Un contador de frecuencia es un instrumento usado para medir la frecuencia. En términos científicos, la frecuencia es el número de ciclos por segundo en el que se repite la señal. En términos practicos, la frecuencia de una señal denota la tasa de ocurrencia de esa señal en cierto tiempo. Los contadores de frecuencia son básicamente sistemas de conteo simples con un período de tiempo limitado para contar.
Aquí diseñamos un sistema de contador de frecuencia simple usando dos temporizadores y dos contadores. Mientras que uno de los ICs Temporizadores se usa para producir la señal de reloj, el otro se usa para producir la señal de tiempo limitado a un segundo.
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Circuito de contador de frecuencia t Principio de funcionamiento:
Este circuito se basa en la definición simple de frecuencia, que es el número de ciclos por segundo. Un multivibrador astable se utiliza para generar pulsos oscilantes que se injectan como pulsos de reloj a un contador. Otro multivibrador monoestable se utiliza para generar una señal de temporización durante 1 segundo utilizada para controlar el contador. Por lo tanto, el contador cuenta el número de pulsos durante 1 segundo y el valor resultante que se muestra en el display de 7 segmentos es el valor de frecuencia en hercios.
Diagrama de circuito de contador de frecuencia:
Diagrama de circuito del contador de frecuencia
Diseño del Circuito de contador de frecuencia :
El requisito principal en nuestro circuito es generar una señal oscilante con un ciclo de aproximadamente el 99% de manera que el valor de tiempo bajo sea menor que el valor de tiempo alto de la señal de salida. Como el ciclo de trabajo depende únicamente del valor del umbral y de las resistencias de descarga, se puede ajustar seleccionando los valores adecuados de las resistencias.
El ciclo de trabajo viene dado por D = (Ra + Rb)/(Ra + 2Rb)
Sustituyendo el valor de D en 0.99, obtenemos que el valor de Ra que es 98 veces el valor de Rb. Por lo tanto, seleccionamos un valor de 100 Ohms para Rb y 9.8k para Ra. En la Práctica se elige el valor de 10k para Ra.
Otro requisito es diseñar un multivibrador monoestable usando el famoso temporizador 555. Este circuito está diseñado para generar una señal de salida con una duración de 1 segundo. Como el período de tiempo de la señal de salida es igual a 1,1 veces el producto de R y C, (donde R es la resistencia entre la descarga y los pines Vcc, C es la capacidad entre el pin de descarga y la tierra). Seleccionando un valor de 100K para R, calculamos que C es aproximadamente 9.09uF. Aquí seleccionamos una resistencia de 100K y un condensador de 10uF.
El siguiente paso de diseño es el diseño del circuito de contador.
Aquí nuestro requisito es la medición de frecuencia hasta 99Hz. Logramos esto mediante una cascada síncrona de dos IC contadores 4510. El pin de reloj de ambos ICs se conecta a la salida del temporizador 1 y el pin de activación del IC1 se conecta al pin de entrada del IC 2.
Dado que los ICs 4510 no tiene decodificador de pantalla integrado, se requiere un decodificador IC-CD4511 para cada IC. Los pines de salida de ambos ICs decodificadores están conectados a los display de 7 segmentos.
Dado que nuestro otro requisito es contar el número de pulsos por un segundo, tenemos que diseñar un circuito combinacional usando otra compuerta NAND cuyas entradas están conectados al pin de salida del Temporizador 2 y Vcc. La señal de salida está conectada al pin de reinicio del contador IC1.
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Operación del circuito del contador de frecuencia:
El circuito comienza a funcionar una vez que el interruptor S1 está en posición cerrada. En función del valor seleccionado del condensador de electrolito, el temporizador 555 produce una señal de salida cuya frecuencia depende del valor del condensador. Esta señal se alimenta como señal de reloj al contador IC1. Mientras el pin de reinicio del contador IC esté a bajo nivel lógico bajo, el contador procederá a contar. Esto depende del momento en que el pin de reinicio se mantiene en el nivel lógico bajo. Como el pin de salida del IC de la compuerta NOR está conectado al pin de reinicio de IC1, una señal lógica alta en una de las entradas asegura una señal baja en el pin de reinicio.
En otras palabras, siempre que el Temporizador 1 genere una señal de salida alta, el pin de reinicio continúa estando en un nivel lógico bajo y el contador continúa su funcionamiento. Sin embargo, en caso de que el valor de conteo alcance 9, el segundo contador entra en acción y aumenta su conteo en 1.
Todo este proceso se repite hasta que el Temporizador 1 deja de generar señal después de un período de tiempo establecido y la salida de la puerta NOR está en nivel lógico alto. haciendo que el contador IC1 se reinicie. El conteo se muestran en las pantallas de 7 segmentos conectadas directamente a los IC del contador. El valor del conteo muestra el número aproximado de ciclos por segundo o la frecuencia de la señal de salida.
Limitaciones de este circuito:
- Este circuito tiene en cuenta las señales con un alto ciclo de trabajo de modo que el valor de temporización del pulso negativo sea bastante bajo en comparación con el del pulso positivo. Esto a su vez puede ser erróneo.
- Este circuito usa dispositivos CMOS que son bastante estáticos y pueden estropearse al tocarlo por la estatica.
- Este circuito no es preciso.