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Universidad Ricardo PalmaUniversidad Ricardo Palma
FACULTAD DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA INFORMÁTICAESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA INFORMÁTICA
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍADEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA
CURSOCURSO :: CircuitosCircuitos yy SistemasSistemas DigitalesDigitales
PROYECTOPROYECTO :: DISEÑO,DISEÑO, SIMULACIÓNSIMULACIÓN EE IMPLEMENTACIÓNIMPLEMENTACIÓN DELDEL RELOJRELOJ
DIGITALDIGITAL
DOCENTEDOCENTE :: Dr.Dr. (c)(c) Ing.Ing. DAVIDDAVID ARAUCOARAUCO CABRERACABRERA
INTEGRANTESINTEGRANTES :: SánchezSánchez Tupia,Tupia, LuisLuis
Licetti Leon, AngeloLicetti Leon, Angelo
Candela Peña, AnderleyCandela Peña, Anderley
UniversidadUniversidad RicardoRicardo PalmaPalma CircuitosCircuitos yy SistemasSistemas digitalesdigitales
- INTRODUCCIÓN 3INTRODUCCIÓN
- RELOJES DIGITALES CON CIRCUITOSRELOJES DIGITALES CON CIRCUITOS INTEGRADOSINTEGRADOS)).................................................................. 4.................................................................. 11 CAPÍTULO I: INVESTIGACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DEL RELOJ DIGITAL (6 DISEÑOS DECAPÍTULO I: INVESTIGACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DEL RELOJ DIGITAL (6 DISEÑOS DE
- 1.11.1 Reloj digital usando el CI 74192 4Reloj digital usando el CI
- 1.21.2 Reloj digital usando el CI 4510 5Reloj digital usando el CI
- 1.31.3 Reloj digital usando el CI 74393 6Reloj digital usando el CI
- 1.41.4 Reloj digital usando el CI 7490 9Reloj digital usando el CI
- 1.51.5 Reloj digital usando el CI PIC16F628Reloj digital usando el CI PIC16F628AA 11........
- 1.61.6 Reloj Digital usando el CI MM5314 12Reloj Digital usando el CI MM5314
- INVOLUCRADOS EN EL CAPÍTULO 1 13INVOLUCRADOS EN EL CAPÍTULO 22 DESCRIPCIÓNDESCRIPCIÓN DEDE LASLAS HOJASHOJAS TÉCNICASTÉCNICAS EE LOSLOS CIRCUITOSCIRCUITOS INTEGRADOSINTEGRADOS
- 2.12.1 Reloj digital usando el CI 74192 13Reloj digital usando el CI
- 2.22.2 Reloj digital usando el CI 4510 14Reloj digital usando el CI
- 2.32.3 Reloj digital usando el CI 74393 15Reloj digital usando el CI
- 2.42.4 Reloj digital usando el CI 7490 16Reloj digital usando el CI
- 2.52.5 Reloj digital usando el CI PIC16F628Reloj digital usando el CI PIC16F628AA 17........
- 2.62.6 Reloj digital usando el CI MM5314 18Reloj digital usando el CI MM5314
- 33 CAPÍTULO III: DISEÑO, SIMULACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DEL RELOJ DIGITAL 19CAPÍTULO III: DISEÑO, SIMULACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DEL RELOJ DIGITAL
1 CAPÍTULO I: INVESTIGACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DEL RELOJ DIGITAL (6 DISEÑOS DE
RELOJES DIGITALES CON CIRCUITOS INTEGRADOS)
1.1 Reloj digital usando el CI 74192
MATERIALES:
IC 74192 contador de décadas sincronía up/down. IC 7447 decodificador de bcd a 7 segmentos. (^) 1 IC 7476 dual slip flop JK preset y clear. 1 IC 7410 triple imput NAND gate. Displays. 1 Diodo LED. Resistencias de 470 Ω.
