relog digital

 Hay muchas posibilidades de que en tu dormitorio o salón tengas un reloj digital. ¿Lo has mirado alguna vez por la mañana y te has preguntado como funciona? A continuación vamos a ver como funciona exactamente un reloj digital, tanto como el que tienes en la mesilla de noche como una de pulsera, y hasta incluso vas a saber como construir uno. Para poder entender como funcionan los relojes digitales, hay que meterse dentro de uno y ver que es lo que está pasando.

Por tanto, lo mejor es echar un vistazo a los componentes básicos. Todos los relojes, independientemente de la tecnología, tienen unos cuantos componentes que son requeridos, y son los siguientes (pondremos como ejemplo un reloj de péndulo):

  1. Una fuente de energía para poder hacer funcionar el reloj. En un reloj de péndulo, los muelles o los propios pesos realizan esta función.
  2. Una base de tiempo precisa que actúa como los latidos del reloj. En un reloj de péndulo, el propio péndulo y el mecanismo de escape hacen este papel.
  3. Una manera de extraer de la base de tiempo diferentes componentes del tiempo (horas, minutos y segundos).
  4. Una manera de mostrar el tiempo. En un reloj de péndulo las manillas y la superficie del reloj con sus marcas, nos lo muestran.

Un reloj digital no es muy diferente. Simplemente maneja estas funciones electrónicamente en lugar de mecánicamente. Por lo tanto, en un reloj digital, hay una fuente de alimentación para poner el reloj en marcha, que puede ser una batería o la corriente eléctrica normal que tenemos en casa. Hay una base de tiempo electrónica que realiza “pulsos” o “tics” de tiempo a un promedio muy preciso. Generalmente los relojes digitales tienen unos elementos electrónicos con un componente llamado “contador”. Por supuesto, también está la pantalla, la cual usualmente utiliza LEDs o LCD, que es la típica pantalla de crista líquido.

Si echamos un vistazo a un reloj digital a un alto nivel, veremos que en el corazón del reloj hay una pieza que puede generar de una forma precisa unos 60 hertzios, siendo los hertzios oscilaciones por segundo. Hay dos maneras de generar esta señal:

  1. La señal puede ser extraída de las oscilaciones de 60 Hz en una línea de corriente normal. Muchos relojes que reciben la alimentación del enchufe de la pared, usa esta técnica  porque es barata y sencilla. La señal de 60 Hz en la línea de corriente es bastante precisa para este propósito.
  2. La señal puede ser generada usando un oscilador de cristal. Obviamente, cualquier reloj que opere con una batería usará esta técnica. Hacen falta más partes pero suele ser más precisa.

La señal de 60 Hz es dividida usando un contador. Cuando construyes tu propio reloj, normalmente lo más sencillo es comprar un contador decade 7490 para la parte de los dígitos. Esta parte puede ser configurada para dividir cualquier número entre el 2 y el 10, y genera un número binario como salida. Por lo tanto, coges tu línea de tiempo de 60 Hz, lo divides por 10, lo divides por 6 y ya tienes una señal de 1 Hz, es decir, una oscilación por segundo. Esta señal de 1 Hz es perfecta para gestionar otras partes de la pantalla.

¿Cómo funciona la pantalla del reloj?

relojes digitales

se utiliza un contador para dividir la señal de 60 hertzios. De esta manera se pueden configurar los números y generar la salida binaria que veremos en la pantalla. Para poder ver los segundos, entonces la salida de los contadores necesita hacer la salida en la pantalla. La división entre 10 está produciendo números del 0 al 9, mientras que la división entre 6 produce números del 0 al 5 en secuencia y de salida.

Lo que queremos es desplegar estos números binarios en algo llamado pantalla de 7 segmentos. Este tipo de pantallas tienen siete barras a lo largo, y activando las distintas barras, se pueden mostrar los diferentes números.

Para convertir un número binario entre 0 y 9 a la señal apropiada para crear el segmento de 7 posiciones, se utiliza un convertidor especial para este fin. Es un chip que controla el número binario entrante y lo convierte en las barras apropiadas enviando la señal a los LED que muestran el número. La salida de esta fase oscila  a una frecuencia de un ciclo por minuto.

Te puedes imaginar que la sección de los minutos del reloj tiene el mismo aspecto. Finalmente, la sección de las horas también se parece, excepto que el contador divisorio por 6 es reemplazado por uno que divide por 2.

Ahora hay dos detalles que resolver a la hora de construir un reloj real. El reloj con el diseño que se ha explicado, no entiende que a las 12:59:59 debería volver de nuevo a 1:00. Es un problema algo incómodo y hay algunas maneras de solucionarlo. Una técnica es crear un pequeño bit que pueda detectar el número 13 y resetear la sección de la hora a 1, no ha cero. Otra técnica es usar un añadidor.

