SISTEMAS DIGITALES SECUENCIALES TRABAJO COLABORATIVO 1
Presentado por: JAVIER FERNANDO ARANGUREN ESCOBAR Cod: 74’085.405
Tutor: CARLOS EMEL RUIZ Ingeniero Electrónico con Especialización en Gerencia de Proyectos de Ingeniería
Grupo: 90178-140
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD CEAD SOGAMOSO INGENIERIA ELECTRÓNICA Abril de 2013
INTRODUCCIÓN El gran desarrollo experimentado por la Electrónica en los últimos años ha propiciado que la mayoría de los equipos actuales funcionen con sistemas digitales. Un sistema digital se caracteriza por utilizar señales discretas, es decir, señales que toman un número finito de valores en cierto intervalo de tiempo. Todas las telecomunicaciones modernas (Internet, telefonía móvil, etc.) están basadas en el uso de este tipo de sistemas, por lo que el estudio de las mismas resulta de gran importancia para cualquier técnico que trabaje en este ámbito. Son muchas las razones que han favorecido el uso extensivo de los sistemas digitales, entre ellas: ●
Mayor fiabilidad en el procesamiento y transmisión de la información frente a los sistemas analógicos, ya que una pequeña variación de la señal no influirá en el sistema digital en su valor. Sin embargo, en un circuito analógico, cualquier pequeño cambio que se pueda producir en la señal propiciará la pérdida de información en la misma.
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Disposición de un soporte matemático adecuado para su desarrollo, en concreto, el álgebra de Boole.
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Contar con una amplia distribución comercial gracias a sus diversas aplicaciones en múltiples campos.
Podemos clasificar los circuitos digitales en dos grandes grupos: ●
Circuitos combinacionales: se caracterizan porque las salidas únicamente dependen de la combinación de las entradas y no del estado anterior del circuito; por tanto, no tienen memoria y el orden de la secuencia de entradas no es significativo.
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Circuitos secuenciales: se caracterizan porque las salidas dependen del estado anterior del circuito, además de la combinación de entradas, por lo que estos circuitos sí disponen de memoria y el orden de la secuencia de entradas sí es significativo.
En este documento podrá encontrar una aplicación sencilla de un circuito digital secuencial como también los cálculos necesarios para controlar un motor DC en la salida del mismo, esto con el fin de profundizar los conocimientos adquiridos de lógica combinacional e introducirnos a los circuitos de tipo secuencial.
OBJETIVOS ● ● ● ●
Profundizar los conocimientos de electrónica digital en circuitos combinacionales. Aplicar los conocimientos teóricos de lógica secuencial y combinacional a problemas prácticos de la vida real. Comprobar la efectividad del simulador Proteus frente a el montaje fìsico. Aprender a diseñar circuitos digitales combinacionales y secuenciales.
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Usando una circuitería combinacional y circuitos secuenciales, se debe diseñar un pequeño vehículo impulsado por dos motores DC, uno en cada rueda trasera. El carro contará con dos sensores en la parte frontal que servirán para detectar el impacto del carro con un obstáculo. El diseño debe ser tal que el vehículo inicie su marcha normal; una vez éste impacte debe recordar que el choque activa uno de los sensores con el fin que el vehículo retroceda girando en sentido contrario al lado que detectó el sensor. No importa cuál de los dos sensores se active o haga el impacto siempre debe cambiar de giro, no importa que impacte dos veces con el mismo microswitch. Una vez que uno de los sensores haya detectado el impacto del carro, éste deberá retroceder por un tiempo de cinco (5) segundos y reiniciar su marcha hacia adelante, este tiempo debe ser controlado usando un temporizador 555 en modo monoestable.
LISTADO DE MATERIALES
Componentes Electrónicos:
2 – NE555N - Timer 1 – 74LS04 – Compuerta NOT 1 – 74LS08 – Compuerta AND 1 – 74LS32 – Compuerta OR 1 – L293D – Puente H con diodos 6 – Resistencias de 660Ω 1 – Resistencia 47kΩ 1 – Resistencia de 20kΩ 2 – Condensadores de 100uF Cable N° 22 para protoboard
Componentes PCB:
1 – Placa de vaquelita 15x15 3 – Bases para integrado de 14 pines 1 – Base para integrado de 16 pines 2 – Bases para integrado de 8 pines 4 – Borneras para plaqueta x 3 pines 6 – Borneras para plaqueta x 2 pines 2 – Conectores de batería 9v
Componentes montaje físico – Mecánico