DESCRIPCIÓN:
Para el caso de los minutos se generó mediante contadores – divisores por 60, formado por un divisor por 10 seguido de un divisor por 6.Estos contadores cuentan de 0-59 y luego vuelve al estado 0;esto es logrado mediante contadores de décadas (74192),donde el divisor por seis es constituido por un contador de décadas con una secuencia truncada, logrado mediante una compuerta NAND la cual detecta a la salida el seis binario activando el load (carga) ;poniendo a la salida la entrada a la carga (cero) .Por su parte para las horas se hizo uso de un contador de décadas y un flip flop,el contador se encargara del BIT menos significativo de las horas contando de 0-9 ,es decir desde 0 hasta 9 y al pasar del 9 al 0 para iniciar un nuevo ciclo el flip flop alterna. Esto hace que se ilumine 1 en el display, que indica el digito de decenas de las horas, es decir el bit más significativo. Luego para lograr que de las 12 pasara a 1 se utilizó otra compuerta que detecta el tres binario y la salida del flip flop para cuando este en 12 y el contador quiera pasar a 3 la compuerta activa el load y carga a la salida el uno binario y haciendo reset en el flip flop. Para el AM-PM trabajamos con un flip flop cuyo clock es la salida del flip flop que se encarga del bit más significativo de las horas, como ambas J y K estan a Vcc el flip flop alterna.
SIMULACIÓN:
74LS CPU CPD PL MR D3 D D1 D TCU TCD Q3 Q Q1 Q U11 (^) 74LS CPU CPD PL MR D D D1 D TCU TCD Q3 Q Q1 Q U 74LS CPU CPD PL MR D3 D D1 D TCU TCD Q3 Q Q1 Q U J^ S CP K R Q _^ Q U8B J^ S CP K R Q _^ Q U8A U7B U7A (^) U5A +V^ V16 5V +V V15 5V +^ V V 5V +V V 5V (^) +V V12 5V +V V 5V +^ V V 5V CP1 CP2 Q1 Q V LED0^ D L23L24L25 L L22 (^) L (^21) L19 L 20 L18 (^) L (^17) L11 L 12 R2^ L 1k Img. Nº1: Simulación del Reloj Digital usando CI 74192
1.2 Reloj digital usando el CI 4510
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
- 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 varíe. 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 Img. Nº2: Simulación del Reloj Digital Discreto
B) CONTEO
Se busca que nuestro integrado cuente hasta 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 último 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 hasta el número 9. Así 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 número 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 hasta 5 con los otros se hace análogamente. C) PROGRAMADOR DE LOS MINUTOS Y LAS HORAS Para que el contador pase de un número 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 número 59 hacia al siguiente contador para que en ese instante este cambie al siguiente número, 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 número; este otro medio al que hacemos referencia son los pulsadores, los cuales nos servirán para establecer la hora exacta a la que estamos. Img. Nº4: Configuración del contador 74393 para contar del 0 al 9 Img. Nº5: Configuración del programador de minutos
D) CONSTRUCCIÓN DEL RELOJ En la siguiente figura podremos mostrar cómo se implementó en proteus para su simulación.
SIMULACIÓN:
Img. Nº7: Simulación del Reloj Digital Img. Nº6: Simulación de la señal de reloj
SIMULACIÓN:
- La primera columna de 7490, son todos iguales por lo que los números de cada pin los tiene únicamente el primer circuito integrado y se repite para el resto.
- La segunda columna que consta de 7447 contiene lógicamente las mismas terminales en todo, por lo que igual solo está numerado el primero.
