Diseño de un Contador Binario-Asíncronos con Flip Flop JK, Mod 13 Descendente

   

Introdución

El diseño de un contador binario asíncrono con flip-flops JK MOD 13 descendente implica la creación de un circuito que cuenta en orden descendente desde el número 12 hasta 0 en una secuencia binaria. Este tipo de contador se utiliza en diversas aplicaciones, como en sistemas de temporización, sistemas de control y otros dispositivos electrónicos que requieren una cuenta descendente.

El contador utiliza flip-flops JK, que son biestables que pueden almacenar y cambiar de estado según la lógica implementada. Estos flip-flops están configurados para operar en modo MOD 13, lo que significa que pueden almacenar hasta 13 estados distintos antes de reiniciarse. Además, la entrada J y la entrada K de los flip-flops se conectan de manera específica para lograr el patrón de cuenta descendente.

Descripción del funcionamiento básico del contador binario asíncrono con flip-flops JK MOD 13 descendente:

1.    El contador comienza en el estado inicial de 12, donde todos los flip-flops JK están configurados en un estado específico, según la lógica de cuenta descendente.

2.    Al recibir un pulso de reloj, los flip-flops JK cambian de estado de manera secuencial y descendente. Cada flip-flop cambia su estado según la lógica implementada en las entradas J y K.

3.    A medida que los flip-flops JK cambian de estado, representan los números binarios consecutivos en orden descendente, desde 1101 (equivalente a 13 en decimal) hasta 0000 (equivalente a 0 en decimal).

4.    El contador continúa cambiando de estado con cada pulso de reloj hasta llegar al estado final de 0000, momento en el cual se reinicia automáticamente al estado inicial de 12.

Es importante tener en cuenta que el diseño detallado del circuito, las conexiones, las lógicas de control y las configuraciones de los flip-flops JK pueden variar según las necesidades del sistema y la implementación específica. Por lo tanto, es recomendable consultar recursos adicionales y documentación técnica especializada para obtener detalles más precisos sobre la implementación del contador.

Objetivos

Objetivos Generales:

1.    Diseñar un contador binario asíncrono que sea capaz de contar de forma descendente desde el número 12 hasta 0 en una secuencia binaria.

2.    Utilizar flip-flops JK para implementar el contador, asegurando que pueda almacenar y cambiar de estado de acuerdo con la lógica necesaria.

3.    Establecer una arquitectura adecuada y conexiones apropiadas entre los flip-flops JK para lograr el patrón de cuenta descendente deseado.

4.    Garantizar la estabilidad y sincronización del contador mediante la correcta implementación de señales de reloj y lógica de control.

5.    Verificar y validar el funcionamiento del contador binario asíncrono con flip-flops JK MOD 13 a través de simulaciones y pruebas en un entorno de diseño electrónico.

Objetivos Especificos:

1.    Definir la estructura y configuración del contador binario asíncrono, determinando el número necesario de flip-flops JK MOD 13 y su interconexión.

2.    Establecer la lógica de control para lograr la cuenta descendente, definiendo las entradas J y K adecuadas para cada flip-flop JK.

3.    Implementar las señales de reloj y asegurar una sincronización adecuada para el correcto funcionamiento del contador.

4.    Realizar un análisis de temporización para verificar que el contador funcione dentro de los límites de tiempo establecidos.

5.    Optimizar el diseño para reducir el consumo de energía y mejorar la eficiencia del contador binario asíncrono.

6.    Documentar el diseño de manera clara y completa, incluyendo esquemas, diagramas, tablas de verdad y descripciones de funcionamiento.

Materiales:

• Circuito Integrado NE555 (1)

El temporizador IC 555 es un circuito integrado (chip) que se utiliza en la generación de temporizadores, pulsos y oscilaciones, controladores de motor, reguladores de voltaje, etc. El 555 puede ser utilizado para proporcionar retardos de tiempo, como un oscilador, y como un circuito integrado flip flop. Es especialmente útil en aplicaciones de baja potencia y bajo costo, ya que es muy económico y fácil de encontrar

• Flip Flop JK 74LS76 (2)

