Duración del destello de un flash: leds y displays de leds

[magl]

Hola, me gustaría crear un circuito al que le entrara una señal luminosa y ésta provoque que se encienda un nº de leds; pero que el nº de leds encendidos dependa de la duración de la señal luminosa.
Esto lo usaría con entradas de luz de muy muy corta duración, por lo que también necesitaría que los leds permanecieran encendidos durante varios segundos para que se vean perfectamente.

Yo supongo que con varios elementos RC se podría determinar si una señal es mas o menos duradera.

 

[pepechip]

Puedes utilizar un 4017 al cual le conectas 10 led para indicar el tiempo.
El 4017 va alternando sus salidas a cada pulso de entrada.
puedes utilizar algo como esto:

en cada salida conectas un anodo de cada led, y todos los catodos los unes a una unica resistencia de 1K que cierre circuito con masa.

El pin 15 es de reset, deves de ponerlo con una resitencia a masa, y colocarle un pulsador a positivo para provocar el reseteo.

El pin 13 lo que hace es inhibir el reloj, por lo que este pin lo pones a positivo mediante una resistencia, ( en esta posicion el contador no actua), y mediante un transistor npn haces que este pin valla a masa al darle la luz.

 

[magl]

Mi nivel de conocimientos es básico y quiero que me disculpeis si pregunto o digo alguna incorreccón, pero que no haya duda que pondré empeño en entenderlo casi todo.

- He estado leyendo acerca del 4017 y empiezo a entender algo como funciona. Y me ha llamado la atención la patilla 12 porque puede generar pulsos para contar fracciónes de tiempos.

- Mi duda está en la parte izquierda del circuito. ¿se supone que es un generador de pulsos y que esos pulsos son los que cuenta el chip 1017?. Si esto es así, ¿el potenciómetro de 1 MOhm me sirve para regular la rapidez de esos pulsos y poder usarlo para adaptar la duración de la señal luminosa de entrada a los 10 diodos de salida?

- Y otra pregunta y termino: mientras el pin 13 se lleve a masa, por efecto de la luz sobre el transistor npn, el contador estará funcionando; pero, aproximadamente, ¿cual sería el tiempo mas pequeño que podría medirse?. (supongo que eso dependerá del valor máximo de pulsos que puedan generarse)

 

[pepechip]

La parte izquierda es un generador de pulsos como tu dices (oscilador), normalmente la mayoria suelen utilizar para esta funcion el tipico 555, pero yo personalmente prefiero utilizar este tipo de oscilador porque lleva menos componentes y aparte me sobran en el mismo integrado 3 puertas nand que puedo utilizar para otra funcion.
Como tu dices el tiempo mas pequeño que se pueda medir dependera de la frecuencia del oscilador.

En cuanto al funcionamiento del pin 12 (carry out) se activa cuando superamos el valor 10.

Ten cuidado con la frecuencia de funcionamiento del oscilador, ya que tendras que tener la precaucion que para el tiempo mas largo solo lleguen como maximo 10 impulsos.
Si deseas mas led puedes poner varios en cascada conectando el pin CO del primero a la entrada de reloj del segundo.

 

[magl]

Por favor, ¿me podrías explicar el mecanismo del oscilador?.
Yo veo un condensador que se carga a traves de una resistencia. Supongo que la carga y descarga de ese condensador es la que genera el impulso en la salida de la puerta nand.
Pero, si la carga del condensador es a traves de la resistencia, la descarga... ¿es a traves de la puerta nand?

Supongo que mientras mas pequeña sea la resistencia y/o el condensador mas nº de pulsos serán generados por unidad de tiempo. Si intento aumentar la frecuencia del oscilador usando una resistencia muy pequeña(incluso anulando la resistencia de 10k y con el potenciómetro casi al mínimo) podría haber algún problema?

Como tu dices el tiempo mas pequeño que se pueda medir dependera de la frecuencia del oscilador.

Quisiera saber cual es el tiempo mas corto que se puede medir. ¿se podrían medir microsegundos con este oscilador?

Ten cuidado con la frecuencia de funcionamiento del oscilador, ya que tendras que tener la precaucion que para el tiempo mas largo solo lleguen como maximo 10 impulsos

.
¿Cuidado por poder dañar el chip o porque no mostraría bien los resultados?

