Circuito integrado 555

Es un circuito integrado de bajo costo y de grandes prestaciones. Inicialmente fue desarrollado por la firmaSigneticsEl 555 es un integrado muy til, pudiendo ser configurado en varias modalidades. Una de estas modalidades es la del multivibrador astable, para lo cual el circuito oscila a una frecuencia y ciclo de trabajo configurables mediante resistencias y condensadores externos. La versatilidad de este integrado de tecnologa bipolar, es que las frecuencias y ciclos de trabajo resultantes, no dependen de la fuente de alimentacin.La circuitera interna del 555 segn National Semiconductors, es la siguiente:

El 555 puede operar a partir de 4.5V hasta 18V y puede manejar corrientes de salida de hasta 200 mA.

Descripcin de las terminales del Temporizador 555

Pines del 555. GND(normalmente la 1): es el polo negativo de la alimentacin, generalmente tierra. Disparo(normalmente la 2): Es en esta patilla, donde se establece el inicio del tiempo de retardo, si el 555 es configurado como monoestable. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentacin. Este pulso debe ser de corta duracin, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedar en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez. Salida(normalmente la 3): Aqu veremos el resultado de la operacin deltemporizador, ya sea que est conectado como monoestable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje ser el voltaje de alimentacin (Vcc) menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 voltios con la ayuda de la patilla de reset (normalmente la 4). Reset(normalmente la 4): Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida a nivel bajo. Si por algn motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar que el 555 se "resetee". Control de voltaje(normalmente la 5): Cuando eltemporizadorse utiliza en el modo de controlador de voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc (en la prctica como Vcc -1 voltio) hasta casi 0 V (aprox. 2 Voltios). As es posible modificar los tiempos en que la salida es multivibradorastabley como multivibradormonoestable. Puede tambin configurarse para por ejemplo generar formas de onda tipo RampaModo Astable del 555A continuacin, se muestra el circuito para que el 555 funcione en modo astable:

La frecuencia, depende los valores de RA, RB y CT y se evala mediante la siguiente frmula:Para que se cumpla esta expresin, el valor de RB debe ser menor de RA/2, sino el circuito no puede oscilar, porque el voltaje en el pin 2 (TRIGGER) del 555 nunca alcanzara el nivel de disparo (1/3 de Vcc).En este circuito, el ciclo de trabajo depende de los valores de RA y RB y se calcula as:En este circuito, no es posible alcanzar una onda simtrica pura. Lo que se puede hacer para alcanzar una onda cuyo ciclo de trabajo sea lo ms cercano al 50%, RA debe ser una resistencia mucho mayor al de RB.Si se desea obtener ciclos de trabajo del 50%, se deben conectar dos diodos, tal como se muestra en la siguiente figura:

El condensador Ct, se carga ahora solamente a travs de RA porque el diodo D1 cortocircuita a la resistencia RB durante el tiempo de carga del condensador. La descarga de Ct se realiza a travs de RB nicamente. En estas condiciones, el ciclo de trabajo del circuito est dado por:As en este circuito, para obtener un ciclo de trabajo de 50%, RA debe ser igual a RB.Ahora, para producir las distintas frecuencias, se deben escoger los condensadores apropiados:

Para 1 Hz escogemos un condensador de 100 F.1. Para 10 Hz escogemos un condensador de 10 F.1. Para 100 Hz escogemos un condensador de 1 F.1. Para 1 KHz escogemos un condensador de 0.1 F.Luego, los valores de las resistencias sern:Estos son los resultados obtenidos en el laboratorio:TEORICOPRACTICO

FRECUENCIAFRECUENCIACICLO DE TRABAJO

1 Hz0.9Hz"50%

10Hz10.1Hz"50%

100Hz98Hz"50%

1 KHz1.09KHz"50%

El ciclo de trabajo, en todo momento, se mantuvo estable y muy aproximado al 50%, esto debido, a que las resistencias no eran exactamente iguales.Otra configuracin alternativa para obtener un circuito de ciclo de trabajo del 50%,propuesto por National Semiconductors es:

