Ya es el momento de comenzar a analizar la electrónica disponible en la antigua plaqueta a utilizar en este proyecto, construida como ya dije con la tecnología que permitió el éxito del Apolo 11
Aquí está de nuevo:
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| Fig. 4.1 Placa de tubos Nixie y su electrónica TTL |
Como podemos ver aquí, cada tubo Nixie es manejado por dos circuitos integrados digitales de la antigua tecnología TTL, uno tipo SN7441 decodificador de código binario BCD con diez salidas Driver de alta tensión que maneja los Cátodos del tubo, y uno tipo SN7475 que actúa como memoria de cuatro bits del código BCD correspondiente al dígito a mostrar.
El diagrama del circuito ya existente en la plaqueta para cada tubo es el siguiente:
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| Fig. 4.2 Diagrama del circuito de control de cada tubo Nixie |
Aquí puede verse que el Ánodo del tubo Nixie modelo ZM1022 que nos ocupa, está conectado a la fuente de +200VCC con una resistencia de limitación de 27 Kohms, y sus Cátodos conectados a las salidas Driver del decodificador SN7441.
Los datos resumidos del SN7441 ó SN74141 son los siguientes:
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| Fig.4.3 SN7441/ SN74141 |
Y los datos resumidos del SN7475 son los siguientes:
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| Fig.4.4 SN7475 |
Veamos ahora unos breves detalles del circuito.
Como se ve ambos SN7441 y SN7475 son circuitos integrados digitales de lógica TTL (ya obsoleta) . Como también se ve, estos circuitos lógicos se alimentan con una tensión VCC de 5 Voltios respeto de GND (masa, tierra o 0 Voltios) típica alimentación de la lógica TTL. Entonces tanto las entradas como salidas de los integrados, manejarán valores lógicos ó discretos binarios (0 ó 1) de esos dos estados conocidos (GND o VCC)
En el decodificador de código binario BCD tipo SN7441, sus 4 entradas digitales ABCD reciben el código BCD que corresponde a la salida digital Q0 a Q9 que debe activarse. Nótese que dichas salidas funcionan con lógica negativa como interruptores que se cierran colocando un estado Low o GND en el Cátodo correspondiente del dígito Nixie (1 de 10) a encender.
¿Que es el código BCD?
(Nota: uso BCD para referirme al código, y ABCD para referirme a las entradas digitales del integrado)
El código BCD es una de las codificaciones binarias mas sencillas y conocidas. Su nombre viene del inglés Binary-Coded Decimal (BCD) o Decimal Codificado en Binario, y es un estándar para representar números decimales en el sistema binario, en donde cada dígito decimal es codificado con una combinación de cuatro bits o dígitos binarios
Entonces, el decodificador SN7441 responderá a la siguiente tabla lógica o tabla de verdad en la jerga digital:
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| Fig. 4.5 Tabla de verdad del decodificador SN7441 (código BCD) |
El BCD es un típico código binario "pesado" del tipo "8421" pues cada bit representando una entrada digital activa A o B o C o D (activa es en estado 1 o "H") tendrá un "peso" ó valor dependiendo de la posición dentro de la combinación binaria. En este caso y de acuerdo con la tabla, la entrada A tendrá peso "1", la B peso "2", la C peso "4" y la D peso "8".
De acuerdo a esta convención, por ejemplo la combinación 0101 (o LHLH) suma los pesos de C y A, o sea 4+1=5 y se activará la salida Q5, igualmente con 1001 (HLLH, 8+1) se activará la salida Q9.
¿Como será el circuito electrónico?
De acuerdo al circuito Fig. 4.2 , las entradas ABCD del decodificador SN7441 serán provistas por las salidas del Latch (memoria) de 4 bits SN7475, que será el encargado de almacenar y mantener memorizada la combinación digital ABCD correspondiente al dígito decimal que se debe mostrar. Dicho almacenamiento durará hasta que dicho dígito deba cambiarse y se almacene la combinación correspondiente a un nuevo dígito.
De acuerdo al circuito Fig. 4.2 , las entradas ABCD del decodificador SN7441 serán provistas por las salidas del Latch (memoria) de 4 bits SN7475, que será el encargado de almacenar y mantener memorizada la combinación digital ABCD correspondiente al dígito decimal que se debe mostrar. Dicho almacenamiento durará hasta que dicho dígito deba cambiarse y se almacene la combinación correspondiente a un nuevo dígito.
El SN7475 esta formado por 4 circuitos biestables también llamados Latch o Flip-Flop.
Como muestra la hoja de datos, cada uno de estos Latch posee una entrada digital de dato "d", una entrada de habilitación de carga "c" también llamada "e" de Enable en el diagrama, y dos salidas de dato de un bit, uno directo "Q" y uno inverso(negado) "Q".
Como muestra la hoja de datos, cada uno de estos Latch posee una entrada digital de dato "d", una entrada de habilitación de carga "c" también llamada "e" de Enable en el diagrama, y dos salidas de dato de un bit, uno directo "Q" y uno inverso(negado) "
Dentro del integrado, cada par de Latchs comparten una entrada común de habilitación c12 y c34, que a su vez funcionarán juntas en el circuito como una única entrada de habilitación del integrado que llamare "e" o "E".
