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CONTENIDO FRECUENCIMETRO.......................................................................................... 3 ASTABLE CON 555......................................................................................... 3 LATCHES......................................................................................................... 5 Latch SR...................................................................................................... 5 El funcionamiento del latch es el siguiente:................................................6 Latch R-S con entrada de habilitación.........................................................6 LATCH D CON ENTRADA DE HABILITACIÓN..................................................7 Latch Octal.................................................................................................. 7 CONTADOR..................................................................................................... 9 CONTADOR BCD SINCRONOS......................................................................9 CONTADOR BCD SINCRONO CON 74LS90 (de 0000 a 9999)....................9 Detectores de flancos de subida y bajada....................................................10 FUNCIONAMIENTO FRECUENCIMETRO.........................................................11 SIMULACIÓN.-............................................................................................... 13 DIAGRAMA PICTORICO.................................................................................. 14 MATERIALES................................................................................................. 14 APLICACIONES.............................................................................................. 15 CONCLUSION................................................................................................ 15 BIBLIOGRAFIA............................................................................................... 15

FRECUENCIOMETRO Un frecuencímetro es un instrumento que sirve para medir la frecuencia, contando el número de repeticiones de una onda en un intervalo de tiempo, mediante el uso de un contador que acumula el número de periodos. Dado que

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la frecuencia se define como el número de eventos de una clase particular ocurridos en un período, es generalmente sencilla su medida.

ASTABLE CON 555 El funcionamiento astable se logra haciendo que el 555 se disparé a si mismo; es decir, cambiando en forma alternada las entradas de disparo y de limite mediante un circuito RC, como se muestra en lustración 1. Este tipo de funcionamiento del 555 se caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada (o rectangular) continua de ancho predefinido por el diseñador del circuito. El esquema que se muestra en la ilustración 1 las conexiones para el 555. La señal de salida tiene un nivel alto por un tiempo t1 y un nivel bajo por un tiempo t2. La duración de estos tiempos depende de los valores de R1, R2 y C, según las fórmulas siguientes:

El período del 555 astable es simplemente:

La frecuencia con que la señal de salida del 555 oscila está dada por la fórmula:

También decir que si lo que queremos es un generador con frecuencia variable, debemos variar la capacidad de condensador, ya que si el cambio lo hacemos mediante los resistores R1 y/o R2, también cambia el ciclo de trabajo o ancho de pulso (D) de la señal a la salida del 555 según la siguiente expresión:

Hay que recordar que el período es el tiempo que dura la señal hasta que ésta se vuelve a repetir (Tb - Ta). Si se requiere una señal cuadrada donde el ciclo de trabajo D sea del 50%, es decir que el tiempo t1 sea igual al tiempo t2, es necesario añadir un diodo en paralelo con R2 según se muestra en la figura. Ya que, según las fórmulas, 2 Laboratorio de circuitos digitales II

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para hacer t1=t2 sería necesario que R1 fuera cero, lo cual en la práctica no funcionaría.

Ilustración 1 Modelo de Circuito aestable con 555

Inicialmente, cuando se conecta el condensador C1 esta descargado y por lo tanto la tensión de disparo (pin 2) es de 0v. Esto da lugar a que la salida del comparador B este en nivel alto y la salida del comparador A este en nivel bajo en consecuencia la salida de Q esta a nivel bajo manteniendo el transistor bloqueado. Luego el condensador C1 empieza a cargarse por medio de R1y R2, en el momento que alcance el valor de 1/3 Vcc la salida del comparador B cambia a un nivel bajo y cuando el voltaje de dicho condensador alcanza el valor de 2/3Vcc la salida del comparador A cambia a nivel alto, haciendo que la salida del latch cambie a un nivel alto, poniendo el transistor en saturación en consecuencia se inicia la descarga del condensador C1 a través de R2 y el transistor. Una vez iniciada la descarga del condensador, descendiendo por debajo de 2/3Vcc la salida del comparador A cambiara a un nivel bajo y al llegar a 1/3Vcc la salida del comparador B cambiara a un nivel alto, en consecuencia la salida de Q estará en un nivel bajo manteniendo el transistor bloqueado, repitiéndose el ciclo nuevamente. Para este proyecto se utilizara es un potenciómetro para regular la frecuencia a 0. 5 Hz para que tenga un t1 =1 seg. Como se muestra en la ilustración 2

