Reloj digital

Resumen

En la realización del reloj digital, con segundos, minutos y horas se buscaba utilizar Un
contador Binario que pudiese realizar la acción de conteo programado como lo hace el
reloj. Se utilizó el integrado 74LS193 que es un Contador Binario Síncrono de 4 bit, bajo la
tecnología TTL Mediana integración.

El circuito se divide básicamente en 3 partes.
1.- El generador de pulsos (para que cambie automáticamente la cuenta).
(Normalmente se ocupa un integrado 555).
2.- El convertidor de pulsos a código BCD (Binario).
(Aqui se utiliza el 74LS193).
3.- El decodificador de BCD a 7 segmentos.
(Aqui se utiliza el 74LS47).

El proceso se llevó a cabo por secciones, haciéndose algo independiente el diseño previo
de los segundos del de los minutos y las horas. Luego, las secciones se fueron
ensamblando analizando detalladamente cuales salidas deberían dar el dato para que la
siguiente sección trabajase correctamente. El proceso de la diseño del reloj se llevó en 5
etapas: Contador módulo 10 (Prueba), Segundos (Contador módulo 60), Minutos, Horas
(Normal y Militar).

La fase previa fue la realización de un contador módulo 10; esto con el fin de analizar el
funcionamiento del integrado y conocer cada uno de sus pines para no tener problemas
posteriormente. Para los segundos, se realizó un contador Módulo 60 ascendente, en
donde el Reseteo Maestro (MR) determina el restablecimiento del conteo, cuando detecta
la señal del número correspondiente que en nuestro caso sería el 9 (1001), y se
proporciona una señal alta pues es la necesaria para la activación de dicho pin; de allí se
explica la utilización de la compuertas and y or de 2 entradas que proporcionan los datos
de activación del Reseteo; para la señal del conteo ascendente, el pin correspondiente
(CPU) se conectó directamente a la salida del temporizador que es quien marca la pauta,
bajo su generación de pulsos. La Realización de los minutos, fue exactamente igual a la
de los segundos, mediante un contador Módulo 60. Para la señal necesaria del conteo
ascendente, la entrada ya no va conectada al temporizador pues contarían
sincronizadamente segundos y minutos, sino que se conecta a la salida de la compuerta
and de las decenas del segundero; esto se hace con el fin de que cuando el segundero
produzca un ciclo completo la misma señal que activa la carga paralela, sea quien
determine el conteo de las Unidades; así cada vez que el segundero de un conteo
completo el minutero avanzará un estado en su conteo. Posteriormente se hace lo mismo
con las horas, para así sincronizar el conteo de las tres secciones (Véase planos por
secciones).

El ensamble de las secciones va dando paso a una nueva etapa del reloj, para finalmente
obtener un reloj con conteo de horas, minutos y segundos, en hora militar y normal, en
donde identifica las horas de la mañana y de la tarde.

CONTADOR MOD 10

Con el pin MR (1) y el pin PL (2)

ANÁLISIS DEL INTEGRADO

Para la realización del proyecto fue necesario realizar éste contador Módulo 10 para
identificar previamente todos los pines y su diferente utilización. Se hizo la prueba del
contador con dos pines fundamentales para el conteo, el pin PL (Carga paralela) Y el pin
MR (Master Reset). Finalmente se decidió hacer el diseño del reloj con el Pin MR. A
continuación la explicación teórica y práctica de cada uno.

CPU: Count Up Clock Pulse input. Entrada de contador ascendente. Es aquel que recibe
la señal ya sea del reloj, o de la compuerta para realizar el conteo ascendente. Se activa
con un 0 Lógico.

CPD: Count Down Clock Pulse input. Entrada de contador descendente. Ésta compuerta
realiza el mismo trabajo que CPU, sólo que lo hace para contadores descendentes. Como
es un reloj, no la utilizaremos, y como se activa con un 0 lógico, en nuestro caso irá a
VCC.

MR: Asynchronus Master Reset. Reseteo asíncrono o simplemente Reset. Éste pin se
encarga de llevar el contador a cero, cuando recibe la señal de activación. Se activa con 1
lógico, por eso para estimular su trabajo con respecto a las salidas, se utiliza una
compuerta nand.

PL: Asynchronus Parallel Load: Carga paralela asíncrona. Se encarga de reiniciar el
conteo al recibir la señal que lo estimula. Es quien vuelve a cargar el proceso. Se activa
con un 0 lógico, por eso la compuerta previa a su activación es una compuerta nand.