El flip-flop JK es un tipo de circuito secuencial que se utiliza para almacenar un bit de información binaria. Está formado por dos entradas, J (set) y K (reset), y dos salidas, Q y Q' (inversa de Q). La operación del flip-flop JK se basa en la detección de flanco de una señal de reloj, es decir, la transición de la señal de reloj de bajo a alto o de alto a bajo. Dependiendo del valor de las entradas J y K, el flip-flop JK puede cambiar de estado o mantener su estado actual.
Si J y K están en 0, el flip-flop JK permanece en su estado actual. Si J es 1 y K es 0, el flip-flop JK se establece en el estado 1. Si K es 1 y J es 0, el flip-flop JK se establece en el estado 0. Si J y K son ambos 1, el flip-flop JK cambia su estado en función del estado anterior. Si estaba en estado 0, pasa a estado 1, y si estaba en estado 1, pasa a estado 0.

• Compuerta Lógica AND 74LS08 (2 entrada)

Es un circuito integrado que consta de cuatro compuertas AND de dos entradas independientes. Su función es realizar una multiplicación de las entradas, siguiendo los principios básicos de una multiplicación ordinaria de números binarios. El 74LS08 es un circuito integrado de compuerta AND de cuatro entradas. Una compuerta AND tiene una o más entradas y una salida. Si todas las entradas son 1, entonces la salida será 1. Si alguna de las entradas es 0, entonces la salida será 0. La 74LS08 es una compuerta AND de cuatro entradas, lo que significa que tiene cuatro entradas y una salida. Se utiliza para realizar la operación lógica AND en un circuito digital.

• Compuerta Lógica NOT 74LS04 (1)

El circuito integrado TTL 74LS04 cuenta con 6 inversores independientes con tecnología TTL. Cada inversor puede ser usado sin la necesidad de conectar los demás.
Su salida es el estado inverso a su entrada, la cual no debe ser superior al voltaje de alimentación del circuito integrado.
El 74LS04 es un circuito integrado de compuerta NOT de seis entradas. Una compuerta NOT, también conocida como inversor, tiene una sola entrada y una salida. La salida de una compuerta NOT es el inverso de la entrada. Si la entrada es 1, la salida será 0. Si la entrada es 0, la salida será 1. La 74LS04 es una compuerta NOT de seis entradas, lo que significa que tiene seis inversores individuales en un solo chip. Se utiliza para invertir una señal lógica en un circuito digital.

• Compuerta Logica OR 74283

74LS83 Sumador Binario o SN74LS83N es un circuito integrado “CI” de 4 Bit con acarreo rápido y encapsulado DIP-16.  El 74LS83 tiene cuatro etapas independientes de circuitos sumadores completos en un solo paquete. Se usa comúnmente en aplicaciones donde están involucradas operaciones aritméticas.
Sirve para realizar distintas practicas de electrónica ya que es un sumador completo binario de 4 bits de alta velocidad con acarreo interno; acepta 2 palabras binarias de 4 bits (A1 – A4, B1 – B4) y una entrada de acarreo (C0). Genera una suma de salida binaria (R1 – R4) y una salida de acarreo (C4) desde el bit de mayor significado. El LS83 opera con operandos activos en ALTO ó activos en BAJO (lógica positiva ó negativa).

• Decodificador 74LS47N (1)

El 74LS47N es un decodificador/controlador de BCD a siete segmentos con salidas de activación en bajo, diseñadas para la conducción directa de indicadores incandescentes o LEDs de ánodo común. El circuito puede impulsar bujías de lámpara o LEDs de cátodo común.

• Protoboard (2 grandes)

Un protoboard (también conocido como breadboard) es una herramienta utilizada en electrónica para prototipo y diseñar circuitos eléctricos sin la necesidad de soldar los componentes. Consiste en una placa de plástico con orificios en los que se insertan los componentes y una red de cables de conexión que se encuentra debajo de la superficie de la placa.
El protoboard se utiliza para crear circuitos temporales y experimentar con diferentes diseños antes de crear un circuito permanente en una placa de circuito impreso (PCB). Es especialmente útil para los estudiantes de electrónica y los diseñadores que necesitan probar y ajustar diferentes circuitos antes de implementarlos en un diseño final.
Al utilizar un protoboard, los componentes se pueden insertar y retirar fácilmente sin necesidad de soldadura, lo que facilita la realización de pruebas y la corrección de errores en el circuito.
El protoboard viene en diferentes tamaños y configuraciones, desde pequeñas placas para proyectos sencillos hasta grandes placas para proyectos más complejos.

