Automatas-ProgramablesSE330

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ISSN: 0328-5073 Año 27 / 2013 / Nº 323

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SUMARIO 330 de 308.qxd:*SUMARIO 274 21/01/15 12:00 Página 1

Año 26 - Nº 330 FEBRERO 2015

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www.webelectronica.com.ar www.webelectronica.com.ar SECCIONES FIJAS Descarga de CD: Hornos a Microondas. Funcionamiento, Mantenimiento, Reconocimiento de Partes y Reparación

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Sección del Lector

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AutO ELECtRICO Control y Limpieza de los Inyectores del Automóvil

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MICROCONtROLADORES El Mundo de los Microcontroladores. Lección 1: Los Sistemas de Numeración

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CuRSO DE ELECtRÓNICA Etapa 3, Lección 2: Circuitos Digitales de Funciones Especiales

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Cómo se Estudia este Curso de técnico Superior en Electrónica

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MANuALES tÉCNICOS Desarme y Reconocimiento de Partes del iPhone 5

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INFORME ESPECIAL Qué hay de Nuevo en el iPhone 5

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ARtÍCuLO DE tAPA Lógica Cableada & Autómatas Programables

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LtE: Rumbo a la tecnología 4G

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MONtAJES Electrificador de Cercas Experimental

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Amplificador de Potencia de Audio de 100W

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transmisión de Audio por la Línea Eléctrica

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Distribución en Capital Carlos Cancellaro e Hijos SH

Distribución en Interior DISA Publicación adherida a la Asociación Argentina de Editores de Revistas

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SABER ELECTRONICA Director Ing. Horacio D. Vallejo Producción José María Nieves (Grupo Quark SRL) Columnistas: Federico Prado Luis Horacio Rodríguez Peter Parker Juan Pablo Matute EditorialQUarKS.r.l. Propietariadelosderechos encastellanodelapublicaciónmensualSabErElEctronica argentina: (GrupoQuarkSRL)San Ricardo2072,CapitalFederal, Tel(11)4301-8804 México (SISA):Cda.Moctezuma2, Col.Sta.Agueda,EcatepecdeMorelos, Edo.México,Tel:(55)5839-5077 ARGENTINA Administración y Negocios Teresa C. Jara (Grupo Quark) Staff Liliana Teresa Vallejo, Mariela Vallejo, Diego Vallejo Sistemas: Paula Mariana Vidal Red y Computadoras: Raúl Romero Video y Animaciones: Fernando Fernández Legales: Fernando Flores Contaduría: Fernando Ducach Técnica y Desarrollo de Prototipos: Alfredo Armando Flores México Administración y Negocios Patricia Rivero Rivero, Margarita Rivero Rivero Staff Ing. Ismael Cervantes de Anda, Ing. Luis Alberto Castro Regalado, Victor Ramón Rivero Rivero, Georgina Rivero Rivero, José Luis Paredes Flores Atención al Cliente Alejandro Vallejo [email protected] Director del Club SE: [email protected] Grupo Quark SRL San Ricardo 2072 - Capital Federal www.webelectronica.com.ar www.webelectronica.com.mx www.webelectronica.com.ve Grupo Quark SRL y Saber Electrónica no se responsabiliza por el contenido de las notas firmadas. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efectos de prestar un servicio al lector, y no entrañan responsabilidad de nuestra parte. Está prohibida la reproducción total o parcial del material contenido en esta revista, así como la industrialización y/o comercialización de los aparatos o ideas que aparecen en los mencionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorización por escrito de la Editorial. númeroderegistrodePropiedadintelectualVigente:966999

DEL DIRECToR AL LECToR

¿Tendremos 4G en el 2015? Bien, amigos de Saber Electrónica, nos encontramos nuevamente en las páginas de nuestra revista predilecta para compartir las novedades del mundo de la electrónica. Como me viene sucediendo desde hace un tiempo, al momento de escribir este editorial me cuesta tomar la decisión sobre qué compartir con ustedes, por un lado siento deseos de comentarles los tremendos problemas por los que está atravesando la distribución de revistas y el suculento aumento en sus costos, lo que dificulta enormemente mantener el precio de esta publicación y, por el otro lado no puedo dejar pasar el hecho de que la tecnología avanza a pasos agigantados y aún no estamos a la altura de las circunstancias. Me decido por un comentario tecnológico: “Parece increíble que estemos hablando de tecnología 4G para telefonía celular cuando los principales países de América Latina tienen problemas para transmitir datos en 3G”. Hace tiempo que diferentes operadores “dicen” estar operando en 4G y, hasta donde yo sé “es mentira”... hay operadores que orecen servicios DEMO en determinados lugares pero recién “es probable” que tengamos el servicio en unos cuantos meses. Los usuarios de telefonía celular que queremos realizar transferencia de paquetes de datos en 3G, desde hace un tiempo, notamos los graves problemas que tenemos como consecuencia de la falta de asignación de bandas, frecuencias o como se las quiera llamar. Es más, la saturación del sistema en las principales ciudades hace que “hablar por teléfono” sea casi una odisea y no es porque la estructura no esté preparada sino porque lo que está detrás, lo que tiene que ver con decisiones políticas y económicas (la infraestructura) está dejando mucho que desear. Pese a estos inconvenientes hay operadores que están ofreciendo servicios de telefonía de gran ancho de banda y lo llaman servicio “4G” lo cuál no está del todo bien dado que todavía no hay una definición sobre tal sistema. Lo que ofrecen es el servicio “LTE” que está compitiendo con Wi-Max para ver quién se queda con el servicio de telefonía celular por IP. No deja de causarme asombro cómo la situación económica prevalece sobre la actualidad tecnológica… estamos preparados para el gran salto tecnológico y sólo es necesario que se tomen decisiones políticas y económicas. Mientras tanto, en esta edición explicamos por qué en muchos países el “ultramoderno” iPhone 5 no puede funcionar en LTE y también le comentamos como se puede dar servicio técnico a estos aparatos. Po motivos de espacio no hemos podido incluir el material correspondiente a los iPods e iPads, pero Ud. puede descargar el material desde nuestra web: www.webelectronica.com.ar, haciendo clic en el ícono password e ingresando la clave para lectores: “tecnoapple”. ¡Hasta el mes próximo!

