UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Universidad del Perú, Decana de América
FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
CURSO: LABORATORIO DE MEDICIONES ELECTRONICAS TEMA: FRECUENCÍMETRO DIGITAL
TIPO: PROYECTO
PROFESOR: ING. LITA SOTO
NOMBRE: FIERRO MARQUEZ Yamir JANAMPA FABIAN Gustavo FLORES BORDAIS Jesús ARAUCO CRISOSTOMO Lex PORTELLA
CODIGO: 09190135
2012 LABORATORIO DE MEDICIONES ELECTRONICAS
1. Objetivo: Diseñar y conocer las aplicaciones de un frecuencímetro digital.
2. Materiales e instrumentos: 1 1 2 1 3 22 2 1 1 3 3 3 3 14 Osciloscopio Generador de funciones Multímetro Fuente Dc
7476 555 Capacitor cerámico 0.01uf , 10uf Capacitor electrolítico 2uf Potenciómetro (timer) 100k Resistencia de 10k Resistencia de 220 74121 7414 7408 7490 7475 7447 Display anado comun Zócalos para integrados
3. Definicion: Un frecuencímetro es un instrumento que sirve para medir la frecuencia, contando el número de repeticiones de una onda en la misma posición en un intervalo de tiempo mediante el uso de un contador que acumula el número de periodos. Dado que la frecuencia se define como el número de eventos de una clase particular ocurridos en un período, su medida es generalmente sencilla. Según el sistema internacional el resultado se mide en Hertzios (Hz). El valor contado se indica en un display y el contador se pone a cero, para comenzar a acumular el siguiente periodo de muestra. La mayoría de los contadores de frecuencia funciona simplemente mediante el uso de un contador que acumula el número de eventos. Después de un periodo predeterminado
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(por ejemplo, 1 segundo) el valor contado es transferido a un display numérico y el contador es puesto a cero, comenzando a acumular el siguiente periodo de muestra. El periodo de muestreo se denomina base de tiempo y debe ser calibrado con mucha precisión.
4. Diagrama de bloques de un frecuencimetro:
En el diagrama mostrado tenemos en bloques lo necesario para desarrollar 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 . LABORATORIO DE MEDICIONES ELECTRONICAS
En lugar del 7475 que son registros tipo latch , puedes utilizar el 74194 que son contadores universales. En este, la cuenta entra por las entradas de datos, pero no pasa a la salida hasta que reciba un pulso por la entrada CLK de los 74194. Así pasará la cuenta a los 7447 cada segundo.
5. Diseño: 555 y FF JK La ventana de tiempo proviene de un oscilador astable ( exacto) de 1 Hz ( 1 segundo) , se usa un flip flop JK en configuración "Toggle", 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. Para el clock se puede usar un 555 de 1 hz que no siempre es exacto o la base de tiempo de un relojdigital que es más preciso.
T=0.693*(10k+2*67.15k)*10uf = 1s
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Carga y descarga del capacitor mostrada en el osciloscopio (amarillo) y Salida(violeta)
CARGA :0.5505s DESCARGA:0.45s
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Señal del 555 astable y del FF jk, observamos que el periodo de salida del 555 se duplica a la salida del FF.
74121 Los 74121 son multivibradores monoestables, deben generar pulsos muy cortos , muchos menores que los pulsos de entrada , sólo se le pone un pequeño condensador de unos cuantos picos. El primer pulso se genera cuando se cierra la ventana de tiempo ( 1 segundo) el pequeño pulso de salida de este monoestables va hacia las entradas clock de los 74194 contadores universales , haciendo memorizar la cuenta que muestra el display , el termino de este pequeño pulso dispara al segundo monoestable 74121 , este segundo pulso va hacia los contadores para resetear la cuenta a 0.
