GUÍA Nº 3.- Circuitos de lógica Secuencial 1.

GUÍA DE ESTUDIO Nº 3
Modulo: Sistemas Electrónicos Digitales
Profesor Ramón Flores Pino
GUÍA Nº
Profesor/a(s)
Nivel o Curso/s
Unidad/Sub Unidad
Contenidos
Ramon Flores Pino
4º D
3.- Circuitos de lógica Secuencial
1.- Temporizador 555
2. Flip Flops, Contadores
Aprendizajes Esperados
1 Explicar el funcionamiento del circuito integrado 555
2, Detallar los diversos tipos de Flip Flop
INSTRUCCIONES:
1. Todos los contenidos aquí tratados si los quieres complementar, estan disponibles en la
web
2. En el buscador de tu preferencia siempre realiza la pregunta como te gustaria hacerla,
ejemplo: ¿Qué es una compuerta logica? encontraras muchas alternativas de respuestas.3. Es conveniente que siempre desarrolles los ejercicios y preguntas propuestos para que
aumentes significativamente tu aprendizaje
4. No olvides que siempre debes tener una calculadora cientifica porque vas a tener que
realizar calculos
5. Lee detenidamente los aprendizajes esperados ya que de estos se hara tu prueba final
6. Tendras la opcion de aclarar dudas en forma ONLINE o Presencial según las circunstancias
APOYO PARA EL LOGRO DEL PRIMER APRENDIZAJE ESPERADO
PRIMER APRENDIZAJE ESPERADO
1 Explicar el funcionamiento del circuito integrado 555
CONTENIDO
1.- Temporizador 555
DESARROLLO
Circuito integrado 555
El dispositivo 555 es un circuito integrado muy estable cuya función primordial es la de producir
pulsos de temporización con una gran precisión y que, además, puede funcionar como
oscilador.
El C.I.. 555 puede funcionar de dos formas diferentes: funcionamiento monoestable y
funcionamiento astable.
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Liceo Industrial “Vicente Pérez Rosales”
San Pablo 4660 Quinta Normal
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Monoestable:
En este estado al recibir un pulso cambia de estado por ejemplo de 0v a 5v permaneciendo un
instante en este valor para volver a 0v y permanecer en este estado, es decir vuelve a su
estado original.-
Circuito
Funcionamiento
Cuando la señal de disparo está a nivel alto (ej. 5V con Vcc 5V) la salida se mantiene a nivel
bajo (0V), que es el estado de reposo.
Una vez que se produce el flanco descendente de la señal de disparo y se pasa por el valor de
disparo, la salida se mantiene a nivel alto (Vcc) hasta transcurrido el tiempo determinado por la
ecuación:
T = 1.1*R1*C
Es recomendable, para no tener problemas de sincronización que el flanco de bajada de la señal
de disparo sea de una pendiente elevada, pasando lo más rápidamente posible a un nivel bajo
(idealmente 0V).
NOTA: en el modo monoestable, el disparo debería ser puesto nuevamente a nivel alto antes
que termine la temporización.
Astable
En este caso la tensión de salida del circuito está variando continuamente entre dos valores es
decir no permanece constante en ninguno de los dos.
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Circuito
Funcionamiento
En este modo se genera una señal cuadrada oscilante de frecuencia:
F = 1/T = 1.44 / [C*(R1+2*R2)]
La señal cuadrada tendrá como valor alto Vcc (aproximadamente) y como valor bajo 0V.
Si se desea ajustar el tiempo que está a nivel alto y bajo se deben aplicar las fórmulas:
Salida a nivel alto: T1 = 0.693*(R1+R2)*C
Salida a nivel bajo: T2 = 0.693*R2*C
Cuando el c.i. 555 está en funcionamiento astable su tensión de salida está variando
continuamente entre dos valores, permaneciendo un tiempo T1 en el primero y un tiempo T2 en
el segundo .
Especificación de los terminales del 555
GND (Pin nº 1): Es el polo negativo de la alimentación, generalmente el común.
Disparo (Pin nº 2): Es en esta patilla, donde se establece el inicio del tiempo de retardo, si el
555 es configurado como monoestable. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin va
por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación. Este pulso debe ser de corta duración,
pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la entrada
de disparo pase a alto otra vez.
Salida (Pin nº 3): Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador, ya sea que
esté conectado como monoestable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje será el
voltaje de alimentación (Vcc) menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi
0 voltios con la ayuda de la patilla de reset (normalmente la 4).
Reset (Pin nº 4): Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida a
nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar
que el 555 se "resetee".