Ing. Horacio D. Vallejo

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Auto Eléctrico

Control y Limpieza de los Inyectores del Automóvil La comprobación de los inyectores se debe hacer cuando se detecte un funcionamiento deficiente de los mismos. Los síntomas de mal funcionamiento de los inyectores son: la emisión de humos negros por el escape, la falta de potencia del motor, calentamiento excesivo, aumento del consumo de combustible y ruido de golpeteo del motor. Puede localizarse el inyector defectuoso haciendo la prueba de desconectarle el conducto de llegada de combustible mientras el motor está en funcionamiento. En estas condiciones se observa si el humo del escape ya no es negro, se cesa el golpeteo, etc., en cuyo caso, el inyector que se ha desconectado es el defectuoso. Hay que tener en cuenta que si desconectamos un inyector el motor tiene que caer de vueltas, esto demuestra, que el inyector si que esta funcionando. INTRODUCCIÓN Los inyectores son electroválvulas. En su interior hay una bobina, una armadura, un resorte y una válvula, tal como se puede apreciar en la imagen de la figura 1. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de la bobina, se crea un campo magnético que hace que la válvula se abra. En la figura 2 podemos apreciar el despiece de un inyector en la que se detallan las partes que lo componen. Después de un tiempo prolongado del uso de un vehículo con sistema de inyección de gasolina se debe efectuar la limpieza de los inyectores, debido a la formación de sedimentos en su interior que impiden la pulverización adecuada del combustible dentro del cilindro, produciendo marcha lenta irregular y pérdida

de potencia que, poco poco, se va apreciando en la conducción. Figura 1

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Auto Eléctrico Figura 2

En las casas o tiendas especializadas o en estaciones de servicio se pueden adquirir líquidos limpiadores de inyectores que se pueden agregar al combustible, y que son relativamente efectivos. Estos limpiadores se le pueden agregar al combustible periódicamente, considerando este procedimiento como un programa de mantenimiento regular. Otra forma de limpiar los inyectores mas rápidamente consiste en introducir en el sistema de inyección solventes desincrustadores directamente con el combustible; se colocan en las tuberías mientras el motor se encuentra en marcha acelerada a un nivel de R.P.M. que permita el arrastre de las incrustaciones y el carbón que se puedan haber depositado en los inyectores. A esta forma de limpieza se la denomina “limpieza de inyectores sin desmontar del motor”. Otro procedimiento de mayor efectividad, es el de limpiar los inyectores desmontándolos de su alojamiento y también desmontando los rieles de combustible. Una vez que tenga estos componentes fuera del motor debe sumergir los rieles en solventes para limpieza de los mismos y a los inyectores debe colocarlos en equipo de limpieza por ultrasonido para que puedan desprenderse de su interior todos los residuos carbonosos y luego hacerlos funcionar a cada uno con un generador de pulsos. Terminada la operación de limpieza, se montan los inyectores en un banco de caudales para reproducir el funcionamiento y medir el rendimiento de cada uno. La diferencia en el rendimiento de todos los inyectores no debe superar el 10 por ciento.

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En aquellos casos que un o unos inyectores se encuentren por debajo del 10 por ciento del mejor se deben inspeccionar para ver si todavía no están suficientemente limpios o reemplazarlos por defectuosos. Cuando se reinstalan los inyectores se deben reemplazar los anillos de cada inyector para asegurarse para que no se produzcan perdidas de combustible que son tan peligrosas. Cuando se trabaja en las tuberías de combustible en un sistema de inyección se debe tener muy en cuenta que el sistema puede estar bajo presión, por lo tanto lo primero que se debe hacer antes de desmontar algo, es sacarle la presión de combustible remanente, para lo cual se deben colocar alrededor de las tuberías trapos absorbentes o papeles que puedan retener todo el combustible para que no se derrame, porque puede ser fatal, considerando el grado de inflamabilidad de la gasolina. Figura 3


control y limpieza de los inyectores del Automóvil VERIFICACIÓN Y LIMPIEZA DEL INYECTOR Si sabemos que el inyector tiene algún tipo de problema en su funcionamiento, deberá procederse al desmontaje del mismo para verificar el estado de sus componentes y realizar la oportuna limpieza, la cual, en principio, se efectúa con varillas de latón con punta afilada y cepillas de alambre, también de latón, figura 3. Con estos útiles se limpian las superficies externas e internas de la tobera y la aguja, para retirar las partículas de carbonilla depositadas en ellas, sin producir ralladuras que posteriormente dificultarían el funcionamiento. Las incrustaciones fuertes en lugares poco accesibles, como el taladro de la tobera, pueden ablandarse sumergiendo ésta en agua mezclada con soda cáustica y detergente. Posteriormente debe ser limpiada y secada, para sumergirla a continuación en gasoil hasta el momento del montaje.

COMPROBACIÓN En lo que se refiere a la verificación de componentes, deberán inspeccionarse las caras de unión del soporte de la tobera y del portainyector. Si existen ralladuras, corrosión o deformaciones, deberán sustituirse. También se examinaran las superficies de acoplamiento de la aguja del inyector y la tobera. Un tono azulado de estas superficies indica que han funcionado a temperaturas excesivas, a las cuales, pueden producirse el destemplado del material, por cuya causa deben ser sustituidas ambas piezas. El asiento de la aguja debe presentar un buen acabado mate en las zonas de contacto, sin escalón indicativo de desgaste excesivo. Si se encuentran ralladuras en estas zonas, deberán se sustituidos estos componentes, teniendo en cuenta el ajuste entre la aguja y su tobera. Se comprobará igualmente que la aguja se desliza Figura 4

