PROLOGO.

En muchas ocasiones nos encontramos ante la necesidad de realizar un contador de eventos con el mínimo de componentes y además debe ser económico. En ese momento debemos pensar en una serie de circuitos integrados que consumen muy poca energía y que pueden dar un margen adecuado de corriente de salida con los IC CMOS. Aquí, voy a conducir al principiante, hacia una serie de experiencias con las que adquirir los conocimientos adecuados que, le sirvan de base para sus propios proyectos.

Descripción.

El HCC4017B/4022B (rango de temperaturas extendida) y HCF4017B/4022B (rango de temperaturas intermedia) son circuitos integrados monolíticos, disponible en doble plástica en línea o paquete de cerámica y plástico paquete micro 16-pines.

Los HCC/HCF4017B y HCC/HCF4022B son contadores Johnson de 5 etapas y 4 etapas tienen salidas decodificas de 10 y 8 salidas, respectivamente. Las entradas incluyen un reloj, un RESET y una señal INHIBIT RELOJ.

EL CONTADOR HC4017B.

Vamos a aprender algunas cosas relativas al comportamiento del contador HC4017B, también conocido como, divisor por 10. Los HC4017B y HC4022B, son circuitos integrados monolíticos, disponibles en 16 pines en doble línea, cápsula de plástico o de cerámica y el paquete smd de plástico, cuyos símbolos se pueden ver en las siguientes imágenes.

capsulas_simbolosFig. 1 Símbolos

Los HC4017B y HC4022B son contadores Johnson de cinco etapas, el primero y cuatro etapas el segundo, con 10 y 8 salidas decodificadas, respectivamente. Las entradas incluyen un reloj, un reset y una señal de inhibición de reloj, para ambos modelos de circuitos integrados.

La acción del disparador Schmitt en el circuito de entrada del pulso de reloj CLOCK, proporciona la conformación del pulso de subida de reloj que permite la entrada ilimitada de pulsos de subida y de bajada. Estos contadores avanzan una cuenta, en la transición de la señal positiva de reloj (es conocida como flanco de subida) si la señal de EN (inhibición de reloj) es baja. El contador progresa vía línea de reloj CLOCK, si EN está inhibida, es decir, cuando la señal de inhibición de reloj es baja, se bloquea si es alta. Una señal alta de RESET (reinicio) pone la cuenta del contador a cero.

Usar la configuración del contador de décadas Johnson, permite el funcionamiento a alta velocidad, una puerta de dos entradas decodifican a decimal y liberan salidas decodificadas. Se ha previsto un disparo de antibloqueo, asegurando así, la secuencia correcta de contar. Las salidas decodificadas son normalmente bajas y van a alto, solamente en el tiempo correspondiente al decodificado. Cada salida decodificada, sigue siendo alta durante un ciclo completo de reloj.

grafica4017Fig. 2

Cada 10 ciclos de reloj de entrada al HC4017B, se completa un ciclo y se produce una señal de acarreo de salida (Carry-Out), en el caso del HC4022B, esto se produce cada 8 ciclos de reloj de entrada y se utiliza para rizado del reloj del dispositivo logrando una cadena de conteo multidispositivo.

Internamente, el 4017 contiene cinco unidades biestable. Estos biestables están interconectados en un patrón conocido como contador Johnson. Las salidas de los biestables son decodificadas para dar diez salidas individuales.

Sólo una de las salidas individuales es alta a la vez. Como se puede apreciar, la salida ÷10, es ALTA para conteos de 0-4 y BAJA, para conteos de 5-9. Estas son la disposición y nombres de las patillas del dispositivo HC4017B.

hc4017Fig. 3

El 4017B COMO DIVISOR.

El HC4017B es un dispositivo muy versátil para su aplicación en proyectos y habitualmente se utiliza en temporizadores de juegos y en otras muchas y variadas construcciones. Cuando usted esté familiarizado con el HC4017B, usted será capaz de pensar en un montón de aplicaciones útiles con las que usar este dispositivo.

El HC4017B, está diseñado para enviar una mayor carga de corriente, lo que está bien para conectar LEDs con resistencias en serie directamente en sus salidas. La idea de contador, nos introduce la idea de divisor, ya que si llegados a una cuenta n, volvemos a empezar la cuenta (con un reset), obtenemos un divisor por dicho número n. Eso parece interesante.

Para lograr hacer un divisor por un número menor de 10, necesitaremos ayudarnos de un circuito integrado con puertas, utilizaré uno como es el HC4093B (es un cuatro puertas con disparador Schmitt de dos entradas cada una, se pueden utilizar de forma independiente), con la combinación de algunas de estas puertas y su conexión adecuada, podemos obtener un oscilador, para probar la veracidad de ciertos divisores, en los ejemplos que veremos, en los siguientes ejercicios.

APLICACIONES.

Aquí, voy a apuntar unas pocas aplicaciones que son más didácticas que otra cosa. Como ya he dicho, si tiene conocimiento de cómo trabaja este circuito integrado, tanto como contador como divisor, usted estará preparado para poder aplicarlo sin ningún tipo de problema.

El contador de década HC4017B dispone de diez salidas en secuencia que, se ponen a ALTO, cuando una fuente de impulsos se conecta a la entrada de reloj y cuando los niveles lógicos adecuados se aplican al RESET y la entrada Habilitar (Enable).

