Este documento describe un reloj electrónico luminoso que muestra la hora actual y los días restantes para el bicentenario de la Revolución de Mayo. El reloj utiliza un microcontrolador PIC16F84A, un reloj de tiempo real DS1307, registros de desplazamiento 74164 y decodificadores 4511. Muestra la hora y cuenta en dígitos de 7 segmentos compuestos por LED. Inicialmente usaba LED de alto brillo pero se cambiaron por LED difusos para mejorar la visibilidad. El software en el microcontrolador calcula la difer

1. RELOJ ELECTRÓNICO LUMINOSO “UP-DOWN COUNTER”
Crespo, Pablo; Garabello, Javier Adán
Facultad Regional Villa María – UTN
Av. Universidad 450
0353-4537500
javiergarabello@hotmail.com
Tutor: Ing. Catalano, Juan Marcelo
Palabras clave: Reloj electrónico, Cartel Bicentenario, Up-Down counter
Introducción
El presente proyecto consta en la realización de un reloj digital luminoso que proporcione la hora
actual y una cuenta de los días restantes para la llegada del bicentenario de la Revolución de
Mayo de nuestro país.
Ha sido realizado a pedido de la Municipalidad de la Ciudad de Villa María mediante un convenio
con la Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Villa María.
Este sistema electrónico muestra en un período repetitivo de 1 minuto: la hora actual (20
segundos) y los días restantes para la llegada del bicentenario (40 segundos).
Para la implementación del reloj se construyeron cuatro dígitos de siete segmentos cada uno.
Dichos segmentos individuales están constituidos por LEDs (Diodos Emisores de Luz).
Entre los componentes electrónicos utilizados se destacan: LEDs de grandes dimensiones y de
alto brillo (los cuales nos permiten visualizar los dígitos encendidos en condiciones de alta
luminosidad del ambiente exterior), transistores de potencia (son utilizados para encender los
segmentos), microcontrolador (utilizado como unidad de procesamiento), reloj de tiempo real,
reguladores de tensión y compuertas lógicas.
Funcionamiento básico
El sistema deberá generar una variable numérica que indique los días restantes para la llegada de
un evento de fecha y hora determinada.
Para generar dicha variable de cuenta regresiva nos valemos de un algoritmo que compara la
fecha actual con la fecha del evento a anunciar. De esta manera nos independizamos de la cuenta
regresiva de un registro en particular, y solucionamos el problema simplemente ingresando al
algoritmo la fecha y hora actual. Este proceso lo podemos visualizar esquemáticamente en la
figura 1.
Figura 1. Esquema conceptual de funcionamiento del algoritmo.

2. En la figura 2 se observa el diagrama en bloques generalizado del sistema.
La etapa principal es la unidad de procesamiento central (CPU) implementada con un
microcontrolador PIC16F84A de la empresa Microchip. Este bloque controla el funcionamiento y
sincronismo del sistema.
Mediante el protocolo I2
C, el microcontrolador (µC) se comunica con un reloj de tiempo real (RTC)
integrado del tipo DS1307. En un principio, el µC configura al RTC con la fecha y hora actual.
Luego en forma periódica solicita estos datos para compararlos con la fecha de evento
programada.
Con la etapa de teclado introducimos los datos para que se envíen del µC al RTC. Los parámetros
a introducir son: minutos, hora, día, mes y año.
Para poder mantener la fecha ante un corte de energía principal, se provee al RTC de una batería
auxiliar que continúa con la cuenta en tiempo real.
Mediante un bus serial sincrónico el µC envía datos a la etapa “Shift Register” (Registro de
Desplazamiento). Este bloque se encarga de convertir una transmisión serie a un dato paralelo,
con el fin de conmutar todos los segmentos simultáneamente una vez que ha finalizado la
comunicación.
La etapa de conmutación y potencia se encarga de proveer la corriente necesaria para que los
LED se enciendan.
Los segmentos frontales están constituidos únicamente por LED. En cada uno de estos
segmentos los LED están distribuidos en dos hileras de 13, formando así 26 puntos luminosos por
segmento.
Como etapa de apoyo a la configuración de la hora y fecha, se construyó un panel ubicado en la
parte trasera del tablero, con el fin de visualizar los mismos datos mostrados en el tablero principal
constituido por los LED.
Software
En la figura 3 podemos observar el diagrama de flujo del software implementado en el sistema. El
cual es ejecutado por el microcontrolador.
Figura 2. Diagrama en bloques del sistema.

3. En la Ecuación 1 se detalla la fórmula utilizada para generar la variable (llamada “cuenta”) de los
días faltantes para el suceso. Cabe destacar que es una fórmula meramente ilustrativa del
proceso.
Ecuación 1.
n = Mes del suceso.
j = Mes actual.
di = Días totales del mes en calculo.
dj = Días totales del mes actual.
da = Día actual.
Figura 3. Diagrama de flujo del software implementado en el µC.

