posición de cada barra forma el número decodificado.
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Fig. Nº 3: el decodificador 7447 en donde se puede ver sus Respectivos ordenamientos de las salidas y entradas c) DISPLAY.El display es un componente, que es utilizado para representar números y algunas letras, este se encuentra compuesto por siete u ocho leds ensamblados por separado, logrando combinar los elementos creando así símbolos. Los primeros siete segmentos se encargan de formar el símbolo y con el octavo podemos encender y apagar el punto decimal. Existen dos tipos de display uno que es el ánodo común y el otro que es el cátodo común en este caso para mostrar los minutos y las horas vamos ha usar un display cátodo común.
Fig. Nº 4: Display de 7 segmentos, a simple vista no se puede diferenciar si es ánodo o cátodo común
d) SEÑAL DE RELOJ.La figura 5, muestra cómo extraer la señal de CLK y su inversa CLK, de la línea de red, mediante esta forma de extracción del doble secundario, se mejora el retardo que se introduciría si se empleara una puerta inversora a la salida de CLK, aunque, en algunas aplicaciones no se le de mucha importancia. La salida de CLK de 50Hz se aplica a la entrada del 4022B que es un divisor octal Johnson de 8 salidas más acarreo (CO), según la conexión elegida podremos restablecer la cuenta a 5 o 6, dependiendo de la frecuencia de la línea red. Por consiguiente, la línea de acarreo, no será una onda cuadrada simétrica, pero tendrá una frecuencia de 10Hz independientemente de
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la frecuencia de línea alterna. Esta referencia de 10Hz estará disponible por si la necesitara, pero probablemente no encontrará mucho uso en próximos experimentos.
Fig. Nº 5: Aquí mostramos como sacar de la línea de red eléctrica la señal de entrada CLK y su inversa El segundo CI es un tipo CMOS 4017B contador decimal Johnson. No haremos ninguna conexión, permitiendo su natural secuencia de conteo, para que divida su señal de reloj de entrada simplemente por 10. Esto hará que, produzca señales de salida separadas para cada cuenta, más una onda cuadrada simétrica de salida de un 1Hz como señal de acarreo. Salvo con un algún procedimiento experimental concreto, no estamos interesados en las salidas individuales. Sin embargo, la onda cuadrada de 1Hz sí nos servirá muy bien como una referencia de 1 segundo de tiempo muy exacta que nosotros podemos usar en una amplia gama de próximos experimentos.
Fig. Nº 6: Aquí mostramos las conexiones para poder obtener nuestra señal de reloj En la mayoría de los casos, podríamos usar simplemente dos CI 4017 en lugar de un 4017 y un 4022. Decidimos usar el 4022 como primer divisor, para obtener la frecuencia europea de 50Hz fácilmente y en el caso de una frecuencia de 60Hz, con un simple 'puente', se podrá cambiar esta opción. La señal de salida de acarreo (CO) es normalmente alto, la primera mitad del tiempo de cuenta, entonces baja para la segunda mitad. Los contadores se incrementan en el flanco ascendente de la señal de reloj, la señal de acarreo es absolutamente conveniente como señal de reloj de la etapa siguiente.
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Ahora, si utilizáramos un contador decimal para la primera etapa, la salida de acarreo sería baja para una cuenta completa en 60Hz, pero en 50Hz pasaría a baja, suficiente tiempo para restablecer (resetear) el contador. Esto no es suficientemente fiable. Para evitar este problema, aquí utilizamos un contador octal. Consecuentemente, la salida de acarreo es baja por una cuenta en 50Hz, o dos cuentas en 60Hz. Esto evita cualquier posible problema con los pulsos de reloj estrechos.
