PUNTA LÓGICA SENCILLA DE TRES ESTADOS

Una vez ensamblado este proyecto, se tendrá una sencilla pero útil punta de prueba lógica, la que le servirá como instrumento de prueba y diagnóstico en muchos de los proyectos, experimentos y circuitos de aplicación que podrás realizar.

La punta lógica se cuenta entre los instrumentos de diagnóstico más útiles en el campo de la electrónica digital. Ella permite detectar si el nivel de voltaje en un circuito es alto, bajo o si el punto bajo prueba está abierto o presenta un nivel de voltaje inaceptable. 

Diagrama esquemático de la punta de prueba lógica 

Funcionamiento del circuito

En primer lugar, las cinco compuertas utilizadas son compuertas NOT o inversores, cuyo funcionamiento se describe diciendo que si su entrada es baja su salida es alta, y si su entrada es alta, su salida será baja. 

Segundo, el transistor NPN que se muestra, actúa como un simple suiche o interruptor de tal manera que cuando en el punto P aparece un voltaje bajo, no se causa corriente de base y por tanto tampoco habrá corriente de colector, así que el transistor se abre y no permite flujo de corriente entre su colector (C) y su emisor (E).

Esto hace que el voltaje en la resistencia R3 sea cero voltios, o bajo, lo que a su vez ocasiona que la salida de los dos inversores, el D y el E, en paralelo, se haga alta, evitando que el LED D2 encienda. Simultáneamente, con todo esto, el voltaje bajo en P (en la sonda de la punta lógica) hace que la salida del inversor A se haga alta, lo que a su vez hace que la salida de la pareja de inversores en paralelo, B y C, se haga baja, produciendo el encendido del LED D1. 

Para el caso en que el nivel de voltaje en P sea alto, la salida de los inversores A, B y C será todo lo contrario a la descrita en el párrafo anterior y el LED D1  no se encenderá. El nivel alto de voltaje en P hará que circule corriente por la base del transistor Q1 que ahora conducirá, haciendo que aparezca un nivel de voltaje alto en la resistencia R3, lo que a su vez causará un voltaje bajo a la salida del par de inversores D y E, haciendo que el LED D2 encienda. 

Ahora, si el punto P se deja al aire, no habrá corriente de colector por el transistor debido a la ausencia de corriente de base, y por tanto el voltaje en R3 será de 0 voltios, lo que hará que a la salida de los inversores D y E se tenga un nivel de voltaje alto que impedirá que D2 encienda. 

Adicionalmente, la entrada a la compuerta inversora 1 quedará flotando, lo cual en TTL equivale a un uno lógico a la entrada. Esto hace que a la salida del inversor 1 se tenga un cero lógico y por tanto a la salida de la pareja de inversores B y C se tendrá un nivel alto de voltaje, evitando que D1 encienda. Por tanto, si la sonda de la punta de prueba se deja al aire, ninguno de los dos LEDs encenderá. 

Los inversores B y C, y D y E, se han conectado en paralelo para incrementar su capacidad de recibir corriente. 

Lista de materiales 

CANT.  REF.                DESCRIPCIÓN 

     1        IC1           Circuito integrado 74LS04

     1        R1            10kΩ-0.25w
      1        R2            1kΩ-0.25w
     1        R3            470Ω-0.25w
     2        R4, R5     220Ω-0.25w
     1        Q1           Transistor NPN 2N3904
     2        D1, D2     LEDs Rojo y Verde
     1        Base de 14 pines
     2        Caimanes pequeños rojo y negro
     1        Punta de prueba metálica

Componentes necesarios para el ensamblado de la punta lógica (La tarjeta de circuito impreso se puede hacer a través de programas como PCB Wizard, Proteus entre otros.)

RULETA DIGITAL

La ruleta como juego de azar y como evento visual siempre ha llamado poderosamente la atención de grandes y pequeños. Este proyecto tiene como resultado final la construcción de una ruleta electrónica que ademas incorpora efectos de sonido para intensificar la sensación de realismo. 

Funcionamiento del circuito

Esta interesante aplicación se fundamenta principalmente en el Circuito Integrado 74LS164, el cual se encarga  del registro de desplazamiento. En este caso es un registro de desplazamiento de 8 bits con entrada serial y salida en paralelo. Este circuito integrado opera normalmente con sus dos pines de entrada, 1 y 2, cortocircuitados, de tal forma que el registro funciona con una entrada única.

Adicionalmente, se cuenta con un pin de inicialización denominado overline {CLR} de activación baja, tal que cuando se le lleva a cero, todas las salidas del registro se hacen igualmente cero. Por lo demás, el registro opera desplazando su contenido un bit hacia la derecha cada vez que recibe un pulso en su entrada de reloj CP.

