Caso práctico: Contador de décadas asíncrono

Nivel: Básico – Diseñar un circuito que cuente de 0 a 9 y se reinicie automáticamente usando lógica combinacional.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirás un contador asíncrono de 4 bits utilizando el CI 74LS93 que cuenta de 0 a 9 (binario) y se reinicia automáticamente cuando alcanza el valor decimal 10 (binario 1010). Usaremos una puerta AND externa para detectar la condición de reinicio.

Por qué es útil:
* Relojes digitales: Sirve como la unidad fundamental para contar segundos o minutos (0-9).
* División de frecuencia: Divide una frecuencia de entrada por 10 para reducir velocidades de reloj en sistemas digitales.
* Automatización industrial: Cuenta artículos en una cinta transportadora en lotes de 10.
* Interfaces de usuario: Recorre opciones de menú o preajustes en un bucle.

Resultado esperado:
* Cuatro LEDs mostrando una secuencia binaria de 0000 (0) a 1001 (9).
* Reinicio automático a 0000 inmediatamente después de que la cuenta llegue a 9 (mientras intenta cambiar a 10).
* Una señal lógica ALTA (HIGH) generada por la puerta AND cuando el contador toca momentáneamente 1010.
* Público objetivo: Estudiantes y aficionados que aprenden lógica secuencial y módulos de contadores.

Materiales

V1: Fuente de CC de 5 V, función: Fuente de alimentación principal
V2: Fuente de Pulsos/Reloj de 0 V a 5 V (1 Hz), función: Señal de reloj
U1: 74LS93, función: Contador binario de 4 bits
U2: 74HC08, función: Puerta AND cuádruple de 2 entradas (Lógica de reinicio)
R1: Resistor de 330 Ω, función: Limitación de corriente para LED QA
R2: Resistor de 330 Ω, función: Limitación de corriente para LED QB
R3: Resistor de 330 Ω, función: Limitación de corriente para LED QC
R4: Resistor de 330 Ω, función: Limitación de corriente para LED QD
D1: LED rojo, función: Indicador de salida QA (LSB)
D2: LED rojo, función: Indicador de salida QB
D3: LED rojo, función: Indicador de salida QC
D4: LED rojo, función: Indicador de salida QD (MSB)

Pin-out del CI utilizado

U1: 74LS93 (Contador Binario de 4 Bits)

Pin	Nombre	Función lógica	Conexión en este caso
5	VCC	Fuente de alimentación	Conectar a +5 V
10	GND	Tierra	Conectar a 0 V
14	CKA	Entrada de reloj A	Conectar al Reloj Principal (V2)
1	CKB	Entrada de reloj B	Conectar a QA (Pin 12)
12	QA	Salida A (LSB)	Conectar al LED D1 y CKB
9	QB	Salida B	Conectar al LED D2 y Entrada AND
8	QC	Salida C	Conectar al LED D3
11	QD	Salida D (MSB)	Conectar al LED D4 y Entrada AND
2	R0(1)	Entrada de Reinicio 1	Conectar a Salida AND
3	R0(2)	Entrada de Reinicio 2	Conectar a Salida AND

U2: 74HC08 (Puerta AND Cuádruple de 2 Entradas)

Pin	Nombre	Función lógica	Conexión en este caso
14	VCC	Fuente de alimentación	Conectar a +5 V
7	GND	Tierra	Conectar a 0 V
1	1 A	Entrada A	Conectar a QB (U1 Pin 9)
2	1B	Entrada B	Conectar a QD (U1 Pin 11)
3	1Y	Salida	Conectar a Pines de Reinicio (U1 Pines 2 y 3)

Guía de conexionado

Utilice las siguientes conexiones explícitas para construir el circuito. Los nodos se llaman VCC, 0 (GND), CLK, QA, QB, QC, QD y RST_SIG.

Fuente de alimentación:
El terminal positivo de V1 se conecta al nodo VCC.
El terminal negativo de V1 se conecta al nodo 0.
El Pin 5 de U1 se conecta a VCC.
El Pin 10 de U1 se conecta a 0.
El Pin 14 de U2 se conecta a VCC.
El Pin 7 de U2 se conecta a 0.
Reloj y cascada interna:
V2 (Fuente de Reloj) se conecta entre CLK y 0.
El Pin 14 de U1 (CKA) se conecta a CLK.
El Pin 12 de U1 (QA) se conecta al Pin 1 de U1 (CKB) (Esto pone en cascada los contadores internos).
Salidas (Indicación LED):
El Pin 12 de U1 se conecta al nodo QA.
El Pin 9 de U1 se conecta al nodo QB.
El Pin 8 de U1 se conecta al nodo QC.
El Pin 11 de U1 se conecta al nodo QD.
R1 se conecta entre QA y el Ánodo de D1. El Cátodo de D1 se conecta a 0.
R2 se conecta entre QB y el Ánodo de D2. El Cátodo de D2 se conecta a 0.
R3 se conecta entre QC y el Ánodo de D3. El Cátodo de D3 se conecta a 0.
R4 se conecta entre QD y el Ánodo de D4. El Cátodo de D4 se conecta a 0.
Lógica de reinicio (La funcionalidad Década/Módulo-10):
El Pin 1 de U2 (Entrada 1 A) se conecta al nodo QB.
El Pin 2 de U2 (Entrada 1B) se conecta al nodo QD.
El Pin 3 de U2 (Salida 1Y) se conecta al nodo RST_SIG.
El Pin 2 de U1 (R01) se conecta al nodo RST_SIG.
El Pin 3 de U1 (R02) se conecta al nodo RST_SIG.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — 74LS93 Binary counter — Lectura rápida: entradas → bloque principal → salida (actuador o medida). Resume el esquemático ASCII de la siguiente sección.