1 – Disco protector de CDs en plástico (viene en las torres de CDs ) 2 – Ruedas de 50mm de diámetro con coraza de caucho 2 – Motores Mini de 1kg fuerza para robótica 2 – Soportes para motor (hechos en teflón) 2 – Microswich 2 – Clips (para realizar la extención a los Microswich) Tornillos, Tuercas y Arandelas Espagueti Termoencogible 2 – Baterías 9v
DIAGRAMA DE BLOQUES
Inicio: Marcha adelante
Giro para esquivar obstáculo
Detección de Obstáculo
Retroceso 5 segundos
PLANO CARRO DETECTOR DE OBSTÁCULOS
U2:B
6
3
13
1
13
6
TH
100uF 2
R1
1
NE555 PACKAGE=DIL08
20k
TR
TH
6
NE555
6
R3
U6(VSS)
U4:A 6
220
1
5
D2
3 2
U7:A
74LS32
74LS04
7
CV
74S74
4 2
5
3
74LS04
8
U3:B U2:A
R2 U2:C 47k
74LS32
Q
U2:D
TR
5
S
9
Q
C2
GND
10
2
CLK R
11
D
Q
74LS04 3
2 12
CV
1
U1:B
R
DC
100uF
U3:A
1
5
GND
1
C1
74S74
4
7
DC
U8
8
U5 Q
1
Q
R
VCC
4
VCC
CLK R
3
12
Q
3 74LS04
5
8
D
S
2
4
U1:A
4
1
74LS08 1
16 2
74LS04
U4:B
U3:C
U7:B
4
9
6 8
3
4
5
10 74LS08
2 7 1
9 10 15
IN1 IN2 EN1
EN2 IN3 IN4
VSS
GND
8 VS OUT1 OUT2
OUT3 GND OUT4
3 6
11 14
74LS04
74LS32
D3
LED-YELLOWLED-YELLOW
U6
D4 L293D
D5
LED-YELLOWLED-YELLOW
R5 220
En este proyecto se usó una configuración particular del NE555N el Delay Time o Tiempo de retardo. Este es un circuito muy interesante y muy poco difundido alrededor del muy conocido timer 555, se busca diseñar un delay time , una aplicación muy necesaria en circuitos de este tipo, pues retarda el pulso de salida un tiempo T después de conectar la alimentación. El tiempo de retardo sería: T=1.1(RxC)
Para T= 5 segundos (retroceso) y asumiendo un valor de 100uF en C tendríamos: R= T/(1.1xC) R= 5/(1.1x0.0001F) R= 45.54KΩ Se colocó un valor de 47KΩ el cual es muy comercial y el valor en segundos del circuito es aproximado.
TABLA DE VERDAD PARA CÁLCULO DE FUNCIONES LÓGICAS DIGITALES Descripción – Entradas Adelante Adelante Adelante Adelante Giro Derecha Giro Derecha Giro Derecha Giro Derecha Giro Izquierda Giro Izquierda Giro Izquierda Giro Izquierda Giro Izquierda Giro Izquierda Giro Izquierda Giro Izquierda
BITS DIRECCIÓN Q1 (A) Q2 (B) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1
BITS PASO Q3 C Q4 (D) 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1
DESC OUT Avance NO ES POSIBLE NO ES POSIBLE NO ES POSIBLE Avance NO ES POSIBLE Retroceso Giro Avance NO ES POSIBLE Retroceso Giro Avance NO ES POSIBLE Retroceso Giro
MOTORES M1 M2 0 0 x x x x x x 0 0 x x 1 1 0 1 0 0 x x 1 1 1 0 0 0 x x 1 1 1 0
Las funciones cuya descripción es “NO ES POSIBLE”, se toman como condiciones no importa las cuales las podemos usar en el análisis del circuito para nuestra conveniencia y simplificar aún más los circuitos. Estas condiciones se dan debido a que el circuito planteado tiene una parte secuencial la cual no activa el siguiente evento sin haber sucedido el anterior. Las condiciones “NO IMPORTA” las representaremos en los mapas con un “?”. Simplificación por Mapas de Karnough Tabla para M1
Tabla para M2
A continuación se muestra el desarrollo de las funciones por el método de mapas de Karnough (por MINTÉRMINOS): M1= M2=
(A+|D)( C ) (|A+|D)( C )
Dónde: Q1(A): Sensor derecha Q2(B): Sensor Izquierda Q3(C): Salida sumada de Q1+Q2 Q3(D): Salida NE555(1) La salida del NE555N(2) se usa dar reset a los flip flop de entrada los cuales recuerdan en donde se encuentra el objeto detectado por los sensores para luego girar en sentido contrario.
MONTAJE FÍSICO DEL PROYECTO Este circuito fue elabora con el Software EAGLE 5 en su versión académica, dando como resultado 2 tarjetas: una de control y otra de potencia como se muestra a continuación: TARJETA DE CONTROL
TARJETA DE POTENCIA
EVIDENCIA FOTOGRÁFICA
LINKS DE EVIDENCIAS EN VIDEO: Simulación en Proteus: http://www.youtube.com/watch?v=wh9tG_k3ZZ0 Montaje físico y funcionamiento: http://youtu.be/xDxFwd5ICy4 http://youtu.be/aEZaBwHQHkY
CONCLUSIONES
El anterior proyecto me permitió observar que aunque el Simulador Proteus es una gran herramienta, antes del montaje físico del circuito, obvia algunas condiciones que se generan, ya que el programa asume algunos valores por defecto. Durante la investigación para la realización del circuito pude encontrar otra configuración del circuito integrado NE555N que fue clave para cumplir el objetivo planteado (Configuración de retardo a la conexión). El desarrolla de diagramas de Karnaugh facilita la manera de analizar circuitos combinacionales con varias entradas y salidas como también simplifica considerablemente el circuito final.
BIBLIOGRAFÍA
http://www.forosdeelectronica.com/f27/retardo-conexion-555-a-19572/
