El documento describe los componentes y funcionamiento de un tacómetro digital. Un tacómetro cuenta el número de revoluciones de un sistema durante un intervalo de tiempo de un segundo. Los principales componentes son un dispositivo óptico que detecta las revoluciones, contadores para contar las revoluciones, un circuito de tiempo para medir un segundo, y una unidad de visualización con displays de 7 segmentos. El documento también explica el diseño del circuito autómata que controla el funcionamiento del tacómetro.

2. Tacómetro
Visualiza el número de revoluciones correspondiente a los impulsos recibidos.
Uno de los instrumentos básicos para el profesional de la electrónica es el
frecuencímetro, los circuitos integrados más usados para este propósito han
sido el ICM7216 y el ICM7226 que han sido usados por todos los que necesitan
construir un frecuencímetro. Con el uso de un microcontrolador se consigue
simplificar el circuito y a la vez ampliar las posibilidades de este, así no solo
funciona como frecuencímetro sino que además es contador de impulsos, mide
el periodo de una frecuencia, mide las revoluciones (tacómetro), puede servir
también como generador de baja frecuencia y por si esto fuese poco aún puede
hacer las funciones de un pequeño analizador de señal de un canal. En modo
frecuencímetro puede sumar o restar un valor programado a la frecuencia
leída, esto es necesario para visualizar la frecuencia de un receptor sumando o
restando la frecuencia intermedia, pero esto también implica un mayor costo y
además el circuito se complica demasiado, por lo que se pueden utilizar solo
algunos circuitos TTL y CMOS que disminuyen por mucho el costo y también la
complejidad, esto también debido a que se trabaja con un circuito de propósito
mas especifico que a diferencia del circuito construido con microcontrolador
puede desarrollar varias funciones pero algunas de estas en ciertos casos
pueden ser completamente inútiles para el usuario final.
Descripción del tacómetro
El funcionamiento del tacómetro se puede describir empezando desde el
transductor (interfase que se pone en contacto físico con el sistema a medir),
este mide el número de revoluciones que el sistema desarrolla en 1 segundo,
este lapso de tiempo o llamado también ventana de tiempo es controlado por
un timer a base de un cristal de cuarzo. El número de revoluciones es contado
por los circuitos integrados del tipo contador BCD, estos a su vez almacenan el
valor obtenido en un circuito latch, después de aquí este valor pasa a los
convertidores BCD que mandan desplegar su valor a los displays de 7
segmentos.
Todos y cada uno de estos procesos deben ser controlados por un autómata, el
cual emite las correspondientes señales que activan o desactivan a las distintas
partes que conforman al sistema. Este autómata se diseñó a partir de una carta
ASM que también a su vez se obtuvo de un diagrama a bloques, elaborado a
partir del funcionamiento lógico aquí descrito.
En general el tacómetro es un instrumentos que cuenta o mide ciertos eventos
que ocurren durante cierto intervalo de tiempo. El tacómetro debe ser capaz de
contar el número de vueltas en cierto tiempo, y expresar el resultado por medio
de un display.
Básicamente el tacómetro cuenta con seis módulos:
1. El registro de almacenamiento.
2. Visualización.
1

3. 3. Contador.
4. Autómata.
5. Ventana de tiempo.
6. Dispositivo opto electrónico.
A continuación se presenta el diagrama a bloques de lo que es el tacómetro:
Diagrama a bloques del tacómetro digital.
Autómata
El autómata debe manejar las siguientes señales:
1. Debe dar la señal de disparo para la base del tiempo (ventana de
tiempo).
2. Emite la señal para habilitar la cuenta en los contadores BCD.
3. Activa la señal de carga para el latch.
4. Proporciona una señal de borrado.
5. Recibe una señal de término, esto sucede cuando la ventana de tiempo
se ha cerrado.
De acuerdo a lo anterior podemos elaborar la carta ASM (diagrama ASM) del
autómata.
Máquinas de estado ASM:
El diagrama ASM es un tipo especial de diagrama de flujo adecuado para
describir las operaciones secuenciales en un sistema digital. El diagrama esta
compuesto de tres elementos básicos: la casilla de decisión, la casilla de
estado y la casilla condicional. Un estado en la secuencia de control se indica
con una casilla de estado, en la cual se escriben operaciones de registro o
nombres de señal de salida que el control genera mientras se encuentra en
BASE DE
TIEMPO
AUTOMATA DISPLAY
CONVERTIDOR
BCD
LATCH
TRANSDUCTORCONTADORES
VISUALIZACION
L
hc
IniBToff
Reset
L
hc
Reset
IniB
Toff
Ini B : Inicio ventana
de tiempo.
L : Habilita latch.
Res : Reset.
hc : Habilita cuenta.
Toff : Fin de ventana
de tiempo.
2

