Proyecto frecuencimetro

FRECUENCIMETRO DIGITAL UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Universidad del Perú, Decana de América

FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

CURSO: LABORATORIO DE CIRCUITOS DIGITALES II TEMA: FRECUENCÍMETRO DIGITAL

TIPO: PROYECTO

PROFESOR: ING. Oscar Casimiro Pariasca

NOMBRE: MAMANI AQUINO Miguel Ángel JANAMPA FABIAN Gustavo

CODIGO: 09190040 CODIGO: 09190135

2012 LABORATORIO DE C.DIGITALES II

FRECUENCIMETRO DIGITAL 1. Objetivo: Diseñar y conocer las aplicaciones de contadores y decodificadores.

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. Antecedentes: 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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FRECUENCIMETRO DIGITAL (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. Desarrollo del problema: Un frecuencímetro nos debe contar la cantidad de pulsos que se encuentren dentro de la ventana de tiempo de captura, para hacerlo más sencillo de explicar supongamos que abrimos (habilitamos) un contador por un tiempo de 1 segundo luego del cual se inhabilita memorizando la última cuenta, si al instante de ser habilitado entran pulsos de clock al contador este almacenará la cuenta, al cumplirse el tiempo de 1 segundo se detiene el contador y muestra la última cuenta , si leemos por ejemplo en un display de 3 dígitos por decir 567 es que hemos detectado una frecuencia de 567 hertzios (567 pulsos o "unos" en una ventana de 1 segundo). Este es el principio con el cual se diseña un frecuencímetro, la idea básica es tener una ventana de habilitación de 1 segundo y un número de contadores/displays de acuerdo a la frecuencia esperada por ejemplo usando 5 dígitos podríamos contar hasta 99999Hz(100Khz)


FRECUENCIMETRO DIGITAL 5. Diagrama de bloques:

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 . 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.

6. 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.


FRECUENCIMETRO DIGITAL 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

Carga y descarga del capacitor mostrada en el osciloscopio (amarillo) y Salida(violeta) LABORATORIO DE C.DIGITALES II

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CARGA :0.5505s DESCARGA:0.45s

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


FRECUENCIMETRO DIGITAL pequeño pulso dispara al segundo monoestable 74121 , este segundo pulso va hacia los contadores para resetear la cuenta a 0.

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 LABORATORIO DE C.DIGITALES II

FRECUENCIMETRO DIGITAL 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 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

FRECUENCIMETRO DIGITAL Sobre el monoestable 74121 se escoge este debido a que se dispara con un flanco de subida a diferencia del 555 que se dispara con un pulso en bajada .

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.


FRECUENCIMETRO DIGITAL ‘’Diferentes señales de entrada y la salida siempre será de forma cuadrada gracias al 7414 "Schmitt Trigger’’

Contador, memorización y decodificador: Comenzaremos con la parte contador , 74190, decoder bastante conocidas porque se usan tambien en relojes ,los 7490 son contadores decada , 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 veria 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 "memorize" 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 . LABORATORIO DE C.DIGITALES II


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 (clock) del primer monoestable haciendo q la cuenta se memorice y pasándola al decodificador para luego ser vista por los display.

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Si la cuenta es mayor a 3 dígitos entonces se indicara con el led rojo 1.

7. Implementación Y finalización: Circuito simulado con una señal de entrada de 357hz



Circuito simulado con una señal de entrada de 259hz

Desarrollo de la placa Se diseño en una placa debido al grado de dificultad que ocasionaría hacerlo en un protoboard y al riesgo de error. Circuito exportado hacia layuot ARES:



Vista 3D:



Solucion de problemas: Al diseñar el modo de reseteo de los contadores se debe considerar lo siguente: R1(0) R2(0) = 1 Y R1(9) Y R2(9) = 0 ENTOCNES RESETEA A CERO R1(0) R2(0) = 0 Y R1(9) Y R2(9) = 1 ENTOCNES RESETEA A NUEVE Esto es muy importante para el conteo del circuito . 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: LABORATORIO DE C.DIGITALES II

FRECUENCIMETRO DIGITAL 

Fundamentos de circuitos digitales

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http://www.usc.edu.co/laboratorios/files/CIRCUITOS%20CONTADORES.pdf

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http://www.ladelec.com/teoria/electronica-digital/204-circuitos-integrados-contadoresttl-y-cmos


J.FLOYD

Proyecto frecuencimetro

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