Cada segmento esta designado con una letra. El punto decimal se denomina P. A la derecha vemos una representacin del encapsulado con los pines para conectarlo a un circuito. A cada pin o pata del encapsulado le asignamos la letra correspondiente del segmento. Esto significa que, por ejemplo, con el pin "a" podemos controlar el estado del segmento "a"(encenderlo o apagarlo). Ademas vemos en el encapsulado dos patillas llamadas "U", cuya funcin pasaremos a explicar en breve.

Entonces, tenemos 8 leds colocados en forma de un dgito con punto decimal. Ahora bien, un led tiene dos extremos,nodoyctodo. Como en total tenemos 8 leds, debera tener 16 extremos (8 nodos y 8 ctodos), sin embargo el encapsulado solo tiene 10. Esto se hace para reducir el tamao del encapsulado y se logra de la siguiente manera. Los 8 led se interconectan internamente de tal forma que solo podemos acceder a uno de los dos extremos de cada led. El extremos sobrante de cada led se conecta internamente con los dems, y este punto de unin se encuentra disponible desde el exterior del encapsulado. Debido a este artilugio, tenemos dos tipos de display de 7 segmento:1)nodo Comn: es aquel donde los nodos de todos los leds se conectan internamente al punto de unin U y los ctodos se encuentran disponibles desde afuera del integrado.2)Ctodo Comn: es aquel donde los ctodos de todos los leds se conectan internamente al punto de unin U y los nodos se encuentran disponibles desde afuera del integrado.Estas definiciones pueden parecer confusas as que veamos grficamente ambos tipos de display y su implementacin en un circuito. Veamos el ctodo comn.

En el circuito anterior, el rectngulo gris representa el dgito de 7 segmentos en forma esquemtica. Vemos que en el esquemtico representamos cada segmento con un led, esto facilita entender el funcionamiento del circuito. En el esquema se ve claramente la conexin interna de los ctodos de todos los leds, dejando disponible externamente solo el punto de su unin. Con respecto al funcionamiento del circuito, tambin es muy fcil comprender lo que sucede. Mientras las 8 llaves estn abiertas, no circula ninguna corriente y los 8 leds estn apagados. Al cerrar cualquiera de las llaves, por la misma circulara una corriente que hace encender el led correspondiente. Por ejemplo, si cerramos la 2da y 3era llave, se encendern los segmentos B y C y en el display aparece el numero 1.Ahora veamos el circuito con nodo comn.

Podemos fcilmente notar la similitud y la diferencia con el circuito anterior. En este caso, son los nodos los que se encuentran conectados internamente y por tal razn el punto unin ahora se conecta al terminal positivo de la batera. Nuevamente, cerrando cualquiera de las llaves, se encender el segmento correspondiente. As de fcil.Y eso es todo por ahora. Hagamos un pequeo resumen y algunas conclusiones de lo aprendido hasta ahora: Los segmentos del display son leds y se nombran con letras de "a" a la "g". Los leds se conectan internamente para reducir el numero de pines del integrado. En los display tipo ctodo comn, el terminal de unin U se conectasiempreal terminal negativo. En los display tipo nodo comn, el terminal de unin U se conectasiempreal terminal positivo.

EL CONATADOREl circuito es capaz de contar del 0 al 9 con escala expandible del 0 al 99, acoplando posteriormente otro bloque de circuitos 7490 y7447.El contador funciona de la siguiente manera:El sensor formado por un 555 en configuracin monoastable con un elemento fotosensible en el trigger o disparo (pin3).Al ser accionado el 555 manda una seal de estado negativa al contador binario 7490 el cual internamente va registrando el numero de veces que esto sucede, es decir va contando el numero de veces que recibe un pulso de seal de entrada negativa, l cual a su salida lleva una cuenta binaria, de la sucesin de pulsos de entrada en el mismo siendo al configuracin de salida de acuerdo a los valores asignados de valor decimal-binario a cada terminal del 7490:

12487490

Posteriormente acoplado al 7490 un decodificador de display de 7 segmentos con entradas de valores binarios, un 7447.

