Contador usando integrados y display 7 segementos de catodo común

Contador ascendente/descendente usando 

display 7 segmentos e integrados.

A continuación encontraras una guía teórica-práctica para entender y construir un contador ascendente o descendente con salida en un display 7 segmentos de cátodo común, por esta razón, empezaremos revisando brevemente los componentes y las hojas de especificaciones de cada integrado (datasheet) siempre orientados hacia la construcción del contador completo, posteriormente se procederá mostrar el conexionado para construir parte del circuito. Para su construcción utilizaremos los integrados ttl 7448 (decodificador) y 74192 (contador ascendente/descendente),  el integrado 555 en configuración astable como reloj y un display 7 segmentos de cátodo común. 

Importante: Si se desea construir el contador con un display de ánodo común se debe usar el integrado 7447 (para ánodo común) en vez del 7448 (para cátodo común)  y conectar debidamente el display.

El display 7 segmentos de ánodo común:

Como se puede observar en la imagen anterior a la izquierda, el display cuenta con siete secciones: a, b, c, d, e, f, g (leds independientes) y además el punto decimal 'p', loa cuales iluminan cuando existe una señal de voltaje en alguna de las secciones. El esquema de la derecha corresponde a su versión física, por ello cuenta además con la conexión U arriba y abajo, por ser cátodo común U se conecta ambas a tierra en la protoboard.  Es útil para alargar la vida del dispositivo colocar resistencias a cada pin del display de un valor adecuado para que la corriente esté en los rangos normales del funcionamiento del display, estas resistencias son conectadas a las salidas del integrado 7448 como se verá adelante.

Importante: Si el display se compra en una tienda electrónica, especificar que el display es de cátodo común pues aunque el display de cátodo común y ánodo común son iguales en físico, el funcionamiento y conexionado es distinto.

El integrado 7448:

A continuación se muestra una vista desde arriba del circuito ttl 7448 en su forma física del integrado:

Evidentemente Vcc(pin 16) se conecta a la fuente y GND(pin 8) a tierra; se observa el orden de la salida del integrado: f (15), g (14), a (13), b (12), c (11), d (10), e (9), estas salidas son las entradas del display 7 segmentos de cátodo común, luego f del integrado se conecta al pin f del display, g del integrado con g del display y así sucesivamente con todas las demás secciones. Estas conexiones de f(integrado) a f(display) deben estar mediadas por resistencias, por ejemplo, para una fuente de 5V si se desea que 15mA sea la corriente que fluya por las secciones del display entonces las resistencias deben ser de aproximadamente 280 ohms, luego entre f(integrado y f(display) , g(integrado) y g(display)  y así sucesivamente, debe estar la resistencia en cuestion. Los pines 3,4 y 5, pues no se usan entonces no se conectan.

 En resumen no deben conectarse directamente las salidas del integrado al las conexiones del display, deben estar conectados mediante resistencias.

Los pines 1, 2, 6  y 7 respectivamente B, C, D, y A son las entradas del integrado, estas entradas en su orden de mayor cifra significativa a menor cifra significativa D, C, B, A son las posibles combinaciones binarias(0000, 0001, ... , 1111) que el integrado 7448 decodifica en a, b, c, d, e, f, y g; por ello, como el 7448 es BCD (Decimal Codificado en Binario) es decir que las salidas del integrado solo pueden comprender los valores de 0 al 9 en decimal, sin embargo el rango de la entrada de este integrado admite en binario del 0(0000) al 15(1111), evidentemente no se presenta las combinaciones binarias correspondiente a los números decimales 10, 11, 12, 13, 14 y 15 en la salida del integrado. D, C, B y A del integrado 7448 son conectadas a las salidas del integrado 74192 como veremos en seguida.