4. Figura 4. Esquema de conexionado del
registro de desplazamiento. IC74164.
SRG8
R
C1/->
& 1D
1 3
2
4
5
6
10
8
11
12
9
13
74164
SRG8
R
C1/->
& 1D
1 3
2
4
5
6
10
8
11
12
9
13
74164
RELOJ
DATO
Hardware de control
Se utilizó un microcontrolador PIC16F84A cuyas prestaciones, a pesar de ser consideradas de
rango medio, satisface las necesidades del diseño. Las características generales del circuito
integrado son las siguientes:
• Bus de datos 8 bits.
• Frecuencia de trabajo de hasta 20 MHz (mínimo 200nS por instrucción).
• 1024 palabras de memoria de programa.
• 68 bytes de memorias de datos.
• 13 puertos de entrada y salidas digitales.
• Contador / Temporizador programable de 8 bits.
Comunicación serie y aplicación de Registro de Desplazamiento
Uno de los aspectos principales del circuito es la
implementación del Registro de Desplazamiento para la
transmisión de datos del µC hacia los segmentos
delanteros.
Utilizando solo dos pines del µC se envían los datos
necesarios para el encendido de los segmentos
correspondientes, y con un pin adicional se retiene el dato
en los integrados codificadores.
Como podemos observar en la figura 4, el µC se comunica
a través de dos pines con el circuito integrado que cumple
la función de Registro de Desplazamiento, y de forma
serial se pueden adicionar más IC para aumentar el
tamaño del Registro (en nuestro caso sólo son necesarios
dos IC).
Uno de estos pines de conexión cumple la función de reloj,
el cual sincroniza el momento en el que el IC 74164
(circuito integrado utilizado como Registro de
Desplazamiento) debe tomar el dato correspondiente por
el pin que cumple tal función.
En la figura 5 podemos observar que el IC toma el dato en
el flanco descendente del reloj y lo cambia en el flanco
ascendente. En nuestro ejemplo el dato a enviar es
“01101100”, que durante el transcurso del tiempo se va
desplazando de Q0 hasta Q7, enviando en primera
instancia el dato correspondiente a Q7.
Implementación del IC 4511
Para facilitar algunas cuestiones del sistema se decidió utilizar el IC 4511, el cual es un
decodificador de BCD (Binario Codificado Decimal) a 7 segmentos, que posee un control de

5. LATCH, permitiéndonos, en un determinado momento, tomar la muestra del dato que se
encuentra en sus entradas y almacenarlo. De esta manera obtenemos dos ventajas:
1. El fácil manejo de variables dentro del software, ya que utilizamos BCD sin necesidad de
hacer cambio a 7 segmentos dentro del mismo.
2. Evitar el efecto de desplazamiento de datos en la visualización de los segmentos frontales,
utilizando el latch del IC 4511 cuando sea conveniente. De esta manera, a pesar del
cambio de datos de entrada al mismo, se mantendrá el dato que se almaceno al activar el
latch.
En el reloj fueron necesarios cuatro IC 4511, uno por cada display de 7 segmentos.
Etapa de conmutación
Otro aspecto a tener en cuenta en el sistema es la adaptación de tensiones entre la utilizada para
la alimentación de los IC, tanto sea µC, RTC, 74164 y 4511, y la necesaria para alimentar los
segmentos compuestos por LED conectados en serie.
Para la solución del inconveniente se implementó una etapa de conmutación compuesta por
transistores de alta frecuencia, como se muestra en la figura 6. Lo que se logra es encender cada
segmento individualmente con 30 volt, a través de la tensión de control de 5 volt que nos
proporciona la etapa de codificación de los IC 4511.
Figura 5. Diagrama temporal de funcionamiento del registro de desplazamiento.

6.
Dispositivo Lumínico
Al momento de diseñar el reloj se nos presento la oportunidad de implementar dos tipos de LEDs:
• LED con lente convergente “Water Clear”, que garantiza alta luminosidad (2000mCd).
• LED con lente difusa, que se caracteriza ángulo de visualización cercano a los 180º.
Con el desafío de lograr que los dígitos del cartel pudiesen ser visualizados bajo cualquier
condición de iluminación natural, optamos por los LEDs de alta luminosidad.
Al cabo de un periodo de prueba, en condiciones de ambiente exterior, descubrimos que es muy
dificultoso visualizar los dígitos en horario diurno. Esto se debe a dos causas: la ubicación actual
del cartel hace que la luz solar reduce el contraste de iluminación; en segundo lugar, el ángulo de
apertura de los semiconductores es de aproximadamente 20º, lo que trae aparejado que la
correcta lectura de los dígitos solo sea posible observando el reloj de frente.
Es que, por las razonas esgrimidas, se resolvió reemplazar la totalidad de los LED de alta
luminosidad por aquellos que poseen lente difusa. Con esto resolvemos el inconveniente del
ángulo de lectura.
Conclusiones
Se logró implementar un dispositivo de control con bajos recursos en comparación con los que se
encuentran disponibles en el mercado actual.
Esto se debe gracias a la implementación de la etapa de Registro de Desplazamiento y a la
utilización de un RTC que funciona en forma conjunta con el µC. Esto nos permitió desarrollar un
software simple, confiable y con pocos recursos de almacenamiento disponibles, como lo es la
memoria del µC que consta de solo 1000 líneas de programación.
Por otro lado, actualmente se está trabajando para resolver el inconveniente de la luz solar
aunque creemos que es pertinente reubicar el cartel en un lugar donde no la reciba en forma
directa.
(a) (b)
Referencias
[1] Datasheet, PIC16F84A. Año 2001. Microchip Technology Inc.
Figura 6. Implementación de conmutación mediante transistor BJT de alta frecuencia.
Figura 7. (a) Cartel luminoso con LEDs Alto Brillo. (b) Cartel luminoso con LEDs Difusos.

7. [2] Datasheet, SN74HC164. Año 1997. Texas Instruments Inc.
[3] Datasheet, CD4511. Año 1995. National Semiconductor Corp.
[4] Datasheet, DS1307. Año 2008. Maxim Integrated Products.
[5] Datasheet, BD139. Año 2000. Fairchild Semiconductor International.