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Universidad ECCI. Suarez Nicolas. Bejarano Mariana.

INFORME DE LABORATORIO #4 CONTADOR DE 0 A 9999 Suarez Gutiérrez Nicolás Esteban- Bejarano Huérfano Yuri Mariana [email protected]@cci.edu.co 61632-72024 Universidad ECCI Técnicas Digitales II

I. 

Introducción.

Abstract— Using the bases of the Flip-Flop we will

proceed to create a counter from 0 to 9999 of asynchronous type. A counter is a sequential circuit built from flip-flops and logic gates capable of storing and couting the pulses it receives in the input intented for that purpose. For its creation we will use Flip-flops type JK, decoders, display 7 segments and other materials for its realization, it is very important to have clear Flip-Flops concepts since the accountants have a fundamental basis for this topic.

Key words- Flip-flop, counter, asynchronous, sequential, bistable, decoder.

Resumen—

Usando las bases de los Flip-flop procederemos a crear un contador de 0 a 9999 de tipo asíncrono. Un contador es un circuito secuencial construido a partir de biestables y compuertas lógicas capaz de almacenar y contar los impulsos que recibe en la entrada destinada a tal efecto. Para su creación utilizaremos Flip-Flops tipo JK, decodificadores, Display 7 segmentos y otros materiales para su realización, es muy importante tener conceptos claros de Flip-flops ya que los contadores tienen unas bases fundamentales a raíz de este tema

Palabras clave- Flip-flop, contador, asíncrono, secuencial, biestable, decodificador.

Los Flip-Flops son multivibradores biestables muy importantes en la electrónica digital que permiten memorizar información, y haciendo que su estado cambie dependiendo de sus entradas, los Flip-Flops necesitan de una señal de reloj para su correcta funcionalidad, se activan mediante flancos positivos o negativos. Se implementará y diseñará un contador de 0 a 9999 con Flip-Flops, será necesario utilizar la conexión maestro-esclavo para su implementación. Se necesita observar la opción de RESET ya que cuando el circuito llegue a 9, debe volver a 0 y así sucesivamente. También es necesario saber la conexión del decodificador al display ánodo común de 7 segmentos para que los números se puedan mostrar correctamente, hay que tener en cuenta las hojas técnicas de cada material electrónico para una correcta conexión y así evitar fallas. La tabla binaria de los números será importante para entender dónde hacer las conexiones y el reset del circuito. Se realizará la simulación del contador en la aplicación Proteus, y también se observarán las señales del contador en el osciloscopio para luego determinar diferencias de lo simulado con el montaje realizado en Protoboard.

II. 

Técnicas Digitales II 2019

Objetivo general.

Universidad ECCI. Suarez Nicolas. Bejarano Mariana.



III.

Diseñar y montar un contador de 0 a 9999 utilizando Flips Flops teniendo en cuenta su funcionalidad e implementación maestroesclavo.

Es un circuito lógico que convierte el código binario de entrada en formato BCD a niveles lógicos que permiten activar un Display 7 segmentos en donde la posición de cada barra forma el numero decodificado.

Objetivos Específicos.



Determinar la cantidad de Flip-Flops que se usaran teniendo en cuenta la tabla de verdad y diagrama de Moore.



Realizar una señal de reloj utilizando un arduino o un astable 555 para el contador.



Observar y analizar en el osciloscopio los diagramas de tiempo del contador asíncrono de 4 bits y encontrar similitudes o diferencias con la simulación.

IV.

2

Marco teórico y materiales.

Figura 2. Datasheet del integrado 7447

En la figura 2 se observa la imagen interna del integrado, ya que este se deberá conectar al Display 7 segmentos (en este caso, ánodo común) para que pueda funcionar correctamente.

1. Flip-Flop JK 74LS76. Este integrado posee dos Flip-Flop JK internos y utilizaremos la entrada tipo T, es decir, uniremos la entrada J y K para formar una entrada T y enviarla directamente a VCC

3.

Display 7 segmentos ánodo común.