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Ilustración 2 Circuito para generar clock de 1 segundo

LATCHES Los dos tipos de memoria comúnmente utilizados en los circuitos de conmutación son los latches y los flip-flops. • Un latch es un elemento de memoria cuyas señales de entrada de excitación controlan el estado del dispositivo. • Un flip-flop difiere de un latch por el hecho de que tiene una señal de control llamada reloj. La señal de reloj emite una instrucción al flip-flop permitiéndole cambiar de estado de acuerdo con las señales de entrada de excitación. En los latches y los flip-flops, el siguiente estado queda determinado por las entradas de excitación. • Un latch cambia de estado de inmediato, según sus señales de excitación de entrada, mientras que un flip-flop espera la señal de su reloj antes de cambiar de estado.

Latch SR El más simple latch lógico es el SR, donde R y S permanecen en estado 'reset' y 'set'. El latch es construido mediante la interconexión retroalimentada de puertas lógicas NOR, o bien de puertas lógicas NAND como se muestra en la ilustración 3.

El funcionamiento del latch es el siguiente: • La entrada R activa (1) realiza un RESET del latch (pone la salida a 0). • La entrada S activa (1) realiza un SET del latch (pone la salida a 1 ). • Si las entradas están desactivadas (R=0 y S=0) la salida del latch no cambia • Si se activan las dos entradas (R=1 y S=1) el circuito no funciona correctamente 4 Laboratorio de circuitos digitales II

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Ilustración 3 Símbolo y diagrama lógico del latch R-S

Latch R-S con entrada de habilitación El diagrama lógico de un latch con entrada de habilitación se muestra en la ilustración 4. Las entradas S y R controlan el estado al que va a cambiar el latch cuando se aplica un ‘1’ en la entrada de habitación (E, enable). El latch no cambiará de estado hasta que la entrada E esté a nivel alto. Esta tercera entrada (E) permite habilitar o inhibir las acciones del resto de entradas.

Ilustración 4 Diagrama y tabla característica del latch R-S

LATCH D CON ENTRADA DE HABILITACIÓN Existe otro tipo de latch con entrada de habilitación que se denomina latch D. Se diferencia del latch S-R en que sólo tiene una entrada (D), además de la de habilitación (E). Cuando la habilitación (E) está activa la salida Q toma el valor de la entrada D, y cuando está desactiva, la salida permanece en su estado anterior. Este dispositivo también es conocido como báscula D transparente y se emplea para almacenar un bit de información, el circuito se muestra en la ilustración 5, este tipo de latch utilizaremos para el frecuencímetro. 5 Laboratorio de circuitos digitales II

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Ilustración 5 Diagrama y tabla característica del latch D

Latch Octal Un puerto de entrada/salida en su forma más básica es un simple registro o latch. En este trabajo se utilizara en latch octal tipo D 74LS373 como se muestra en la ilustración 6. 

74LS373  Output enable  Latch-enable input “C” or ” G”

Ilustración 6 latch de 74LS373

Una configuración de este dispositivo como puerto de salida se muestra a continuación, como se ve en la ilustración 7: 6 Laboratorio de circuitos digitales II

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Ilustración 7 configuración de latch como puerto de salida

En la ilustración 7, el latch siempre muestra su contenido en la salida, puesto que el pin /OC =0. A su vez, las salidas del latch se conectan con diodos LEDS que permiten visualizar su contenido, de forma que un 1 en alguna salida del LATCH provoca que el LED asociado se ilumine, mientras que un 0, lo apaga. Las entradas del latch se conectan al bus de datos del sistema (que se ha supuesto de 8 bits). Por otro lado, la entrada de habilitación, G, se conecta, a través del sistema de decodificación, al bus de direcciones del microprocesador, por lo que para una dirección de memoria concreta, el latch se habilitara y almacenara el contenido del bus de datos. Desde el punto de vista del programador, el encendido o apagado de los Leeds, solo es cuestión de una escritura en una posición de memoria.