Esquemático

Title: Practical case: Asynchronous Decade Counter (74LS93 + 74HC08)

                                     (Cascade Connection)
                                              |
[ V2: Clock ] --(Pin 14)--> [ U1: Part A ] --(Pin 12: QA)--+----------------------> [ R1 ] --> [ D1: Red ] --> GND
                                                           |
                                                           | (Signal: QA)
                                                           v
                                                    [ U1: Pin 1 (CKB) ]
                                                           |
                                                           v
                                                  [ U1: Part B (3-Bit) ]
                                                           |
                      +------------------------------------+------------------------------------+
                      |                                    |                                    |
                (Pin 9: QB)                          (Pin 8: QC)                          (Pin 11: QD)
                      |                                    |                                    |
                                           +-----> [ R2 ] --> [ D2 ] --> GND    +-----> [ R3 ] --> [ D3 ] --> GND    +-----> [ R4 ] --> [ D4 ] --> GND
                      |                                                                         |
                      |                                                                         |
                      | (Feedback Tap)                                                          | (Feedback Tap)
                      v                                                                         v
               [ U2: Pin 1 ]                                                             [ U2: Pin 2 ]
                      |                                                                         |
                  +-------------------------> [ U2: 74HC08 ] <------------------------------+
                                                  [  AND Gate  ]
                                                       |
                                                       | (Pin 3: RST_SIG)
                                                       v
                                              [ U1: Pins 2 & 3 ]
                                              [  Master Reset  ]

Legend:
-->  : Signal Flow
+    : Node/Junction
[ ]  : Component Block
GND  : Ground (0 V)

Esquema Eléctrico

Mediciones y pruebas

Siga estos pasos para validar la secuencia de conteo:

Verificación visual de la secuencia:
- Ajuste el Reloj (V2) a una frecuencia baja (ej. 1 Hz).
- Observe los LEDs. Deben seguir el patrón binario:
  - 0000 (0)
  - 0001 (1)
  - …
  - 1000 (8)
  - 1001 (9)
- Verifique que después de 1001, los LEDs regresan inmediatamente a 0000. Nunca debería ver 1010, 1011, etc. fijos en la pantalla.
Comprobación de voltaje de la lógica de reinicio:
- Use un multímetro u osciloscopio en el nodo RST_SIG (Salida del 74HC08).
- Durante las cuentas de 0 a 9, este nodo debe estar aproximadamente a 0 V (Lógica BAJA).
- En la transición de 9 a 0, hay un pico de voltaje muy breve (Lógica ALTA) que causa el reinicio.
Estados intermedios:
- Verifique que el nodo QB y el nodo QD nunca estén en ALTO simultáneamente por más de un microsegundo. Si ambos están en ALTO y el reinicio no ocurre, el circuito está fallando.

Errores comunes y cómo evitarlos

El contador cuenta solo 0, 1, 0, 1…:
- Causa: El Pin 12 (QA) no está conectado al Pin 1 (CKB).
- Solución: Asegúrese de que el cable externo que conecta la salida de la primera etapa a la entrada de la segunda etapa esté presente.
El contador cuenta de 0 a 15 (Hexadecimal):
- Causa: La lógica de reinicio está desconectada o es incorrecta.
- Solución: Compruebe que las entradas del 74HC08 estén conectadas específicamente a QB y QD, y que la salida vaya a los pines de reinicio del 74LS93.
Conteos erráticos o saltos:
- Causa: Fuente de alimentación ruidosa o rebote del interruptor si se usa un botón manual para el reloj.
- Solución: Añada un condensador de desacoplo de 100 nF entre VCC/GND de los CIs. Si usa un botón, use un circuito antirrebote.

Solución de problemas

Síntoma: No se encienden los LEDs.
- Causa: Sin energía o LEDs polarizados inversamente.
- Solución: Verifique VCC (Pin 5) y GND (Pin 10). Asegúrese de que los ánodos de los LED apunten hacia el CI.
Síntoma: Los LEDs tienen poca intensidad.
- Causa: Valores de resistencia demasiado altos o VCC demasiado bajo.
- Solución: Asegúrese de que las resistencias sean de 330 Ω y la alimentación sea de 5 V.
Síntoma: El reinicio ocurre en 3 (binario 0011) en lugar de 10.
- Causa: Las entradas a la puerta AND están conectadas a QA y QB en lugar de QB y QD.
- Solución: Vuelva a conectar las entradas del 74HC08 al Pin 9 (QB) y al Pin 11 (QD).

Posibles mejoras y extensiones

Contador de dos dígitos: Conecte la salida QD (MSB) de este circuito a la Entrada de Reloj (CKA) de un segundo circuito idéntico para contar de 00 a 99.
Display de 7 segmentos: Reemplace los LEDs discretos con un decodificador BCD a 7 segmentos (como el 74LS47) y un display de Ánodo Común para mostrar el número decimal.

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

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