 

[pepechip]

Para hacer este tipo de oscilador hay que utilizar cualquier componente inversor que posea la caracteristica del Schmitt. Yo suelo utilizar el 4093 y el 40106.
Te describo a groso modo como funciona el inversor schmitt:
Actua como un inversor normal pero si la tension de entrada esta a "0" para que la salida cambie de estado deveras de proporcionar a su entrada aproximadamente un minimo del 70% de la tension de alimentacion, y ahora para que vuelva a cambiar de estado deveras de bajar la tension de entrada para que esta este por debajo de aproximadamente el 30% de la tension de alimentacion.
Donde te he puesto aproximadamente, depende de la tension de alimentacion y del componente que utilices, en el datashett te lo especifica.
La variacion que hay desde el 30% hasta el 70% se le conoce con el nombre de histeresis.

Sabiendo esta base resulta muy facil comprender el funcionamiento del oscilador:

Al conectar el oscilador el condensador se encuentra descargado (entrada 0 y salida 1), mediante la resistencia el condensador empezara a cargarse, asi cuando la tension de entrada alcance el 70% de la alimentacion la salida cambiara de estado "pasara a valer 0", entonces ahora el condensador empezara a descargarse a traves de la resistencia, y c uando la tension en el condensador descienda al 30% volvera denuevo a producirse el cambio de estado en la salida.
Este tipo de circuito produce una onda cuadrada.

Salida rectangular en donde se puede variar independientemente el tiempo en ON y el tiempo en OFF (puedes variar su frecuencia)

Salida rectangular en donde al variar el potenciometro varias el tiempo de ON y automaticamente el de OFF, pero siempre trabaja a la misma frecuencia

Este tipo de componente es muy facil realizar temporizadores. Te pongo un ejemplo de una alarma con temporizador de entrada, temporizador de salida, temporizador de funcionamiento, luz intermitente, y salida bitonal para altavoz, con un unico circuito integrado con 6 inversores:

Para calcular el tiempo de carga y descarga en segundos puedes aplicar la 0,7xRxC
La capacidad la tienes que poner en Faradios para que el tiempo te salga en segundos.

Con este tipo de oscilador puedes alcanzar frecuencias superiores a los 500Khz.

Lo de tener cuidado con el tiempo del oscilador es por el motivo que si por ejemplo tu oscilador proporciona un pulso por segundo, si la luz dura 5 segundos te encendera el led nº5, pero si la luz dura 15 segundos tambien te encendera la luz nº5.
Naturalmente en este ejemplo que te he puesto al ser la frecuencia tan baja tu veras las vueltas que dan los led, pero al emplear otras frecuencias mas elevadas no podras ver si ha dado una vuelta o varias.

 

[magl]

Bueno, no me aclaro del todo, pero si algo mas que antes. 2 cosas:

- En el chip 4093 o el 40106 hay una patilla para masa y otra para positivo. Pero en los esquemas del oscilador que me has hecho figura masa, pero no veo el positivo por ningun lado. ¿Es una conexión interna de la puerta y por eso no figura en el esquema?

- Me dices que se pueden alcanzar frecuencias superiores a 500kHz.

Tiempo=1/frecuencia; T=1/500000=0,000002 s. =0,002 ms. = 2 microsegundos por pulso, que coincidiría con el tiempo aproximado de carga del condensador (sin tener en cuenta lo del 70% y el 30%)

Pero para conseguir ese tiempo tendría que usar una resistencia de:

T=R x C; R=T/C=2 microsegundos/47 microfaradios = 0,043 Ohms.

Seguro que he hecho mal las cuentas, porque me parece que resistencias tan pequeñas no existen. ¿como tengo que calcular la resistencia a poner para conseguir una frecuencia determinada?

 

[pepechip]

Si quieres conseguir tiempos muy pequeños puedes bajar la capacidad del condensador.
La resistencia la puedes poner desde 1K hasta 100M.

En la mayoria de los circuitos integrados 40xx y 74xx, si son de 14 pines siempre el 7 es negativo y el 14 positivo. Si son de 16 pines el 8 es negativo y el 16 positivo.
Esta regla la suelen emplear muchos modelos de integrados.

