cronometro digital - Universidad Santiago de Cali

GUIAS ÚNICAS DE LABORATORIO
CRONOMETRO DIGITAL
AUTOR: ALBERTO CUERVO
SANTIAGO DE CALI
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI
DEPARTAMENTO DE LABORATORIOS
DDEEPPAARRTTAAM
MEENNTTOO DDEE LLAABBOORRAATTOORRIIOOSS
GGUUIIAASS DDEE CCRROONNOOM
MEETTRROO DDIIGGIITTAALL
CRONÓMETRO DIGITAL
OBJETIVO
Los contadores son uno de los circuitos digitales de mayor aplicación en la construcción
de sistemas lógicos electrónicos. Éstos pueden ser sincrónicos o asincrónicos.
Los contadores sincrónicos constituyen un caso particular de circuito secuencial
sincrónico en donde los pulsos de entrada que se van a contar se inyectan a la entrada
de reloj o de pulsos de todos los flip-flops que componen el contador, obligando a los
flip-flops a cambiar de estado de forma simultánea con la sola diferencia en los tiempos
de operación de los flip-flops individuales. El cambio de estado de cada uno de los flipflops será función de los valores lógicos presentes en las entradas de excitación (SR, JK o
D) de cada uno de los flip-flops.
A diferencia de los contadores sincrónicos, en los contadores asincrónicos los pulsos de
cuenta no se inyectan a todas las entradas de reloj de los flip-flops de forma simultánea,
causando una mayor simplicidad en el circuito del contador, pero una mayor lentitud en
su operación.
La presente práctica tiene como objetivo familiarizar al estudiante en la operación de
los circuitos de contadores con el diseño de un circuito práctico como es el caso del
cronómetro digital.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Diseñar el circuito de un cronómetro digital, con las señales que se muestran en el
diagrama siguiente. El cronómetro deberá poder contar el tiempo en segundos desde 0
hasta 39 segundos en forma decimal.
Contar
CRONÓMETRO
SALIDA
Borrar
DIGITAL
reloj
Al display de
7 segmentos
Por tanto el cronómetro tendrá dos digitos decimales, el dígito de las unidades y el
dígito de las decenas, los cuales deberán ser llevados al display de 7 segmentos para
poder visualizar el número de segundos transcurridos desde que se arranca a contar al
cronómetro hasta que se detiene.
Los pulsos de reloj deben ser obtenidos del generador de frecuencias (27) y divisor de
frecuencias (28) con la frecuencia apropiada.
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Las señal de “Contar “ será obtenida de un teclado (31)
Cuando Borrar = 1, el contador se repone a 0 segundos.
Cuando Contar = 1 el cronómetro arranca, y cuando Contar se regresa a 0 se detiene el
cronómetro.
Para el dígito de las unidades, utilice el circuito integrado del contador binario
sincrónico (39) convertido en contador decimal (0...9) utilizando su entrada de cargar
datos en paralelo.
Para el dígito de las decenas utilice flip-flops JK. Para este dígito implemente un
contador binario asincrónico de 0 a 3, ya que la velocidad del contador es muy lenta, y
el contador asincrónico necesita menos circuitos para su realización que el sincrónico.
Utilice como máximo dos compuertas AND/NAND, especificando muy bien todas las
conexiones que se deben efectuar en el montaje del circuito en el laboratorio.
SOLUCIÓN.
El diagrama en bloques del cronómetro se muestra en el diagrama siguiente, el cual está
compuesto de dos contadores: un contador decimal para el dígito de las unidades y un
contador binario de 0 a 3 para el dígito de las decenas. Los pulsos de reloj con una
frecuencia de 1 Hz (1 pulso por segundo) incrementan al contador de las unidades.
Cuando ocurra el décimo pulso el dígito de las unidades pasa a 0 y produce una
transición que provoca que el dígito de las decenas se incremente, etc.
Cronómetro digital
Decenas
Unidades
Contar
reloj
8 4 2
1
8
4
2
1
Por ejemplo, si el número en el cronómetro es el 09 (0000, 1001), al ocurrir el flanco
positivo del décimo pulso en la entrada del contador de las unidades este pasa a 0
(0000), la transición negativa de 1 a 0 del bit de mayor orden del contador de las
unidades se aplica al contador de las decenas haciéndolo incrementar y pasando a 1
(0001).
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La función de la compuerta NAND consiste en bloquear los pulsos de reloj cuando Contar
=0. Si Contar = 0, la salida de la compuerta NAND =1 y no se aplican pulsos al
cronómetro.
Se muestra el circuito digital del cronómetro digital
Display de
7 segmentos
CTRDIV16
BORRAR
CT=0
Contar
2+
G1
1-
reloj
1 Hz
G2
decenas unidades
C3
2+/G1: entrada de pulsos para
conteo creciente
1
2
4
8
C3: entrada asincrónica de carga
que se activa con 0
CT=0: entrada asincrónica de
borrado que se activa con 1
entrada
bit mayor orden
BORRAR
1J
1K
R
pulsador
BORRAR
1
2
4
8
Q0
1J
Q1
1K
R
1
Observación: Con un nivel alto en la entrada (CT=0), se borra el contador
En el circuito el contador binario de las decenas está compuesto por dos flip-flops, pués
éste nada más debe contar de 0 a 3 (00 a 11) según las especificaciones.
En el contador binario CTRDIV16, la entrada C3 es alimentada por una compuerta NAND
para que cuando ocurra el décimo pulso y este contador pase a 1010 momentáneamente
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la entrada C3 se haga 0 y se cargue el número presente en su entrada (0000). De esta
forma se obliga a este contador a pasar del número 9 (1001) al 0 (0000).
Finalmente la señal Borrar lleva a 0 a todo el cronómetro según la conexión efectuada.
BIBLIOGRAFÍA
1. Víctor P. Nelson, H. Troy Nagle, Bill D. Carroll y J. David Irwin, “Análisis y Diseño de
Circuitos Lógicos Digitales “, Prentice-Hall Hispanoamericana S.A., 1996
2. System Technick, “DIGI BOARD2 Descripción Técnica “
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