Vimos anteriormente que los flip-flops de palanca tipo T pueden ser usados como contadores individuales de división por dos. Si conectamos varios flip-flops de palanca en una cadena en serie podemos producir un contador digital que almacena o muestra el número de veces que ha ocurrido una secuencia de conteo particular.

Los flip-flops de tipo T con reloj actúan como un contador binario de división por dos y en los contadores asíncronos, la salida de una etapa de conteo proporciona el pulso de reloj para la siguiente etapa. Entonces un contador de flip-flop tiene dos posibles estados de salida y añadiendo más etapas de flip-flop, podemos hacer un contador de división por 2N. Pero el problema con los contadores binarios de 4 bits es que cuentan de 0000 a 1111. Eso es de 0 a 15 en decimal.

Para hacer un contador digital que cuente de 1 a 10, necesitamos que el contador cuente sólo los números binarios 0000 a 1001. Esto es de 0 a 9 en decimal y, afortunadamente para nosotros, los circuitos de conteo están fácilmente disponibles como circuitos integrados, siendo uno de ellos el Contador de Décadas Asíncrono 74LS90.

Los contadores digitales cuentan hacia arriba desde cero hasta algún valor de conteo predeterminado en la aplicación de una señal de reloj. Una vez que se alcanza el valor de conteo, al reiniciarlos el contador vuelve a cero para comenzar de nuevo.

Un contador de décadas cuenta en una secuencia de diez y luego vuelve a cero después de la cuenta de nueve. Obviamente para contar hasta un valor binario de nueve, el contador debe tener al menos cuatro flip-flops dentro de su cadena para representar cada dígito decimal como se muestra.

Diagrama de estado de un contador BCD

Entonces, un contador de décadas tiene cuatro flip-flops y 16 estados potenciales, de los cuales sólo se utilizan 10 y si conectáramos una serie de contadores entre sí podríamos contar hasta 100 o hasta 1.000 o hasta el número de cuenta final que elijamos.

El número total de cuentas que un contador puede contar también se llama su MÓDULO. Un contador que vuelve a cero después de n cuentas se llama contador de módulo-n, por ejemplo un contador de módulo-8 (MOD-8), o de módulo-16 (MOD-16), etc, y para un «contador de n bits», el rango completo de la cuenta es de 0 a 2n-1.

Pero como vimos en el tutorial de Contadores Asíncronos, que un contador que se reinicia después de diez cuentas con una secuencia de conteo de división por 10 desde el binario 0000 (decimal «0») hasta el 1001 (decimal «9») se llama un «contador binario-codificado-decimal» o Contador BCD para abreviar y un contador MOD-10 se puede construir utilizando un mínimo de cuatro flip-flops de conmutación.

Se llama contador BCD porque su secuencia de diez estados es la de un código BCD y no tiene un patrón regular, a diferencia de un contador binario recto. Entonces un contador BCD de una sola etapa como el 74LS90 cuenta desde el 0 decimal hasta el 9 decimal y por lo tanto es capaz de contar hasta un máximo de nueve pulsos. Tenga en cuenta también que un contador digital puede contar hacia arriba o hacia abajo o contar hacia arriba y hacia abajo (bidireccional) en función de una señal de control de entrada.

El código decimal codificado en binario es un código 8421 que consta de cuatro dígitos binarios. La designación 8421 se refiere al peso binario de los cuatro dígitos o bits utilizados. Por ejemplo, 23 = 8, 22 = 4, 21 = 2 y 20 = 1. La principal ventaja del código BCD es que permite la fácil conversión entre las formas decimal y binaria de los números.

El contador BCD 74LS90

El circuito integrado 74LS90 es básicamente un contador de décadas MOD-10 que produce un código de salida BCD. El 74LS90 consiste en cuatro flip-flops JK maestro-esclavo conectados internamente para proporcionar un contador MOD-2 (cuenta a 2) y un contador MOD-5 (cuenta a 5). El 74LS90 tiene un flip-flop JK toggle independiente manejado por la entrada CLK A y tres flip-flops JK toggle que forman un contador asíncrono manejado por la entrada CLK B como se muestra.

74LS90 Contador BCD

Las cuatro salidas de los contadores se designan con el símbolo de la letra Q con un subíndice numérico igual al peso binario del bit correspondiente en el código de los circuitos del contador BCD. Así, por ejemplo, QA, QB, QC y QD. La secuencia de conteo del 74LS90 se dispara en el flanco negativo de la señal de reloj, es decir, cuando la señal de reloj CLK pasa de lógica 1 (HIGH) a lógica 0 (LOW).

Los pines de entrada adicionales R1 y R2 son pines de «reset» del contador mientras que las entradas S1 y S2 son pines de «set». Cuando se conectan a la lógica 1, las entradas de Reset R1 y R2 reinician el contador a cero, 0 (0000), y cuando las entradas de Set S1 y S2 se conectan a la lógica 1, ponen el contador al máximo, o sea 9 (1001) independientemente del número o posición de conteo real.