 

[magl]

Si quieres conseguir tiempos muy pequeños puedes bajar la capacidad del condensador.

Bien, pienso que usando nF o pF todo está resuelto.
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La señal luminosa que voy a usar viene de un flash fotográfico y consiste en un doble pulso de luz (aunque a simple vista solo se ve uno). Estaría constituido por:

- Predestello de corta duración
- Pausa
- Destello

Me interesa la duración del predestello, pausa y destello. Me gustaría saber:

- Una vez que el predestello provoca el encendido de un led a la salida del chip 4017,
¿tengo que resetear el chip(unir la patilla 15 al positivo) para que sea capaz de encender otro led con un nuevo impulso?.

- Como podría resetear el chip tras el predestello y mantener unido el pin 13 a masa sólo durante la pausa entre predestello y destello. Así podría conocer la duración de esta pausa.

 

[pepechip]

Ya lo que pides es algo mas complejo.
Para despreciar el primer predestello, tendras que utilizar un biestable que solo actue con el 2 pulso. https://www.forosdeelectronica.com/about23925.html

En el caso de que el primer predestello sea siempre de la misma duracion, solo tienes que saber su duracion y luego restarlo del total.

Para saber la duracion de predestello, duracion de pausa y duracion de destello lo mas facil seria utilizar un microcontrolador junto con algun visor de 7 segmentos o LCD, aunque desarrollar el programa para hacer esto conlleva muchas horas de trabajo.

He pensado otra cosa. Puedes utilizar otro 4017 en donde en la entrada de reloj conectas tambien la fotocelula, y las salidas de este las utilizas para controlar el reset del primero o el clock enable.

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Esto parece una conversacion privada, si algun miembro tiene alguna idea tambien puede colaborar.

 

[magl]

Para saber la duracion de predestello, duracion de pausa y duracion de destello lo mas facil seria utilizar un microcontrolador junto con algun visor de 7 segmentos o LCD, aunque desarrollar el programa para hacer esto conlleva muchas horas de trabajo.

De momento, mi nivel de conocimientos hace inviable este sistema. (aunque me encantaría)

He revisado este hilo y tengo una duda de concepto acerca del reseteo del chip 4017. Imaginemos un caso en el que el predestello dura 2 pulsos, después viene una pausa y le sigue un destello con 5 pulsos.

- Cuando termina todo, si no he reseteado el chip, que led se enciende el nº 5 o el nº7?
- El chip 4017 alterna sus salidas en cada pulso, pero, el led que se enciende en el último pulso ¿lo hace sólo por un momento o queda encendido de forma permanente hasta que haga un reseteo o hasta que una nueva señal provoque un nuevo pulso?

 

[pepechip]

El led que queda prendido en este caso sera el nº 7, el cual quedara indefinidamente encendido hasta que se aplique un reset o bien entre otro impulso de reloj.

 

[fernandob]

Para saber la duracion de predestello, duracion de pausa y duracion de destello lo mas facil seria utilizar un microcontrolador junto con algun visor de 7 segmentos o LCD, aunque desarrollar el programa para hacer esto conlleva muchas horas de trabajo.

De momento, mi nivel de conocimientos hace inviable este sistema. (aunque me encantaría)

He revisado este hilo y tengo una duda de concepto acerca del reseteo del chip 4017. Imaginemos un caso en el que el predestello dura 2 pulsos, después viene una pausa y le sigue un destello con 5 pulsos.

- Cuando termina todo, si no he reseteado el chip, que led se enciende el nº 5 o el nº7?
- El chip 4017 alterna sus salidas en cada pulso, pero, el led que se enciende en el último pulso ¿lo hace sólo por un momento o queda encendido de forma permanente hasta que haga un reseteo o hasta que una nueva señal provoque un nuevo pulso?

hola , agarre esto empezado y desde aqui (me ha dado unas buenas ideas para otra cosa , gracias) .
lo que pones es que quieres saber cuantos pulsos "RAPIDOS" son los que pasaron .
bueno, si lo que recibes son trenes de pulsos y hay detensiónes como dices deberas hacer "sistemas de reset o de inhabilitacion".

