Integrado CD4017BC es un decodificador con 10 salidas basado en
tecnología CMOS,también tiene una versión en tecnología
TTL llamado 74HC4017.
Estructuralmente está formado por un contador Johnson de 5 etapas que puede
dividir o contar por cualquier valor entre 2 y 9, con recursos para continuar o
detenerse al final del ciclo.
Características
técnicas
Velocidad de operación
CD4017 a 5v = 2 Mhz
CD4017 a 15v = 6 Mhz
74HC4017 a 5v = 25 Mhz (Versión TTL de alta
velocidad).
Terminales.
"Habil. Reloj" si está a tierra, hará que
se inicie un nuevo ciclo. si está a VDD se consigue solo un ciclo de
funcionamiento.
"Carry-Out" Este terminal proporciona un
ciclo completo a cada 10 pulsos de entrada,
pudiendo usarse para excitar otro 4017 para división sucesiva defrecuencia o recuento por un número superior a 10
"Reset" Si se le aplica un nivel alto,
lleva ese nivel al terminal "S0", volviendo a iniciar el recuento.
Eso significa que si conectamos este terminal a cualquier salida, cuando ésta
se lleve a nivel alto se iniciará un nuevo ciclo. Es decir que si conectamos
"S4" a la entrada "Reset" tendremos un recuento sólo hasta
4.
Funcionamiento
Con solo 16 pines, contiene en su interior un
contador Johnson de 5 etapas que puede dividir o contar por cualquier valor
entre 2 y 9 los pulsos que se ingresan por una de sus entradas, llamada CLOCK
(reloj). En efecto, si tenemos una etapa de reloj que sea capaz de entregar un
tren de pulsos regulares, y los ingresamos por el pin 14 (CLOCK) del CD 4017,
podremos obtener en sus salidas un pulso por cada 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 o 10
que se apliquen en la entrada.
Esta propiedad, unida a la facilidad de uso que
brindan características como un RESET y un pin de habilitación (ENABLE), hace
que sea muy sencillo implementar circuitos contadores, luces para fiestas, etc.
utilizando muy pocos (o ningún) componentes externos.
Para comprender mejor su funcionamiento lo haremos
utilizando el diagrama de funciones.
Con las entradas "Habil. Reloj" y
"Reset" a tierra, el contador avanza una etapa a cada transición
positiva de la señal de entrada (Reloj). Partiendo entonces de la situación
inicial en que "S0" se encuentra a nivel alto y todas las demás a
nivel bajo. Con la llegada del primer pulso de entrada tenemos la primera
transición. "S0" pasa a nivel bajo y "S1" a nivel alto,
todas las demás permanecen en cero.
Con el segundo pulso, "S1" pasa a nivel
bajo y "S2" a nivel alto, y así sucesivamente hasta la última.
A las salidas del circuito integrado, se suele
conectar diodos LED para monitorear, el estado de estas. Entre las aplicaciones
posibles del CD4017, podemos encontrar al circuito integrado suministrando
corriente (modo source) o drenando corriente (modo sink). En ambas
aplicaciones, el circuito se comporta de manera eficiente, siendo el modo
source, el más utilizado.
El muy
interesante circuito integrado CMOS cuyo nombre completo es CD4017BC, aunque a
menudo se lo llama simplemente 4017, es un contador y divisor con 10 salidas.
Existe también una versión en tecnología TTL llamado 74HC4017. Con solo 16 pines, contiene en su
interior un contador Johnson de 5 etapas que puede dividir o contar por
cualquier valor entre 2 y 9 los pulsos que se ingresan por una de sus entradas,
llamada CLOCK (reloj). En efecto, si tenemos una etapa de reloj que sea capaz
de entregar un tren de pulsos regulares, y los ingresamos por el pin 14 (CLOCK)
del CD 4017, podremos obtener en sus salidas un pulso por cada 2, 3, 4, 5, 6,
7, 8, 9 o 10 que se apliquen en la entrada.