V. EQUIPOS Y COMPONENTES UTILIZADOS Para la realización de este proyecto se necesitaron los siguientes componentes electrónicos y equipos de laboratorio. 1. Seis (6) Circuitos Integrados 74393. 2. Un (1) Transformador: primario de 220V y dos secundarios de 6V 3. Cuatro (4) Circuitos Integrados 7447. 4. Cuatro (4) Circuitos Integrados 7447. 5. Dos (2) Circuitos Integrados 7408. 6. Un (1) Circuitos Integrados 7432 7. Un (1) Circuitos Integrados 7404 8. Dos (2) Protoboard. 9. Dos (2) Leds 10. Dos (2) Diodos Zener de 5'1V 500mA. 11. Cuatro (4) Display de 7 segmentos catodo comun. 12. Treinta y tres resistencias(33): de 330 treinta y uno y 10k dos 13. Un (1) Circuito Integrado LM555. 14. Un (1) condensador de 1mF. 15. Un (1) 4093B CI 4 puertas Trigger-Schmith. 16. Un (1) 4017B CI contador decimal CMOS. 17. Un (1) 4022B CI del contador octal CMOS. 18. Una (1) Fuente de 5 Voltios. 19. Dos (2) Switches Pulsadores. 20. Un (1) Multimetro digital 21. Pinzas, y alambres conectores. VI. IMPLEMENTACIÓN DEL DISEÑO a) DECODIFICACION.En esta parte se conecto a cada display sus decodificadores respectivamente, ya que el contador 74393 lo que hace es arrojar valores en binario y para ello usamos el decodificador 7447 para llevar de binario a 7 segmentos el cual es la cantidad de leds que tiene el display
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Fig. Nº 8: Decodificador 7447 conectado al display b) CONTEO.En esta parte los que se buscar es que nuestro integrado cuente asta los valores que nosotros deseamos, por ejemplo: el segundero de un reloj va desde el 00 hasta 59 segundos, entonces se requiere que en el ultimo display se muestre el conteo de 0 a 9 una infinidad de veces, entonces lo que hacemos es con un 7408 atrapamos el 10 y lo mandamos al MR. De esta manera tenemos asegurado que nuestro display siempre cuente solamente asta el numero 9. Asi sucesivamente para el segundo display se requiere que se cuente desde el 0 hasta el 5, entonces lo que aremos es atrapar con otro 7408 el numero 6 y lo volvemos a mandar al MR del siguiente 74393 y de esta manera tenemos asegurado que este display cuente una infinidad de veces desde el 0 asta 5 con los otros se hace análogamente.
Fig. Nº 9: Configuración del contador 74393 para contar del 0 al 9 c) PROGRAMADOR DE LOS MINUTOS Y LAS HORAS Para que el contador pase de un numero a otro se necesita un pulso de reloj, en este proyecto los segunderos se muestran en unos leds, esto significa que cuando los leds han parpadeado 60 veces, entonces mediante unos arreglos se envía el pulso numero 59 hacia al siguiente contador para que en ese instante este cambie al siguiente numero, pero si nosotros por otros medios mandamos un pulso a este contador sin la necesidad de que los leds hayan parpadeado 60 veces, entonces también lograremos de que este contador pase al siguiente numero;
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este otro medio al que hacemos referencia son los pulsadores, los cuales nos servirán para establecer la hora exacta a la que estamos. Esta configuración se muestra el la fig 10.
Fig. Nº 10: Configuración del programador de minutos d) CONSTRUCCIÓN DEL RELOJ En la siguiente figura podemos mostrar como se implemento en proteus para su simulación
Fig. Nº 11: Simulacion de la señal de reloj
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PLANO GENERAL DEL RELOJ DIGITAL REALIZADO
Fig. Nº 12: Circuito general del reloj
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VII. CONCLUSIONES 1. no es recomendable usar los pulsos que vienen del 555 por que de hacerlo se corre el riesgo de cometer errores de precisión que influyen directamente en el manejo del tiempo, se recomienda como alternativa un Transformador AC/DC y utilizar, mediante un puente rectificador la frecuencia de 60 Hz que proviene de la red pública de Corriente alterna. 2. El integrado 74393 aunque cuenta con las entradas y salidas básicas es también adecuado para realizar un reloj de buenas con todos los requerimientos necesarios, por ello se convierte en una alternativa mas para realización de proyectos que tiene que ver con el conteo. 3. Por ultimo como aporte a las futuras generaciones de estudiantes y de manera constructiva, consideramos que el autoaprendizaje es bueno por que obliga al estudiante a investigar y a profundizar fuera de la clase, se aplica la teoría de “aprender haciendo”.
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS a) Libros [1] T. L. Floyd: “Fundamentos de Sistemas Digitales”; 7ª Edición; Editorial Sanz y Torres; 1993. [2] Ronald J. Tocci: Sistemas Digitales - Principios y Aplicaciones.. Editorial Prentice Hall. 1993. b) Paginas de internet [3] http://www.datasheetcatalog.com/ [4] http://www.monografias.com/trabajos15/visualizador/visualizador.shtml [5] http://www.ladelec.com/teoria/electronica-digital/204-circuitos-integrados-contadores6 ttl-y-cmos.html [4] http://sergioc2005.tripod.com/arqcomp1/Pract5DecBCDa7Seg.pdf [5] http://www.hispavila.com/3ds/lecciones/lecc2.htm [5] http://www.synthdiy.com/files/2002/hef4017b.pdf [6] http://www.floka.com/cmos/pdf/4093.pdf [7] http://www.synthdiy.com/files/2002/hef4017b.pdf [8] http://www.synthdiy.com/files/2002/hef4017b.pdf
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