Tres dados electrónicos que puedes construir fácilmente sin Arduino. Segunda parte

 Como lo prometido es deuda, continuamos con esta saga, ya te mostré un dado electrónico, lo vas a poder ver en este artículo. Dale, léelo porque de ese primer circuito vamos a sacar el oscilador astable con el circuito integrado 555 que habíamos hecho para usarlo como generador de pulsos de reloj para que se pueda "tirar el dado", y además nos basamos en ese artículo.

De paso, te muestro al bebé que diseñamos en el artículo anterior en acción, anímate también a armarlo y verlo funcionar, usé diodos LED verdes, pero se puede usar cualquier color de LED:

Segundo proyecto, lo modificamos un poco

Para este otro vamos a necesitar lo siguiente:

• 1 circuito integrado NE555,
• 1 circuito integrado CD4518,
• 1 circuito integrado CD4081,
• 3 resistores de 47 K,
• 4 resistores de 1 K,
• 1 capacitor de 100 nF,
• 5 diodos 1N4148,
• 7 diodos LED del color que más gustes.
• Una bornera de dos terminales para la alimentación y una fuente de 3 V a 12 V.

Ahora, para este otro proyecto ya no vamos a usar el contador anillo CD4017, vamos a usar otro chip, que es un contador binario (en realidad es BCD, decimal codificado en binario, cuenta de 0 a 9, pero la salida es la combinación binaria para cada número ¿Me explico?), ya no es un camino de rosas, tenemos dos problemas:

• Este circuito integrado también incluye al 0 en su cuenta, algo tenemos que hacer con el 0,
• Hay que resetearlo cuando la cuenta llegue a 7, eso ya lo sabes del artículo anterior ¿O no?

En este segundo circuito vamos a usar la misma matriz de 7 diodos LED, la H esa que armamos que tiene cuatro circuitos, podríamos hacer una cuenta de 0 a 5 y que resetee en 6 y cuando el contador esté en 0, se muestre el 1, cuando esté en 1 muestre el 2 y así. Si llamamos 'x' al segmento horizontal, 'w' e 'y' a las dos diagonales y 'z' al punto del centro queda así la tabla de verdad:

Bueno, el LED central es la variable D negada, podemos conectar ese LED con su ánodo en el positivo de la alimentación y su negativo en el pin 3 del CD4518.

Para el circuito w (segmento horizontal) ponemos una puerta AND entre B y D ¿No? Solo prende en la combinación 0101. Con las dos diagonales no queda otra que hacer los mapas de Karnaugh, quedan así (los hacemos de 3 bits porque la variable A nunca se pone en 1, o sea ni la usamos):

En ellos mapeamos de forma gráfica el estado de la salida para cada combinación de entrada, ponemos x en las combinaciones de entrada 0110 y 0111 porque no están contempladas, entonces no nos importa qué estado va a tomar ahí la salida, después hacemos grupos de unos contiguos entre sí, la cantidad de unos en cada grupo tiene que ser 1, 2, 4, 8, 16, o sea potencias de 2. Y armamos las funciones, el de arriba es para la salida 'y':

• Lazo rojo: Lo único que tienen en común los casilleros en él es que C se mantiene en 1, así que la expresión de este lazo es C,
• Lazo azul: Lo mismo, son todos los casilleros donde tenemos D = 1, entonces la expresión es D,
• Lazo amarillo: La expresión de este es B.

Para esta función la salida es y = B + C + D, o sea, una OR entre las tres.

El otro mapa de Karnaugh es para la salida 'x':

• Lazo rojo: Casilleros donde C = 1 y D = 1, su expresión es CD,
• Lazo azul, Es el lazo cuya expresión es B.

Esta otra expresión es x = B + CD. En principio el circuito queda así:

Es como mucho ¿No? Dos tipos de compuertas, lo que significa dos circuitos integrados (o más), las funciones OR las podemos implementar con diodos, por eso al principio te pedí los 5 diodos 1N4148, haciendo esa adecuación nos ahorramos un chip, la puerta AND que sobra del CD4081 tratamos de no dejarla flotando (más que nada porque si la dejas flotando con las entradas al aire se va a poner a procesar ruido y puede generar mayor consumo y posiblemente meternos algo de ruido en el circuito) conectando a masa sus dos terminales, y no te olvides de conectar del CD4081 el pin 14 al positivo y el pin 7 a tierra, así como del CD4518 va el pin 16 al positivo y el pin 8 a tierra. Ahora queda este circuito, que ya puedes armar y probar:

Tercer proyecto, usando un display

Para este otro vas a necesitar lo siguiente:

• 1 circuito integrado NE555;
• 1 circuito integrado CD4518;
• 1 circuito integrado CD4070;
• 1 circuito integrado CD4511;
• 1 display de cátodo común;
• 4 diodos 1N4148;
• 1 capacitor de 100 nF;
• 5 resistores de 47 K;
• 7 resistores de 1 K;
• 1 bornera de 2 terminales para una fuente de 3 V a 12 V.