Control de voltaje (Pin nº 5): Cuando el temporizador se utiliza en el modo de controlador
de voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc (en la práctica como Vcc -1
voltio) hasta casi 0 V (aprox. 2 Voltios). Así es posible modificar los tiempos en que la salida
está en alto o en bajo independiente del diseño (establecido por los resistores y
condensadores conectados externamente al 555). El voltaje aplicado a la patilla de control de
voltaje puede variar entre un 45 y un 90 % de Vcc en la configuración monoestable. Cuando
se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc.
Modificando el voltaje en esta patilla en la configuración astable causará la frecuencia
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original del astable sea modulada en frecuencia (FM). Si esta patilla no se utiliza, se
recomienda ponerle un condensador de 0.01μF para evitar las interferencias.
Umbral (Pin nº 6): Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza para
poner la salida a nivel bajo.
Descarga (Pin nº 7): Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo
utilizado por el temporizador para su funcionamiento.
V+ (Pin nº 8): También llamado Vcc, alimentación, es el pin donde se conecta el voltaje de
alimentación que va de 4.5 voltios hasta 18 voltios (máximo). Hay versiones militares de este
integrado que llegan hasta 18 Voltios.
Especificaciones Generales del 555
5Voltios
Vcc
10Voltios
15Voltios
Notas
Varia con el Mfg y el
diseño
Frecuencia máxima (Astable)
500-kHz a 2-MHz
Nivel de tensión Vc (medio)
3.3-V
6.6-V
10.0-V
Nominal
Error de frecuencia (Astable)
~ 5%
~ 5%
~ 5%
Temperatura 25° C
Error de temporización
(Monoestable)
~ 1%
~ 1%
~ 1%
Temperatura 25° C
Máximo valor de R1 + R2
3.4-Meg
6.2-Meg
10-Meg
Valor mínimo de R1
5-K
5-K
5-K
Valor mínimo de R2
3-K
3-K
3-K
Reset VH/VL (pin-4)
0.4/<0.3
0.4/<0.3
0.4/<0.3
Corriente de salida (pin-3)
~200ma
~200ma
~200ma
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APOYO PARA EL LOGRO DEL SEGUNDO APRENDIZAJE ESPERADO:
SEGUNDO APRENDIZAJE ESPERADO
2, Detallar los diversos tipos de Flip Flop
CONTENIDO
2. Flip Flops, Contadores
DESARROLLO
FLIP FLOPS
Son circuitos de logica secuencial que conforman bit de memorias en circuitos digitales
Tienen terminales de entrada y de salida, el nombre de los de entrada depende del tipo de flip
flop, los de salida se denominan Q y .Las salidas Q y
dependen de la combinacion de valores que existan en los terminales de
entradas y del estado anterior del circuito (Qn) y donde Qn+1 es el estado nuevo del FF ( al que
se quiere llevar).Un Flip Flop se define en estado 1 si Q = 1 y
Y se define en estado 0 si Q = 0 y = 1
=0
Tipos de Flip Flops
Tipo R – S
Simbolo
Tabla de funcionamiento
#
0
1
2
3
Requiere
(entrada)
R
S
0
ø
1
0
0
1
ø
1
Cambio
(salida)
Qn
Qn+1
0
0
0
1
1
0
1
1
Este FF no acepta la combinacion R=1 S=1 para producir cambio en la salida
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Tipo D
En este FF con el pulso de clock, la salida se hace igual a la entrada y el estado se conserva
hasta el proximo pulso de clock.
Simbolo
Tabla de funcionamiento
#
0
1
2
3
Requiere
(entrada)
D
0
1
0
1
Cambio
(salida)
Qn
Qn+1
0
0
0
1
1
0
1
1
El circuito integrado TTL Nº 7474 contiene este tipo de FF
Tipo T
Este FF invierte su estado en la salida cada vez que la entrda T = 1
Simbolo
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Tabla de funcionamiento
#
0
1
2
3
Requiere
(entrada)
T
0
0
1
1
Cambio
(salida)
Qn
Qn+1
0
0
1
1
0
1
1
0
Para obtener este tipo de FF se hace a traves de un FF tipo JK conectado de la siguiente forma
Tipo J K
Este FF es similar al R S , pero acepta la combinacion J =1 K = 1 para producir cambio en la
salida
Tabla de funcionamiento
#
0
1
2
3
4
5
6
7
Requiere
(entrada)
J
K
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
Cambio
(salida)
Qn
Qn+1
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
0
Tabla Resumida
#
Requiere
(entrada)
J
K
Cambio
(salida)
Qn
Qn+1
0
1
2
3
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El CI que contiene FF tipo JK es el 7473
Ejercicio Propuesto
Completa la tabla de funcionamiento resumida que se obtiene de la tabla
de funcionamiento de este FF .-
Circuitos de aplicación
1.- Memoria de 4 bit con FF tipo D ( 7474 )
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2.- Un Contador con FF tipo J K (7473)
CONTADOR
Un contador (counter en inglés) es un circuito secuencial construido a partir de
Flip Flops y compuertas lógicas que realiza el conteo de pulsos lógicos que
recibe en la entrada destinada a tal efecto, almacenar datos o ac tuar como
divisor de frecuencia, o mas simple: “Es un circuito se cuencial cuya salida
representa en un código adecuado el numero de impulsos que aparecen en su
entrada”. Según la forma en que conmutan (cambian de estado) los circuitos que lo
conforman, se tienen: contadores síncronos (todos los circuitos conmutan a la
vez, con una señal de reloj común) o asíncronos (el reloj no es común y los
circuitos conmutan uno tras otro).
