tablero_dopor

En la actualidad, el tiempo dedicado al ocio es mucho mayor que en tiempos anteriores. Debido a ello hay mucha gente que ocupa su tiempo en algún deporte que le gusta y le es fácilmente accesible. Pero, todos estos deportes se vienen rigiendo por un factor común que es el tiempo.

Debido a que marcadores de tiempo y tanteo deportivos, están siendo requeridos cada vez más, por organizaciones y pequeños grupos deportivos de escuelas entre otros, hemos pensado aquí en este manual, dedicarle un apartado que trate dicho tema, de manera que, vamos a abordar un proyecto con la construcción de un marcador deportivo, con dos partes bien diferenciadas, como son el tiempo y el tanteo.

Es cierto que, sería más práctico realizar este proyecto utilizando un microcontrolador de última generación, no obstante hemos pensado que el principio de estos proyectos se basa en su mayoría con las prácticas a realizar por los que decidan seguirlas y cuando éstas y sus conocimientos se lo permitan abordar dichos proyectos con las técnicas del momento.

Nota.Se entiende que, el lector domina las técnicas: de soldadura, tiene conocimientos de electrónica y se desenvuelve bien en lo que se refiere a la electrónica digital, es muy importante y recomendable que disponga de los conocimientos mínimos citados, para un mejor seguimiento.

Estos son los puntos que consideramos mas relevantes y estos enlaces procuran un seguimiento mássencillo.

El esquema general
El circuito de alimentación y reloj (clock)
Panel de control
El decodificador de segundos
Tablero de relés.
Opción añadida 
Detalles de construcción
Puesta en marcha

Por supuesto que, lo que en este manual se expone, como ya se ha mencionado, actualmente se puede realizar con un moderno microcontrolador y unos pocos componentes de bajo coste. Pero, personalmente creo que, aún en estos tiempos, es bueno utilizar y poner en práctica las bases de la electrónica, aquellas que nos permiten aprovechar y utilizar cuando no, reutilizar materiales y componentes que parecen obsoletos (de otros tiempos), pero que, funcionan. Esto además, permitirá a algunos de los estudiantes y ojalá también que a algún técnico salir al paso, realizando un equipo que, no por utilizar dichos componentes, sea menos útil y completo que los sofisticados de última generación.

Este es el motivo, por el que vamos a proyectar un marcador digital para sucesos deportivos. El cual presentará la cuenta con 4 dígitos de 7 segmentos, en dos pantallas que se encargaran de presentar el tanteo de uno y otro equipo y en segundo término el tiempo restante del evento, alternando la presentación de dichas cuentas. Todo ello controlado desde un panel de control en el que, se tendrá un control absoluto de cada cuenta. Dicho panel, dispondrá de un preselector para cada dígito, un conmutador manual para cada cuenta y una puesta a cero (reset) general.

En la construcción vamos a combinar reloj/marcador descrita, se llevará a cabo mediante componentes lógicos fácilmente disponibles, muchos de los cuales pueden ser obtenidos en los comercios. El prototipo consta de cuatro dígitos de siete segmentos cada uno.

El proyecto consta de dos módulos con dos modos independientes de operar -mostrando reloj y marcador- ambos remotamente controlados. Normalmente  es mostrado el tiempo, pero mientras tanto la puntuación es mostrada, la operación del sistema de reloj interno es mantenida hasta que el display este disponible nuevamente.

En definitiva, el cronómetro funciona desde el principio y el operador puede iniciar el conteo del tiempo, a cualquier valor de tiempo seleccionado y poner el contador a contar hacia arriba o hacia abajo desde este punto. Si se desea parar la cuenta del tiempo (como en baloncesto o fútbol), esto puede hacerse. La lectura del tiempo podrá mantenerse y también reiniciarse (hacia arriba o abajo) cuando sea reanudado.

El conjunto de los cuatro dígitos lectores para indicar la preselección del marcador. Cuando se muestra el tiempo, dos puntos iluminados serán mostrados entre los conjuntos de dígitos. Para mostrar el marcador estos puntos no serán presentados. Se preverá un pulsador, para prueba y testeo por un instante de todas las luces del display.

La parte del tanteador es fácilmente montada en su placa de circuito impreso. Aunque alguna mano de carpintero será necesaria para la construcción del tablero marcador. Esto no va más allá de la capacidad un estudiante de escuela o instituto. Puede utilizarse lámparas de las utilizadas en árboles de Navidad, para iluminar los segmentos del display. El tablero de control remoto se conectarán mediante un cable plano multiconductor. Pero vayamos por partes.

EL ESQUEMA GENERAL.

El conjunto del diagrama lógico se muestra en la siguiente figura 1. Algunas partes del esquema se enumeran y se comentarán por separado en su momento.

fig1dFig. 1

En dicha figura, se aprecian unas 5 partes diferenciadas, como son:El display, el cual presenta la información de los eventos.