Dn: Parallel Data inputs. Entradas paralelas. Son éstas entradas quienes indican desde
que punto va a comenzar el conteo, ya sea ascendiendo o descendiendo. D3 es mayor
peso y D0 es menor peso. En nuestro caso todos irán a tierra, pues el conteo comenzará
desde cero.

Qn: Flip-Flop outs. Salidas de Flip-Flop. Como se indica, son las salidas siendo Q3 la de
mayor peso (8) y Q0 la de menor peso (1). De allí se toman las entradas de las
compuertas.

TCD: Terminal Count Down (Borrow) output. Salida del conteo descendente (Préstamo).
Se utiliza para llevar el dato del anterior contador en los conteos descendentes. Sólo se
utiliza cuando el conteo es normal, es decir hasta 15. En nuestro caso no se conecta.

TCU: Terminal Count Up (Carry) output. Salida del conteo ascendente (Acarreo). Se
utiliza para llevar el dato al siguiente contador en los conteos ascendentes. Sólo se utiliza
cuando el conteo es normal. En nuestro caso no se conecta.

Luego de que se hubiese realizado la práctica del contador Módulo 10 y se hubiese
revisado el datasheet del integrado se analizaron e identificaron los pines de la siguiente
manera:

• Dn: Entradas paralelas

• Qn: Salidas de Flip Flops

• PL: Carga Paralela

• MR: Reseteo Maestro

• TCD y TCU: Préstamo y acarreo

• CPU y CPD: Conteo ascendente y descendente

Logramos determinar que al contrario de el 74LS192, en el integrado 74LS193 no
podemos utilizar el Carry ni el Borrow, puesto que el conteo que necesitamos realizar no
es la secuencia normal que éste debería realizar, ya que es un conteo binario, lo que
significa tener 15 estados. Por tanto, necesitamos que la señal nos la proporcione una
compuerta lógica. Las compuertas lógicas están conectadas de manera que cuando se
realice la operación en las salidas a las cuales están conectadas se produzca un estado
alto y se active el pin MR, que es quien lleva todos los contadores a cero, es decir es el
reset del circuito. Las entradas Dn (D1, D2, D3, D4) Determinan el punto partida del
contador, en éste caso todas están a tierra, lo que quiere decir que el primer número en la
secuencia binaria será un 0000, lo que en decimal equivale a cero.

En el caso del contador Módulo 60, la compuerta de las unidades está conectada a las
salidas del 74LS193 que equivalen a 8 y 2. Esto quiere decir que cuando el conteo pase
por 9, al llegar a 10 se produzca el reseteo; la salida de ésta compuerta también está
conectada a CPU, y la mecánica es igual a la de las unidades, sólo que en vez de esperar
el pulso del reloj, se espera la señal de la compuerta. Vale la pena recordar que las
entradas CPU y CPD se activan con niveles lógicos bajos, entonces cuando las salidas
son altas el CPU de las decenas está desactivado, pero inmediatamente la compuerta
realiza su trabajo, la señal baja realiza el conteo del primer dígito de las decenas y así
continuará sucesivamente hasta que realice todo el ciclo y las decenas estimulen el
Reseteo total.

En cuanto a las entradas CPD y PL, se conectaron a la línea positiva, pues éstas se
activan también con Niveles lógicos bajos, y para el circuito no requerimos su
funcionamiento. Hay que aclarar que para los minutos y los segundos se realizó el mismo
circuito pues ambos requieren de un conteo hasta 50 (Mod 60). Lo que cambia es que
para los minutos, la entrada CPU de las unidades no va a ir al reloj, si no a la salida de la
compuerta lógica que determina el reseteo de las decenas, es decir se colocarán en
CASCADA los integrados de éstas dos secciones. (Véase Segundos y minutos)

SECCION HORAS MILITAR Y CIVIL

Lo que logramos en la sección de las horas fue realizar un contador con dos diferentes
módulos 25 y 12. Para esto se necesitaron diferentes grupos de compuertas para detectar
la llegada de los contadores a 13 (Que sería la 1) y a 24.

Las secuencias de conteo del reloj están descritas abajo

Secuencia Para Modo 24 Hrs.
00, 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, Al Siguiente Pulso Restablece a 0 las unidades y
cuenta + 1 Decena.
10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, Al Siguiente Pulso Restablece a 0 las unidades y
cuenta + 1 Decena.
20, 21, 22, 23, 24, Reset a -> 00. Unidades y Decenas.

Secuencia Para Modo 12 Hrs.
01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, Restablecer a 01
& Cambio de Indicadores AM. PM.

Para analizar mejor la ubicación de las compuertas y la función que cumplen, vamos a
analizar paso a paso el recorrido que hace la señal por las compuertas. De arriba para
abajo y de derecha a izquierda.