Esta propiedad, unida a la facilidad de uso que brindan características como un
RESET y un pin de habilitación (ENABLE), hace que sea muy sencillo implementar
circuitos contadores, luces para fiestas, etc. utilizando muy pocos (o ningún)
componentes externos.
El voltaje
máximo de alimentación que podemos usar con el 4017 es de 18v (7v en el caso
del 74HC4017). Si bien puede funcionar con solamente 5V, se comporta mejor a
altas velocidades si se alimenta con al menos 9v. En su versión CMOS no es
realmente un chip muy rápido, ya que alimentado con 5v puede funcionar a un
máximo de 2 Mhz, y a 15v puede alcanzar los 6Mhz. El 74HC4017 tiene la ventaja,
dado que pertenece a una familia de chips de alta velocidad, de lograr unos
respetables 25Mhz alimentado con 5v.
Si en nuestros diseños necesitamos utilizar el 4017 junto a circuitos de la
familia LSTTL, debemos recordar que la baja capacidad para entregar corriente
en sus salidas hace que solo se puede conectar un LSTTL a las salidas del 4017.
En caso de necesitar conectar mas dispositivos, deberemos usar “buffers” (ver
articulo sobre compuertas digitales). Las entradas del 4017 versión CMOS pueden
ser manejadas desde algún chip TTL si utilizamos una resistencia pull-up de
unos 4.7k. Recordemos que un resistor en pull-up no es mas que una resistencia
conectada entre el punto donde se conecta el chip TTL al CMOS y el positivo de
la alimentación (que deberá ser de 5v si estamos utilizando chips TTL).
Por ultimo, no es mala idea conectar un pequeño capacitor cerámico de 0.1 µF
entre los pines de alimentación del 4017.
De los 16 pines del integrado, dos se destinan a su alimentación. En efecto, el
pin numero 8 se conecta al negativo, y el 16 al positivo, sin olvidar que la
fuente de alimentación debe entregar entre 3 y 15 volts.
Un grupo de 10 pines ofician de salidas del contador. Estas salidas, llamadas
“Output Q0” a “Output Q9” van pasando de estado bajo a alto con cada pulso de
clock. No se corresponden con pines consecutivos, sino que la salida Q0 esta en
el pin 3, Q1 en el 2, Q2 en el 4, Q3 en el 7, Q4 en el 10, Q5 en el 1, Q6 en el
5, Q7 en el 6, Q8 en el 9 y finalmente Q9 en el pin 11. La figura al final de
esta página nos muestra la función de cada pin.
El hecho de usar diez pines como salida y dos como alimentación, en un
integrado de solo 16 pines deja solo 4 pines para utilizar como control, lo que
facilita un poco las cosas.
El pin 14, llamado CLOCK, es el que recibe los pulsos de reloj que deseamos
contar.
El pin 13 (DISABLE) permite seleccionar o deseleccionar el 4017. En efecto, una
de las condiciones para que el chip funcione es que este pin este conectado a
0v. Esto permite conectar varios 4017 a una misma fuente de pulsos, y mediante
el pin DISABLE elegir en cualquier momento cual es el que se encargara de
contar/dividir.
El pin 15 (RESET) debe conectarse a 0v para que contar de 0 a 9. Si ponemos el
RESET momentáneamente a +V, la cuenta se reinicia (OUTPUT Q0 pasa a estado
alto, y todas las demás salidas a bajo). Esto puede hacerse manualmente
mediante un pulsador conectado a +v y mediante un resistor de 10k a 0v.
Por ultimo, el pin 12, llamado ÷10 OUTPUT permanece en estado alto cuando las
salidas Q0 a Q4 están en alto, y pasa a estado bajo cuando las salidas Q5 a Q9
están en alto. Esto significa que el pin 12 generara pulsos con una frecuencia
que es un décimo de la de reloj, pudiendo aplicarse a la entrada de otro 4017
que se encargue de contar las decenas.