4. este estado. El estado recibe un nombre simbólico el cual se escribe en la
esquina superior izquierda de la casilla. El código binario asignado a esta
casilla se coloca en la esquina superior de la derecha. La casilla de decisión
describe el efecto de una entrada en el subsistema de control. Es una casilla
con forma de rombo con dos o más trayectorias de salida. Las casillas de
estado y decisión se conocen por su uso en los diagramas convencionales de
flujo. El tercer elemento, la casilla condicional y los otros diagramas se
muestran a continuación:
Bloque de estado
Registro de
operacion
o salida
Nombre Codigo binario
Bloque de decisión
Condicion
0 1
Bloque condicional
Registro de operacion
o salida
Los tres bloques fundamentales de las maquinas algorítmicas ASM.
De acuerdo con lo anterior la carta ASM del autómata queda como a
continuación se muestra en la figura:
Carta ASM que describe al autómata para el sistema.
TOFF
C <— 0
hc<— 0
L <— C
IniB <— 0
hc <— 1
T0
T3
T2
T1
01
C <— 0
L <— c
T4
T5
3

5. Desarrollo del circuito del autómata a partir de la carta ASM
Codificación de la carta ASM
Haciendo un control alambrado empleando un flip-flop de tipo D por estado se
hará la codificación a partir de los circuitos equivalentes para cada elemento
del diagrama como a continuación se muestra:
A cada estado se le asigna un flip-flop del tipo D
Bloque de estado
Registro de
operacion
o salida
Nombre Codigo binario
D QEntrada
CP
Salida
A cada bloque de estado se le asigna un flip-flop de tipo D
Entrada X
Salida 0 Salida 1
Bloque de decisión
Condicion
0 1
El bloque de decisión es sustituido por un par de compuertas como se muestra en el esquema
Salida
Entrada 2Entrada 1
Salida
Entrada 1 Entrada 2
Cuando existe un nodo con dos entradas y una salida se sustituye con una compuerta OR
Salida
EntradaX
X
Entrada
Salida
La combinación entre los bloques de decisión y condicional se sustituyen por la compuerta AND
Haciendo estas consideraciones finalmente el circuito del autómata queda
como a continuación se muestra en el diagrama siguiente.
4

6. D Q
D Q
D Q
D Q
D Q
D Q
CLK
hc, Ini B
L
Reset
Toff
hc
L
Reset
0 ó 1
T0
T1
T2
T3
T4
T5
FF 0 FF 0 FF 0
FF 1 FF 1 FF 1
Circuito para el autómata en base al diseño de un flip-flop por estado.
T0 T1Ini BT2
Reset L
hc
T3 T5 T4
Para la construcción del circuito autómata se utilizaron los circuitos TTL de los
modelos:
• Flip flop tipo D 74LS377
• Compuertas AND 74LS08
• Compuertas NOT 74LS04
• Compuertas OR 74LS32
Nota: en el apéndice A al final del reporte se muestran las hojas de
especificaciones de los circuitos integrados enlistados.
Contador
Para la parte de los contadores se utilizaron los circuitos integrados 74LS93
conectados entre si como se muestra en el siguiente esquema, además para el
acoplamiento de dichos circuitos integrados se utilizaron algunas compuertas
AND y OR.
Los integrados se tienen que conectar de manera en que cada nueve unidades,
se haga el cambio en la siguiente cifra significativa, para poder expresar las
unidades, decenas y centenas.
5