fácilmente en el interior de la tobera, sin agarrotamiento ni holguras. Colocada la tobera en posición vertical, como muestra la figura 4, la aguja debe caer hasta el fondo del asiento por su propio peso. Apretándola ligeramente con la mano contra su asiento, al invertir la posición de la tobera, la aguja debe mantenerse sobre su asiento, si ambos están impregnados de gasoil y, al golpearla ligeramente con los dedos, deberá caer libremente. En caso de que esto no ocurra, deberá efectuarse nuevamente la limpieza y desincrustación y, si esto no fuese suficiente, se sustituirá el conjunto. En el portainyector deberá comprobarse la varilla de empuje, que no debe estar deformada ni presentar señales de golpes o deformaciones, prestando especial atención a su estado de desgaste. También debe comprobarse el estado del muelle y el dispositivo de reglaje. Finalizadas las operaciones de verificación y limpieza del inyector, deberá comprobarse la elevación de la aguja en su asiento, la cual esta limitada en el funcionamiento durante la inyección, cuando el extremo superior de la aguja hace contacto con la superficie de acoplamiento del portainyector. La elevación de la aguja debe estar comprendida dentro de ciertos limites, si se quiere obtener una inyección eficaz y una duración razonable de la tobera, no será suficiente para permitir el paso de toda la carga de combustible sin restricciones, lo cual provoca un descenso considerable de la presión necesaria para que el combustible salga a través de los orificios de la tobera, con lo cual, empeora la penetración y la pulverización en la cámara de combustión. Por lo contrario, una elevación excesiva provoca un fuerte golpe de la aguja contra su asiento en el momento de cierre, que acorta considerablemente la duración de la tobera.

MEDICIONES La verificación de la elevación de la aguja se realiza como se muestra en la figura inferior, con la ayuda de un reloj comparador son soporte. En una primera medida, se acopla el útil "adaptador" (zona rayada en la figura 5) al extremo posterior de la aguja y se coloca el reloj comparador sobre él, de manera que su palpador apoye contra el extremo de la aguja, efectuando la lectura en estas condiciones. Después se introduce la aguja en la tobera, apoyando esta ultima contra el adaptador y el palpador del reloj comparador contra el extremo de la aguja, realizando nuevamente la lectura. La diferencia de estas dos medidas da como resultado el levantamiento de la aguja, que debe ser el estipulado por el fabricante. En caso contrario deberá sustituirse el conjunto de aguja y tobera. Saber Electrónica Nº 308

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Auto Eléctrico PRUEBAS Si queremos comprobar el perfecto funcionamiento del inyector sin tener que desarmarlo, nos bastara con desmontarlo del motor y utilizar uno de los comprobadores que hay para esta función. La comprobación del funcionamiento consiste en determinar si el inicio de la inyección se produce a la presión estipulada y la pulverización obtenida es correcta. Para realizar estas verificaciones se dispone de un comprobador, en el que se sitúa el inyector en un acoplamiento adecuado, conectando al mismo un tubería de alta presión que le hace llegar combustible desde una bomba manual, a una determinada presión, indicada por un manómetro. La prueba del inyector se efectúa en varias fases, que son las siguientes: 1) Verificación de la pulverización Montado el inyector sobre el comprobador (figura 6) de manera que vierta el chorro sobre la cámara, o un recipiente, se accionara la palanca de mando hasta conseguir la inyección de combustible en un chorro continuo. Accionando la palanca con una secuencia rápida, se observara el chorro de combustible vertido y la dispersión del mismo, que debe formar un cono incidiendo en la bandeja. Irregularidades en la forma o disposición del chorro implican el desmontaje del inyector y la limpieza del mismo con las herramientas apropiadas, cuidando de no rayar las superficies. Al tiempo que se realiza esta prueba, se analizara también el ruido que se produce en la inyección, cuyas características dan idea del estado

Figura 5

del inyector. Para que el inyector pulverice correctamente el combustible, es preciso que su aguja oscile hacia atrás y hacia adelante a una frecuencia muy elevada en la fase de inyección. Esta vibración emiten un ruido muy suave, que puede percibirse accionando la bomba con una cadencia de uno o dos bombeos por segundo. Este zumbido desaparece cuando la cadencia es más rápida, siendo sustituido por un silbido que puede percibirse a partir de cuatro

Figura 6

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control y limpieza de los inyectores del Automóvil al desmontaje y limpieza del inyector y al tarado del mismo a la presión correcta. Esta operación de tarado se realiza apretando o aflojando el tornillo de reglaje (3, de la figura 7) o interponiendo calces calibrados (arandelas) entre el muelle y la carcasa, según los casos. 3) Goteo Accionando lentamente la palanca de mando de la bomba de mando de la bomba de manera que la presión se mantenga por debajo de la de tarado y próxima a este valor, se constatara que no existe goteo del inyector. Lo contrario indica un defecto de estanqueidad que implica el desmontaje y limpieza del inyector, principalmente la superficie cónica de asiento de la aguja.. Si con esta operación no se corrige el goteo, deberá sustituirse la tobera. 4) Fuga de retorno Accionando la palanca de mando de la bomba del comprobador hasta obtener una presión en el inyector de aproximadamente 10 bar por debajo de la de tarado, se cerrará la válvula de paso de combustible de que está provisto el comprobador. En estas condiciones, debe Figura 7 observarse un descenso lento de la aguja del o seis bombeos por segundo. Hasta la aparición del sil- reloj comparador, que indica el nivel de fuga de retorno. bido, la pulverización que se obtiene está a veces inco- Generalmente se considera correcto un inyector, en rrectamente repartida o deshilachada. Cuando la caden- cuanto a nivel de fuga de retorno, si la presión se mancia de bombeo sea rápida, el chorro habrá de ser neto, tiene por encima de 50 bar mas de seis segundos, parfinamente pulverizado y formado un cono perfectamente tiendo de una presión de 100 bar. La fuga de retorno indicentrado en el eje de simetría del inyector. ca la cantidad de combustible que sale entre la varilla de la válvula de aguja y el cuerpo de la tobera, hacia el retor2) Tarado de la presión no. Esta fuga debe existir en una cierta proporción, para Accionando la palanca de mando de la bomba con lubricar estos componentes. Si es pequeña, indica una una cadencia aproximada de 60 emboladas por minuto, escasa holgura entre la aguja y la tobera. Si la fuga es se observará la lectura máxima alcanzada en el manó- excesiva, indica mayor holgura de la necesaria y deberá metro, que corresponde a la presión de tarado del inyec- sustituirse o repararse la tobera. tor, la cual debe ser la estipulada por el fabricante. Si la De esta manera damos por concluido este artículo, presión de apertura es superior a la prescrita, es síntoma en la próxima entrega veremos cómo son los equipos de de que la aguja del inyector limpieza por ultrasonido y de esta "pegada", o a una obsqué manera se los emplea trucción parcial de la tobera, o para limpiar a los inyectores. bien a una precarga incorrecta A modo ilustrativo, en la figura del muelle de presión. 8 se puede observar el aspecSi la presión es inferior a la to físico de un inyector de prescrita, lo cual suele sucegasolina. J der cuando el inyector ha funcionado más de 50.000 km, ello suele ser debido a falta de BIBLIOGRAFÍA: tensión del muelle de presión Cise Electrónica Figura 8 Mecanicavirtual.org o rotura del mismo. En cualquier caso, deberá procederse Afivionadosalamecanica.net Saber Electrónica Nº 308

