Construye un Secuenciador LED con Temporizador 555 y Contador 4017 – División de Frecuencia y Antirrebote

PARTES Y MATERIALES

• Contador/divisor década 4017 (Radio Shack catálogo # 276-2417)
• IC temporizador 555 (Radio Shack catálogo # 276-1723)
• Barra gráfica LED de 10 segmentos (Radio Shack catálogo # 276-081)
• Un interruptor SPST
• Una batería de 6 voltios
• Resistencia de 10 kΩ
• Resistencia de 1 MΩ
• Capacitor de 0.1 µF (Radio Shack catálogo # 272-135 o equivalente)
• Capacitor de acoplamiento, 0.047–0.001 µF
• Diez resistencias de 470 Ω
• Detector de audio con auriculares

¡Precaución! El IC 4017 es CMOS y por lo tanto sensible a electricidad estática.

Cualquier interruptor unipolar unidireccional funciona; un interruptor de luz doméstico es suficiente y ampliamente disponible.

El detector de audio ayuda a evaluar la frecuencia de señal. Si tienes un osciloscopio, puedes omitirlo.

REFERENCIAS CRUZADAS

Lessons In Electric Circuits, Volumen 4, capítulo 3: "Puertas Lógicas"

Lessons In Electric Circuits, Volumen 4, capítulo 4: "Interruptores"

Lessons In Electric Circuits, Volumen 4, capítulo 11: "Contadores"

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

• Generar pulsos de reloj con un multivibrador astable 555.
• Usar un contador década 4017 para producir una secuencia de pulsos uno-de-diez.
• Emplear el 4017 como divisor de frecuencia.
• Medir frecuencia usando un cronómetro y la salida del contador.
• Explicar el papel de una resistencia pull-down.
• Comprender los efectos del rebote de interruptor en circuitos digitales.
• Implementar antirrebote basado en 555 para un interruptor mecánico.

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRACIÓN

INSTRUCCIONES

El IC 4017 es un contador década CMOS con diez pines de salida. Cuando ocurre una transición bajo-a-alto en su pin de reloj (pin 14), el chip avanza un paso, poniendo la siguiente salida en alto mientras las demás permanecen bajas. Con un temporizador 555 configurado como oscilador astable, el contador recorre todas las diez salidas, encendiendo cada LED en turno y luego reiniciando la secuencia. Ajustar los valores de resistencia y capacitor del 555 cambia la tasa de destello.

Desconecta el jumper del pin 14 (reloj) al pin 3 (salida) y sostén el extremo libre. El ruido de línea ambiental de 60 Hz impulsará el contador para que los LEDs parpadeen rápidamente, demostrando la sensibilidad del contador a señales externas de alta frecuencia.

El pin 15 (Reset) y el pin 13 (Clock Enable) están conectados a tierra para que el contador corra libremente. Llevar Reset a alto regresa el contador a cero (pin 3 alto, otros bajos). Llevar Clock Enable a alto pausa la cuenta. Conectar Reset a uno de los pines de salida acorta la secuencia; experimenta moviendo un jumper de tierra a cada salida y observa qué LEDs se iluminan.

Imágenes:

Dado que el 4017 es un divisor de frecuencia, un reloj de 200 Hz del 555 produce un pulso de 20 Hz en cualquier salida cuando la secuencia completa de diez pasos está habilitada. En general, cada salida entrega un pulso una vez por diez ciclos de reloj.

Para escuchar esta división, conecta un capacitor de acoplamiento de 0.047–0.001 µF desde la salida 0 (pin 3) a tierra y aliméntalo al detector de audio. Con Reset en tierra, escucharás un "clic" cada vez que el LED 0 se enciende —una décima de la frecuencia del 555.

Usa un cronómetro para contar clics en un minuto. Multiplica la cuenta por diez y divide entre 60 para obtener la frecuencia del 555 en Hz. En mi construcción (1 MΩ, 0.1 µF, 13 V de alimentación), 79 clics por minuto rindieron 13.17 Hz.

Para escuchar el reloj sin dividir, conecta el detector de audio al pin 3 del 555. El zumbido resultante es la frecuencia cruda del oscilador.

Al atar Reset a una salida intermedia, puedes crear ratios de división de 1/9, 1/8, …, 1/2. Por ejemplo, conectar Reset al sexto LED produce una ratio 1/5, generando aproximadamente el doble de tasa de clics que la configuración 1/10.

Reemplaza la resistencia de temporización de 1 MΩ con un valor menor (ej. 10 kΩ) para aumentar la frecuencia del 555. Escucha los tonos variados al mover el jumper de Reset —octavas aparecen cuando el factor de división es 2, 4 u 8.

Demostración de rebote de interruptor: Desconecta el 555 y conecta un interruptor SPST en serie con una resistencia pull-down de 10 kΩ al pin 14. El pull-down asegura un estado bajo definido cuando el interruptor abre, previniendo entrada flotante y conteos espurios. Al activar el interruptor, el contador puede saltar pasos debido al rápido rebote de contactos.

Para eliminar el rebote, usa el 555 como monoestable antirrebote: conecta el interruptor al pin Trigger, y usa la salida del 555 para impulsar el reloj del contador. Asegúrate de que el tiempo de carga del capacitor exceda el período de estabilización del interruptor pero sea lo suficientemente corto para no perder activaciones rápidas.

Con el circuito antirrebote, cada presión del interruptor resulta en un solo conteo, restaurando la secuencia LED esperada.