7. 10
5 Q8
Q9
Q10
Q11
12
9
8
11
14
1
2
3
Vcc
C
E
N
T
E
N
A
10
5 Q0
Q1
Q2
Q3
12
9
8
11
14
1
2
3
Vcc
U
N
I
D
A
D
10
5 Q4
Q5
Q6
Q7
12
9
8
11
14
1
2
3
Vcc
D
E
C
E
N
A
CLK
Vcc
Reset
Diagrama de conexión de integrados para unidades, decenas y centenas.
Nota: en el apéndice A se muestra la hoja de especificaciones del circuito
integrado 74LS93.
Visualización
Para la parte de la visualización se engloban los dos elementos display y
convertidor BCD que en nuestro caso se utilizo el convertidor BCD 74LS47N y
además tres unidades de display de siete segmentos de cátodo común.
6

8. a
bg
c
d
e
f
g f Vcc a b
e d Vcc c h
h
74LS47N
Vcc f g a b c d e
A1 A2 LT B1/R0 RB1 A3 A0 GND
Asignación de patitas entre el convertidor BCD y el display de 7 segmentos.
Nota: para mas detalles acerca de la asignación de patas del circuito integrado
74LS47N, ver hoja de especificaciones en el apéndice A al final del reporte.
Registro de almacenamiento
Como ya se comento en la parte de la introducción, una parte del sistema
consta de registros de almacenamiento, que son las llamadas latch y están
implementadas por dos circuitos integrados, cada uno de ellos consta de dos
latch y son del tipo o modelo 74LS377 que se encargan de almacenar
momentáneamente el valor obtenido por el transductor y los contadores se
puede decir que es como una memoria que almacena un valor por algunos
instantes.
Nota: el uso de estos circuitos integrados es muy sencillo, por lo que se puede
apreciar mas detallada la configuración de patas de este circuito en el apéndice
A, al final del reporte.
Dispositivo opto electrónico
El dispositivo opto electrónico o transductor esta formado por un par de led’s
infrarrojos, emisor y receptor dispuestos en la siguiente configuración como
pudo investigarse en un libro de opto electrónica.
7

9. 5V
Rb100KΩ Rc10KΩ
Rv10KΩ
Led infrarojo
S
A
L
I
D
A
220Ω
PN2222A
5V
Diagrama del dispositivo opto electrónico, led’s emisor receptor infrarrojos
Este dispositivo consta de de una pequeña pieza de metal en forma circular
(figura A), la cual tiene en la orilla un pequeño orificio, este pequeño disco fue
montado sobre un eje, a los lados se pusieron los led’s emisor y receptor
(figura B) de tal modo que cuando el disco gira, el pequeño orificio permite la
recepción de luz infrarroja en el receptor y esto nos da como resultado obtener
en la salida una señal instantánea de amplitud de 5 volts. Este pequeño
sistema esta acoplado a un sistema mecánico que consta de un rotor montado
sobre dos pequeños valeros Figura C) y es el que se pone en contacto directo
con la rueda o sistema giratorio, este contacto se hace con una pequeña goma
que se coloca en el centro del sistema rotatorio, esto se debe hacer
preferentemente cuando el sistema esta en marcha y se hace lentamente y con
mucha precaución.
Figura B
Receptor Emisor
Embrague
Disco giratorio
de metal
8

10. Orificio donde pasa la
luz infraroja
Orificio del eje rotatorio
Figura A
En la figura A se puede ver el disco de metal que gira sobre un eje que es
movido por el sistema a medir (revoluciones por segundo), también tiene un
orificio por donde pasa la luz infrarroja y que se convierte en impulsos
eléctricos que se contabilizan por los contadores.
En la figura B se aprecia el circuito en donde esta montado el disco de metal
con orificio, a sus lados se muestran el emisor y receptor infrarrojos, también se
señala la parte que hace el embrague de la flecha montada sobre los dos
valeros con la parte electrónica.
Figura C
En la figura C se muestra el
transductor maquinado en
aluminio, esto con el fin de
hacerlo resistente a los distintos
sistemas giratorios a medir, de
esta manera se puede
muestrear un sistema a pesar
de la velocidad a la que gire o a
la vibración que este produzca.
Contiene un par de valeros, los
cuales permiten el libre
movimiento del rotor sin llegar a
frenar al sistema a medir, en la
punta lleva un trozo de goma
para acoplar al centro de la
rueda a la cual se le medirán las
vueltas en un segundo, se
escogió la goma como material
de construcción, para evitar que
se patine.
Balero
Ventana de tiempo
La ventana de tiempo es la que se encarga de contar el tiempo que transcurre
desde que se activa a través del autómata hasta que pasa un segundo
Balero
Goma para
acoplar a
los
sistemas
giratorios
Cable
9