  • La fuente de alimentación (fig. 2).
  • El panel de control (fig. 3).
  • Los contadores (fig. 4 y 5).
  • Los distribuidores (drivers) (fig. 6).

La parte que, se considera corresponde a la ‘Fig. 1′, comprende el conexionado del conjunto, para tener una visión general del mismo. También, se pueden apreciar las líneas que parten del panel de control (fig. 3), y que se conectan a los dos conjuntos de contadores de unidades y decenas, encargados de presentar sus datos a los drivers (distribuidores).

LA ALIMENTACIÓN Y EL RELOJ.

En la figura 2, se presenta la fuente de alimentación que tiene poco que explicar para obtener los 5 Vcc para alimentar los circuitos integrados, es un tema que se entiende conocido por el interesado en este proyecto. En cambio el sistema de generación de las señales, cómo generamos el reloj CLK de 1Hz. para control del tiempo real. Aquí se ha dotado al sistema mediante un cristal de cuarzo, para más detalle del reloj lea el tutorial ‘base de tiempos’. Podríamos haber optado por sacar una señal de reloj, vea como se describe en el artículo 1Hz de la línea de red, este caso lo dejamos al lector para que adapte el que mejor le interese.

fig2d
Fig. 2

EL PANEL DE CONTROL.

El panel de control con los contactos de las diferentes funciones del sistema se muestran en lfig3ada figura a la derecha. Todos los circuitos a los cuales estos están enlazados se fuerzan a nivel alto, es decir, se conectan mediante resistencias al terminal común de +5 voltios.

Así, cuando los interruptores están abiertos, las líneas indican un estado lógico 1.

Por otra parte, las cuatro secciones de los preselectores o interruptores rotatorios S3, tienen complementada su salida en BCD, ver figura de la derecha.

Cada sección tiene un contacto común y cuatro líneas de salida. La masa del sistema se conecta a cada línea común y el código seleccionado se presenta en los pines de salida. El código complementario de BDC es como sigue:

C = contacto cerrado;
O = contacto abierto.

En la figura de la derecha, se presenta el panel de control, que determina el modo de operación del sistema en cada momento, conectando el sistema a través de cable multiconductor y el PAC (puesta a cero o reset) del sistema.

tabla_preseleccioncod-decimal1 fig3bdpreseldec2
Fig. 4

En la figura de la izquierda, se presenta el circuito eléctrico que comprende la placa del decodificador rotativo decimal – BDC, con las pistas sobre la que se deslizan las escobillas o contactos correspondientes al rotor de los números, a su derecha una imagen de dos unidos.

EL DECODIFICADOR DE SEGUNDOS.

En el circuito de la figura 5, el IC12 es un contador arriba/abajo (up/down) cuya dirección es controlada por S6, desde el panel de control. Observe que, la señal del 1Hz está aplicada al IC12 a través de dos puertas de IC10. Estas puertas NAND, controlan las líneas de la cuenta hacia arriba y hacia abajo. Cuando el conjunto se pone a contar arriba, la señal de reloj de 1Hz, se direcciona hacia el contacto pin 5 de IC12. Para la cuenta abajo, la entrada de información es direccionada al pin 4.

fig4bdFig. 5

Cuando el contador está iniciado para contar (arriba o abajo), las líneas de acarreo y adeudo de los IC12 a IC17, están conectadas en cascada, a otro contador de décadas arriba-abajo (up/down), éste formará las 10’s (decenas de segundos). Cada vez que IC12 alcanza un cero en su cuenta ascendente, un pulso de su salida, incrementa IC17. Asimismo, en una cuenta abajo, un pulso del adeudo se generará por cada transición o paso por cero.

El circuito integrado IC13 (74LS157) actúa como multiplexor cuádruple 2 a 1 línea. Cuando el pin 9 está bajo (L indicando una visualización de la cuenta), el código BCD del preselector se transmite al IC14. Cuando el pin 9 está alto (H), el código BCD del IC12 se transmite al IC13. Observe, los cambios de la visualización, a la de HORA DE ANOTAR, no afectan la operación de temporización.

La salida seleccionada de IC13, se decodifica en IC14 y es convertida al formato de 7 segmentos, los segmentos estándar con la designación (A hasta G). Los contadores de década se pueden conectar en cascada para tantos dígitos cómo se deseen. Sin embargo, puesto que un minuto consiste en 60 segundos (no 100), el trazado del circuito externo se debe agregar a IC17 como contador divisor por seis. Esto no es un problema, a menos que las cuentas arriba y abajo de estén implicadas. Para contar arriba, la secuencia debe ser 1-2-3-4-5-0-1-2-…; mientras que para contar abajo, el secuencia es 5-4-3-2-1-0-5-4… etc.