• Fuente de Energia (1 Bateria de 9V.)

La pila 9V posee dos terminales en uno de sus extremos separados media pulgada (12,7 mm) de centro a centro. El terminal redondo de menor tamaño macho es positivo y el terminal mayor hembra, de forma hexagonal u octogonal, es negativo. El conector para este tipo de batería es igual que el de la misma batería, el pequeño conecta en el mayor y viceversa. El mismo tipo de conexión se usa en la serie de baterías Power Pack (PP). La polaridad de la batería es obvia, ya que la conexión es mecánicamente posible en una única configuración.  Una ventaja es que varias baterías de 9 voltios pueden ser conectadas en serie para conseguir mayores voltajes.

• Resistencia (20 de  220 Ohm)

Las resistencias se utilizan en circuitos eléctricos para controlar la corriente y el voltaje. Por ejemplo, se pueden utilizar en una fuente de alimentación para reducir el voltaje de entrada a un nivel seguro para los componentes electrónicos. También se utilizan en circuitos de amplificación para proporcionar una carga y limitar la corriente de entrada. Además, las resistencias se utilizan en circuitos de control de LEDs para limitar la cantidad de corriente que fluye a través de ellos y evitar que se quemen.

• Condensador Poralizado (1 de 10uf)

La carga almacenada en una de las placas es proporcional a la diferencia de potencial entre esta placa y la otra, siendo la constante de proporcionalidad la llamada capacidad o capacitancia. En el Sistema internacional de unidades se mide en Faradios (F), siendo 1 faradio la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a una diferencia de potencial de 1 voltio, estas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio.

• Condesandor Ceranico (1 de 10nf)

Al igaual que esl anterior condesandor poralizado un Condensador Cerámico es un componente electrónico pasivo que es capaz de alamacenar una carga electrica, se comporta como un filtro que bloquea la corriente directa y permite que la corriente alterna fluya sin ningún problema

• Cables Dupont (1 juego)

Los cables conectores son cables eléctricos que se utilizan para conectar diferentes dispositivos electrónicos o componentes dentro de un circuito eléctrico. Estos cables son importantes ya que proporcionan una conexión segura y confiable entre los componentes electrónicos, asegurando que la corriente eléctrica fluya de manera correcta y estable.

• LEDs (10 diferentes colores)

Un LED (Light Emitting Diode, por sus siglas en inglés) es un dispositivo semiconductor que emite luz cuando se aplica una corriente eléctrica. Es una fuente de luz electrónica utilizada en una amplia gama de aplicaciones, desde indicadores simples hasta pantallas de alta definición.
La función principal de un LED es convertir la energía eléctrica en energía lumínica. Cuando se aplica una corriente eléctrica al LED, los electrones se mueven a través del material semiconductor y liberan energía en forma de fotones. Estos fotones producen luz visible, y el color de la luz emitida depende del material semiconductor utilizado en el LED.

• Display de 7 segmentos Común Ánodo (1)

Un display de 7 segmentos es un tipo de pantalla LED que muestra números y algunos caracteres utilizando siete segmentos individuales. Cada segmento se puede encender o apagar individualmente para mostrar los números y caracteres deseados.
El display de 7 segmentos está compuesto por siete segmentos: A, B, C, D, E, F y G. Cada segmento se ilumina en diferentes patrones para mostrar los números del 0 al 9 y algunos caracteres alfabéticos. También hay un octavo segmento llamado punto decimal que se puede utilizar para mostrar valores decimales.
Existen dos tipos de display de 7 segmentos: el display de ánodo común y el display de cátodo común. En el display de ánodo común, todos los ánodos de los segmentos están conectados y se activan al aplicar una señal de voltaje positiva a cada cátodo correspondiente. En el display de cátodo común, todos los cátodos de los segmentos están conectados y se activan al aplicar una señal de voltaje negativa a cada ánodo correspondiente.

• Potenciometro (1 de 10kOhm)

Un potenciómetro es un dispositivo electrónico. Es uno de los dos usos que posee la resistencia o resistor variable mecánica (con cursor y de al menos tres terminales). El usuario al manipularlo, obtiene entre el terminal central (cursor) y uno de los extremos una fracción de la diferencia de potencial total, se comporta como un divisor de tensión o divisor de voltaje.