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Micro - Curso Micro 1.qxd:*Cap 4 - telefonia 02/21/2013 13:55 Página 54

Microcontroladores

eL Mundo de Los MicrocontroLadores

Lección 1:

Prácticamente desde su aparición, allá por el año 1986, en Saber Electrónica destacamos la importancia de los microcontroladores en el mundo de la electrónica. Hemos escrito más de 50 artículos, 10 libros de texto y varios cursos sobre componentes de distintas familias. Sin embargo, el tema nunca se agota y siempre se puede dar una nueva vista que nos permita conocer cada vez mejor a estos procesadores en un solo chip con los que podemos aprender y capacitarnos en nuestra vida profesional. A partir de este número comenzamos con la edición de un curso de microcontroladores de MicroElectronika (www.mikroe.com) a quienes agradecemos por permitirnos compartir este importantísimo material, invitando a todos los lectores a que visiten la página de referencia para obtener importante material de apoyo. www.mikroe.com INTRODUCCIÓN La situación actual en el campo de los microcontroladores se ha producido gracias al desarrollo de la tecnología de fabricación de los cir-

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cuitos integrados. Este desarrollo ha permitido construir las centenas de miles de transistores en un chip. Esto fue una condición previa para la fabricación de un microprocesador. Las primeras microcomputadoras se fabricaron al añadir-


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M icrocoNtroladorES : “loS S iStEMaS

les periféricos externos, tales como memoria, líneas de entrada/salida, temporizadores u otros. El incremento posterior de la densidad de integración permitió crear un circuito integrado que contenía tanto al procesador como periféricos. Así es cómo fue desarrollada la primera microcomputadora en un solo chip, denominada más tarde microcontrolador. Los principiantes en electrónica creen que un microcontrolador es igual a un microprocesador. Esto no es cierto. Difieren uno del otro en muchos sentidos. La primera y la más importante diferencia es su funcionalidad. Para utilizar al microprocesador en una aplicación real, se debe de conectar con componentes tales como memoria o componentes buses de transmisión de datos. Aunque el microprocesador se considera una máquina de computación poderosa, no está preparado para la comunicación con los dispositivos periféricos que se le conectan. Para que el microprocesador se comunique con algún periférico, se deben utilizar los circuitos especiales. Así era en el principio y esta práctica sigue vigente en la actualidad. Por otro lado, al microcontrolador se le diseña de tal manera que tenga todas las componentes integradas en el mismo chip. No necesita de otros componentes especializados para su aplicación, porque todos los circuitos necesarios, que de otra manera correspondan a los periféricos, ya se encuentran incorporados. Así se ahorra tiempo y espacio necesario para construir un dispositivo.

QUÉ PUEDEN HACER LOS MICROCONTROLADORES Para entender con más facilidad las razones del éxito tan grande de los microcontroladores, vamos a prestar atención al siguiente ejemplo. Hace unos 10 años, diseñar un dispositivo electrónico de control de un ascensor de un edificio de varios pisos era muy difícil, incluso para un equipo de expertos. ¿Ha pensado alguna vez en qué requisitos debe cumplir un simple ascensor? ¿Cómo lidiar con la situación cuando dos o más personas lla-

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man al ascensor al mismo tiempo? ¿Cuál llamada tiene la prioridad? ¿Cómo solucionar las cuestiones de seguridad, de pérdida de electricidad, de fallos, de uso indebido? Lo que sucede después de resolver estos problemas básicos es un proceso meticuloso de diseñar los dispositivos adecuados utilizando un gran número de los chips especializados. Este proceso puede tardar semanas o meses, dependiendo de la complejidad del dispositivo. Cuando haya terminado el proceso, llega la hora de diseñar una placa de circuito impreso y de montar el dispositivo. ¡Un dispositivo enorme! Es otro trabajo difícil y tardado. Por último, cuando todo está terminado y probado adecuadamente, pasamos al momento crucial y es cuando uno se concentra, respira profundamente y enciende la fuente de alimentación. Esto suele ser el punto en el que la fiesta se convierte en un verdadero trabajo puesto que los dispositivos electrónicos casi nunca funcionan apropiadamente desde el inicio. Prepárese para muchas noches sin dormir, correcciones, mejoras... y no se olvide de que todavía estamos hablando de cómo poner en marcha un simple ascensor. Cuando el dispositivo finalmente empiece a funcionar perfectamente y todo el mundo esté satisfecho, y le paguen por el trabajo que ha hecho, muchas compañías de desarrollo estarán interesadas en su trabajo. Por supuesto, si tiene suerte, cada día le traerá una oferta de trabajo de un nuevo inversionista. Sin embargo, si lo requieren para trabajar en el control de los elevadores de un nuevo edificio que tiene cuatro pisos más de los que ya maneja su sistema de control. ¿Sabe cómo proceder? ¿Cree acaso que se pueden controlar las demandas de sus clientes? Pensamos que usted va a construir un dispositivo universal que se puede utilizar en los edificios de 4 a 40 pisos, una obra maestra de electrónica. Bueno, incluso si usted consigue construir una joya electrónica, su inversionista le esperará delante de la puerta pidiendo una cámara en el ascensor o una música relajante en caso de fallo de ascensor. O un ascensor con