Veamos como
debemos conectar el CD4017 para usarlo como contador. Es muy recomendable, como
hemos dicho ya en otros artículos de esta serie, el tener a mano un protoboard
y algunos componentes como para armar los circuitos de ejemplo, de manera que
no nos queden dudas. En el caso del CD4017, solo necesitaremos el integrado, un
par de pulsadores, diez diodos LED, y si queremos montar un generador de pulsos
de reloj podemos utilizar un NE555 como se explico en el articulo publicado
sobre ese circuito integrado.
La conexión básica del 4017 es la que se muestra en la figura 2, donde podemos
ver 10 leds conectados a cada una de las salidas (prestar atención al orden de
los mismos, recordemos que las salidas no están en pines consecutivos), el pin
16 conectado directamente al positivo de la fuente de alimentación y el 8 al
negativo, el pin 14 podría estar conectado también a +v mediante un pulsador
(si no tenemos el generador de pulsos), y los pines RESET y DISABLE (15 y 13) a
0v, para que el integrado cuente los pulsos de la entrada.
Con esta configuración, por cada pulso que apliquemos en el pin 14 mediante el
pulsador, se irán iluminando los pines de la salida de uno en uno. Estando
encendido el ultimo (el conectado al pin 11), si aplicamos otro pulso de CLOCK,
se apagara y se encenderá el primero, dando comienzo a otra cuenta.
Seria interesante experimentar conectando un LED entre la salida del pin 12 y
0v para verificar que enciende cuando las salidas Q0, Q1, Q2, Q3 o Q4 están en
alto.
Si queremos
que la cuenta sea mas corta, por ejemplo contar solo hasta cuatro en lugar de
hasta diez, podemos utilizar para ello el RESET. En lugar de conectar ese pin
de control directamente a 0V, lo podemos conectar al pin correspondiente a la
salida Q4 (pin 10), de manera que luego de contar cuatro pulsos, al introducir
el pulso numero 5, en lugar de encenderse el quinto LED (salida Q4) se
producirá el RESET del chip comenzando la cuenta de nuevo desde cero. Este
conexionado se puede ver en la figura 3.
Otra prueba
puede consistir en conectar los leds de las salidas a +V, mediante resistores
de 470 ohms (si estamos alimentando el circuito con una pila de 9V). De esta
manera, veremos que los LEDs permanecen encendidos y solo el correspondiente a
la salida activada permanece apagado (ver figura 4).
Finalmente, la
figura 5 nos muestra como conectar entre si varios CD4017 para que cada uno
cuente un décimo de lo que cuenta el anterior. De esta manera, usando las
entradas de CLOCK y ÷10 OUTPUT (pines 14 y 12) podemos encadenar varios chips
para contar unidades, decenas, centenas, etc.
Para finalizar
el artículo, veamos algunos circuitos prácticos que utilizan este circuito
integrado.
En la figura 6 incluimos junto al CD4017 un NE555 que funciona en modo astable,
generando los pulsos de reloj que entran por el pin 14 al CD4017. La
alimentación se puede hacer mediante 3 o 4 pilas de 1.5V o mediante un
transformador.
En cada LED se uso un transistor NPN para aumentar la corriente que entrega el
CD4017 en cada uno de sus pines. Dado que no hay en ningún momento más de un
LED encendido, solamente utilizamos un resistor de 120 ohms para todos ellos.
Con los valores de la resistencia de 47k y el capacitor de 1 uF, la frecuencia
es de unos 15 Hz. La formula F = 1.44/(2xRxC) nos permitirá elegir frecuencias
diferentes (se puede aprender mas sobre este tema en el articulo sobre el
NE555).
La corriente que circula por cada LED es de unos 20 mA, lo cual permite un
brillo intenso de los mismos. Si cambiamos la resistencia de 120 ohms por una
algo mayor, el brillo de los LEDs disminuirá.