Dicho esto, si observamos la gráfica anterior Fig. 2, podemos imaginar, como construir un secuenciador de luces, con sólo aplicar una señal de reloj en la entrada adecuada y aplicando una resistencia en serie con un LED en cada salida, pronto veremos como avanza una de las salidas, seguida de la siguiente al tiempo que aplicamos un nuevo impulso de entrada, esto simplemente es un contador.

También vemos que al llegar a la salida 9 (corresponde a la cuenta 10), patilla 11, vuelve a empezar. Lo que confirma que cuenta hasta 10. Esto, no es del todo cierto, me explico, puesto que, si hacemos una pequeña combinación en sus patillas de reloj, enable y reset, podemos modificar el conteo obtenido. Así mismo, se observa que la patilla de salida 12 (etiquetada con ÷10), tiene un ciclo del 50% en una cuenta de 10, ya que es Alto entre 0-4 y Bajo entre 5-9, esto nos servirá para numeroso de nuestros proyectos.

Esta es una propuesta del propio fabricante, en ella se aprecia el uso de un HC4001B que, le da unas prestaciones para casos de altas frecuencias, lo que no es estrictamente necesario. Veamos unas cuantas opciones sencillas.

divisor_x_n_4017Fig. 4

En este circuito se constata que, cuando se alcanza la enésima salida decodificada (enésimo pulso de reloj), el S-R del flip-flop (construido a partir de dos puertas NOR del HC4001B) genera un pulso de Reset que, borra y pone la cuenta a cero del HC4017B. En este momento, si la salida decodificada n >= 6 (es mayor o igual a 6), la línea de salida Cout va a Alto, al reloj de la siguiente sección contador HCF4017B, y la salida «0» decodificada, también va a Alto en este momento. La coincidencia del reloj Bajo y decodificado «0» salida Alto, reinicia el flip-flop para habilitar al HC4017B. Si la salida decodificada n < 6 (es inferior a 6), la línea de Cout no va Alto y por lo tanto, no puede utilizarse. En este caso, la salida decodificada «0» puede ser utilizada para realizar la función de temporización para el siguiente contador.

cd4093bFig. 5

Espero que se haya entendido, esto es sólo una forma de utilidad, la cual requiere de otro circuito integrado. Nosotros sólo utilizaremos HC4017B como contador o divisor, el HC4093B, lo usaré para lograr un oscilador. Las salidas del HC4017B, se aplican con una resistencia de 680Ω y un LED ámbar, cada una, los valores de los componentes vienen en el propio esquema.

EJERCICIOS.

Con una puerta NAND, una resistencia y un condensador, obtenemos un oscilador, mejor si utilizamos una puerta disparador Schmitt del 4093B cuya salida presenta un impulso de reloj bastante fiable, el cual será suficiente para la mayoría de las aplicaciones. Con otra puerta y un diodo LED con su resistencia, realizaremos un indicador de los pulsos que alimentan al contador o divisor.

contador4017Fig. 6

En este circuito si interponemos un interruptor entre RESET y masa, podemos comprobar, ¿qué sucede, cuando se abre el interruptor de RESET? Esto devuelve el contador a 0 y si tenemos un el LED en la salida 0, se ilumina. A pesar de que sigan llegando los impulsos a la entrada de reloj, éste, ha dejado de contar. En el siguiente esquema algo más completo veremos el 4017B como divisor.

AHORA, COMO DIVISOR.

Realice el montaje del siguiente esquema eléctrico en su tablero protoboard. Este difiere respecto al anterior en unos pocos componentes, se ha dotado de un interruptor START, uno para RESET y otro para ENABLE, además de tres conmutadores para elegir entre distintos divisores posibles, 3, 5, 7 y 9 son los dispuestos, básicamente el comportamiento del circuito se modifica ya que ahora cuando el contador llegue a la cuenta elegida, se reseteará y volverá a empezar la nueva cuenta.

Si conectamos el circuito y cerramos START, RESET y ENABLE el circuito iniciará la cuenta como esperábamos, al llegar a la cuenta de 9 según el esquema, el contador vuelve a empezar. Parece que no ha llegado a 9, realmente sí ha llegado, debido a la velocidad de transición del flanco de subida, no ha llegado a mostrar dicha salida como activa.

De modo que (y sólo en este caso) para que podamos comprobar que ocurre realmente, he dispuesto una resistencia R4 de 3K3Ω en serie con R5 de 10KΩ, la unión de ambas se conecta al RESET. En estas condiciones, el contador avanzará y si ahora abrimos el RESET, la cuenta sigue avanzando hasta la salida 9, en cuyo momento, se detendrá el contador.

Fig. 7

Esto se puede ver en el siguiente vídeo en el que se describe como funciona.

 Como salida del divisor, se ha de tomar la misma salida que se ha elegido y para no cargar dicha salida utilizaremos dos inversores cableados mediante las dos puertas NAND libres del 4093B. De manera que, la señal o frecuencia a dividir entrará por la patilla 14 y si queremos dividir por 5, la salida de la división por la patilla 1, aplicada a los dos inversores nos proporcionará la frecuencia deseada.

Espero haber expresado bien como funciona este dispositivo HC4017B para que nos ayude en nuestros proyectos.

Contador Divisor CD4017B.
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