La lógica para producir esta realimentación, se implementa como se indica, para el conteo ascendiente (la lógica de conteo descendente, es idéntica). Cuando el contador completa un ciclo al pasar del 5 al 6, necesitamos que se substituya el 6 por un 0. La cuenta a 6 de IC17, es detectada por IC21A y la salida a estado alto se presenta a la entrada de información que se guarda en J (el pin 14) de IC23A. La salida alta de IC17, causa la condición de carga de IC23A y al mismo tiempo para IC14 e IC16 (dispuesto como un interruptor de cuatro polos, cuatro posiciones) fuerza la puesta a 0 del contador. Cuando éste 0, es detectado por IC23A, desaparece la condición de carga y el contador continúa midiendo el tiempo hasta el estado de 0. Mientras que el dígito 6 invalido, será presentado, solamente por 1/60 de segundo y no se verá. El circuito IC15 se inicia (durante la cuenta arriba) con la cuenta de 0 y con la cuenta de 6 (durante la cuenta abajo) mediante el contador del preselector BCD durante el tiempo de carga normal.

fig4adFig. 6

Los decodificadores de minutos y decenas de minutos se muestran en la Fig. 7. Éstos dispositivos son circuitos convencionales que reciben sus instrucciones desde el panel de control.

fig5dFig. 7

En las entradas negadas A B C D (100’s y 1000’s) de la fig. 5, son las salidas de los preselectores donde se establece el tanteo del marcador en cada momento. Con ellos se puede restablecer el tanteo, si por alguna razón se pierde el fluido eléctrico del recinto de deporte o se tuviera que restablecer (‘resetear’) el contador.

TABLERO DE RELES.

Las salidas de los decodificadores BCD a siete segmentos de los (IC14, IC19, IC5 e IC6) están conectadas con las bobinas respectivas de los relés de lámina (relé-reed) como se demuestra en la fig. 8. Con excepción del circuito de los dos puntos (Colon), los circuitos de relés de lámina que se muestra, se duplicarán para cada dígito. Un lado de cada bobina del relé está conectado con la fuente de cinco-voltios y la otra a la salida del decodificador.

fig6dFig. 8

El diodo en paralelo de cada bobina, eliminará el pico inductivo que se genera cuando se corta el voltaje del segmento activo. Así, la conmutación está preparada para poner cada lámpara del segmento en circuito (a 200 voltios), mientras que su relé de lámina funcione. El transistor Q3 se satura, cuando se activa en el panel de control el conmutador de TIEMPO. Esto activará RL29 y L29 yL30 para formar los dos puntos.

OPCIÓN DE SIRENA.

Un circuito adicional (no previsto en el prototipo), se puede utilizar para hacer sonar una señal de aviso o zumbador en caso de puesta a cero del tiempo (fig. 9).

fig7dFig. 9

El código BCD de cada preselector de cada contador se dirige a su propia puerta NOR de cuatro-entradas (74LS25). Cuando todas las líneas están a nivel cero (Tiempo a 00:00), la salida de la puerta NAND de cuatro-entradas (74LS20) pasa a BAJO, esto causa que el flip-flop SR integrado por las dos puertas NAND del 74LS00 produzca un estado ALTO. Se conservará este estado, hasta que el interruptor de reajuste en el panel de control se accione. El transistor de salida se utiliza para accionar los contactos de un relé que deben tener la capacidad de manejar la corriente de demanda actual seleccionada (sirena o del zumbador). Cualquier relé que funcione a 5 voltios puede ser utilizado y el transistor deben tener suficiente corriente de colector (estando saturado) para accionar la bobina del relé.

DETALLES DE CONSTRUCCIÓN.

Los circuitos electrónicos se pueden construir con placas perforadas, usando los zócalos para los circuitos integrados. No se requiere ningún cuidado particular. Los circuitos se pueden agrupar en placas según lo mostrado en los diagramas esquemáticos, pero requerirán una placa separada para cada sistema de relés (de la fig. 8). Sólo un circuito para los dos puntos es necesario.

En el prototipo, la mayoría de los circuitos, incluyendo los dos sistemas de conductores de los segmentos a lámpara, uno fue montado en una caja del aluminio (30 x 45 x 95 cm.), el otro circuito contenedor de dos segmentos en una caja más pequeña (25 x 35 x 9 cm.). Posiblemente otros sistemas más pequeños podían ser utilizados, pero si el tamaño total no es importante, el espacio adicional facilita las conexiones y su mantenimiento.

Puesto que los circuitos de lógica funcionan en baja frecuencia, las disposiciones especiales no son necesarias. Sin embargo, puesto que hay sitios puntuales entre los que fluyen 5 voltios y los planos de tierra, es una buena idea insertar los condensadores puente (bypass) de 0.1 uf entre cada línea de 5 voltios y masa. El desacoplamiento de todos los IC’s es también una buena idea.

