Ruleta digital con sonido
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Ruleta digital con sonido. Este proyecto, en su forma más general, es un dispositivo electrónico capaz de proporcionar el realismo que brindan las ruletas en un centro de atracciones. A diferencia de las ruletas de naturaleza mecánica que son impulsadas inicialmente por la mano del operario, lo que la hace girar hasta detenerse lentamente en uno de los números previamente demarcados sobre ellas, la ruleta digital con sonido constituye la versión electrónica de la ruleta de casino, en donde por economía de componentes y facilidad, el número de opciones disponibles ha sido reducida a 8. Esta cantidad puede ser incrementada a voluntad del experimentador; y el efecto de ruleta se consigue por energización sucesiva de un grupo de 8 LED´s, mientras que el característico sonido y la sensación de ruleta que lentamente se detiene, se consigue gracias a un generador de pulsos de velocidad variable.
Sumario
Módulos operativos del circuito y especificaciones técnicas
Entre los módulos que conforman el circuito que se visualiza en el diagrama esquemático, con el cual se implementa la ruleta digital, se observa que el diagrama de bloques que resume el funcionamiento de la ruleta está compuesto por cinco módulos cuyas funciones se describirán enseguida.
El primer bloque lo constituye un generador de pulsos de frecuencia variable que arranca mediante la pulsación de un botón a su entrada. Ahora, el contador de anillo, que es el corazón de la ruleta, no es más que un registro de desplazamiento de 8 bits, el cual se inicializa para que su estado inicial sea 1 lógico en el flip-flops No.1 y 0 en todos los otros flip-flops; es decir, 10000000. La inicialización por supuesto corre por cuenta del bloque denominado circuitos de inicialización a la energización.
En cuanto al generador éste se compone de dos módulos básicos: un circuito generador de pulsos de reloj formado por dos inversores NAND y cuya frecuencia de oscilación es variable por medio de una red R-C; y el circuito integrado 74LS164, que es un registro de desplazamiento de 8 bits.
Esquema eléctrico y principio de funcionamiento del circuito
El IC 74LS164, perteneciente a la familia de circuitos digitales TTL, aunque también existen equivalentes CMOS y de otras tecnologías; opera en esta aplicación en dos de sus posibles modos. Inicialmente, mediante el dip switch de 8 bits (banco integrado DIP1 de 8 switch miniatura) se programa el patrón de encendido de los LED´s dentro de la secuencia.
En efecto, lo que se consigue con esto es cargar una palabra de 8 bits en el regitro de desplazamiento, la cual será desplazada bit a bit hacia la derecha con cada pulso de reloj que llegue al registro.
De ahí que, aquellos LED´s para los cuales las salidas Q del integrado sean uno en un momento dado, enciendan, y por el contrario, aquellos para los cuales el nivel lógico a la salida del registro sea bajo se apaguen.
Por tanto, a medida que se vaya desplazando la palabra precargada en el registro el estado de las salidas irá cambiando y a su vez el encendido de los LED´s. El contador de anillo, previamente inicializado, recibe ahora los pulsos de frecuencia variable (se van haciendo más y más lentos) lo que causa que el 1 lógico que le fue inyectado en la etapa de inicialización de desplace de flip-flop en flip-flop hacia la derecha, hasta llegar al flip-flop No.8, de donde, como posteriormente se verá, es llevado ahora al flip-flop No.1 para proseguir su desplazamiento hacia la derecha otra vez.
Las otras dos secciones la constituyen, por un lado, los Leds de la ruleta, cada uno de los cuales se conecta a una salida del registro, por lo cual su accionar será el de iluminar en secuencia uno a uno. Por otro lado, el último bloque que está compuesto por la parte de audio, que no es más que un pequeño amplificador, un transistor en este caso, que amplifica la salida del generador de pulsos y se la entrega a un parlante para simular el sonido que produce la ruleta mecánica al girar.
El oscilador de frecuencia variable se construye a partir de un circuito integrado 555 alambrado para operar como VCO (voltage contolled oscillator ), u oscilador controlado por voltaje. Cuando se presiona el pulsador de arranque, se produce la carga casi instantánea del condensador C1 al voltaje de 5 V del circuito. Debido a esto, por el transistor Q1 circulará corriente para cargar al condensador C2. El 555 se encarga de descargar a C2 cada vez que su voltaje alcanza cierto valor, y el ciclo re repite mientras el transistor Q1 pueda suministra corriente a C2.
Esto dura mientras C1, el cual se descarga exponencialmente a través de R2, retenga suficiente carga para hacer conducir a Q1. Como la corriente de Q1 es cada vez más pequeña, el tiempo de carga de C2 se alargará más y más lo que hará que los pulsos disminuyan su frecuencia hasta llegar a cero.