Necesitamos una manera de ajustar el reloj. Normalmente esto es realizado puenteando frecuencias más altas de lo normal en la sección de minutos. Por ejemplo, la mayoría de los relojes tienen unos botones de “rápido” y “lento” para configurarlos. Cuando aprietas el botón de “rápido”, la señal de 60 hertzios es enviada directamente en el contador de minutos. Cuando aprietas el botón “lento”, una señal de 1 hertzio es enviado a la sección de minutos. Hay otras posibles técnicas, pero esta es la más común.

Teniendo esto explicado, veremos que se necesita para construir nuestro propio reloj.

Como construir un reloj digital

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La mejor manera de entender los diferentes componentes de un reloj digital y como trabajan juntos, es ir paso a paso por el procedimiento de construir uno. A continuación se construye solo la parte de los “segundos” del reloj, pero se puede extender las cosas desde este punto a un reloj completo con las horas, minutos y segundos. Para entender estos pasos, se debe saber un poco sobre la lógica Bolean y las pasarelas electrónicas. En particular, las pasarelas electrónicas hablan de los chips TTL y los suministradores de alimentación, los cual interesa a la hora de hablar de los relojes digitales. Si ya tienes alguna experiencia en este tipo de pasarelas, entonces las siguientes explicaciones tendrán mucho más sentido.

Lo primero que necesitamos es una fuente de alimentación. Una fuente estándar transformará la corriente alterna que sale del enchufe de la pared a corriente continua, y para el ejemplo pondremos una que se regule a 5 voltios. Para nuestro reloj, queremos hacer las cosas algo diferentes porque queremos extraer nuestra base de tiempo de 60 hertzios de la toma eléctrica.

Eso significa que queremos una corriente alterna en lugar de un transformador de continua, y usaremos una parte llamada puente rectificador para convertir la alterna a continua. Por lo tanto, necesitamos las siguientes partes para nuestra fuente de alimentación:

  • Un transformador de 12 voltios de corriente alterna.
  • Un puente rectificador.
  • Un regulador de 5 voltios 7805.
  • Dos capacitadores electrolíticos de 470 microfaradios.
  • Un diodo zener de 5.1 voltios.
  • Una resistencia de 1 K. ohm.

Hay que aclarar algunas de las cosas sobre las partes descritas: La diferencia entre el transformador de alterna que estamos usando y el transformador de continua que algunas fuentes de alimentación tienen, es que el transformador AC preserva la longitud de onda que encontramos en la corriente que podemos encontrar en una casa.

Si quieres usar tu polímetro para medir el voltaje de tu fuente de alimentación de AC, asegúrate de configurar el polímetro de forma adecuada para dicho voltaje.

Usamos el puente rectificador para convertir la corriente alterna a continua. Uno de los terminales del rectificador está marcado con el signo “+”, y desde ahí podrás encontrar las entradas de “menos” y las de AC. No hay polaridad en un transformador de AC, por lo que no importa como pongas las conexiones al rectificador.

La resistencia y el diodo zener extraen una señal de 60 hertzios de la onda del transformador. Un diodo es válvula de electrones de un solo sentido. Un diodo zener es también una válvula de un solo sentido, pero también pasa electrones en la otra dirección si están por encima de un cierto voltaje. Por lo tanto, cambia una onda de 10 voltios en una onda oscilante entre o y 5 voltios. Esto es perfecto para sincronizar los contadores TTL.

La resistencia de un K ohm nos asegura que la corriente al diodo zener está limitada, por lo que no quemamos el diodo. El diodo tendrá una banda pintada en un extremo – esta banda debe ser el terminal conectado a la resistencia.

Para crea el resto del reloj, necesitaremos cuatro chips 7490 o 74LS90, al menos dos 7447 binarios de siete segmentos, al menos 20 resistencias para los LEDs en las pantallas de 7 segmentos, una placa digital, cables, etc. El número de chips, resistencias y LEDs depende de los dígitos que estás interesando en implementar.

Preguntas Frecuentes

¿Qué beneficios tiene el reloj digital?

Obviamente nos da la hora como cualquier otro reloj. Aparte de eso, son más precisos que los relojes corrientes y además duran mucho más tiempo. En temas de aplicaciones informáticas, ingeniería y otros campos técnicos, permite programar herramientas funcionalidades tanto de hardware como de software.

¿Qué diferencia hay entre un reloj analógico y un digital?

Un reloj digital usa una pantalla con un formato digital para enseñar la hora, mientras que un reloj analógico usa un sistema mecánico de agujas sobre un panel con números.

¿Cuánto dura un reloj digital?

Como se ha dicho, suele durar más que un reloj convencional. También es cierto que puede averiarse o romperse como cualquier otro reloj. La pila de un reloj digital puede durar dos o tres años, y en algunos casos incluso más. Si se agota solo hay que cambiarla y tendremos reloj para otros tantos años. Un reloj analógico al que se tiene que dar cuerda, puede durar mucho si es de excelente calidad.

¿Quién inventó el primer reloj digital?

Fue creado en 1961 por Thomas Bromley.

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