Grupo 10 Proyecto Final 3f30h

SISTEMAS DIGITALES SECUENCIALES

EVALUACIÓN NACIONAL FORO MOMENTO IV

PRESENTACION: BRYAN LEONARDO GARCIA LEON CODIGO: 1110466463

TUTOR CARLOS EMEL RUIZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD SISTEMAS SECUENCIALES DIGITALES – 90178_40 INGENIERIA TELECOMUNICACIONES CEAD IBAGUÉ 2015

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, los dispositivos electrónicos están en todo tipo de elemento en nuestro hogar, y sin duda se han convertido en dispositivos interesantes y de alguna manera importante para la facilitación de nuestras vidas, e incluso muchos de ellos mejoran la calidad de vida de las personas. El siguiente trabajo muestra la realización de un reloj digital con hora militar cuya hora va de 0 a 24, los segundos y minutos van desde 0 a 60, todo esto con el uso de los conceptos aprendidos en el curso de sistemas digitales, como por ejemplo los decodificadores, los contadores, el oscilador 555 y por supuesto las compuertas lógicos. Además de explicar el funcionamiento de cada de sus componentes y de mostrar el diseño del reloj, el trabajo también muestra el funcionamiento por medio del simulador proteus y además se presenta un link donde se explica y se muestra el funcionamiento e físico mediante las protoboard y con el uso de los componentes explicados anteriormente.

OBJETIVOS Diseñar un circuito secuencial que permita implementar un reloj digital basado en sistemas contadores y base de tiempos, el contador de las horas será con modulo de 24, y el contador de los minutos y segundos ira con modulo 60, recuerde que la frecuencia debe ser de 1Hz con un nivel de 5 voltios Realizar un video donde se evidencia la implementación y explicación del circuito del reloj digital

RELOJ DIGITAL FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Para el diseño de reloj digital con hora militar, se necesita: Contador 74LS90

El 74LS90 son contadores de onda cuadrada de 4-bit en la entrada de módulo 10, modulo 12 y módulo 16, respectivamente. Cada dispositivo consta de cuatro flipflop maestro/esclavo que son conectados internamente para proporcionar una sección de división por dos (LS90). Cada sección tiene una entrada de reloj. Así como se muestra en la grafica siguiente:

Decodificador 74LS47

El decodificador integrado 74LS47 es un circuito lógico que convierte el código binario de entrada en formato BCD a niveles lógicos que permiten activar un display de 7 segmentos en donde la posición de cada barra forma el número decodificado.

Display 7 segmentos

El visualizador de siete segmentos (llamado también display) es una forma de representar números en equipos electrónicos. Está compuesto de siete segmentos que se pueden encender o apagar individualmente.

Oscilador LM555

El LM555/NE555 es un controlador altamente estable capaz de producir pulsos de temporización precisas. Con operación monoestable, el tiempo de retardo se controla por uno resistencia externa y un condensador. Led

Capacitores

Resistencias

Diodos

CONSTRUCCIÓN DEL RELOJ Recursos:  Protoboard  6 Display 7 segmentos de ánodo común  6 decodificadores 74LS47  6 contadores 74LS90  1 led  2 capacitores  3 resistencias  2 diodos

