Contador 0 – 9 utilizando circuitos integrados TTL y el 555

Para tod@s aquell@s que se están iniciando en el mundo de la electrónica u hobbistas (o simplemente para pasar el rato), el presente circuito descrito a continuación, es un contador de 0 a 9 que pueden armar con circuitos integraos que se consiguen fácilmente en las electrónicas locales; aún recuerdo como si fuese sido ayer cuando armé éste contador, la desventaja de este circuito es que no inicia precisamente en 0 en algunas ocasiones, hasta pasado un momento retoma su cuenta normal.

Para la elaboración de este circuito se emplean cuatro elementos importantes (además de los resistores, que se mencionaron en la entrada pasada y los capacitores o condesandores, que se explicarán posteriormente con un sencillo experimento):

1. “Display” de 7 segmentos: (para este caso será uno  de ánodo común) Donde visualizaremos el conteo.

 

Aspecto físico de un display de 7 segmentos.

 

Distribución de pines y segmentos.

 

2. Un DM74LS90N o similar: Circuito integrado de la familia TTL (Transistor Transistor Logic), con diferentes configuraciones, una de ellas, permitede realizar el conteo en formato BCD (Binary Coded Decimal), de una serie de pulsos provenientes de una fuente externa.

3. Un DM74LS47N o similar: Circuito integrado de la familia TTL, cuya función es de “driver” o enlace entre el circuito contador y el display de 7 segmentos.

 

4. Un NE555N o similar: Circuito integrado que puede emplearse con distintas configuraciones, una de ellas es la de temporizador, para generar pulsos de onda cuadrada, comprendidos generalmente entre 0 y 5 volts con una frecuencia ajustable, mediante la conexión externa de 2 resistores y un capacitor.

Una de las facilidades de hoy, es que existe software muy avanzado que permite la simulación casi “en tiempo real”, del comportamiento de un circuito electrónico digital, antes de armarlo en una tablilla de experimentación (protoboard) o en una placa (o tarjeta) de circuito impreso. Algunos programas de simulación son los siguientes:

- Electronics Workbench: Actualmente descontinuado (pero lo incluyo en esta lista porque, en este software, fue donde hice la mayor parte de mis simulaciones), desarrollado por la empresa Interactive Image Technologies Ltd, fue uno de los primeros programas con interfaz gráfica de simulación, posteriormente fue adquirido por National Instruments y “mutó” al software mencionado en la siguiente línea.

- NI Multisim: Software avanzado de simulación de circuitos analógicos y digitales, permite la interacción con módulos externos, y es desarrollado por la empresa National Instruments.

- Isis: Incluido en la paquetería de software Proteus de la empresa Labcenter Electronics, permite la simulación de circuitos analógicos y digitales, así como programas destinados a microcontroladores,  cuenta además con la emulación de puertos virtuales COM y USB, entre otras funciones.

El diagrama para construir el contador lo podemos encontrar en la siguiente bibliografía:

Título: Mis inicios en Electrónica

Autor: MIMS III, Forrest M.

1ª Edición

Editorial: McGraw-Hill

México, D.F.

Mayo de 1988.

Páginas: 103-104, 140

Aunque también lo he visto actualmente en el libro:

Título: El ABC de la Electrónica

Autor: STENGEL, Lester

1ª Impresión

Editorial: Steren

Año: 2002

Página: 85

O también si lo prefieren en el siguiente link:

http://www.profesormolina.com.ar/circuitos/circuitos.php?codigo=17

Aunque en los libros sugiere utilizar el 74LS48 y un display de cátodo común, en el circuito a simular y construir se utilizarán los circuitos integrados que se mencionaron anteriormente:

Por lo tanto:

U1: DM74LS90N

U2: DM74LS47N

DISP: Display de 7 segmentos de ánodo común.
R1-R7: Resistores de 220Ω de medio Watt

Ahora tratamos de “construir” el circuito del contador en cualquier software de simulación mencionado arriba, o con algún otro que conozcamos (Livewire, Circuit Maker, etc). 

 

Diagrama simulado en el entorno de Electronics Workbench 5.12 (se agregó una serie de inversores a la salida del 74LS47 para la correcta simulación del circuito).

 

Diagrama simulado en el entorno de NI Multisim 10. 

 

Diagrama simulado en el entorno de desarrollo de Isis (Proteus 7.6 SP0).

Ya tenemos construido el diagrama del contador, pero notarán que hay una parte con la leyenda: Entrada de la cuenta (para todas las simulaciones se conectó un generador de onda cuadrada de 1 Hz de frecuencia, la cual fue suprimida de los diagramas antes de hacer la captura de la pantalla de la computadora). Es en este pin es donde conectaremos al NE555N configurado como oscilador astable, cuya configuración se muestra en el siguiente diagrama que sugieren las hojas de especificaciones:

Ahora para calcular la frecuencia de los pulsos, nos guiaremos de la ecuación planteada en las hojas de especificaciones:

 ....(1)

Donde:

 es la frecuencia en Hertz (Hz) de los pulsos de 5V.

es el periodo en segundos.

 y son los resistores.

es un capacitor.

Ahora para obtener una frecuencia aproximada ( ) de 1 Hz, sabiendo que:

 Dando valores a algunas de las variables y suponiendo que en el taller tenemos los siguientes componentes:

 = 1 segundo (ya que la frecuencia es de 1Hz)
 = 33 KΩ
= ?
 = 10µF

Procedemos a calcular a  despejándola de la fórmula (1) y utilizando el periodo en lugar de la frecuencia, tenemos (si observáis algún error en el despeje, por favor hacérmelo saber):

 Sustituyendo valores:

 Para corroborarlo, vamos a la siguiente liga y utilizamos la calculadora que han implementado para el oscilador astable:

 http://lc.fie.umich.mx/~ifranco/UTILERIAS/index.htm

Por lo que el circuito final para generar los pulsos para el DM74LS90N, queda como se muestra: 

Después se realizó una simulación en ISIS del circuito final: 

A continuación, se muestra el circuito completo:

  

Link alterno, para descargar el circuito:

http://www.mediafire.com/view/lyan3uqbllixdau/contador_0_9_ISIS.pdf

Por último, para realizar la construcción del circuito en la tablilla de experimentaciones y tener el valor de 55.5KΩ   del resistor . Se ha conectado un potenciómetro (cuyo valor medido es de 53KΩ  ) en serie con un resistor de 3.3KΩ (naranja, naranja, rojo), además se sugiere conectar un capacitor de 10µF en las terminales de la fuente de 5 Volts, para evitar el "ruido" de la misma. A continuación en el presente video se puede observar el funcionamiento del contador.

Eso ha sido todo.

¡Muchas gracias por leer esta nueva entrada!

ALF