veamos :
supongamos que recibes x pulsos , luego hay una detensión y luego Y pulsos.
pero son muy rapido s y quieres saber cuantos son.

haces asi:

la entrada de pulsos al ck del 4017 (no se por que ese usaron) y ademas un circuito que si detecta una pausa de mas de un tiempo inhabilite por siempre el 4017.
asi solo contaras el primer tren de pulsos .

si lo que quieres es solo detectar el ultimo tren de pulsos entonces usas el mismo circuito para resetear al 4017.

no es complejo pero es un diseño que lleva tiempo y hay que saber en base a que se hace, que es exactamente lo que recibes y una idea de tiempos., por eso solo tiro la idea.

saludos

 

[magl]

haces asi:

la entrada de pulsos al ck del 4017 (no se por que ese usaron) y ademas un circuito que si detecta una pausa de mas de un tiempo inhabilite por siempre el 4017.
asi solo contaras el primer tren de pulsos .

si lo que quieres es solo detectar el ultimo tren de pulsos entonces usas el mismo circuito para resetear al 4017.

un circuito que si detecta una pausa de mas de un tiempo inhabilite por siempre el 4017. Eso si podría estar bien, pero sólo podría a estar activo cuando se inicie el primer impulso de luz (predestello), para evitar la pausa previa al disparo del flash. ¿Se te ocurre como lo podría hacer?

 

[magl]

O sea, sería un circuito accesorio con al menos 2 transistores, T1 y T2, y que cumpla lo siguiente:

- Que T1 conduzca (como respuesta al predestello del flash)

- Que T2 conduzca sólo cuando T1 deje de conducir (cuando termine el predestello), y no cuando T1 no conduzca (estado previo al predestello): así podemos llevar positivo a patilla 13 del chip 4017 de forma permanente, y así, parar el contador.

¿...Y como se puede hacer esto?

 

[magl]

Pues he hecho el siguiente circuito para probar con un solo destello:

El mecanismo funciona correctamente. El led encendido a la salida del 4017 dependerá de la duración del destello.
Resulta algo entretenido buscar el condensador adecuado para que un destello muy largo no reinicie la salida.
Para evitar errores en la medición he conectado la salida 10 a un circuito que enciende una led de forma permanente. Si el número de pulsos generados por el oscilador es >=10 este led permanecerá encendido. Lo intento otra vez aumentando el valor del condensador o la resistencia del oscilador.

Ahora me interesan 2 cosas:

- He probado con R=10k y C=1000 pF (pone 103 subrayado). No estoy seguro de los cálculos hechos anteriormente y me gustaría saber como puedo calcular la duración(otra cosa sería la exactitud) de un pulso y la frecuencia.

- No se como hacer la medición del predestello, pausa y destello del flash. Podría usar 3 chip 4017, cada uno con su oscilador correspondiente ( el 4093 trae para 4 puertas), pues pienso que la diferencia de duración de estos tiempos hace imposible el uso de una sola frecuencia para sólo 10 salidas, pero me falta el circuito que separe estos 3 tiempos.

Error en el circuito: me ha faltado poner en la imagen una resistencia desde el pin 13 a positivo(corregido)

 

[Jorge Flores Vergaray]