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Microcontroladores dos puertas. De todos modos, la ley de Murphy es inexorable y sin duda usted no podrá tomar ventaja a pesar de todos los esfuerzos que ha hecho. Por desgracia, todo lo que se ha dicho hasta ahora sucede en la realidad. Esto es lo que “dedicarse a la ingeniería electrónica” realFigura 1


mente significa. Es así como se hacían las cosas hasta aparición de los microcontroladores diseñados - pequeños, potentes y baratos. Desde ese momento su programación dejó de ser una ciencia, y todo tomó otra dirección ... El dispositivo electrónico capaz de controlar


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un pequeño submarino, una grúa o un ascensor como el anteriormente mencionado, ahora está incorporado en un sólo chip. Los microcontroladores ofrecen una amplia gama de aplicaciones y sólo algunas se exploran normalmente. Le toca a usted decidir qué quiere que haga el microcontrolador y cargar un programa en él con las instrucciones apropiadas. Antes de encender el dispositivo es recomendable verificar su funcionamiento con ayuda de un simulador. Si todo funciona como es debido, incorpore el microcontrolador en el sistema. Si alguna vez necesita cambiar, mejorar o actualizar el programa, hágalo. ¿Hasta cuándo se deben hacer modificaciones? Hasta quedar satisfecho. Eso puede realizarse sin ningún problema. Vea en la figura 1 una caracterización sobre los pasos que debe seguir un principiante para la programación. Sabía usted que todas las personas pueden ser clasificadas en uno de 10 grupos, en los que están familiarizados con el sistema de numeración binario y en los que no están familiarizados con él. Si no entendió lo anterior significa que todavía pertenece al segundo grupo. Si desea cambiar su estado, lea el siguiente texto que describe brevemente algunos de los conceptos básicos utilizados más tarde en este libro (sólo para estar seguro de que estamos hablando en los mismos términos).

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¡Muy simple! ¿Se podría expresar de una forma más desarrollada? Por supuesto que sí: 764 = 4 + 60 + 700 ¿Aún más desarrollado? Sí: 764 = 4*1 + 6*10 + 7*100 ¿Podría este número parecer un poco más “científico”? La respuesta es sí otra vez: 764= 4*100 + 6*101 + 7*102. ¿Qué significa esto realmente? ¿Por qué utilizamos exactamente estos números 100, 101 y 102 ? ¿Por qué es siempre el número 10? Es porque utilizamos 10 dígitos diferentes (0, 1, 2...8, 9). En otras palabras, es porque utilizamos el sistema de numeración en base 10, es decir el sistema de numeración decimal, figura 2.

NÚMEROS, NÚMEROS, NÚMEROS... ¡La matemática es una gran ciencia! Todo es tan lógico y simple... El universo de los números se puede describir con sólo diez dígitos. ¿Realmente tiene que ser así? ¿Necesitamos exactamente esos 10 dígitos? Por supuesto que no, es sólo cuestión del hábito. Acuérdese de las lecciones de la escuela. Por ejemplo, ¿qué significa el número 764? Cuatro unidades, seis decenas y siete centenas.

Figura 2

SISTEMA DE NUMERACIÓN BINARIO ¿Qué pasaría si utilizáramos sólo dos números 0 y 1?


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Microcontroladores Si sólo pudiéramos afirmar (1) o negar (0) que algo existe. La respuesta es “nada especial”, seguiríamos utilizando los mismos números de la misma manera que utilizamos hoy en día, no obstante ellos parecerían un poco diferentes. Por ejemplo: 11011010. ¿Cuántas son realmente 11011010 páginas de un libro? Para entenderlo, siga la misma lógica como en el ejemplo anterior, pero en el orden invertido. Tenga en cuenta que se trata de aritmética con sólo dos dígitos 0 y 1, es decir, del sistema de numeración en base 2 (sistema de numeración binario). Vea la figura 3.

Evidentemente, se trata del mismo número representado en dos sistemas de numeración diferentes. La única diferencia entre estas dos representaciones yace en el número de dígitos necesarios para escribir un número. Un dígito (2) se utiliza para escribir el número 2 en el sistema decimal, mientras que dos dígitos (1 y 0) se utilizan para escribir aquel número en el sistema binario. ¿Ahora está de acuerdo que hay 10 grupos de gente? ¡Bienvenido al mundo de la aritmética binaria! ¿Tiene alguna idea de dónde se utiliza? Excepto en las condiciones de laboratorio estrictamente controladas, los circuitos electrónicos más complicados no pueden especificar con exactitud la diferencia entre dos magnitudes (dos valores de voltaje, por ejemplo), si son demasiado pequeños (más pequeños que unos


pocos voltios). La razón son los ruidos eléctricos y fenómenos que se presentan dentro de lo que llamamos “entorno de trabajo real” (algunos ejemplos de estos fenómenos son los cambios imprevisibles de la tensión de alimentación, cambios de temperatura, tolerancia a los valores de los componentes etc...). Imagínese una computadora que opera sobre números decimales al tratarlos de la siguiente manera: 0=0V, 1=5V, 2=10V, 3=15V, 4=20V... 9=45V ¿Alguien dijo baterías? Una solución mucho más fácil es una lógica binaria donde 0 indica la ausencia de voltaje, mientras que 1 indica la presencia de voltaje. Simplemente, es fácil de Figura 3 escribir 0 o 1 en vez de “no hay voltaje” o “ hay voltaje”. Mediante el cero lógico (0) y uno lógico (1) la electrónica se enfrenta perfectamente y realiza con facilidad todas las operaciones aritméticas. Evidentemente, se trata de electrónica que en realidad aplica aritmética en la que todos los números son representados con sólo dos dígitos y donde sólo es importante saber si hay voltaje o no. Por supuesto, estamos hablando de electrónica digital.