CONTADOR Los contadores son una clase de circuitos lógicos secuenciales que llevan la cuenta de una serie de pulsos de entrada; los pulsos de entrada pueden ser regulares o irregulares. El contador es parte fundamental de muchas aplicaciones lógicas digitales. Se utiliza en unidades de control de tiempos, circuitos de control, generadores de señal y muchos otros dispositivos.

CONTADOR BCD SINCRONOS

7 Laboratorio de circuitos digitales II

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Un contador BCD (decimal codificado en binario) síncrono es un contador modulo 10, o de décadas. El contador BCD debe comportarse como un contador binario hasta llegar a la etapa 9. En este momento, los circuitos de control deben preparar las entradas del flip-flop de modo que el siguiente pulso de reloj obligue al contador a regresar al estado (0000) en vez de permitir que llegue al siguiente estado del contador binario. CONTADOR BCD SINCRONO CON 74LS90 (de 0000 a 9999)

Este contador de 0000 a 9999 es de fácil diseño, cuenta con cuatro circuitos contadores integrados 7490. El contador 7490 es un contador BCD de flanco negativo, muestra en sus cuatro salidas los números en forma binaria, para lograr el conteo es necesario hacer la conexión entre la salida Q0 con la entrada CLK B, además de tener un pin de reset que pone el contador a 0000 cuando dicho pin es puesto a un nivel alto o “1 lógico” reiniciando la labor del contador, para poder observar los valores en el contador en numeración decimal, conectamos la salida del contador al decodificador 7447 el cual hace que podamos ver los valores del contador en los diplays, en el grafico se podrá notar que en las conexiones de salida del decodificador 7447 con el display no tenemos resistencias, como generalmente se hace, pero se ha colocado una resistencia de 220Ω (este valor puede variar entre 200 Ω a 1000 Ω ) entre el display y el punto de 5 voltios, el cual limitara la corriente que pase por los leds internos, el contador BCD se muestra en la ilustración 8.

Ilustración 8 Diagrama contador de 00 a 99

Detectores de flancos de subida y bajada El Flanco de subida hace activar el latch y se mantiene en ese estado. El flanco de bajada hace resetear el contador bcd 74LS90. Como podemos ver, estos circuitos básicos secuenciales, pueden ser utilizados activar o desactivar motores empleando relés, la ventaja de esto detector es “memorizan” el estado de excitación del relé en forma permanente, utilizando

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una realimentación de la salida hacia la entrada. Este tipo de circuitos se les denomina “regenerativos”. Para estas dos funciones lógicas con memoria, su implementación circuital, con compuertas AND, OR y NOT, resulta:

Ilustración 9 Detector de flanco de subida (latch) y flanco de bajada (reset)

FUNCIONAMIENTO FRECUENCIMETRO El frecuencímetro nos debe contar la cantidad de pulsos que se encuentren dentro de la ventana de tiempo de captura, para hacerlo más sencillo de explicar supongamos que abrimos (habilitamos) un contador por un tiempo de 1 segundo luego del cual se inhabilita memorizando la última cuenta, si al instante de ser habilitado entran pulsos de clock al contador este almacenará la cuenta, al cumplirse el tiempo de 1 segundo se detiene el contador y muestra la última cuenta, si leemos por ejemplo en un display de 4 digitos por decir 1567 es que hemos detectado una frecuencia de 1567 hertzios (1567 pulsos o "unos" en una ventana de 1 segundo). Este es el principio con el cual se diseña un frecuencímetro, la idea básica es tener una ventana de habilitación de 1 segundo y un número de contadores/displays de acuerdo a la frecuencia esperada por ejemplo usando 5 dígitos podríamos contar hasta 9999Hz(10Khz). En el ilustración mostrado tenemos en bloques lo necesario para hacer un frecuencímetro, las conexiones de pines pueden hacerse con el datasheet del IC o podemos usar Cmos equivalentes a los TTL mostrados, usamos el diagrama para explicar el funcionamiento: en este trabajo utilizaremos el 74373 9 Laboratorio de circuitos digitales II