7447El cual al recibir cierta combinacin de niveles o estados de voltaje en los pines de entrada se es posible la visualizacin de dgitos e igual manera las entradas del 7447 poseen los mismos valores asignados a cada terminal al igual que el 7490

1248

Teniendo por ultimo las salidas de las conexiones al display de 7 segmento.En caso de ser este de anodo comn se emplea el 7447,pero en caso de ser catodo comn se emplea un 7448.

El74LS90Es un simple contador, es decir, se puede contar de 0 a 9 cclicamente en su modo natural.Cuenta los impulsos de entrada y el de salida es recibido como un nmero binario de 4 bits a travs de pasadores QA,QB, Cy Q QD.La salida binaria se pone a 0000 en cada dcimo del pulso y el recuento comienza de nuevo desde 0.Tambin se genera un pulso (probablemente en el pin 9), ya que restablece su salida a 0000.El chip puede contar hasta otros nmeros mximo y vuelve a cero al cambiar los modos de 7490.Estos modos se establecen mediante el cambio de la conexin de contactos de reajuste R1- R4.Por ejemplo, si uno de R1y R2son altos o R3y R4son masa, sta se restablecer QA,QB, Cy Q QDa 0.Si se reinicia R3y R4son altos, entonces la cuenta de QA,QB, Cy Q QDva a 1001.Los otros recuentos altos pueden ser generados mediante la conexin de dos o ms circuitos integrados 7490.Por ejemplo, si dos 7490 estn conectados de manera que la entrada de uno se convierte en la salida de la otra, la segunda IC recibir un pulso por cada dcima recuento y se restablecer en cada recuento centsima.As, este sistema puede contar de 0 a 99 y dar salidas BCD correspondientes.7490 tiene una lnea divisoria incorporado por dos y dividir por cinco contadores que se pueden conectar en diferente manera mediante el cambio de las conexiones.Se puede utilizar como un contador de dividir por 10 mediante la conexin de QAcon (reloj) INPUT2, de puesta a tierra todos los contactos de reajuste, y dando pulso en (reloj) INPUT1.Esto permite la conexin en cascada de los contadores incorporadas.Tambin se puede utilizar como una divisin por 6 contador mediante la conexin de QAcon INPUT2, de puesta a tierraR3yR4,y dando pulso en INPUT1.Mediante la conexin de QAcon 1, entrada 7490 puede ser utilizado para contar BCD mientras que mediante la conexin de QDcon INPUT2, que puede ser utilizado para el recuento de bi-quinario.Bi-quinario es un sistema para el almacenamiento de dgitos decimales en un nmero binario de cuatro bits.El cdigo bi-quinario se utiliz en el baco.Pin Diagrama:

Pin Description 74LS90:Pin NoFuncinNombre

1Entrada de reloj 2Entrada 2

2CONFIG.1R1

3CONFIG.2R2

4No conectadoNC

5Tensin de alimentacin; 5V (4.75V - 5.25V)Vcc

6RESET3R3

7RESET4R4

8Salida 3, BCD Bit de salida 2QC

9Salida 2, BCD Bit de salida 1QB

10Tierra (0 V)Suelo

11Salida 4, BCD Bit de salida 3QD

12Salida 1, Salida BCD bit 0QA

13No conectadoNC

14Entrada de reloj 1Entrada 1

En eltutorial anteriorvimos como manejar un display de 7 segmentos controlando directamente los pines del display. Este modo de controlar un display es muy simple y didctico, pero en la practica no se utiliza. En un circuito real, siempre habr un dispositivo lgico que controla la indicacin del display, como puede ser un microcontrolador, un contador, etc. En este circuito utilizaremos un decodificador 74LS47.Esto nos sera muy til para ver como un dispositivo controla el display sin meternos por ahora en el cdigo de un microcontrolador. Pues bien, empecemos.Que es un decodificador?Es un dispositivo que "decodifica" un cdigo de entrada en otro. Es decir, transforma una combinacin de unos y cero, en otra. 74LS47, en particular transforma el cdigo binario en el cdigo de 7 segmentos. Parece confuso, pero en breve quedar ms claro.