En la figura anterior se ilustra un diagrama de bloques que resume el funcionamiento de la ruleta. De aquí se puede establecer que la ruleta esta compuesta por cinco módulos cuyas funciones se describen a continuación: 

El primer bloque lo constituye un generador de pulsos de frecuencia variable que arranca mediante la pulsación de un botón a su entrada. Ahora, el contador de anillo, que es el corazón de la ruleta, no es mas que un registro de desplazamiento de 8 bits, el cual se inicializa para que su estado inicial sea 1 lógico en el flip-flop No. 1 y 0 en todos los otros flip-flops; es decir, 10000000. La inicialización por supuesto corre por cuenta del bloque denominado circuitos de inicialización a la energización.  

El contador de anillo, previamente inicializado, recibe ahora los pulsos de frecuencia variable lo que causa que el 1 lógico que le fue inyectado en la etapa de inicialización se desplace de flip-flop en flip-flop hacia la derecha, hasta llegar al flip-flop No.8, de donde es llevado ahora al flip-flop No.1 para proseguir su desplazamiento hacia la derecha otra vez. 

Las otras dos secciones la constituyen, por un lado, los Leds de la ruleta, cada uno de los cuales se conecta a una salida del registro, por lo cual su accionar será el de iluminar en secuencia uno a uno. Por otro lado, el ultimo bloque está compuesto por la parte de audio, que no es más que un pequeño amplificador, un transistor en este caso que amplifica la salida del generador de pulsos y se la entrega a un parlante para simular el sonido que produce la ruleta mecánica al girar. 

Diagrama esquemático de la ruleta electrónica digital  

Observamos que el oscilador de frecuencia variable se construye a partir de un 555 alambrado para operar como VCO, o oscilador controlado por voltaje. Cuando se presiona el pulsador de arranque, se produce la carga casi instantánea del condensador C1 al voltaje de 5V del circuito. Debido a esto, por el transistor Q1 circulará corriente para cargar al condensador C2. El 555 se encargara de descargar a C2 cada vez que su voltaje alcanza cierto valor, y el ciclo se repite mientras el transistor Q1 pueda suministrar corriente a C2. 

Esto dura mientras C1, el cual se descarga exponencialmente a traves de R2, retenga suficiente carga para hacer conducir a Q1. Como la corriente de Q1es cada vez mas pequeña, el tiempo de carga de C2 se alargara más y más lo que hará que los pulsos disminuyan su frecuencia hasta llegar a cero. 

La salida de este oscilador alimenta directamente al amplificador de audio, el transistor Q2, y a la entrada de reloj del 74LS164. 

La idea pues, es que al energizar, el 74LS164 es llevado a cero por la red de inicialización. Posteriormente, cuando lleguen los pulsos de reloj, el latch R-S se encarga de colocar un 1 lógico a la entrada del registro. Una vez este 1 ha sido colocado, el estado del latch cambia a 0 lógico. 

Cuando el 1 que inicialmente se cargo en el registro ha progresado hasta llegar al flip-flop No.8, el latch se encarga de colocar nuevamente un 1 a la entrada del flip-flop No. 1, produciendo así el efecto de que el 1 que inicialmente se cargó, recorrió todo el registro y finalmente hizo tránsito del flip-flop No.8 al flip-flop No.1, lo que le permitió seguir circulando dentro del registro.  

Lista de materiales

• 1 Circuito integrado LM 555
• 1 Circuito integrado 74LS00
• 1 Circuito integrado 74LS164
• 1 Regulador Fijo LM7805
• 1 Condensador de 47uf/16v
• 1 Condensador de 10uf/16v
• 2 Condensadores cerámicos de 0.01uf
• 1 Condensador de 1000uf/16v
• 1 Condensador de tantalio de 1uf
• 1 Resistencia de 100Ω-0.25w
• 1 Resistencia de 220kΩ-0.25w
• 2 Resistencias de 100kΩ-0.25w
• 1 Resistencia de 1kΩ-0.25w
• 2 Resistencias de 10kΩ-0.25w
• 1 Resistencia de 220Ω-0.25w
• 1 Transistor NPN 2N3904
• 1 Transistor PNP 2N3906
• 1 Parlante de 8Ω-0.2w
•  4 Diodos LED verdes de 5mm
• 4  Diodos LED rojos de 5mm   
• 1 Pulsador miniatura

Juego completo de componentes del proyecto (La tarjeta de circuito impreso se puede hacer a través de programas como PCB Wizard, Proteus entre otros.)

Proceso de ensamble

Se deben tener las naturales precauciones para identificar correctamente los terminales de los componentes a utilizar y su correcto posicionamiento sobre el circuito impreso.

Una vez tengan disponibles todos los elementos necesarios de acuerdo a la lista de componentes que se incluye, proceda primero a instalar y soldar los puentes de alambre, para posteriormente con las resistencias, las bases, los transistores, el suiche, los Leds, los condensadores y finalmente el conector para la batería.

En este vídeo podemos observar el funcionamiento de la Ruleta en Protoboard