El panel de control se puede conectar con los circuitos electrónicos con cierta longitud de cable multiconductor, o se puede montar el panel de control en la caja más grande.

El tablero de presentación se puede construir para cubrir sus necesidades. El prototipo era de 120 cm. de largo y de 35 cm. de alto, fue construido con un marco de madera. La cara delantera fue hecha de plástico blanco translúcido (disponible en la mayoría de los almacenes de construcción) del mismo tamaño que los cuatro dígitos (siete segmentos cada uno) y los dos puntos en la parte central de la cara. La parte posterior entonces fue rociada con la pintura negra mate, de modo que solamente los dígitos y los dos puntos siguieran siendo translúcidos.

fig9dFig. 10

Deben tomarse las debidas precauciones a la hora de su construcción de dotarlo de la suficiente ventilación ya que puede desprender bastante calor dependiendo de las lámparas utilizadas para los segmentos, practicando algunos taladros a lo largo del marco del tablero. Los portalámparas se instalarán en el fondo del tablero agujereado (para más ventilación), y mediante separadores de madera adecuados trazar los compartimentos de los diferentes segmentos.

tablero_doporFig. 11

PUESTA EN MARCHA

Las funciones de los controles mostrados en la figura 3, son los siguientes:

S3 -Conmutadores preselectores, usados para seleccionar el tiempo o tanteo.
S7 -Testigo Lámparas - Enciende todas las lámparas de todos los dígitos para testeo. 
S4 -Carga - El reloj es forzado a ajustarse de inicio a la preselección prevista por S3. 
S5 -TIEMPO/MARCADOR - Conmutador en la posición TIEMPO indica el tiempo preseleccionado en S3 y los dos puntos se encienden. 
En la posición MARCADOR, los dos puntos se apagan y muestra el tanteo preseleccionado en S3.
S6 -Arriba/Abajo - En la posición Abajo, hace que el tiempo cuente abajo hasta el valor de S3, si el conmutador no está cerrado la cuenta se realiza hacia arriba, hasta lo preseleccionado por S3.            
S8 -Reset- Pone el reloj a todo ceros. 
S9 -Marcha - Comienza el contador de tiempo. Cuando está abierto, el contador de tiempo se para.  
Este interruptor es útil para períodos de descanso.

LISTA DE MATERIALES.

    C1 - 4000 uf/16V 
    C2 - 100 uf/16V 
    C3 - 2000 uf/16V 
    C4 - 22 pf/63V 
    C5 - 2...22 pf trimer ajustable 
    C6 a C11 - 0.1 uf/100V  
    D1,D2,D4 - 1N4007 
    D3 - Zener de 6'2V 
    D5 a D33 - 1N4148 
    F1 - Fusible de 2A 
    L1 a L30 - Lámparas de 220V 7Ω  
    IC1, IC2, IC12, IC17 - 74LS192 Contador de décadas
    IC3, IC4, IC13, IC18 - 74LS157  Multiplexador de 4 a 1
    IC5, IC6, IC14, IC19 - 74LS47 Decodificador BCD a 7 segmentos 
    IC7-7805 Regulador 5V. 
    IC8 - 4060 Contador/Divisor 
    IC10 - 74LS00 4 puertas NAND de 2 entradas  
    IC15, IC16 - 74LS153 Doble Multiplexador 4 a 1
    IC20 - 74LS04 Seis inversores 
    IC21, IC22 - 74LS21 Doble AND de 4 entradas 
    IC23 - 74LS73 Doble flip-flop JK  
    IC24 - 74LS10 Triple NAND de 3 entradas 
    K1 a K29 - Relé reed de 12V 
    Q1, Q3 - Transistor 2N5225 
    Q2 - Transistor 2N3055 
    R1 - 150Ω - 1/2 W. 
    R2, R5, R6, R11 - Resistencias de 1kΩ - 1/2 W 
    R3, R4 - Resistencias de 220Ω  - 1/2 W 
    R7 a R10, R12 a R26 - Resistencias de 2k2Ω - 1/2 W 
    R27 - Resistencia de 4k7Ω - 1/2 W 
    S1 - Interruptor doble línea. 
    S2, S4, S6, S9 - Interruptores simples. 
    S3 - Decodificadores rotativos decimal a BCD 
    S5 - Conmutador. 
    S7 - Pulsador N/A 
    S8 - Pulsador N/C 
    T1 - Transformador 220V : 6'3V  1'5A

Nota: Los IC9 e IC11 no aparecen en los esquemas debido a los cambios realizados por el más moderno IC8 un 4060

Con esto, doy por concluida esta práctica, esperando que haya resultado interesante incluso en el aspecto descriptivo. Si tiene alguna consulta hágamelo saber.

Marcador deportivo digital.
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