SISTEMA DE NUMERACIÓN EXADECIMAL En el principio del desarrollo de las computadoras era evidente que a la gente le costaba mucho trabajar con números binarios. Por eso, se estableció un nuevo sistema de numeración, que utilizaba 16 símbolos diferentes. Es llamado el sistema de numeración hexadecimal. Este sistema está compuesto de 10 dígitos a los que estamos acostumbrados (0, 1, 2, 3,... 9) y de seis letras del alfabeto A, B, C, D, E y F. ¿Cuál es el propósito de esta combinación aparentemente extraña? Basta con mirar cómo todo en la historia de


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los números binarios encaja perfectamente para lograr una mejor comprensión del tema. Vea la figura 4. Figura 4

El mayor número que puede ser representado con 4 dígitos binarios es el número 1111. Corresponde al número 15 en el sistema decimal. En el sistema hexadecimal ese número se representa con sólo un dígito F. Es el mayor número de un dígito en el sistema hexadecimal. ¿Se da cuenta de la gran utilidad de estas equivalencias? El mayor número escrito con ocho dígitos binarios es a la vez el mayor número de dos dígitos en el sistema hexadecimal. Tenga en cuenta que una computadora utiliza números binarios de 8 dígitos. ¿Acaso se trata de una casualidad?

CÓDIGO BCD El código BCD (Binary-Coded Decimal Código binario decimal) es un código binario utilizado para representar a los números decimales. Se utiliza para que los circuitos electrónicos puedan comunicarse con los periféricos utilizando el sistema de numeración decimal o bien utilizando el sistema binario dentro de “su propio mundo”. Consiste en números binarios de 4 dígitos que representan los primeros diez dígitos (0, 1, 2, 3...8, 9). Aunque cuatro dígitos pueden hacer 16 combinaciones posibles en total, el código BCD normalmente utiliza a las primeras diez.

CONVERSIÓN DE SISTEMAS DE NUMERACIÓN El sistema de numeración binario es el que utilizan los microcontroladores, el sistema deci-

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mal es el que nos resulta más comprensible, mientras que el sistema hexadecimal presenta un balance entre los dos. Por eso, es muy importante aprender cómo convertir los números de un sistema de numeración a otro, por ejemplo, cómo convertir una serie de ceros y unos a una forma de representación comprensible para nosotros.

CONVERSIÓN DE NÚMEROS BINARIOS A DECIMALES Los dígitos en un número binario tienen ponderaciones diferentes lo que depende de sus posiciones dentro del número que están representando. Además, cada dígito puede ser 1 o 0, y su ponderación se puede determinar con facilidad al contar su posición empezando por la derecha. Para hacer una conversión de un número binario a decimal es necesario multiplicar las ponderaciones con los dígitos correspondientes (0 o 1) y sumar todos los resultados. La magia de la conversión de un número binario a decimal funciona de maravilla... ¿Tiene dudas? Vea el ejemplo de la figura 5.

Figura 5

Cabe destacar que es necesario utilizar sólo dos dígitos binarios para representar a todos los números decimales de 0 a 3. Por consiguiente, para representar los números de 0 a 7 es necesario utilizar tres dígitos binarios, para representar los números de 0 a 15 - cuatro dígitos etc. Dicho de manera sencilla, el mayor número binario que se puede representar utilizando n dígitos se obtiene al elevar la base 2 a la potencia n. Luego, al resultado se le resta 1. Por ejemplo, si n=4: 24 - 1 = 16 - 1 = 15


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Microcontroladores Por consiguiente, al utilizar 4 dígitos binarios, es posible representar los números decimales de 0 a 15, que son 16 valores diferentes en total.

CONVERSIÓN DE NÚMEROS HEXADECIMALES DECIMALES

A

Para realizar una conversión de un número hexadecimal a decimal, cada dígito hexadecimal debe ser multiplicado con el número 16 elevado al valor de su posición. Como ejemplo, vea la representación de la figura 6.

CONVERSIÓN DE NÚMEROS HEXADECIMALES A BINARIOS No es necesario realizar ningún cálculo para convertir un número hexadecimal a binario. Los dígitos hexadecimales se reemplazan simplemente por los cuatro dígitos binarios apropiados. Ya que el dígito hexadecimal máximo es equivalente al número decimal 15, es necesario utilizar cuatro dígitos binarios para representar un dígito hexadecimal. Vea la figura 7.

nifica en realidad la sentencia: “Es necesario contar 110 productos en una cadena de montaje”? Dependiendo del sistema en cuestión (binario, decimal o hexadecimal), el resultado podría ser 6, 110 o 272 productos, respectivamente. Por consiguiente, para evitar equivocaciones, diferentes prefijos y sufijos se añaden directamente a los números. El prefijo $ o 0x así como el sufijo h marca los números en el sistema hexadecimal. Por ejemplo, el número hexadecimal 10AF se puede escribir así: $10AF, 0x10AF o 10AFh. De manera similar, los números binarios normalmente obtienen el sufijo % o 0B. Si un número no tiene ni sufijo Figura 6 ni prefijo se considera decimal. Desafortunadamente, esta forma de marcar los números no es estandarizada, por consiguiente depende de la aplicación concreta. La mostrada en la figura 8 es tabla comparativa que contiene los valores de números 0-255 representados en tres sistemas de numeración diferentes. Esto es todo por ahora, en la próxima edición analizaremos a los circuitos lógicos que “siempre” están presentes en un microcontrolador. J