En la figura 7
vemos un circuito que controla cinco salidas que consisten en un transistor
BC548 que comanda un triac TIC216D o TIC226D, a los cuales podemos conectar
directamente lámparas de 110V/220V, cuya potencia no supere los 400W. Si
dotamos a los triacs de un disipador de calor, la potencia de las lámparas
puede ser mayor (consultar las hojas de datos de los triacs empleados para
conocer la potencia máxima que soportan).
El encendido de las luces será secuencial, dado que están conectadas a las
salidas del CD4017. En este circuito, utilizamos como generador de los pulsos
de reloj un transistor 2N2646 y unos pocos componentes adicionales, entre los
cuales hay un potenciómetro de 100k, que permite que variemos la velocidad con
las que las lámparas de encienden.
El interruptor que vemos conectado al pin 15 permite variar el sentido en que
se desplazan las luces (ida o vuelta).
Con cada pulso en la pata 14 el integrado avanza un paso en las terminales
(como vimos antes, el orden de los pines es 3, 2, 4, 7, 10, 1, 5, 6, 9, 11 y
luego repite). Si se aplica un pulso en la pata 15 el integrado vuelve a
comenzar desde el terminal 3, por lo que el interruptor en posición I, cuando
la cuenta llega al terminal 1 reinicia y, cuando el interruptor esta en I/V la
cuenta se efectúa completa. Los diez diodos 4148 hacen que la corriente solo
vaya del integrado a las bases y no vuelva de regreso cuando se pasa de vuelta
o de ida. Si se colocan capacitores en las bases de los transistores de valores
que pueden rondar los 47µF (este valor debe ser experimentado) se logra un
efecto de apagado suave (dimmer) muy agradable a la vista. Mientras más alto
sea el valor de estos capacitores mas tiempo permanecerá encendido el canal y
mas suave será el apagado.
En el circuito figura un transformador con un bobinado primario de 220V, que
debe ser cambiado por uno de 110V (con el mismo secundario) si en nuestro país
la red eléctrica es de ese voltaje.
PRECAUCION:
Este circuito trabaja con 110/220V, lo que implica un serio peligro de shock eléctrico
si se toca cualquier parte eléctrica o electrónica. Tomar las medidas adecuadas
para aislar TODAS las pistas y cables así como los triacs y sus disipadores.
Incluso en el transistor del oscilador y en el integrado hay 220Vca.
4017
contador de décadas
|
Numero PIN
|
Nombre
|
Propósito
|
|
1
|
6
|
La salida
secuencial sexta
|
|
2
|
2
|
La segunda
salida secuencial
|
|
3
|
1
|
La salida
secuencial primero
|
|
4
|
3
|
La salida
secuencial tercera
|
|
5
|
7
|
La salida
secuencial séptimo
|
|
6
|
8
|
La salida
secuencial octavo
|
|
7
|
4
|
La salida secuencial
cuarto
|
|
8
|
0 V, V DD
|
La conexión
con el carril de 0 V
|
|
9
|
9
|
La salida
secuencial noveno
|
|
10
|
5
|
La salida
secuencial quinto
|
|
11
|
10
|
La salida
secuencial 10ª
|
|
12
|
Colorado
|
C arry o salida ut - salidas altas en el
recuento de 0 a 4, salidas de baja en el recuento de 5-9 (así una transición
de bajo a alto ocurre cuando se cuenta desde 9 a 0)
|
|
13
|
LE
|
L atch e nable - pestillos en la salida de
corriente cuando las altas (es decir, el recuento de fichas cuando LE es
baja)
|
|
14
|
CLK
|
Cl oc k en
|
|
15
|
RST
|
R e s e t - establece la salida 1 de alto y
salidas del 2 al 10 de baja, cuando se toma alta
|
|
16
|
9 V, V CC
|
La conexión
a la + V CC raíl
(tensión entre 3 V y 15 V)
|
555
El circuito integrado
555 es un circuito integrado de bajo coste y de grandes prestaciones. Inicialmente
fue desarrollado por la firma Signetics. En la actualidad es construido por muchos otros
fabricantes. Entre sus aplicaciones principales cabe destacar las de multivibrador estable y monoestable, detector de impulsos, etcétera.