El decodificador recibe en su entrada el nmero que ser visualizado en el display. Posee 7 salidas, una para cada segmento. Para un valor de entrada, cada salida toma un estado determinado (activada o descativada).La entrada consiste en 4 patas o pines donde el decodficador recibe los nmeros binarios. Podemos ingresar valores de 0 a 9 en formato binario.

Para ingresar un "0" en un pin, conectaremos el mismo al terminal negativo de la fuente. Para ingresar un "1", vamos a conectarlo al terminal positivo. En el tutorial estoy utilizando un decodificador TTL, por lo que la fuente debe ser de 5v.Como es un decodificador74LS47?El dispositivo viene en un encapsuladoDIP16. Sus pines o patillas son: Entradas: 4 pines de entrada para ingresar el dgito a mostrar en binario. Salidas: 7 pines de salida, uno para cada segmento. Control: 3 pines de control. Por el momentos no entraremos en detalle para que se utilizan. Alimentacin: 2 pines para alimentacin, fuente (+) y fuente (-).

Entonces, como ya lo dijimos, hay que aplicar el nmero deseado en la entrada y el dispositivo, automaticamente, habilita los segmentos correspondientes a la salida. Supongamos que queremos mostrar el numero 5. Utilizando la tabla anterior vemos que 5 en binario es 0101. Debemos aplicar este valor en los pines de entrada en el orden DCBA, es decir DCBA = 0101, o sea D=0, C=1, B=0, A=1. Al hacerlo, el integrado enciende todos los segmentos, salvo "b" y "e" para mostrar el nmero 5.

Veamos ahora, los valores reales de tensin en la entrada y salida. Recuerden que el "1" lgico equivale a 5v y el "0" lgico a 0v. Vemos nuevamente el mismo grfico, ahora con los valores de tensin en la entrada y la salida:

Por favor, presten atencin a los niveles en la salida. Los segmentos encendidos tienen un nivel lgico 0 y los apagados 1. Es decir, cuando el decodificar pone 0v en una salida, el segmento debe quedar encendido, y el mismo se apaga cuando la salida presenta 5v. Este tipo de salida se denominaactivo baja, lo que significa que cuando la salida esta en nivel bajo (0 lgico), la salida esta activa. Resumiendo: En la entrada del 74LS47 hay que ingresar un cdigo binario El valor binario es una combinacin de unos y cero, siendo, "0" lgico = 0v; "1" lgico = 5v. En la salida aparece la combinacin de siete segmentos correspondiente. Cada pin de salida corresponde a un segmento. Las salidas son activo baja, es decir, "0" lgico = encendido;"1" lgico = apagado.Como encender los segmentos?Ahora que tenemos claro como funciona el decodificador, veamos como conectarlo con el display de 7 segmentos. En definitiva, cada patilla de salida controla un segmento, o sea un LED. Y lo que tenemos que lograr es que el LED quede encendido cuando se le aplican 0v, y que se apague al aplicar 5v. Esto tiene un porque, y hacerlo es muy simple. La conexin que debemos realizar es la siguiente.