Figura 7

MARCAR LOS NÚMEROS El sistema de numeración hexadecimal, junto con los sistemas binario y decimal, se consideran los más importantes para nosotros. Es fácil realizar una conversión de cualquier número hexadecimal a binario, además es fácil de recordarlo. Sin obstante, estas conversiones pueden provocar una confusión. Por ejemplo, ¿qué sig-


Figura 8

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ISSN: 1514-5697 - Año 12 Nº 158

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pags 16 ok:ArtTapa 02/19/2013 13:04 Página 16

Descarga de CD

CD: Hornos a Microondas Funcionamiento, mantenimiento, Reconocimiento de paRtes y RepaRación Editorial Quark SRL, Saber Internacional S.A. de C.V., el Club SE y la Revista Saber Electrónica presentan este nuevo producto multimedia. Como lector de Saber Electrónica puede descargar este CD desde nuestra página web, grabar la imagen en un disco virgen y realizar el curso que se propone. Para realizar la descarga tiene que tener esta revista al alcance de su mano, dado que se le harán preguntas sobre su contenido. Para realizar la descarga, vaya al sitio: www.webelectronica.com.ar, haga clic en el ícono password e ingrese la clave “CD-1410”. Deberá ingresar su dirección de correo electrónico y, si ya está registrado, de inmediato podrá realizar la descarga siguiendo las instrucciones que se indiquen. Si no está registrado, se le enviará a su casilla de correo la dirección de descarga (registrarse en webelectronica es gratuito y todos los socios poseen beneficios).

Módulo 1 - Los Hornos a Microondas El control de potencia y la disipación del mag- Algunos casos de service Introducción Cómo Funciona un Horno de Microondas El Magnetrón genio y figura Estructura del magnetrón Funcionamiento del Magnetron en el horno Medición de Componentes y reparación del horno Magnetron Diodo de alto voltaje Condensador Termistor Transformador Temporizador Selector de potencia Placa de control Placa de entrada y fusibles Lámpara de iluminación Motor rotatorio Ventilador Switches de puerta, cable, interloook Resistencia grill Lámina de Mica

Módulo 2 - Más Sobre los Hornos de Microondas Curso de funcionamiento, mantenimiento y reparación de hornos a microondas en 10 lecciones Lección 1 Introducción Energía térmica Las uniones moleculares Calentamiento por radiación electromagnética Circuitos resonantes de microondas Apéndice 1 Medición de sobreelevación de temperaturas en líquidos Los circuitos resonantes Lección 2 Introducción Leyes del movimiento de los electrones libres Estructura del magnetrón Circuito práctico de alimentación del magnetrón El funcionamiento completo del magnetrón

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netrón Fallas en un magnetrón Lección 3 Introducción Transferencia de energía en bajas frecuencias Transferencia de energía media Transferencia de energía en altas frecuencias Transmisión y reflexión de los microondas El horno como una cavidad resonante con puerta Lección 4 Introducción Longitud de onda de los microondas Cavidad principal o guía de onda perforadas Interruptores de seguridad Método de congelación de radiaciones La construcción de la ventana Lección 5 Introducción El horno de microondas con control electromágnetico El horno de microondas con control electrónico Lección 6 Introducción Evolución histórica de los teclados El teclado de membrana Reparación de un teclado de membrana Teclados matricáles Lección 7 Introducción Iluminación de la cavidad principal Resonantes piezoeléctricos (buzzer) El display termoiónico Circuito completo de display y teclado Reemplazo del display Lección 8 Introducción Sensores de gases y vapor Sensores de temperatura Lección 9 Introducción Encendido del magnetrón, la iluminación y el ventilador Las llaves de sensado de apertura de puerta El circuito del primario del transformador

saber electrónica nº 308

Lección 10 Introducción La mortaja de aluminio La muleta (conceptos generales) La muleta (concepto definitivo) La nueva electrónica El servicio técnico de hornos de microondas Lección 11 Informe de seguridad Nº 1 Informe de seguridad Nº 2 Lección 12 3 casos de fallas y soluciones en hornos a microondas

Módulo 3 – Video Aquí se encontrará con un Video de 40 minutos de duración que incliuye los siguientes temas: Desarme de un Hornos a Microondas Reconocimiento de Partes El Magnetrón Técnicas de reparación

Módulo 4 - Información Adicional Detector de Fugas de Microondas Uno de los aspectos a tener en cuenta cuando se realiza el servicio a un horno a microondas, es que éste no tenga fugas que puedan causar problemas en la salud de quien lo maneje. En este módulo proponemos el armado de un circuito experimental que puede servir para “captar” microondas y otras señales de radiofrecuencia. El prototipo es sencillo y su montaje no reviste inconvenientes ni ajustes especiales.

Módulo 5 - Manuales de Servicio y Guías Prácticas de Reparación En este módulo se incluyen diferentes manuales de hornos a microondas. Por razones de espacio no podemos listar todos los manuales (se proponen las marcas y modelos más comercializados en América Latina ya sean de fabricación local, europea, asiática y/o americana).