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que son registros tipo D latch. En este, la cuenta entra por las entradas de datos, pero no pasa a la salida hasta que reciba un pulso por la entrada E (enable). Así pasará la cuenta a los 74373 cada segundo. Comenzaremos con la parte contador, latch, decoder bastante conocidas porque se usan también en relojes los 7490 son contadores decada , es decir ante cada pulso de entrada van mostrando ese número en código BCD ( 0000 ....9999) en sus 4 pines de salida como se muestra ,esto cambia con cada pulso , si se conectaran de frente los decoder se vería la cuenta ascendente con cada pulso hasta detenerse y comenzar de nuevo. Como solo se necesita la cuenta final es que necesitamos un circuito que "memorize" solo la última cuenta. Este circuito se llama latch o registro memoria y en el diagrama es el TTL 74373 , este circuito "se queda" con la cuenta que tenía cuando recibe un pulso pequeñísimo mucho menor que los pulsos de clock , con esto solo se mostrarán las ultimas cuentas obtenidas al cumplirse el segundo de tiempo de la ventana de habilitación. Esto es lo que se mostrará en los displays. La ventana de tiempo proviene de un oscilador astable (exacto) de 1 Hz (1 segundo), se usa un 555, o divisor entre 2, esto habilita a la compuerta 7408 para que deje pasar lo que le llegue por la otra entrada durante un segundo exacto completo. Y luego vuelve a bajar durante un segundo. Y el ciclo se repite. El Led indica cuando la frecuencia se pase de 9999 Hz hacia arriba. Para el clock se puede usar un 555 de 1 hz que no siempre es exacto o la base de tiempo de un reloj digital que es más preciso. Para la entrada, no siempre tenemos ondas digitales perfectas, quizás se deba encontrar la frecuencia de ondas senoidales , para eso se debe conformar o " cuadra" la entrada esto se hace con el 7414 "Schmitt Trigger", es necesario que la entrada tenga un nivel máximo de 5 volts porque trabajamos en TTL. Los diagramas de tiempo para latchear y borrar la cuenta cada segundo que es tiempo de ventana del frecuencímetro serian los siguientes:

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SIMULACIÓN.-

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DIAGRAMA PICTORICO

MATERIALES 

1 Potenciómetro de 50k



4 Contador 74LS90



4 Decodificador 74LS47



2 Latch Octal 74LS373



4 Displays ánodo común



1 TTL 74LS08



1 TTL 74LS04



7 TTL 74LS32



1 Resistencias 2.2k



1 Resistencia 10k



6 Resistencias 220,

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2 Resistencias 2k



1 Condensador cerámico de 10 nF 12 Laboratorio de circuitos digitales II

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1 Condensador electrolítico de 47uF

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4 leds

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3 Protoboards

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1 generador de frecuencia

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1 osciloscopio

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1 fuente de 5 Voltios dc



Cables para protoboard Nota Para este trabajo el generador de frecuencia se tuve que diseñar para lo cual solo era necesario cambiar el condensador de 47uF con condensador de 0.1uF de circuito aestable para generar un frecuencia variable de 30Hz a 3780Hz.

APLICACIONES Las aplicaciones que tiene este instrumento son enormes. Por un lado en el uso de instrumental de laboratorio para el control de frecuencia a la salida de un oscilador o de un generador de funciones, ajuste de la frecuencia de receptores, etc.; en aplicaciones tecnológicas para el análisis y medida de las frecuencias de comunicación tanto de transmisores como de receptores, entre otras; y también en el uso cotidiano, como conocer el canal de radio sintonizado. -Velocidad por medio de ruedas dentadas y sensores de proximidad. -Flujo por medio de turbinas en el circuito del líquido. -Medir velocidades de desplazamiento de bandas transportadoras también utilizando sensores magnéticos y ruedas dentadas

CONCLUSION El frecuencímetro es un instrumento digital para medir y presentar en forma digital una variable de frecuencia de la corriente eléctrica. Es importante tener la frecuencia adecuada para la que fueron diseñados los diferentes dispositivos conectados al sistema.

BIBLIOGRAFIA 1. 2. 3. 4. 5.

MORRIS MANO, M. Diseño Digital. ED Prentice Hall. TAUB, Herbert. Circuitos Digitales y Microprocesadores. TOCCI, Ronald. Sistemas Digitales. Principios y Aplicaciones. WAKERLY, John. Diseño Digital. Principios y Prácticas. HERMOSA, Antonio.Electrónica Digital Fundamental. 13

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