El display 7 segmentos es un componente electrónico muy utilizado para representar visualmente números y letras, es de gran utilidad dado su simpleza para implementar en cualquier proyecto. Está compuesto por 7 leds y representaran los números para el contador.

Figura 1. Circuito integrado 74LS76, FF J-K.

En la figura 1 podemos observar el datasheet del 74LS76 y debemos conectarlo como maestro esclavo para la realización del contador. 2. El decodificador 7447.

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Figura 3. Display 7 segmentos ánodo común.

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En la figura 3 se tienen las conexiones del Display ánodo común, donde será importante para conectar correctamente los decodificadores.

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0.693 se obtiene del logaritmo natural de 2. Se despeja R2 porque se asumirá un tiempo en bajo de 500ms. Y después de que se calcule R2 se utilizara la siguiente ecuación para el tiempo en alto:

V.

Señal de reloj para el Contador.

Para el correcto funcionamiento del contador se necesitará de una señal de reloj, claro está, será un contador asíncrono, es decir, el reloj se conectará solo al primer Flip-Flop. Para realizar la señal de reloj se utilizó el programa arduino que nos permite determinar un tiempo en bajo (0) y un tiempo en alto (1) como una señal cuadrada de un 555. Como condición inicial se realizará la señal de reloj con 500ms en bajo y 500ms en alto.

Se despejará R1 y se obtendrán las resistencias para el 555 y su señal de reloj.

Figura 5. Simulacion de la señal de reloj 555.

Figura 4. Programa en arduino para señal de reloj.

En la figura 4 se observa el programa en arduino donde como condición inicial se ve que se utilizara la salida 7 que se conectara al primer Flip-flop del contador. Y también con tiempo en alto y en bajo de 500ms. Otro método para determinar una señal de reloj es con el circuito integrado 555 donde se debe calcular el tiempo en bajo para luego determinar el tiempo en alto, por lo tanto, se deberá asumir un condensador, por ejemplo, de 10uF, y se desarrolla la siguiente ecuación:

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En la figura 5 se observa el 555 con sus respectivas resistencias y el condensador para que funcione de señal de reloj con tiempo en alto y tiempo en bajo. La Q del 555 se conectara al primer Flip-Flop del contador.

VI.

Tabla de verdad del contador.

Para realizar el contador es necesario tener en cuenta el método del Flip-Flop maestro-esclavo el cual se basa que mientras un Flip-Flop que sería el maestro se accione hará funcionar al otro Flip-Flop (esclavo). Gracias a este sistema se puede generar un sistema binario con los Flip-Flop haciendo que cada Flip-Flop JK sea un digito, cada Flip-Flop asume un valor binario y se coloca en secuencia de manera que genere el funcionamiento. Para que se genere una secuencia de 0 a 9 se utilizaran 4 FlipFlops JK conectados en forma T ya que será un

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contador asincrónico de 4 bits. Se necesitará que cuando el contador llegue a 9 haga un estado de reseteo para que vuelva a 0. Por eso será necesario resetear el contador cuando detecte el 10(1010) para que cuando llegue a 9 detecte el siguiente número y resetee el circuito (detecta el 10 pero no lo muestra), porque si se resetea en 9(1001) mostrará la secuencia hasta 8 y luego hará el reseteo. D

C 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

B 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

A 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

Digito mostrado

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Figura 6. Tabla binaria con variable para montaje.

Figura 7. Circuito contador de 0 a 9 simulado.

En la figura 7 hace referencia al circuito de unidades. Se observa la conexión del flip-flop maestro-esclavo, también se deberá unir la entrada J y K para formar la entrada T y mandarlas a VCC=5v. Como es un contador asíncrono se usará una señal de reloj y se conecta al primer Flip-Flop y las salidas Q a la siguiente señal de reloj como se observa en la figura 7. Se ve la compuerta NAND y sus entradas van en el segundo y cuarto Flip-Flop tomando el numero binario (1010) y la salida de la compuerta se conectará a los resets de los Flip-Flop para que cuando a su salida detecte un 0 se reinicie el circuito. Las salidas Q van conectadas a las entradas A, B, C y D del decodificador para que tome los números binarios y los muestre los dígitos en el Display.