Caracteristicas
Este Circuito
Integrado (C.I.) es para los experimentadores y aficionados un dispositivo
barato con el cual pueden hacer muchos proyectos. Este temporizador es tan
versátil que se puede utilizar para modular una señal en Amplitud Modulada
(A.M.)
Está
constituido por una combinación de comparadores lineales, flip-flops (biestables digitales), transistor de
descarga y excitador de salida.
Las tensiones
de referencia de los comparadores se establecen en 2/3 V para el primer
comparador C1 y en 1/3 V para el segundo comparador C2, por medio del divisor
de tensión compuesto por 3 resistencias iguales R. En el gráfico se muestra el
número de pin con su correspondiente función.
En estos días
se fabrica una versión CMOS del 555 original, como el Motorola MC1455,
que es muy popular. Pero la versión original de los 555 sigue produciéndose con
mejoras y algunas variaciones a sus circuitos internos. El 555 esta compuesto
por 23 transistores, 2 diodos, y 16 resistores encapsulado en silicio. Hay un
circuito integrado que se compone de dos temporizadores en una misma unidad, el
556, de 14 pines y el poco conocido 558 que integra cuatro 555 y tiene 30
pines.
Hoy en día, si
ha visto algún circuito comercial moderno, no se sorprenda si se encuentra un
circuito integrado 555 trabajando en él. Es muy popular para hacer osciladores
que sirven como reloj (base de tiempo) para el resto del circuito.
Descripción de las Patas o Pines del Temporizador 555
§ GND (normalmente
la 1): es el polo negativo de la alimentación, 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 monostable. Este proceso de disparo ocurre cuando
este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación. Este pulso
debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida
se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez.
§ Salida (normalmente
la 3): Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador, ya sea que esté
conectado como monostable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje
será el voltaje de alimentación (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 algún 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 el temporizador se utiliza
en el modo de controlador de voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar
casi desde Vcc (en la práctica como Vcc -1 voltio) hasta casi 0 V (aprox. 2
Voltios). Así es posible modificar los tiempos en que la salida está en alto o
en bajo independiente del diseño (establecido por las resistencias y
condensadores conectados externamente al 555). El voltaje aplicado a la patilla
de control de voltaje puede variar entre un 45 y un 90 % de Vcc en la
configuración monostable. Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje
puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc. Modificando el voltaje en esta
patilla en la configuración astable causará la frecuencia original del astable
sea modulada en frecuencia (FM). Si esta patilla no se utiliza, se recomienda
ponerle un condensador de 0.01μF para evitar las interferencias.
§ Umbral (normalmente
la 6): Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza
para poner la salida a nivel bajo.
§ Descarga (normalmente
la 7): Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo
utilizado por el temporizador para su
funcionamiento.
§ V+ (normalmente
la 8): También llamado Vcc, alimentación, es el pin donde se conecta el voltaje
de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 16 voltios (máximo). Hay versiones
militares de este integrado que llegan hasta 18 Voltios
Multivibrador
monoestable
Esquema
de la aplicación de multivibrador monoestable del 555.
En este caso
el circuito entrega un solo pulso de un ancho establecido por el diseñador.
El esquema de
conexión es el que se muestra. La fórmula para calcular el tiempo de duración
(tiempo en el que la salida está en nivel alto)
Lista de
materiales para el semáforo 2 vias
(1) NE 555
(1)Condesador 100 mf
(7)Diodos 1N4004 o 1N4007
(1) CD4017
(1)Pontenciometro 100K ohmos
(3) Resistencia 1k ohmio (6)Led de colores