- El switch es opcional, pues solo interrumpe la entrada de pulsos al reloj y para el conteo, al igual que el LED y la resistencia son opcionales pues esto solo hará en encienda y apague el LED cada segundo. Img. Nº8: Simulación del Reloj Digital usando CI 7490 Img. Nº9: 7474^ Img. Nº10: 7490
1.5 Reloj digital usando el CI PIC16F628A
DESCRIPCIÓN:
Este microcontrolador emplea como oscilador generador de pulsos de reloj un cristal de 4MHz, con dos condensadores de 22pF, conectados a los pines 15 y 16. Para mantener la exactitud del reloj empleamos un pequeño circuito integrado, también de Dallas, que se encarga de contar el tiempo por nosotros. Se trata del DS1307, de 8 pines, que dispone de su propio cristal (de 32.768 Hz) y de una pila CR-2032 de 3V de respaldo. Esta pila se proporciona la energía necesaria para que el DS siga funcionando en caso de producirse algún fallo o desconexión de la fuente de alimentación principal. Esto evita el tener que volver a poner en hora el Relojito cada vez que lo desenchufemos de la red eléctrica. Para mostrar tanto la información correspondiente a las horas y minutos como los datos de la temperatura, se emplearon 4 display LED de 7 segmentos de unos 3.5 centímetros de altura. El modelo elegido fue el C-1021H de Paralight. Dado que el multiplexar estos displays mediante las técnicas tradicionales hubiese exigido un elevado número de pines de E/S del microcontrolador PIC16F628A, se utilizó un registro de desplazamiento construido a partir de cuatro circuitos integrados 74HC164N conectados en cascada. Cada una de las salidas de estos integrados controla uno de los segmentos de los displays. El pin 17 del microcontrolador (bit 0 del PORTA) se encarga de proporcionar los datos al registro de desplazamiento, mientras que el pin 18 (bit 1 del PORTA) entrega los pulsos de CLOCK necesarios. El mismo truco del registro de desplazamiento se utilizó para controlar los 60 LEDs que conforman el segundero. Esta vez fueron necesarios 8 circuitos integrados 74HC164N. Este registro dispone de 64 salidas, de las que se aprovechan solo las primeras 60. Cada una de estas salidas controla uno de los LEDs a través de un resistor que limita la corriente que los atraviesa.
SIMULACIÓN:
Img. Nº11: Simulación del Reloj Digital
2 DESCRIPCIÓN DE LAS HOJAS TÉCNICAS E LOS CIRCUITOS INTEGRADOS
INVOLUCRADOS EN EL CAPÍTULO 1
2.1 Reloj digital usando el CI 74192
En esta ocasión vamos a describir cómo es y funciona el dispositivo 74LS192 o su equivalente 74HCTLS192. 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.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
1 - 74LS11 - 4 puertas NAND de dos entradas. 1 - 74LS1 92 - contador decimal Up-Dw. 1 - 74LS47 o CD4511 - Decodificador BCD a 7 segmentos. 1 - Preselector codificador de 10 a BCD o un conjunto de 4 interruptores DIL. 1 - FD500 - Display a LED de 7 segmentos 1/2 Pulgada. Img. Nº13: Orientación de CI 74192
6 - Resistencias de 1k5W de 1/4 de vatio. 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).
2.2 Reloj digital usando el CI 4510
CONTADOR ASCENDENTE O DESCENDENTE: CD 4510
Es un contador sincrónico con tecnología CMOS y operen código BCD.
Alguna de las características más importantes del CD4510 que con certeza deben ser
consideradas para el montaje de proyectos que se obtienen de la CD4510 datasheet son:
Tension minima de trabajo: 5V DC Tensión máxima de trabajo 15V DC Corriente de salida: 15mA Velocidad media operación: 80Mhz Pinout Img. Nº14: CI 74192 Img. Nº15: Representación física de CD 4510
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
(^) Familia: LS (^) Tipo contador: Binario Frecuencia del reloj: 35 MHz Conteo máximo: 256 Tensión de alimentación mínima: 4.75 V Tensión de alimentación máxima: 5.25 V Rango temperatura de funcionamiento: 0 ° C a +70 ° C (^) Encapsulado DIP (^) 14 pines
2.4 Reloj digital usando el CI 7490
El 7490, conocido como Contador de 10 lograr las conversiones de horas, minutos y segundos se implementó mediante la configuración interna de un 7490 (4 bits - DeacadeCounter), este Circuito Integrado nos permite obtener una salida digital de 4 bits contando de cero hasta 9, este sería el segundo segmento de los segundos.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