Ahora, vamos a hacer un cambio más radical al proyecto, lo que vamos a usar es un visor de siete segmentos, no es otra cosa que un arreglo de diodos LED dispuestos de manera de formar un número, según qué segmentos encendemos y cuáles no, es que vamos a lograr representar un determinado número.

En este caso, el display que vamos a usar es el de cátodo común, tiene 10 pines, 5 de  cada lado, los pines centrales de las dos hileras son los comunes, ahí se conectan los cátodos de los 8 LED (porque el octavo LED es el punto, que no lo vamos a usar) y los demás pines son los ánodos de cada segmento, un chip que recibe la combinación binaria del contador del proyecto anterior (CD4518) es el CD4511. El tema es que seguimos teniendo el problema de que el 0 sale representado y no queremos eso.

Lo que hacemos es sumarle 1 a la combinación binaria que sale del CD4518, nos queda esta tabla de verdad:

Lo más lógico es usar un sumador de 4 bits como el CD4008, pero a la fecha está descontinuado, entonces vamos a usar otra solución. Lo primero que vemos es que 'z' es igual a D negado, ponemos un inversor en el LSD del 4518 (el pin 3).

Para los otros dos bits no nos queda otra que hacer los mapas de Karnaugh:

El primero es para la variable Y, como tenemos dos lazos, hay dos términos, queda $$Y=\bar{C}D+C\bar{D}$$. O sea, una XOR entre C y D, encontramos compuertas del tipo XOR en el chip CD4070. Para el otro diagrama, el de la variable X nos queda $$X=B+CD$$

Y, además hacemos una función AND entre B y C para reiniciar el 4518 por el pin 7, esto para que al llegar a la combinación 110 (que nos dará una salida no válida) el tipo se reinicie y vuelva a 0. Ya no tenemos la H de diodos LED, sino que estos bits de salida van a un circuito integrado CD4511, que es el que va a controlar al display de 7 segmentos. Nos queda este mamotreto:

¡Son Cuatro tipos distintos de compuertas! Desde luego que eso es antieconómico. Bueno, un truco que se puede hacer con una XOR es colocar una de sus entradas permanentemente en 1 (o sea al positivo de la fuente), eso la hace actuar como un inversor, ya nos ahorramos un chip. Para la salida X, tiene que ser B = 1 o CD = 1, en la tabla vemos que no se van a dar las dos condiciones juntas, por lo que podemos usar una puerta XOR en vez de una OR, otro chip más que nos ahorramos.

Podemos implementar las puertas AND con diodos 1N4148 para no andar usando otra vez el CD4081 por dos compuertas, la XOR que nos sobra del CD4070 la pasivamos conectando sus dos pines a masa o al positivo. Ahora queda esto:

Esto ya se puede armar y probar, solo no te olvides de conectar del CD4070 el pin 14 a positivo y el 7 a masa y del 4511, lo mismo, el pin 16 a positivo y el 8 a tierra, y además este último tiene entradas como Latch Enable (congela el último dato recibido, es el pin 5), Lamp Test (pin 3, enciende todos los segmentos) y Blanking Input (pin 4, apaga todo), como no las vamos a usar las conectamos a positivo, ya que se activan por nivel bajo.

Si preguntan qué editor uso para los circuitos, ese editor es KiCAD, es un editor GNU (o sea, es software libre), permite también diseñar tu plaqueta y generar los archivos para enviarla a fabricar, se puede descargar desde su página oficial.

Hay un cuarto proyecto posible similar a este último, que es con un contador preseteable, como el CD4029 y el CD4516, tiene entradas denominadas preset, donde uno puede configurar a partir de qué combinación comienza la cuenta, pero eso le queda al lector como ejercicio.

Espero que haya sido de tu agrado y hasta el siguiente tópico.