• Módulo MB102 Fuente de alimentación 3.3V y 5V (1)

      En electrónica, la fuente de alimentación o fuente de potencia es el dispositivo que convierte la corriente alterna (CA), en una o varias corrientes continuas (CC), que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (computadora, televisor, impresora, router, etc.).

• Conector de Bteria 9v con Plug (1)

Este conector para batería Arduino permite conectar directamente una batería de 9 volts a la toma de alimentación (jack) de una tarjeta Arduino. Es una forma práctica de alimentar tus circuitos para pruebas, donde un puerto USB o una toma eléctrica no estará disponible.

Tabla de Verdad

Una tabla de verdad es una tabla que muestra todas las posibles combinaciones de valores de entrada y sus correspondientes valores de salida en una función lógica. En otras palabras, es una representación sistemática de cómo una función lógica produce una salida en función de sus entradas. En una tabla de verdad, cada columna representa una variable de entrada y la última columna representa la salida de la función lógica. Cada fila de la tabla muestra una combinación única de valores de entrada, y la salida correspondiente de la función lógica para esa combinación.

Mapa de Karnaugh

Un mapa de Karnaugh (también conocido como tabla de Karnaugh o diagrama de Veitch) es un diagrama utilizado para la simplificación de funciones algebraicas en forma canónica. A partir de la tabla de Karnaugh se puede obtener una forma canónica mínima (con el mínimo número de términos). A continuacion estan los mapas k segun la tabla de verdad:

• Salida de Q0

• Salida de Q1

• Salida de Q2

• Salida de Q3

Circuito del Contador Binario-Asíncronos con Flip Flop JK, MOD 13 Descendente: 12 a 0 con salida a un Display 7 segmento “Desarrollado en Logisim-evolution v3.8.0” 

Corrido en simulador del Mod 13

Una vez obtenidos el circuito completo comenzamos a correrlo para verificar que el resultado este correctamente, a la vez tambien verificamos que sus salidas esten deacuerdo a nuestra tabla de verdad.

Conexiones del Contador Binario-Asíncronos con Flip Flop JK, MOD 13 Descendente: 12 a 0 con salida a un Display 7 segmento con los Materiales.

• Previamente ya obtenido la lista de los materiales comenzaremos a conectar todos los componentes en los protoborard.

• Conexiones 

• Circuito Terminado

• Pruebas de conecciones del Circuito: Para verificar la correcta posision de los componentes, asi como la coneccion de la energia para no obtener fallas en el corrido del circuito. En este caso obtubimos unas fallas.

Una vez verificado todo los componentes y solucionado las fallas continuamos el corrido del circuito hasta obtener el conteo descendente.

Explicación del  Contador Binario-Asíncronos con Flip Flop JK, Mod 13 Descendente con salida a Display 7 Segmentos

Conclusiones 

1.   Conteo descendente: El diseño de un contador binario asíncrono con flip-flops JK MOD 13 descendente permite contar en orden descendente, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren una secuencia de cuenta regresiva.

2.   Utilización eficiente de flip-flops JK: Los flip-flops JK son elementos clave en este diseño, ya que pueden almacenar y cambiar de estado según la lógica implementada en las entradas J y K. Estos flip-flops se configuran de manera específica para lograr el patrón de cuenta descendente deseado.

3.   Diseño escalable: El diseño del contador binario asíncrono con flip-flops JK MOD 13 descendente se puede escalar para contar en secuencias más largas o en rangos numéricos diferentes. Esto permite adaptar el contador a las necesidades específicas del sistema en el que se implementará.

4.   Sincronización del reloj: Es esencial garantizar una sincronización adecuada del reloj para evitar problemas de estabilidad y asegurar que los flip-flops cambien de estado correctamente. La falta de sincronización puede conducir a comportamientos impredecibles y errores en la cuenta descendente.

5.   Verificación y pruebas exhaustivas: Para asegurar un funcionamiento correcto, se deben realizar simulaciones y pruebas exhaustivas del diseño del contador binario asíncrono. Esto ayuda a identificar posibles problemas, errores lógicos o de temporización, y garantiza que el contador funcione como se espera.