La salida de este oscilador alimenta directamente al amplificador de audio, el transistor Q2, y a la entrada de reloj del 74LS164. Por su parte, el circuito de inicialización encargado de cargar un 1 lógica en el registro de desplazamiento se compone de dos partes: una constituida por C4 y R7, los que se encargan de llevar a cero la entrada CLR durante un tiempo muy corto recién se energiza el circuito, y la otra, conformada por las 4 compuertas NAND, dos de las cuales, la A y la B se conectan para formar un latch R-S. Las otras dos se utilizan como simples inversores.
La idea pues, es que al energizar, el 74LS164 es llevado a cero por la red de inicialización. Posteriormente, cuando lleguen los pulsos de reloj, el latch R-S se encarga de colocar un 1 lógico a la entrada del registro. Una vez este 1 ha sido colocado, el estado del latch cambia a 0 lógico. Cuando el 1 inicialmente se cargó en el registro ha progresado hasta llegar al flip-flop No. 8, el latch se encarga de colocar nuevamente un 1 a la entrada del flip-flop No.1, produciendo así el efecto de que el 1 que inicialmente se cargó, recorrió todo el registro y finalmente hizo tránsito del flip-flop No.8 al flip-flop No. 1, lo que le permitió seguir circulando dentro del registro.
Características del registro de desplazamiento
El 74164 es un registro bi-direccional que ha sido construido con la finalidad de contener virtualmente todas las características que un diseñador de circuitos lógicos pueda desear en un registro de desplazamiento. Entre estas se incluyen entradas serie y salidas paralelas, entradas para desplazamiento hacia la derecha, entradas para el control del modo de operación y una entrada para el borrado general.
Este registro puede operar en 2 modos diferentes:
- Carga serie
- Desplazamiento a la derecha (desde Q0 hasta Q7)
Este circuito integrado opera normalmente con sus dos pines de entrada, 1 y 2, cortocircuitados, de tal forma que el registro funciona con a una entrada única. Adicionalmente, se cuenta con un pin de inicialización denominado overline {CLR} de activación baja, tal que cuando se le lleva a cero, todas la salidas del registro se hacen igualmente cero. Por lo demás, el registro opera desplazando su contenido un bit hacia la derecha cada vez que recibe un pulso en su entrada de reloj CP.
El desplazamiento a la derecha se consigue con el flanco de caida de los pulsos del reloj. En este modo de operación los datos en serie se introducen por la entrada Da-Db (entrada para desplazamiento a la derecha).
Listado de componentes
| Cantidad |
Referencia |
Descripción |
|---|---|---|
| 1 |
IC1 |
Circuito integrado LM555 |
| 1 |
IC2 |
Circuito integrado 74LS00 |
| 1 |
IC3 |
Circuito integrado 74LS164 |
| 1 |
RG1 |
Regulador fijo de voltaje LM7805 |
| 1 |
C1 |
47 µF/16V |
| 1 |
C2 |
10 µF/16V |
| 2 |
C3, C4 |
0,01 µF |
| 1 |
C5 |
1000 µF/16V |
| 1 |
C6 |
1 µF (tantalio) |
| 1 |
R1 |
100 Ω - 0.25 W |
| 1 |
R2 |
220 KΩ - 0.25 W |
| 2 |
R3, R7 |
100 KΩ - 0.25 W |
| 1 |
R4 |
1 KΩ - 0.25 W |
| 2 |
R5, R6 |
10 KΩ - 0.25 W |
| 1 |
R8 |
220 Ω - 0.25 W |
| 1 |
Q1 |
Transistor NPN 2N3904 |
| 1 |
Q2 |
Transistor NPN 2N3906 |
| 1 |
SP |
Altavoz 8 O - 0.2 W |
| 4 |
D1, D3, D5, D7 |
LED - AL308 (rojo) |
| 4 |
D0, D2, D4, D6 |
LED - AL388 (verde) |
| 1 |
S1 |
Interruptores SPDT |
| 4 |
- |
Tornillos de 1/8´´ con tuercas |
Fuentes
- Baena Oliva, Carmen. [et al]. Problemas de circuitos y sistemas digitales. Departamento de Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla. Editorial McGraw-Hill. España, 1997 ISBN 84-481-096-1
- Bignell, James W. y Robert L. Donovan. Electrónica Digital. CECSA (Compañía Editorial Continental S.A.) México, 1997 ISBN 968-26-1307-8
- Millman, Jacob y Arvin Gravel. Microelectrónica. Sexta Edición. Editorial Hispano América. Hispano Europea, S. A. Barcelona, España, 1995. ISBN 84-255-0885-1
- Revista Electrónica Digital Moderna. CEKIT. Compañía Editorial Tecnológica / Fascículo # 7. Colombia, 1999 ISBN 987-9302-27-0