Funcionamiento Este reloj digital esta creado en base a circuitos lógicos, como contadores, decodificadores, compuertas y timers. La base del circuito es el contador Up/Down 4510, este integrado cuenta del 0 al 9 con posibilidad de presentar el código que queremos, este integrado nos entrega el código BCD (binario codificado decimal) de cada número. Luego de este codificador contador, necesitamos un decodificador que pase el binario a la 7 segmentos para poder activar los displays en este caso utilizamos el 4511. Para lograr que el contador de segundos se reinicie al llegar a 60, es decir después del 59 pase a 00, se utiliza una compuerta AND que lo que hace es buscar el binario 110 (numero 6) del segundo 4510, una vez que encuentra este valor reinicia el contador. Al mismo tiempo que se reinicia alimenta el clock del contador de minutos. (Este circuito es igual al de los segundos, ya que también cuenta hasta 60) luego de este aparece el contador de horas (12 horas), el cual también tiene una compuerta AND pero este espera el 1 y el 2 para formar el 12 que casualmente solo es 01 y 10 por ende con una compuerta AND de dos entradas nos alcanza. Todo esto tiene que funcionar con un clock una señal de 1Hz o 1 segundo, la cual no está creada muy eficiente mente ya que la base de tiempo la proporciona un 555, que en cálculos da un 1Hz pero como sabemos los componentes tienen otros factores que no son teóricos que hacen que esa frecuencia varié... Es posible hacerlo más exacto utilizando un cristal de 32768kHz y de ahí empezar a dividir con preescaler hasta llegar a 1Hz. Por ultimo para aprovechar las cuatro compuertas AND del integrado 4081 la última se utiliza como buffer para no sobrecargar el clock y alimentar 2 leds que podrían ir entre los displays de horas, minutos y segundos para marcar el segundero (HH:MM:SS). El circuito como se ve es sencillo no requiere un nivel de conocimiento elevado y es de bajo costo ya que son integrados CMOS de uso general. Las mejoras podrían ser principalmente agregarle una base de tiempo a cristal de cuarzo como explicaba antes 32768Hz, y otra mejora es la de agregarle pulsadores en los clock de minutos y horas, para poder setear o poner en hora al reloj, esto se puede hacer solo con pulsadores (mas alguna compuerta antirrepique Schmitt trigger) o bien con algún 555 que genere pulsos cada medio segundo o menos para que al mantener el pulsador apretado incremente el valor de puesta en hora

Funcionamiento Teórico En un contador digital de salida binaria el retraso que se forma al activarse cada flip-flop a determinado pulso de reloj, en realidad es una división de frecuencia, por ejemplo, en un contador de 4 bits la salida QA divide la frecuencia en 2 porque necesita un pulso para activarse y otro para desactivarse, la salida QB divide en 4 la frecuencia del reloj de entrada porque tiene que esperar que pasen los 2 pulsos en la salida QA para poder activarse y otros 2 pulsos para desactivarse, la salida QC es una salida que divide por 8 y la salida QD divide por 16

El reloj digital utiliza los contadores como divisores de frecuencia y acumuladores de cuenta. La función del contador como acumulador de cuentas es contar los pulsos de entrada y sirve como memoria temporalmente mientras muestra la hora actual que es decodificada y pasada a los visualizadores de hora. Los contadores como divisores de frecuencia tienen en su entrada una onda cuadrada de 60 Hz, el bloque divisor por 60, es construido por un contador divisor por 6, conectado a un contador divisor por 10. El contador divisor por 6 transforma los 60 Hz en 10 hz y el contador divisor por 10 transforma los 10Hz en 1Hz o 1 pulso por segundo. El contador divisor por 10 es construido con un CI 7493 por lo que la primera conexión que se debe hacer es un

puente entre Q0 y ÇP1 para convertirlo en un contador de 4 bits, en segundo lugar el CI debe convertirse en un contador decadal (mod-10) como se explicó anteriormente, conectando Q3 y Q1 a las 2 entradas de reset. El contador divisor por 6 es hecho con un CI 7493 conectando la entrada de reloj a ÇP1, es decir, que el primer flip-flop (entrada ÇP0) no se utiliza. Los acumuladores de cuenta de 0 a 59 son 2 contadores en donde uno es un contador mod-10 para acumular las unidades (0 al 9) de los segundos y el otro es un contador mod-6 que recibe el pulso de arrastre del mod-10 para contar las decenas de los segundos. Los decodificadores/excitadores sirven para decodificar la salida BCD al visualizador de 7 segmentos.