Clasificación:
Según el sentido del conteo : Si el contador cuenta hacia arriba o
ascendente se denomina UP.- Si el contador cuenta hacia abajo o descendente
se denomina DOWN.Un circuito integrado que sea contador generalmente se fabrica para que
cuente en ambos sentidos UP/DOW N, salvo excepciones. Ejemplos de Circuitos Integrados Contadores:
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Modulo contador
Es un circuito que se realiza con varios componentes y que puede contar
pulsos en forma UP o DOWN, Dispone de un display de siete segmentos, un decodificador y un
circuito contador propiamente tal.Diagrama de circuito utilizando el contador 74192
Primero el circuito del decodificador con el display al cual se le agregara un contador
El circuito integrado a utilizar como counter es el 74192, cuyas conecciones son las siguientes:
El dispositivo 'LS192, constituye un contador asíncrono reversible con entrada paralela,
preparado para efectuar el conteo decimal en código binario BCD, que además dispone de
preselección de carga.
Este es un contador MOD10. Los contadores que tienen diez estados en su secuencia se
denominan contadores de décadas; cuya secuencia va de cero (0000) a nueve (1001), ( (cuenta
del 0 al 9) )por lo tanto es un contador de décadas BCD, ya que su secuencia de diez estados
corresponde al código BCD. Este tipo de contador resulta de gran utilidad en aplicaciones de
gran variedad.
Si se desea utilizar al contador para trasladar datos desde la entrada a la salida se sigue el
siguiente procedimiento:
Para cargar las salidas a un determinado estado, se aplican los datos a las entradas DataA,
DataB, DataC y DataD y se aplica el nivel bajo L a la patilla 11 'load', esta operación de carga es
independiente del reloj y del estado del contador. Por ejemplo: cargar el preselector a 9, esto
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quiere decir que en las líneas de datos de entrada (Inputs) pondremos los siguientes niveles:
1001, donde la dataA=1, DataB=0, DataC=0 y DataD=1, es decir DataA y DataD al positivo y
DataB y DataC al negativo.
Detalle de algunos pines:
QA QB QC QD = Son las salidas que deben conectarse a las entradas del decodificador 7448
Vcc y Gnd
= Terminales de polarizacion
DATAS ABCD = Terminales de programacion para la transferencia de datos
Clear, Load
= Terminales de habilitacion
Up/Down
= Terminales de programacion de conteo,
El circuito completo
En este circuito no hay entrada de clock especifica,sino que el clock se conecta en el pin Up( pin
5) o el pin Down (pin 4), según el sentido del conteo que se desee.- Este circuito cuenta desde 0
hasta ……. Debes comprobarlo en el laboratorio.-
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Un modulo contador utilizando el 74191, es el siguiente
El counter 74191 es un contador Up/Down donde en las salidas es posible obtener un conteo
en forma binaria desde 0000 a 1111 ( 0 a 15 en decimal).Modulo contador 0 – 99
Si se desea realizar un modulo que cuente desde 0 a 99, se requieren dos modulos, para este
caso el counter mas conveniente es el popular 7490 que es un contador de decadas , el circuito
es como sigue:
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Aplicaciones
Los contadores tienen variadas aplicaciones donde se requiera tener un registro
de numero de giros de alguna maquina, cantidad de productos producidos, abertura o cierre de
puertas, divisores de frecuencia, secuenciales de luces , etc.
Un ejemplo de un circuito secuencial muy utilizado es el que usa el contador de decadas CD
4017 fabricado bajo tecnologia CMOS.- Este counter por ser de tecnologia Cmos tiene un rango
mayor de voltaje ( desde 3 a 15V) que un TTL que solo funciona con un voltaje fijo de 5v, lo que
lo hace muy conveniente ya que se pueden utilizar baterias de 9 v para su alimentacion.
A continuacion un circuito secuencial utilizando el CD4017
Circuito Secuencial de luces
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