11. exactamente y esta construido con un cristal de cuarzo que es mas exacto que
un timer 555. El circuito esta constituido básicamente por el cristal de cuarzo
con valor de frecuencia de 32,768 Hz y un circuito integrado CD4060B que es
un circuito CMOS, este circuito tiene la función de dividir varias veces la
frecuencia original del cristal(por lo regular alta) hasta obtener la frecuencia
deseada que en nuestro caso es de un segundo, debido a esto se tuvo que
utilizar adicionalmente un Flip-Flop tipo D doble que divide la frecuencia entre 4
ya que no se lograba obtener la frecuencia deseada con el circuito integrado
CD4060B. El diagrama del circuito se puede apreciar en la figura 1.
CD4060BC
Vcc
12
3
11 10
74LS74
8
16
2 7
14
3 6
12 811
5
Xtal
10pF
39pF
330K
15M
A los contadores
Figura 1
En esta figura se puede
apreciar el circuito obtenido
de la bibliografía utilizada
para este fin, este circuito
consta básicamente del
cristal de cuarzo y de los
circuitos integrados 4060 y
74LS74 que se encargan de
dividir sucesivamente la
frecuencia, hasta obtener la
frecuencia deseada.
Circuito final
Todo el circuito se ha montado sobre un protoboard o tablilla de
experimentación, se ha cuidado mucho el revisar que todos los alambres hagan
contacto para evitar fallas por problemas en los componentes o alambres mal
instalados, para esto se obtuvo un protoboard nuevo y montado sobre una sola
placa de metal. En el caso de los display’s de 7 segmentos, se procedió a
soldar todas y cada una de las resistencias a fin de ahorrar espacio y minimizar
fallas por falso contacto figura 2.
Figura 2 Parte del display
Resistencias soldadas
para ahorrar
espacio y
evitar falsos contactos
10

12. 1
2
3
4
5
6
Partes del circuito
1.-Automata
2.-Contadores
3.-Circuito optoelectronico
4.-Memorias Latch
5.-Circuito de display
6.-Temporizador de cristal
Figura 3 Circuito completo
En la figura 3 podemos ver el circuito con todas las partes que lo componen
montado en una tablilla de experimentación de laboratorio que a su vez esta
montada en una placa de metal para evitar movimientos bruscos y falsos
contactos.
Reporte de resultados
Se hicieron algunas mediciones de velocidad de rotación con el circuito ya
funcionando y con la ayuda de un motor mediano de velocidad variable,
pudiendo registrar una velocidad mínima de 6 revoluciones por segundo, que al
multiplicar por 60 nos da un resultado de 360 rev/min. Como no se contaba con
un tacómetro comercial, ya sea mecánico o electrónico, se hizo la medición del
motor variable a su máxima velocidad que era de 2700 revoluciones por
minuto, al medir su velocidad con el tacómetro se registro un valor de 45
rev/seg, es decir
(45 rev/seg)(60 seg) = 2700 rev/min.
El tacómetro construido tiene la capacidad de medir hasta 999 rev/seg, esto es
(999rev/seg)(60 seg) = 59,940 rev/min.
Sin embargo tal medición no se podría hacer debido a la enorme velocidad que
este sistema desarrollaría esto representaría un peligro para la persona que
tendría que hacer el registro, ya que al acoplar el tacómetro a la flecha del
sistema rotatorio se sentiría una vibración muy fuerte.
Se hicieron también algunas pruebas del tacómetro introduciendo una
frecuencia con el auxilio de un generador de funciones y corroborando el
11