FAMILIA: LS
Tipo contador: Década Conteo máximo: 9 Tensión de alimentación mínima: 4.75 V Tensión de alimentación máxima: 5.25 V Frecuencia de reloj: 42 MHz Rango temperatura de funcionamiento: 0 ° C a +70 ° C Encapsulado DIP (^) 14 pines Img. Nº18: Configuración de pin y Diagrama funcional del contador 74HC Img. Nº19: Representación física del contador 74HC Img. Nº20: Configuración de pin de 74LS
2.5 Reloj digital usando el CI PIC16F628A
(^) Memoria de Programa: 1KB Memoria de SRAM: 224 Bytes Memoria EEPROM: 128 Bytes Pines de E/S: 16 Entradas analógicas: No Salidas PWM: 2 Oscilador: Oscilador interno de 4 MHz Número de Pines: 18 Como podemos ver, los pines 1, 2, 3, 4, 15, 16, 17 y 18 tienen el nombre de RAx. Esos pines conforman el puerto A, “PORTA” de ahora en más. Los pines 6 al 13 forman parte del puerto B (“PORTB”). El pin 5 es el que se conectara al negativo de la fuente de alimentación. El 14 irá conectado a 5V. Como habrán notado, muchos de los pines tienen más de una descripción. Esto se debe a que pueden utilizarse de varias maneras diferentes, seleccionables por programa. Por ejemplo, el pin 4 sirve como parte del PORTA, como RESET (MCLR = Máster Clear) y como tensión de programación (Vpp) Img. Nº21: Representación física de PIC16F628A Img. Nº22: Diagrama de Pines de PIC16F628A Img. Nº23: Pines Principales de PIC16F628A
3 CAPÍTULO III: DISEÑO, SIMULACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DEL RELOJ DIGITAL
3.1 Descripción de la hoja técnica del 74193
El circuito DM74LS193 es un contador binario de 4 bits ascendente / descendente síncrono. La operación síncrona se proporciona al hacer que todos los flip-flops estén sincronizados simultáneamente, de modo que las salidas cambien juntas cuando así lo indique la lógica de la dirección. Este modo de operación elimina los picos de conteo de salida normalmente asociados con los contadores síncronos (rippleclock). El contador es totalmente programable; es decir, cada salida puede preajustarse a cualquier nivel ingresando los datos deseados en las entradas mientras la entrada de carga es LOW. La salida cambiará independientemente de los pulsos de conteo. Esta característica permite que los contadores se usen como divisores de módulo-N simplemente modificando la longitud de conteo con las entradas preestablecidas. Se ha proporcionado una entrada clara que, cuando se lleva a un nivel alto, obliga a todas las salidas al nivel bajo; Independiente de las entradas de conteo y carga. Las entradas de borrado, conteo y carga se almacenan en búfer para reducir los requisitos de unidad de los controladores de reloj, etc., necesarios para palabras largas. Estos contadores fueron diseñados para ser conectados en cascada sin la necesidad de circuitos externos. Las salidas tanto de préstamo como de acarreo están disponibles para ascender las funciones de conteo ascendente y descendente. La salida de préstamo produce un pulso de ancho igual al de la cuenta regresiva cuando el contador se desborda. De manera similar, la salida de acarreo produce un pulso de ancho igual al de la cuenta regresiva cuando existe una condición de desbordamiento. Luego, los contadores se pueden conectar en cascada fácilmente alimentando el préstamo y llevando las salidas a la cuenta regresiva y contando las entradas respectivamente del contador de sucesión. Img. Nº25: Diagrama de Pines del CI 74193 (^) Img. Nº26: Representación física del CI 74193
3.2 Implementación del reloj digital usando 74193
MATERIALES:
1 Timer 555 6 contadores 74193 6 decodificadores 7447 6 displays de ánodo común Compuertas lógicas AND Compuertas lógicas OR Switches
DESCRIPCIÓN:
El circuito se divide básicamente en 3 partes
- El generador de pulsos(timer 555) para que la cuenta se realice automáticamente cada segundo.
- El convertidor de pulsos a código BCD(binario) utilizando el CI 74193
- El decodificador BCD a 7 segmentos utilizando el CI 7447
SIMULACIÓN:
Img. Nº27: Simulación del Reloj Digital