El planteamiento: Reloj con modos de operación de 12 y 24 Hrs. En modo 12 hrs. señales
de AM. PM. Hablaremos solo de los contadores de Horas, Unidades y Decenas.

U1C: Detecta cuando el reloj llega a 13 Hrs. Genera un pulso llamado h13, ese pulso
pasa “atraves” de la compuerta G “Y” si el conmutador está en la posición 12Hrs=1.

U1A: Detecta cuando el reloj llega a 24 Hrs. Genera un pulso llamado h24, ese pulso pasa
“a través” de la compuerta U6A “Y” si el conmutador está en la posición 24Hrs=0 el
inversor invierte la señal y la función de U6A se cumple.

U7A: restablece a 0 el contador de decenas de horas según como esté el conmutador
24Hrs=0/12Hrs=1.
Esto es si está en 24Hrs=0 “O” si está en 12Hrs=1.

U8A: Debemos, por fuerza, saber todas las funciones de los 74LS193. Su entrada de
control “PL” sirve para pasar los datos en sus D’s hacia sus Q’s. Esto ocurrirá cuando esta
señal “PL” es baja (0). Este nivel lógico 0 se lo da la compuerta K cuando se genere un
pulso MR para el contador de las decenas “Y” cuando el conmutador 24Hrs=0/12Hrs=1
esté en la posición 12Hrs=1. Como en las entradas D’s del contador de unidades tenemos
programado 0001, este contador pasará esos datos a sus Q’s con lo que se restablecerá
a 1 en modo 12 Hrs. No así cuando está en modo 24 Hrs.

U6B: Detecta cuando el contador de unidades llega a 10, cuando llega, se restablece a 0
a través de la compuerta B y cuenta +1 el contador de decenas puesto que ya han pasado
una decena de horas.

U7B: restablece a o el contador de unidades cuando el reloj llega a 24 Hrs “O” cuando
este contador llega a 10.

Finalmente, el funcionamiento del circuito, es muy similar a lo que se ha hecho con
segundos y minutos, teniendo en cuenta que a la entrada CPU de las unidades llega la
salida de las decenas de los minutos, para hacer el mismo proceso que se muestra en la
conexión entre minutos y segundos.

Hay que agregar también que para cumplir con la característica de que el número cero no
aparezca cuando el conteo se hace sólo en las unidades, es decir cunado la hora En civil
o en militar sea entre 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09 la secuencia se muestre de la
forma 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 en los display. Esto lo realizamos probando los pines del
74LS47, y observando sus especificaciones. Colocamos un Swich lógico en el PIN RBI y
comprobamos que cuando está a 1 lógico la operación es normal con el cero, pero
cuando se lleva a 0 lógico (Tierra) el cero desaparece tal y como el enunciado lo dice.

En el análisis se realizó un contador Módulo 30 para comprobar la aparición o no del 0 en
las decenas. (Véase prueba 74LS47)

REFERENTES TEÓRICOS

A continuación adjuntamos una serie de referentes teóricos que fueron fundamentales
para el desarrollo del proyecto. Algunos dieron solución a problemas que se nos
presentaron en el análisis

. Otros fueron fundamentales para comprender la verdadera esencia del proyecto. Otros
además le agregaron la estética y la forma, peor todos éstos conceptos se debieron tener
en cuenta para el desarrollo del Reloj digital.

Acerca de las compuertas dentro de los circuitos.

Para explicar el por qué utilizar determinada compuerta hay que memorizar sus
STATEMENTS.(Estatutos ó Declaraciones ó Reglas).

AND:...Cuando todas sus entradas sean 1 la salida será 1.
NAND: Cuando todas sus entradas sean 1 la salida será 0.
OR:.....Cualquier 1 en sus entradas la salida será 1.
NOR:...Cualquier 1 en sus entradas la salida será 0.
XOR:...Cuando sus entradas son diferentes la salida es 1.
XNOR:.Cuando sus entradas son diferentes la salida es 0.

También podríamos considerarlos en otra forma:

AND:...Cualquier 0 en sus entradas la salida será 0.
NAND:.Cualquier 0 en sus entradas la salida será 1.
OR:.....Todas sus entradas en 0 la salida será 0.
NOR:...Todas sus entradas en 0 la salida será 1.
XOR:...Cuando sus entradas son iguales la salida será 0.
XNOR:.Cuando sus entradas son iguales la salida será 1.

Cualquier grupo que memoricemos estaría bien ya que uno es consecuencia del otro.
En tu circuito utilizas NAND porque Tú usas para restablecer el (los) contadores la
entrada PL (Program Load).