Funcionamiento Práctico Este reloj digital esta creado en base a circuitos lógicos, como contadores, decodificadores, compuertas y timers. La base del circuito es el contador Up/Down 7490, este integrado cuenta del 0 al 9 con posibilidad de presentar el código que queremos, este integrado nos entrega el código BCD (binario codificado decimal) de cada número. N

binario

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

2

0

0

1

0

3

0

0

1

1

4

0

1

0

0

5

0

1

0

1

6

0

1

1

0

Así mismo el mismo integrado nos permite entregar al circuito los números del 0 al 5:

N

binario

0

0

0

0

1

0

0

1

2

0

1

0

3

0

1

1

4

1

0

0

5

1

0

1

6

1

1

0

Luego de este codificador contador, necesitamos un decodificador que pase el binario a la 7 segmentos para poder activar los displays, en este caso utilizamos el 7447. Para lograr que el contador de segundos se reinicie al llegar a 59, es decir después del 59 pase a 00, se utiliza una compuerta AND que lo que hace es buscar el binario 101 (numero 5) del segundo 7447, una vez que encuentra este valor reinicia el contador. A

B

X

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

Al mismo tiempo que se reinicia alimenta el clock del contador de minutos. (Este circuito es igual al de los segundos, ya que también cuenta hasta 59) luego de este aparece el contador de horas (24 horas), el cual también tiene una compuerta AND pero este espera el 2 y el 3 para formar el 23 que casualmente solo es 01 y 10 por ende con una compuerta AND de dos entradas nos alcanzar.

N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Binario 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1

0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0

0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1

2 1 0 1 1 0 2 2 1 0 1 1 1 3

N Q 4 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1

Q 3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

Q 2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0

Q 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0

Q 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1

0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0

N Q 4 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 0 1 1 0 2 1 0 3 1 0 4 1 0 5 1 1 6 1 1 7 1 1 8 1 1

Q 3 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1

Q 2 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0

Q 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1

Q 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0

1 0 1

1

1 1 0

0

1 1 0

1

1 1 1

0

1 1 1

1

0 0 0

0

0 0 0

1

0 0 1

0

0 0 1

1

8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3

9 1 0 0 1 1 2 0 1 0 1 0 0 2 1 1 0 1 0 1 2 2 1 0 1 1 0 2 3 1 0 1 1 1 0

1 0 1 0

0

1 0 1 0

1

1 0 1 1

0

1 0 1 1

1

0 0 0 0

0

Todo esto tiene que funcionar con un clock una señal de 1Hz o 1 segundo, la cual no esta creada muy eficiente mente ya que la base de tiempo la proporciona un 555, que en cálculos da un 1Hz pero como sabemos los componentes tienen otros factores que no son teóricos que hacen que esa frecuencia varié, como lo ayuda el capacitor. Es posible hacerlo más exacto utilizando un cristal de 32768kHz y de ahí empezar a dividir con preescaler hasta llegar a 1Hz.

Simulación

Montaje en físico

Link de video

Conclusiones



Se diseñó e implementó satisfactoriamente el reloj digital utilizando componentes digitales básicos.



Se conoció el funcionamiento de cada uno de los dispositivos digitales

Bibliografía



http://idoc-pub.sitiosdesbloqueados.org/posts/ciencia-educacion/13500228/Relojdigital-de-24-horas-Probado.html



http://idoc-pub.sitiosdesbloqueados.org/posts/ciencia-educacion/13094992/RelojDigital-tipo-militar-con-7490-sin-compuertas.html



http://www.educarchile.cl/Files/P0029/File/Objetos_Didacticos/ELO _02_TEL/Recursos_Conceptuales/SN54LS90J.pdf



http://www.educarchile.cl/Files/P0029/File/Objetos_Didacticos/ELO _02_TEL/Recursos_Conceptuales/NE555.pdf



http://www.educarchile.cl/Files/P0029/File/Objetos_Didacticos/ELO _02_TEL/Recursos_Conceptuales/SN54LS47.pdf



http://es.idoub.com/doc/43220345/Decodificador-7447