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En este caso, la resistencia R tiene un valor de 10K (10 mil ohms) y el condensador tiene un valor de 2 uf (2 microfarads), sin embargo para una resistencia mas grande el capacitor baja de tal manera de tener una constante de tiempo mucho menor al segundo que abre la ventana de tiempos, lo cual le fijará al pulso de salida una duración de unos 0.066 segundos con un comportamiento mostrado por el siguiente diagrama de tiempos. Amarillo:clock jk LABORATORIO DE MEDICIONES ELECTRONICAS
Azul:1° monoestable (Q*) Violeta:Segundo monoestable (Q)
Amarillo Azul Violeta
Señal JK Señal de clock hacia los contadores 74194 (habilitación y memoria) Señal que resetea la cuenta de los contadores 7490
Sobre el monoestable 74121 se escoge este debido a que se dispara con un flanco de subida a diferencia del 555 que se d ispara con un pulso en bajada .
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Señal 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.
‘’Diferentes señales de entrada y la salida siempre será de forma cuadrada gracias al 7414 "Schmitt Trigger’’
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Contador, memorización y decodificador: Comenzaremos con la parte contador , 74190, decoder bastante conocidas porque se usan también en relojes ,los 7490 son contadores década , es decir ante cada pulso de entrada van mostrando ese número en código BCD ( 0001 ....etc) 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 "memorice" solo la última cuenta.
Se observa que la cuenta se reiniciara a cero después de que el ultimo monoestable 74121 se active por un periodo de tiempo pequeño.
Los contadores 74194 se habilitaran cuando llegue la señal de clock ( señal del primer monoestable con un duración menor a la ventana de tiempo) esto hace q se memorice la cuenta debido a que el contador esta en modo carga paralela .
Entonces los contadores 7490 realizan la cuenta hasta que llegue una señal a R1(0) Y R2(0) que reinicie la cuenta ,justo antes de q se reinicie la cuenta llega una el 74194 LABORATORIO DE MEDICIONES ELECTRONICAS
(clock) del primer monoestable haciendo q la cuenta se memorice y pasándola al decodificador para luego ser vista por los display.
Si la cuenta es mayor a 3 dígitos entonces se indicara con el led rojo 1.
6. Aplicaciones de un frecuencímetro El frecuencímetro fuera de la función específica de medir la frecuencia de una señal eléctrica, existen otros parámetros que se miden indirectamente por ejemplo:
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
7. Utilización de un frecuencímetro: Para efectuar la medida de la frecuencia existente en un circuito, el frecuencímetro ha de colocarse en paralelo, en derivación sobre los puntos entre los que tratamos de efectuar LABORATORIO DE MEDICIONES ELECTRONICAS
la medida. Esto nos lleva a que el frecuencímetro debe poseer una resistencia i nterna alta, para que no produzca un consumo apreciable, lo que daría lugar a una medida errónea. Por ello, en el caso de instrumentos basados en los efectos electromagnéticos de la corriente eléctrica, estarán dotados de bobinas de hilo muy fi no y con muchas espiras, con lo que con poca intensidad de corriente a través del aparato se consigue la fuerza necesaria para el desplazamiento de la aguja indicadora. Si el elemento a contar está ya en forma electrónica, todo lo que se requiere es un simple interfaz con el instrumento. Cuando las señales sean más complejas, se tendrán que acondicionar para que la lectura del frecuencímetro sea correcta. Incluyendo en su entrada algún tipo de amplificador, filtro o circuito conformador de señal. Otros tipos de eventos periódicos que no son de naturaleza puramente electrónica, necesitarán de algún tipo de transductor. Por ejemplo, un evento mecánico puede ser preparado para interrumpir un rayo de luz, y el contador hace la cuenta de los impulsos resultantes.
8. Conclusiones y recomendaciones: Es muy importante revisar previamente los datasheet de los integrados a utilizar. La calibración del potenciómetro en el astable es primordial para obtener un margen de error pequeño.
9. Bibliografía:
http://www.usc.edu.co/laboratorios/files/CIRCUITOS%20CONTADORES.pdf
http://www.ladelec.com/teoria/electronica-digital/204-circuitos-integrados-contadoresttl-y-cmos
http://www.velasquez.com.co/paginas/frecuencimetro_digital.htm
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