Como dijimos antes, el contador 74LS90 consiste en un contador de división por 2 y un contador de división por 5 dentro del mismo paquete. Entonces podemos utilizar cualquiera de los dos contadores para producir un contador de frecuencia de división por 2 solamente, un contador de frecuencia de división por 5 solamente o los dos juntos para producir nuestro deseado contador BCD de división por 10.

Con los cuatro flip-flops que componen la sección del contador de división por 5 desactivados, si se aplica una señal de reloj a la patilla de entrada 14 (CLKA) y se toma la salida de la patilla 12 (QA), podemos producir un contador binario estándar de división por 2 para utilizarlo en circuitos de división de frecuencia como se muestra.

74LS90 Contador de división por 2

Para producir un contador estándar de división por 5, podemos desactivar el primer flip-flop anterior, y aplicar la señal de entrada de reloj directamente al pin 1 (CLKB) con la señal de salida tomada del pin 11 (QD) como se muestra.

Contador de división por 5

Nótese que con esta configuración de contador de división por 5, la forma de onda de salida no es simétrica, sino que tiene una relación marca-espacio de 4:1. Es decir, cuatro señales de reloj de entrada crean una salida BAJA o «0» lógico y la quinta señal de reloj de entrada produce una salida ALTA o «1» lógico.

Para producir un contador de décadas BCD de división por 10, se utilizan los dos circuitos internos del contador dando un valor de división por 2 veces 5. Como la primera salida QA del flip-flop «A» no está conectada internamente a las etapas siguientes, el contador puede ampliarse para formar un contador BCD de 4 bits conectando esta salida QA a la entrada CLKB como se muestra.

74LS90 Contador de división por 10

Entonces podemos ver que los contadores BCD son contadores binarios que cuentan de 0000 a 1001 y luego se reinician ya que tiene la capacidad de borrar todos sus flip-flops después de la novena cuenta. Si conectamos un pulsador (SW1) a la entrada de reloj CLKA, cada vez que se suelte el pulsador el contador contará de uno en uno. Si conectamos diodos emisores de luz (LED’s) a los terminales de salida, QA, QB, QC y QD como se muestra, podemos ver la cuenta decimal codificada en binario mientras se produce.

74LS90 Contador de Décadas BCD

Aplicaciones sucesivas del pulsador, SW1 aumentarán la cuenta hasta nueve, 1001. A la décima aplicación, las salidas ABCD volverán a cero para iniciar una nueva secuencia de conteo. Con este número redondo de pulsos MOD-10 podemos usar el contador de décadas para manejar un display digital.

Si queremos mostrar la secuencia de conteo usando un display de siete segmentos, la salida BCD necesita ser decodificada apropiadamente antes de poder ser mostrada. Un circuito digital que puede decodificar las cuatro salidas de nuestro contador BCD 74LS90 e iluminar los segmentos requeridos de la pantalla se llama Decodificador.

Conducción de una pantalla

Por suerte para nosotros, alguien ya ha diseñado y desarrollado un CI Decodificador de BCD a pantalla de 7 segmentos como el 74LS47 para hacer precisamente eso. El 74LS47 tiene cuatro entradas para los dígitos BCD A, B, C y D y salidas para cada uno de los segmentos del display de siete segmentos.

Nótese que un display LED de 7 segmentos estándar tiene generalmente ocho conexiones de entrada, una para cada segmento LED y una que actúa como terminal o conexión común para todos los segmentos internos del display. Algunos displays también tienen una opción de punto decimal (DP).

Controlador de BCD a 7 segmentos del 74LS47

El decodificador del display 74LS47 recibe el código BCD y genera las señales necesarias para activar los segmentos LED apropiados responsables de mostrar el número de pulsos aplicados. Como el decodificador 74LS47 está diseñado para manejar un display de ánodo común, una salida BAJA (lógica-0) iluminará un segmento de LEDs mientras que una salida ALTA (lógica-1) lo apagará. Para un funcionamiento normal, las salidas LT (Lamp test), BI/RBO (Blanking Input/Ripple Blanking Output) y RBI (Ripple Blanking Input) deben estar abiertas o conectadas a lógica-1 (HIGH).

Nótese que mientras el 74LS47 tiene salidas LOW activas y está diseñado para decodificar un display LED de 7 segmentos de ánodo común, el IC decodificador/conductor 74LS48 es exactamente igual excepto que tiene salidas HIGH activas diseñadas para decodificar un display de 7 segmentos de cátodo común. Así que dependiendo del tipo de display de 7 segmentos que tenga puede necesitar un IC decodificador 74LS47 o un 74LS48.

Las entradas decimales codificadas en binario del 74LS47 pueden conectarse a las salidas correspondientes del Contador BCD del 74LS90 para mostrar la secuencia de conteo en el display de 7 segmentos como se muestra cada vez que se presiona el pulsador SW1. Cambiando la posición del pulsador y la resistencia de 1kΩ, se puede hacer que la cuenta cambie al activar o soltar el pulsador SW1.

Circuito contador BCD de 4 bits

Nótese que un display de 7 segmentos está formado por siete diodos emisores de luz individuales para formar el display. El mejor método para limitar la corriente a través de una pantalla de siete segmentos es utilizar una resistencia limitadora de corriente en serie con cada uno de los siete LEDs como se muestra. Pero podemos hacer esto de dos maneras.