Hola magl
Recibí tu mensaje , el circuito es bastante pesado y dificil por el tiempo a medir, microsegundos ,de hecho habria que usar un fototransistor o mejor un fotodiodo de muy alta velocidad para medir la duración de un flash electrónico en millonesimas de segundo , ni pensar en un fotoresistor por su inercia , casi como la de nuestros ojos , tambien hay que medir los destellos de pre flash ( que se usan para evitar los ojos rojos en la foto) algunas camaras usan varios predestellos ,los valores no estoy muy enterado pero lei que son del orden de microseconds " Flash duration typically varies from about 1/1000 to 1/20,000 sec."
Con estos tiempos ni pénsar en el 555 ni parecidos , lo ideal es tener un osciloscopio con memoria y analizar los pulsos , pero dado que deseas leds pues lo único que se me ocurre es hacer un barrido de alta velocidad , pulsos secuenciales como los que se obtienen con el 4017 que muy bien ha explicado pepechip ,digamos que con 2 cicuitos 4017 tendrias para 20 leds , ahorita no he podido hacer calculos pero con clock exacto de 1 Mhz se tendria el millonesimo de segundo que necesitamos alimentando las salidas del 4017, estas serian el clock de 20 registros o "memorias" , por ejemplo Flip flops tipo D ,etc , cada una alimentando un led a su salida ,al dispararse el flash el fotodiodo que sería el sensor de luz con su circuito asociado debe generar un "1" lógico para habilitar el clock quizas con un and y a la vez debe dar un "1" logico mientras reciba ese nivel de luz del flash .
Al barrer el 4017 cada registro memoriza si hay luz de flash o no encendiendo el led de cada registro .
Despues del pre destello la "pausa" es oscuridad y el registro barrido en ese momento debe dar un cero o led apagado y al activarse el pulso de luz principal de flash debe registrar ese "1" dando led encendido , los registros memorizarian esos dos pulsos de luz con su respectivo espacio en blanco entre ellos y si han sido bien calibrados por el clock podrian medir (por decir , no estoy haciendo calculos ) un rango de 20 microsegundos , ojala entiendas la idea , hace muchos años cuando estaba estudiando aún en la UNI aqui de Lima uno de los trabajos de laboratorio fue hacer un osciloscopio con leds , de baja frecuencia por supuesto , el articulo estaba en Popular Electronics asi que no fue tan dificil para nuestro grupo hacerlo , el barrido horizontal estaba hecho por el 4017 y los comparadores de tension para la vertical por el LM3914 que es un comparador de punto único tiene 10 comparadores en serie pero solo habilita al valor mas alto , bueno para tu caso es lo que mas se me ocurre , un "osciloscopio" con memoria hecho de leds y como no necesitas el nivel luminoso solo el detectar luz o no luz se necesitaria solo una barra horizontal , te adjunto el diagrama del osciloscopio hecho con leds , alli veras que la base de tiempo esta en funcion del 555 porque es baja frecuencia en tu caso necesitarias una base de tiempo a cristal de cuarzo , los 4049 del diagrama son inversores cmos para alimentar los leds en lugar de estos se pondrian los registros , espero que los compañeros sigan poniendo ideas o corriguiendome en mis conceptos , soy de una generacion antes que los PIC asi que no los manejo muy bien pero creo que es un proyecto para estos , de todas maneras espero que sigas buscando realizar tu proyecto.
Saludos desde Lima Perú , son 1 : 35 de la madrugada

 

[magl]

Hola Jorge, gracias por contestar tan rápido.
He revisado tu osciloscopio de leds. Como tu has dicho, en mi caso, no me interesa una matriz de leds, sólo una fila, pues sólo se tiene que detectar si hay o si no hay luz. Por este motivo, el circuito de osciloscopio vertical no sería tan interesante como el de osciloscopio de leds.

Lo que he entendido es que todo se basa en controlar la corriente que llega a cada polo de los leds:

- El polo positivo: se conecta a las salidas de los contadores (4017), y la corriente que le llega cambia secuencialmente de led con cada pulso.

- El polo negativo: Los polos negativos de toda la fila de leds irían unidos entre si y conectados a la señal que viene del flash.

Este sistema me permitiría registrar las 3 fases del disparo del flash: predestello, pausa y destello en tiempo real. Pero, y corrígeme si me equivoco, para registrar microsegundos de duración, el oscilador tendrá que generar señales con frecuencias muy altas, y a estas frecuencias, el intervalo entre los reseteos de los contadores sería tan rápido que harían que el tiempo que permanecen los leds encendidos fuese demasiado pequeño. Y no se, si serían visibles. Pero, si el ojo no los pudiese ver, una fotografía si los podría registrar, y esto sería muy interesante.. Esto ya empieza a tener color.

