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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 Fig. Nº 2: En esta imagen se puede ver los

las respectivas patitas del integrado 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-contadores-

6 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