Notas esos pequeños círculos en la entrada PL? Eso quiere decir que la señal PL es
cierta cuando es 0. dicho de otra forma: para que el contador “Sienta” que le está llegando
una señal PL esta debe ser baja(0) y responde pasando lo que hay en sus entradas “D” a
sus “Q”.Como en tu circuito todas las D’s están a tierra(0) las Q’s toman ese valor(0).
Las Q’s del 74193 son ciertas cuando son altas(1).

Cómo llegar a la conclusión de utilizar una NAND?.
Es relativamente sencillo si vemos las reglas de las compuertas: Queremos detectar

cuando el contador llegue a 10 y sabemos que la combinación de BIT’s es 1010 pero
ocupamos un 0 para utilizar la entrada PL.

Tomamos los valores ciertos (1’s) de las Q’s y decimos: “Cuando todas las entradas sean
1 la salida será 0”.

Acerca de la representación y simulación

Normalmente las líneas de DATOS corren por el dibujo de derecha a izquierda; por la
derecha entran, por la izquierda salen procesadas. Si algún(os) dato(s) tiene que ser
reprocesado(s) se regresan por la parte alta del dibujo.

Las líneas de CONTROL entran por la parte baja del dibujo. Y fluirían hacia la derecha del
dibujo.

Claro todo esto hasta donde sea posible ya que algunos símbolos en algunos
Simuladores no se prestan para lograr hacer un diagrama LEIBLE o entendible
rápidamente.

Es extremadamente cansado el leer un diagrama con líneas sobrepuestas, muy grande
(componentes muy separados). Etc.

Acerca del ensamble en protoboard

Reglas para el armado de circuitos en el protoboard.

Aunque no existen reglas definidas para el ensamble de circuitos en un protoboard, y
cada persona puede armar un prototipo según sus gustos y habilidades, se deben tener
en cuenta algunos aspectos básicos con el fin de que el proyecto trabaje bien y sea de
fácil modificación.

Tener a la mano todos los componentes para armar el circuito según la lista de
materiales.

Deje suficiente separación, aunque no demasiada, entre los elementos para que el
ensamble de los demás componentes pueda realizarse sin tropiezos. Muchos
componentes en un espacio reducido dificultan el proceso de ensamble, y si es necesario
sustituir algún componente, puede verse obligado a desarmar parte del circuito.

No corte demasiado los terminales de los componentes ya que en algunos casos es
necesario cambiarlos de lugar donde se requiere que estos sean más largos.

Utilice en lo posible un extractor de circuitos integrados para retirar o colocar los circuitos
integrados para evitar daños en sus terminales.

No instale sobre la protoboard componentes que generen una gran cantidad de calor,
pues pueden ocurrir derretimientos del plástico dañando permanentemente a la placa. Tal
es el caso de resistencias de potencia o de semiconductores que disipen mucho calor.

No utilice componentes cuyos terminales sean muy gruesos o alambres de calibres
grandes que dañarán con toda seguridad las laminillas de contacto que van dentro de los
agujeros de la protoboard. No fuerce ningún terminal o alambre dentro de los orificios.

En lo posible, no utilice el protoboard para circuitos de corriente alterna por encima de los
110 V, ya que el aislamiento no es suficiente y pueden generarse corto circuitos o
presentarse posibles situaciones de riesgo personal.

El armado de los circuitos debe ser tan nítido como sea posible. Esto no solamente
obedece a consideraciones de tipo estético, sino a que un circuito ordenado es más fácil
de ser diagnosticado en caso de mal funcionamiento, o de ser modificado de ser
necesario. En lo posible el cableado debe ser lo más corto que se pueda.

Diferencia entre 74LS193 y 74LS192

Entre los IC’s 192 y 193 hay una diferencia que pudiera afectar en mucho algún proyecto.

El 192 es contador en décadas.
El 193 es un contador binario

Uno cuenta del 0 al 9
El otro cuenta del 0 al 15.

Acerca del 74LS47 y el display 7 segmentos.

Quizás surja la cuestión del por qué se utilizan un 47 y Un display de Ánodo común.
Resulta que en el display de ánodo común todos los leds internos comparten el ánodo.
Por tanto cada uno necesita llevar el cátodo respectivo a tierra. El 74LS47 es un
decodificador de BCD a 7 segmentos , entra un numero en codigo BCD con estados
lógicos. Éste está diseñado para un Diplay de ánodo común.

Es decir que si llegásemos a utilizar un display de cátodo, en el cual todos los ánodos de
los Leds van a Vcc, se necesitaría un 74LS48. Éste tiene los mismos pines que el 74LS47
y está en el mismo orden, más ya hemos visto la diferencia.

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