 

[Jorge Flores Vergaray]

Hola , la salida de los pines del 4017 es un "1" digital que avanza con cada pulso de clock :

Una configuración básica empleando leds seria la siguiente , considerando un oscilador hecho con un schmitt trigger , no muy exacto para calibrar:

Bueno , del osciloscopio de led se puede recuperar el "barrido " horizontal cambiando el oscilador hecho por el 555 (no exacto) por un oscilador a cuarzo de 1Mhz que da un tiempo de un millonesimo de segundo por cada pulso , es decir la base de tiempo seria millonesimos de segundo que se pude dividir por otro 4017 entre un número deseado hasta 10 usando otro 4017 , suponiendo que se copian el circuito de los 3 cmos 4017 se tendrian 30 leds cada uno calibrado a un millonesimo de segundo que nos permiten medir desde 0 a 30 millonesimas de segundo mediante cada barrido horizontal , si no fuera por el tiempo de pausa u oscuridad que viene despues del predisparo el circuito seria muy sencillo , el espacio de oscuridad que está en el medio dificulta el dicernir , de hecho alli habria que poner una "memoria" o flip flop tipo D activado secuencialmente en su respectivo clock por la salida correspondiente de cada pin del 4017 , bueno yo usaba los 4013 que traen 2 FF en cada chip , el dato , que seria la salida del fototransistor que capta la luz del led el 4013 tiene esta configuracion

En resumen la entrada de DATA ( "1" o "0" ) es transferida a la salida en la subida de cada pulso de clok y se queda alli hasta que el proximo clock vuelva a llegar , es una "memoria" , por tanto todas las entradas D de los 4013 a usar ( que serian 15 en este caso , demasiado pero solo para efectos didacticos ) estan amarradas y conectadas a la salida del fototransistor , cuando hay luz se tiene un "1" y el clock al barrer lo memoriza , despues del predisparo hay un corto periodo de oscuridad la salida del fototransistor sera un "0" y será "memorizada" por el barrido , luego al entrar el flash principal la linea de datos esta en "1" y es memorizada por el FF correspondiente , necesitariamos 15 circuitos 4013 para memorizar todo el destello , claro que poniendo un led con su resistencia en cada salida Q de cada FF:

Bueno , aqui en Perú estos circuitos son muy baratos , los puedo conseguir a S/1.oo (un sol ) mas o menos .30 centavos de dolar en el jiron Paruro que es nuestro centro electronico, seria lo ideal , el pulso se quedaria "memorizado" todo el tiempo que se desee hasta resetear al banco de flips flops , sin embargo como en ingenieria se debe abaratar costos habria una posibidad de "memorizar" la salida del 4017 para evitar usar los flip flops que nos ocupan un poco mas de espacio , poemos usar puertas and o nand, una puerta para cada pin del 4017 , en una de las entradas el pin de salida del 4015 y la otra entrada del and amarradas a una entrada comun conectada a la salida del fototransistor , al pasar el pulso de barrida y habilitar el and la salida sera 1 si hay luz y 0 si hay oscuridad , como dices esto es tan rapido que solo se puede registrar en una foto.
Pero hay una forma de "memorizar " un pulso de salida y es mediante una combinacion R -C pero ya es otra historia, espro que vayas avanzando , lo ideal es que busques un osciloscopio con memoria y grabes el pulso del flash para saber que tiempos estas manejando para calibrar el clock a una frecuencia adecuada.

saludos

 

[magl]

Jorge, todo esto me parece muy bien y tiene mucho sentido. Tengo que hacer muchas pruebas. Solo comentar 2 cosas:
- oscilador con cristal de cuarzo de 1 MHz: Por favor, pásame un esquema que lo vea, pues nunca lo he usado. Es ideal para el predestello. Puede que el destello dure demasiado para esta frecuencia y tendría que usar muchos componentes para resitrarlo todo.
- el chip 4013. Es verdad, como tu has dicho, que habría que usar demasiados, pero el funcionamiento es genial, pues dejaría los leds encendidos permanentemente.

Esto me ha dado una idea. En la imagen señalo los pulsos de luz que quiero medir. Creo que si en este chip asocio la señal de luz (DATA) , el oscilador(CLOCK) y algunas puertas lógicas podría identificar la salida de cada chip (Q) con el momento en que el pulso de luz cambia (Q1,Q2,Q3,Q4). Y supongo que podría hacer funcionar el contador 4017 entre cualquiera de estas salidas, obteniendo en el registro sólo lo que me interese.

¿Tendría sentido esto?