En la figura 6 se encuentra la tabla binaria respectiva para el contador, como se observa en el numero 10(1010) se hará el reseteo. Por eso se necesitará conectar una compuerta NAND y conectarla al segundo y cuarto Flip-Flop para que cuando detecte un 1010 se resete el circuito, ya que la NAND cuando detecta 1,1 a su salida se verá un 0. Si no se coloca una compuerta NAND el circuito seguirá contando hasta 15 pero esto no será posible porque el display mostrará un digito.

Figura 8. Contador de 0 a 99 , cambio a 76.

En la figura 8 se observa el contador de 0 a 99 con 8 Flip-Flops. La última salida Q del Flip-Flop se VII.

Circuito contador y funcionamiento.

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conectará al Flip-Flop de la siguiente etapa para que siga la secuencia, o también es posible conectar la salida de la compuerta NAND al siguiente Flip-Flop y así sucesivamente para hacer las 4 etapas y que cuando llegue a 9 haga el respectivo reset y cambio.

Figura 9. Contador de 0 999 cambio a 862.

En la figura 9 se observa la conexión del contador de 0 a 999 con las conexiones anteriormente explicadas.

VIII. Diagramas de tiempo del contador. En la simulación se muestra las señales y diagramas de tiempos de cada etapa del contador. Se deberá comparar la simulación en el osciloscopio con el osciloscopio del laboratorio.

Figura 11. Diagramas de tiempo simulados en el osciloscopio de Proteus.

En la figura 11 se puede ver claramente los diagramas de tiempo de cada Flip-Flop y se ve que cada vez la señal se va duplicando teniendo en cuenta la secuencia del Flip-Flop maestro-esclavo, la salidas se toman en la Q del Flip-Flop. En la simulacion se ve que la señal se corta, esto pasa porque el contador llega hasta 9 y resetea, es decir se corta la señal de las salidas de los Flip-Flops cada vez que llega al 9 y cuando detecta el 10(1010) y por lo tanto no toma bien las señales de Q1, Q2 y Q3, cabe resaltar que la Q0 se ve una clara señal cuadrada. IX.

Medidas en el Laboratorio.

Figura 10. Contador de 0 a 9999 cambio a 1044.

En la figura 10 se ve claramente el contador con las respectivas conexiones de 0 a 9999 , para concluir que se necesitaron 16 Flip-Flops para hacer el contador

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Figura 12. Contador de 0 a 99. Cambio a 12.

En la figura 12 se puede observar el montaje del contador con 8 Flip-Flops que necesitamos para

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nuestro contador y su respectivo decodificador y Display 7 segmentos (Ánodo común). Se ve claramente mostrando el 12.

6



Se encontró que con 4 Flip-flops JK conectado en tipo T se pueden determinar números binarios y que en el display con el decodificador se puede mostrar el digito correspondiente.



Con la compuerta NAND se puede resetear el circuito ya que se necesitaba que cuando llegara a la condición 1010 haga un reset y vuelva a 0 el contador.



Al indagar acerca de los Flip-Flops tipo JK para los contadores, se concluye que no solo el integrado 7476 se encuentra como JK, sino que también está el integrado 7473 que en su configuración solo tiene Clear que funciona como reset si se configura tal cual como lo muestra en la hoja técnica.



Hubo problemas en la protoboard con respecto a conexiones o un simple hecho de baja corriente en el circuito donde no permitía hacer el respectivo Reset, se debió implementar un transistor 2N2222 con su correcta configuración que permitiera hacer el Reset de cada etapa del contador.

Figura 13. Contador de 0 a 999 Cambio a 408

En la figura 13 se ve el contador de 0 a 999 cuando está en 408.

XI. 

Figura 14. Contador de 0 a 9999 cambio a 3308

En la figura 14 se observa el contador de 0 a 9999 completo con un cambio en 3308

X.

Conclusiones.

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Bibliografía. Floyd, T.L, (2006). Fundamentos de Sistemas digitales, Madrid, España. PEARSON EDUCACIÓN S.A....