Vean la conexin: tenemos la fuente de 5v, conectada a un resistor en serie con el LED. El ctodo del LED queda conectados a una pata del integrado 74LS47. Vean que pasa, cuando la salida del integrado esta en 0v, se produce una circulacin de corriente desde la fuente hasta la pata, y el led se enciende. Pero, cuando la salida queda en 5v, no hay circulacin de corriente (pues no hay desnivel de tensiones). Simple, verdad? Si no esta muy claro como funciona, recomiendoleer el primer tutorial, donde explico como funciona un displayanodo comn, ya que justamente este tipo de display vamos a utilizar en este circuito.Circuito completo. Ahora, que ya tenemos el concepto del decodifcador y la forma en que enciende los segmentos, veamos el circuito completo:

Analicemos el circuito por partes. En primer lugar, veamos el dgito de 7 segmentos. Cada segmento esta conectado al pin correspondiente, mediante una resistencia de limitacin de corriente. Los nodos de todos los segmentos (es decir, la patilla nodo Comn CA) se conectan a la fuente positiva de +5v. Es lo mismo que habamos visto antes con un solo LED.Ahora, veamos la entrada. Para ingresar la combinacin de entrada estoy utilizando llaves tipo DIP switch. La llave 1 controla la entrada A, la 2 controla B, etc. Cuando la llave esta en ON, en la entrada se aplica una tensin de 0v (recordar que GND es 0v). Cuando esta en OFF, tenemos 5v, mediante lasresistencias pull-upconectadas a la fuente positiva +5v. Es la forma clsicade controlar la entrada de un dispositivo digital, pero para los que no estn familiarizados, aqu va una breve explicacin de como funcina. Veamos una sola entrada:

En la imagen de arriba, a la izquirda, esta el circuito para controlar una sola entrada digital. El pin de entrada queda conectado mediante una resistencia a +5v, y mediante una llave a tierra. Veamos que pasa, cuando llave queda abierta (imagen del medio). En ese caso, la entrada queda conectado a +5v. Hay una resistencia en el medio, pero las entradas digitales no toman corriente, a efectos prcticos la corriente vale cero. Entonces, quedan aplicados los +5v en la entrada, equivalente a un "1" lgico.Por otra parte, con la llave cerrada (imagen a la derecha), la entrada queda conecta directamente a tierra, se aplican 0v equivalente a un "0" lgico. Sigue estando conectada a la fuente de +5v mediante la resistencia, pero ahora la situacin cambio. Por la resistencia circula una corriente, desde +5v a tierra. Para que esta corriente no sea excesiva, las resitencias pull-up por lo general son grandes, entre 1 y 10k. (Si no colocamos una resistencia pull-up, al cerrar la llave, se produce un cortocircuito; por eso son necesaras las resistencias).Veamos como quedo el circuitoarmado (clic aqui para acercar):

Lo que quedo en el tintero. Algunas cositas que quedaron pendientes en el desarrollos del articulo: Pines control: como lo mencione, el integrado tiene tres pines de control, no los vamos a utilizar. Para que el circuito funcione adecuadamente, hay que conectarlos a +5v. Lo hice mediante una resistencia pull-up. Combinaciones de entrada: En la tabla de cdigos de entrada, estn las combinaciones desde 0000 hasta 1001. Pero, que pasar si ingresamos una combinacin que no esta en la tabla, por ejemplo, 1100 o 1111? Bueno, en el display aparecern unos smbolos raros que no son nmeros ni letras. A continuacin les dejo la tabla que tome de la hoja de datos, para que vean de que se trata.

Y si hablamos de la hoja de datos,pueden descargarla aqu. Por ultimo, en el circuito completo que se muestra arriba, no se indican los pines 8 y 16. Normalmente estos pines no se dibujan, ya que se sobreentiende son de alimentacin y van a la fuente.

Conclusiones. Espero que este tutorial les sea til y que disfruten leyndolo tanto como yo escribiendo :) Como lo dije al principio, nunca vamos a controlar un display de 7 segmentos mediante llavecitas (como estaba en el tutorial anterior), sino mediante un dispositivo lgico. El decodificador 74LS47 es una excelente introduccin de como hacerlo. En la practiva, tampoco vamos a controlar la entrada del decodificador mediante llaves, esto solo lo hice a los efecto didcticos. Las entradas iran conectadas a un contador, microcontrolador, etc, depende de la aplicacin.