Entonces en este caso, el almacenamiento de la combinación ABCD que se presenta en las entradas 1D, 2D, 3D Y 4D se transferirá a las salidas 1Q, 2Q, 3Q y 4Q del integrado, cuando la entrada de habilitación "E" pase a estado "1" o "High" y permanecerá almacenada e invariante dicha combinación en las salidas, mientras la entrada de habilitación "E" pase y permanezca en estado "0" o "Low".
Como muestra la tabla de la hoja de datos del SN7475, mientras la habilitación E (o C en esa hoja)) permanezca inactiva o en "0", las entradas 1D, 2D, 3D Y 4D pueden variar libremente y no afectarán el estado de las salidas almacenadas 1Q, 2Q, 3Q y 4Q.
En cambio, mientras la habilitación E (o C) esté activa o en "1", las entradas 1D, 2D, 3D Y 4D serán transferidas y copiadas por las salidas 1Q, 2Q, 3Q y 4Q, quedando estables en el último estado copiado cuando la habilitación E pasa a estado inactivo "0" o "Low".
En cambio, mientras la habilitación E (o C) esté activa o en "1", las entradas 1D, 2D, 3D Y 4D serán transferidas y copiadas por las salidas 1Q, 2Q, 3Q y 4Q, quedando estables en el último estado copiado cuando la habilitación E pasa a estado inactivo "0" o "Low".
Con esta técnica descripta, las señales ABCD de entrada a los SN7475 están cableadas en paralelo a los cinco integrados, y activando las señales "E" o "e" de cada uno, se almacenará en forma secuencial, el código BCD correspondiente al dígito decimal a mostrar en cada tubo Nixie.
Entonces un diagrama en bloques del diseño electrónico sería el siguiente:
Aquí como ejemplo el Reloj se supone mostrando la hora 12:38:25 AM. dispuesta en los cinco tubos Nixie y el dígito "1" agregado a la izquierda como ya se vio.
Arriba se indican como HD y HU, MD y MU, SD y SU las decenas y unidades de Horas, Minutos y Segundos respectivamente para cada tubo.
Los tubos Nixie reciben las 10 salidas Driver Q0-Q9 de los SN7441 como ya se explicó y estos reciben como entradas, las salidas codificadas en BCD de los Latch SN7475 que a su vez reciben en sus entradas, la combinación BCD correspondiente desde el microcontrolador (uC), que luego veremos de que tipo es.
El uC también dispara los pulsos de las señales E1-E5 que almacenan las combinaciones BCD correspondientes a cada dígito en los Laches y controla el encendido o apagado del dígito de decenas de Horas HD y la indicación de AM/PM
El siguiente gráfico muestra la operación de las señales ABCD colocando la combinación BCD correspondiente al dígito requerido y el pulso en E1-E5 que dispara el Latch correspondiente. y luego coloca el estado correspondiente a la señal HD, que no es almacenada en ningún Latch sino que es mantenida en el estado requerido por una salida directa del uC.
Una vez que la secuencia termina, las señales vuelven a su estado de reposo, y tendrán un uso adicional que se verá mas adelante (Back Light).
Es de notar que el uC disparará esta secuencia en un tiempo menor a un miliSegundo, y luego permanecerá los 999 miliSegundos restantes del Segundo corriente en estado de reposo hasta tener que mostrar el tiempo correspondiente al Segundo siguiente.
Entonces un diagrama en bloques del diseño electrónico sería el siguiente:
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Fig. 4.6 Diagrama en bloques del Reloj
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Aquí como ejemplo el Reloj se supone mostrando la hora 12:38:25 AM. dispuesta en los cinco tubos Nixie y el dígito "1" agregado a la izquierda como ya se vio.
Arriba se indican como HD y HU, MD y MU, SD y SU las decenas y unidades de Horas, Minutos y Segundos respectivamente para cada tubo.
Los tubos Nixie reciben las 10 salidas Driver Q0-Q9 de los SN7441 como ya se explicó y estos reciben como entradas, las salidas codificadas en BCD de los Latch SN7475 que a su vez reciben en sus entradas, la combinación BCD correspondiente desde el microcontrolador (uC), que luego veremos de que tipo es.
El uC también dispara los pulsos de las señales E1-E5 que almacenan las combinaciones BCD correspondientes a cada dígito en los Laches y controla el encendido o apagado del dígito de decenas de Horas HD y la indicación de AM/PM
El siguiente gráfico muestra la operación de las señales ABCD colocando la combinación BCD correspondiente al dígito requerido y el pulso en E1-E5 que dispara el Latch correspondiente. y luego coloca el estado correspondiente a la señal HD, que no es almacenada en ningún Latch sino que es mantenida en el estado requerido por una salida directa del uC.
Una vez que la secuencia termina, las señales vuelven a su estado de reposo, y tendrán un uso adicional que se verá mas adelante (Back Light).
Es de notar que el uC disparará esta secuencia en un tiempo menor a un miliSegundo, y luego permanecerá los 999 miliSegundos restantes del Segundo corriente en estado de reposo hasta tener que mostrar el tiempo correspondiente al Segundo siguiente.
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Fig. 4.7 Gráfico de tiempos de las señales del Reloj
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Nos encontramos en la siguiente entrada. Un saludo...
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