Resistencias limitadoras de corriente

Resistencia simple – aquí se utiliza una sola resistencia limitadora de corriente en serie, R. Si usted no está particularmente preocupado con un brillo constante de la pantalla, entonces esta es la opción más fácil y más simple para controlar la pantalla de 7 segmentos.

La cantidad de luz emitida por un LED varía con la corriente a través del dispositivo con la corriente que fluye a través de la resistencia que se comparte entre el número de segmentos de la pantalla. Entonces el brillo de la pantalla ahora depende de cuántos segmentos se iluminan al mismo tiempo.

Resistencias múltiples – aquí cada segmento tiene su propia resistencia limitadora de corriente como se muestra en nuestro simple circuito contador BCD anterior.

Generalmente los displays de 7 segmentos requieren entre 12 y 20 miliamperios para iluminar los segmentos, por lo que el valor resistivo de la resistencia limitadora de corriente (todas serán idénticas) se elige para limitar la corriente dentro de estos valores. Tenga en cuenta que algunas pantallas pueden ser destruidas si se manejan a 40mA y más.

La ventaja aquí es que el brillo de un segmento de LED en particular no depende del estado de los otros seis LED’s dando a la pantalla un brillo constante. Los valores de las resistencias limitadoras de corriente se pueden elegir para proporcionar la cantidad correcta de brillo ya que la cantidad de luz ambiental también determinará la intensidad requerida del LED.

Nuestro circuito muestra un simple contador digital de 0 a 9 utilizando un contador BCD 74LS90 y un controlador de pantalla de 7 segmentos 74LS47. Para contar por encima de 10 y producir un contador de 2 dígitos de base-diez y una pantalla, necesitaríamos conectar en cascada dos contadores separados de división por diez. Un contador BCD de 2 dígitos contaría en decimal de 00 a 99 (0000 0000 a 1001 1001) y luego se reiniciaría a 00. Tenga en cuenta que aunque será un contador de 2 dígitos, los valores que representan números hexadecimales de la A a la F no son válidos en este código.

De la misma manera, si quisiéramos contar desde 0 hasta 999 (0000 0000 0000 a 1001 1001 1001), entonces se requieren tres contadores de décadas en cascada. De hecho, se pueden construir múltiples contadores de décadas simplemente conectando en cascada circuitos individuales de contadores BCD, uno para cada década, como se muestra.

Contador BCD de 2 dígitos de 00 a 99

Resumen del Contador BCD

En este tutorial hemos visto que un Contador BCD es un dispositivo que pasa por una secuencia de diez estados cuando se le aplica el reloj y vuelve a 0 después de la cuenta de 9. En nuestro sencillo ejemplo anterior, los pulsos de reloj de entrada provienen de un interruptor de botón, pero los contadores se pueden utilizar para contar muchos eventos del mundo real, como contar objetos en movimiento.

Sin embargo, puede requerirse una circuitería adecuada para generar los pulsos eléctricos para cada evento a contar, ya que estos eventos pueden ocurrir en intervalos de tiempo discretos o pueden ser completamente aleatorios.

En muchos circuitos y aplicaciones electrónicas digitales, los contadores digitales se implementan utilizando flip-flops Toggle o con cualquier otro tipo de flip-flop que pueda conectarse para dar la función de conmutación requerida, o con el uso de IC’s de conteo dedicados como el 74LS90. Los contadores binarios son contadores que pasan por una secuencia binaria y un contador binario de n bits está hecho de «n» número de flip-flops que cuentan de 0 a 2n-1.

Los contadores BCD siguen una secuencia de diez estados y cuentan usando números BCD de 0000 a 1001 y luego vuelve a 0000 y se repite. Un contador de este tipo debe tener al menos cuatro flip-flops para representar cada dígito decimal, ya que un dígito decimal está representado por un código binario con al menos cuatro bits que dan una cuenta MOD-10.

También hemos visto que la salida codificada en BCD puede ser mostrada usando cuatro LED’s o con un display digital. Pero para mostrar cada número del 0 al 9 se requiere un circuito decodificador, que traduzca una representación numérica codificada en binario a los niveles lógicos apropiados en cada uno de los segmentos de la pantalla.

Los circuitos decodificadores de pantalla pueden construirse a partir de elementos lógicos combinacionales y existen en el mercado muchos circuitos integrados dedicados a realizar esta función, como el CI decodificador/driver de BCD a 7 segmentos 74LS47.

La mayoría de los visualizadores de 7 segmentos se utilizan normalmente en aplicaciones de recuento de varios dígitos, por lo que al conectar en cascada más contadores BCD, se pueden construir contadores de 4 dígitos que proporcionan visualizadores con una lectura máxima de 9999.

El contador BCD del 74LS90 es un circuito de recuento muy flexible y se puede utilizar como divisor de frecuencias o hacer que divida cualquier cuenta de números enteros de 2 a 9 retroalimentando las salidas apropiadas a las entradas Reset y Set del CI.