Entendiendo el integrado 74192:

El integrado 74192 es un contador ascendente y descendente según la configuración externa del mismo, permite contar desde el 0000 hasta el 1111, es decir desde el 0 hasta el 15.  El integrado permite además preseleccionar (preset) una combinación binaria que se desea 'subir' al contador en un momento dado.  A continuación se muestra una vista desde arriba del integrado 74192 en físico con los pines y las etiquetas de configuración:

  Evidentemente Vcc se conecta a la fuente y GND a tierra. Se debe aclarar que el integrado tiene como entradas P3(pin 9), P2( 10 ), P1( 1 ), P0( 15 ) , de cifra más significativa P3 hasta la menos significativa P2 y como salidas Q3( 7 ), Q2( 6 ), Q1( 2 ), Q0( 3 ), de cifra más significativa Q3 hasta la menos significativa Q0.

También se encuentra CPD y CPU que son las entradas para el reloj, al conectarse a CPD el contador es descendente. Si se conecta el reloj a CDP el contador es ascendente.

Cuando el contador llega a su fin, si es descendente, en TCD se presenta un cero lógico o Low, de lo contrario, mientras cuenta, permanece en uno lógico o High. De la misma forma en TCU se presenta un cero lógico cuando el contador llega a su fin, de lo contrario, permanece en uno lógico.

MR corresponde al reset del integrado y PL la entrada para cuando se desea cargar un número binario al integrado.

El integrado 74192 tiene varios modos de funcionamiento que son explicados en la siguiente tabla:

La tabla indica el conexionado externo necesario para lograr los posibles modos: Reset, Preset, no cambio, contador ascendente, contador descendente; donde H: Hihg, L: Low, X: estado indiferente, y escalón: señal de reloj.

No importa que estados(alto o bajo) esten en PL, CPU, CPD, siempre que MR esté en alto (H:high), el circuito se reinicia. Para cargar un numero binario cualquiera por ejemplo cinco: 0101, en P3 se conecta a tierra( 0 ), P2 a fuente( 1 ), P1 a tierra ( 0 ) y P0 a fuente ( 1 ), luego  como dice la tabla, PL debe estar en Low, esto se puede lograr con un pulsador en forma pull down, es decir solo para cargar el número PL se lleva a Low luego debe volver a su estado en alto para continuar la cuenta a partir de ese número.

Para que el contador sea ascendente se conecta una señal de reloj a CPU y CDP debe estar en Alto. Para que el contador sea descendente se conecta una señal de reloj a CPD y CPU debe estar en Low.

La opción de preset no es necesaria si se desea un contador de 0 a 9, si se quiere un contador de 0 a 5 entonces el preset se aplica. Sin embargo se debe tener en cuenta para que el integrado realice la cuenta que  PL debe estar en Alto(conectada a vcc).

Reloj:

Como se ha visto en la teoría el reloj es fundamental para el funcionamiento del circuito, por tanto para la construcción de este circuito se recomienda usar el programa "Free 555 Timer calculator", por ejemplo, para una frecuencia de 1Hz:

En resumen (no, no es un resumen de todo lo anterior):

Ahora que entiendes cómo funciona las partes del circuito explicaremos como se conectan las partes, sin embargo no se mostrará el esquemático completo, solo se mostrará completo la conexión del integrado 74192 al 7448, pues la conexión al display y el 555 ya se ha comentado anteriormente.

El pin 3 del 555 en modo astable es el reloj del sistema, este debe ir conectado a CPD o CPU  según si se desea un contador ascendente o descendente, como se ha mencionado antes; La conexión entre el 7448 y el 74192 sería en orden: D-Q3, C-Q2, B-Q1, A-Q0; para una contador del cero al nueve en configuración ascendente el circuito sería:

Recordar que la salida del 74LS48 son resistencias al display. El pin 3 de un circuito 555 astable sirve como señal de reloj (CLK) para este sistema.

Esperamos que sea de utilidad esta guía y que el tema haya quedado entendido de igual forma. Si has llegado hasta aquí y leído todo con juicio, ¡Felicidades! podras construir variaciones de este circuito (0..5, 7..0) e inclusive más grandes (00..99, 59..00,...*Pista: ¡Haz todo dos veces!)