13. resultado con un osciloscopio digital. En la siguiente tabla se reportan los
valores obtenidos.
Nota: la señal que se introdujo fue una señal cuadrada de amplitud 2 volts.
Valor introducido (Hz) Valor medido (Hz) Valor medido (Hz)
Generador de funciones Osciloscopio Tacómetro
10 10.4 10
20 20.6 20-21
30 30.4 30
40 40.5 41
50 50 50
60 60.6 60
70 70.4 70
80 80 80
90 89-90 89-90
100 100.4-100.8 100-101
150 150.6 150-151
200 200.4-200.8 200-201
300 299-300 299-300
400 402.6-403.2 402-403
500 500-501 500-501
600 602.4-603 602-603
700 699.3-700.3 700-701
800 802.6-803.9 802-805
900 899.3-900.9 899-902
999 998-999.1 997-1001
Tabla de valores obtenidos en el laboratorio
12

14. Diagramadelcircuitocompleto
Elcircuitointegradodescrito
como4050,fuesustituidopor
elcircuito4060
Nota:
A

15. Parte del
display
B

16. Parte de registros Latch
C

17. Parte de los
contadores
D

18. Parte del automata
E

19. Partedeltemporizadordecristal
F

20. Parte optoelectronica
G

21. Conclusiones
El circuito diseñado es bastante sencillo en funcionamiento, además de ser una
buena opción para quien no tiene a su alcance los microcontroladores y los
programadores que se requieren para programar un dispositivo de estos o
simplemente porque no sabe utilizarlos, esto también porque todos los
integrados utilizados son de tipo TTL que es un tipo de circuito muy barato y
que trabaja con poco voltaje y corriente.
Debido a que no se contaba con el equipo adecuado como lo es un torno
mecánico, mismo que para el cual se requería además saber utilizarlo, las
partes del transductor se hicieron con piezas sencillas como la varilla del rotor
que requería de un acero mas grueso y también que este estuviera templado
para poder soportar velocidades mas altas sin que se enchuecara o doblara, ya
que la vibración del rotor acoplado a un motor potente llega incluso a
adormecer los dedos de quien lo esta utilizando, sin embargo este instrumento
diseñado es mas seguro que aquellos tacómetros mecánicos de distribución
comercial, gracias a que cuenta con un mango bastante fuerte de aluminio.
Dado que en la universidad no se pudo conseguir un tacómetro mecánico o de
otro sistema cualquiera y también porque su costo es alto, no se pudieron
hacer pruebas comparativas para saber si el instrumento comercial o el
diseñado funcionaban mejor.
Se tuvieron algunos problemas con la parte del circuito del temporizador o
también llamado ventana de tiempo, esta se hizo utilizando un cristal de cuarzo
y gracias a esto el instrumento es bastante confiable esto dicho porque se
hicieron algunas pruebas de laboratorio mismas que se incluyen en este
reporte, para estas pruebas se utilizo un osciloscopio digital y los datos que se
pudieron obtener fueron muy cercanos a los del osciloscopio. Los problemas
con la parte del temporizador se solucionaron modificando ligeramente el
circuito, estas modificaciones están ya incluidas en el diagrama del circuito.
También en el diagrama del circuito completo se muestra un circuito integrado
cuya tarea es dividir varias veces la frecuencia del cristal de cuarzo, se trata del
circuito CD4050 cabe aclarar que este circuito se sustituyo por el CD4060
porque tenia un mejor desempeño y también porque simplificaba aun mas
nuestro circuito completo. El circuito CD4050 y el CD4060 tienen la misma
configuración de terminales, solo que el CD4060 hace mas divisiones de
frecuencia que el anterior nombrado.

22. Apéndice A
13

23. 14

24. 15

25. 16

26. 17

27. 18

28. 19

29. 20

30. 21

31. Bibliografía
“Optoelectronics Theory and practice”, Mc. Graw Hill Book Company
“Diseño digital”, M,Morris Mano, Prentice Hall.
“Sistemas digitales principios y aplicaciones”, Tocci-Wildmer, Prentice Hall.
22