Lección E3L2.qxd:LECC 1 .qxd 02/19/2013 14:13 Página 17

Curso DE TéCniCo supErior En ElECTróniCa

Teoría

ETAPA 3 - LECCIÓN Nº 2

Circuitos Digitales de Funciones Específicas En la lección anterior estudiamos los elementos de memoria y ya estamos listos para comenzar a analizar los circuitos digitales de funciones específicas, tema que veremos en esta entrega. inTroDuCCión El proceso de fabricación de las diferentes familias ha posibilitado la realización en circuitos integrados digitales de sistemas combinacionales complejos, constituidos por un gran número de compuer tas lógicas en un solo chip. Se llama circuito combinacional a aquél en que el estado lógico de su salida depende únicamente del estado lógico de sus entradas; es decir, no se tiene en cuenta la noción del tiempo. Existen circuitos lógicos donde el estado de la salida en un instante no sólo depende del estado lógico de las entradas en ese instante, sino también del estado lógico de las entradas en instantes anteriores; es decir, entra en juego la variable tiempo. Se dice que el circuito tiene memoria. Estos circuitos se llaman secuenciales y los analizaremos más adelante. Entre estos circuitos integrados de funciones especiales podemos encontrar: - Codificadores: Un codificador es un circuito combinacional que tiene 2m entradas (o menos que 2m) y m salidas, de forma tal que, cuando una de las entradas está excitada, a la salida se genera un código de m bits correspondiente a la entrada excitada. Cumple, por lo tanto, la función inversa a la del decodificador. En la figura 1 se da el esquema en bloques de un codificador de 2m entradas y m salidas. - Decodificadores: Un decodificador es un circuito que tiene n líneas de entrada (bits de instrucción) y 2n líneas de salida (o menor que 2n) y opera excitando sólo una de las líneas de salida en función de la combinación de bits de entrada. Los decodificadores se clasifican en excitadores y no excitadores, según sus salidas puedan o no controlar respectivamente un indicador visual (display). En la figura 2 se da el diagrama en bloques de un decodificador de n líneas de entrada y 2n líneas de salida. - Multiplexores: Los multiplexores o selectores de datos son circuitos combinacionales que tienen m entradas de datos y una sola línea de salida. Tiene además n entradas de selección tal que 2n = m. Mediante las entradas de selección se elige la información presente en cualquiera de las entradas y se la conduce a la única línea de salida. Cumple la función opuesta al demultiplexor. Cada combinación binaria presente en las entradas de selección, selecciona la información presente en una de las entradas para ser enviada a la línea o canal de salida. En la figura 3 se ha esquematizado un multiplexor de 2n entradas y una salida.

Figura 1

Figura 2

Figura 3

- Demultiplexores: Un demultiplexor es un circuito combinacional que tiene una entrada de datos D y m salidas. Posee además n entradas de selección tal que 2n = m. La información aplicada en el canal de entrada de datos D, se puede hacer aparecer en cualquiera de las m salidas, aplicando a las entradas de selección la combinación adecuada.


17


lección 2, Etapa 3 Figura 4

En la figura 4 se reproduce el diagrama de un demultiplexor de n entradas y 2n salidas. Además de estos cuatro sistemas combinacionales, en este capítulo veremos comparadores, sumadores y generadores de paridad. Analicemos en detalle cada bloque: CoDiFiCaDorEs Como ya hemos dicho, un codificador es un circuito combinacional que tiene 2m entradas (o menos que 2m) y m salidas, de forma tal que, cuando una de las entradas está excitada, a la salida se genera un código de m bits correspondiente a la entrada excitada. Un ejemplo típico es el teclado de una computadora, donde por cada tecla oprimida se produce una combinación de bits de salida. Por ejemplo, si se utiliza el código ASCII de 7 bits tenemos 27 = 128 combinaciones posibles de entrada. Cuando se activa una de estas 128 líneas de entrada, a la salida se genera el código de 7 bits que codifica la línea de entrada activa. Ahora, si se oprime la tecla correspondiente al Nº 1, a la salida tengo los 7 bits que codifican dicho número. Para analizar la construcción de un codificador, supongamos diez entradas (10 teclas) que corresponden a los números decimales del 0 al 9. Al tener 10 entradas necesitamos 4 salidas para codificar esas 10 entradas (24 = 16 combinaciones posibles, de las cuales solo usaremos diez). Es un codificador BCD natural. Para quitar dudas, dicho de otra forma, son necesarias 4 salidas porque tenemos 10 entradas, y recuerde que se tienen m salidas y 2m entradas o menos. Si m = 3; 23 = 8, o sea 8 entradas. Como las entradas son 10, las salidas son 4; entonces m = 4 y 24 = 16. En este caso 10<2m. Damos a continuación, un cuadro donde se detalla el estado que tendrá cada salida en función de cual sea la "tecla" accionada. Dicha tecla accionada se representa con el nivel lógico "1" en dicho cuadro. —————————————————————————————————————— ENTRADAS SALIDAS —————————————————————————————————————— E9 E8 E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1 E0 S3 S2 S1 S0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 —————————————————————————————————————— La entrada E0 representa la tecla del número decimal 0, la entrada E1 la tecla del número decimal 1, la entrada E9 la tecla correspondiente al Nº9, etc. Suponemos que la entrada excitada corresponde al estado lógico 1 (tecla que estamos oprimiendo). Si E1 = 1 (tecla oprimida) y las demás entradas están en 0, a la salida tenemos 0001, que es el número 1 codificado en BCD natural. Si E2 = 1 y las demás entradas están en 0, a la salida tenemos 0010 que es el número 2 codificado en BCD natural, y así sucesivamente. Para realizar el codificador que estuvimos analizando con compuer tas lógicas, obtenemos la expresión lógica de las 4 salidas. Se entiende que con distintas

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Teoría compuer tas OR se puede construir un codificador como el mostrado en la figura 5.

Figura 5

S0 = E1 + E3 + E5 + E7 + E9 S1 = E2 + E3 + E6 + E7 S2 = E4 + E5 + E6 + E7 S3 = E8 + E9 Si se activa la línea E4, pone un 1 en la salida S2 y; es decir, tenemos 0100, que es el número 4 codificado en BCD natural. En el codificador del ejemplo, cuando todas las entradas están bajas, corresponde al 0 decimal. Es decir, no se permite diferenciar entre la situación de que todas las entradas están inactivas y aquélla en que está activa E0. Una posibilidad es agregar una quinta línea de salida P1 que, si vale 1, detecta que hay alguna entrada activa y, si vale 0, todas las entradas E0 a E9 están inactivas (no se oprimió ninguna tecla). La expresión lógica de la salida P1 es entonces: P1 = E0 + E1 + E2 + E3 + E4 + E5 + E6 + E7 + E8 + E9 Se puede realizar el codificador anterior por medio de una matriz de diodos, obteniendo el circuito de la figura 6. Para la construcción de dicho circuito, donde hay un "1" en la tabla de verdad se coloca un diodo; donde hay un "0" no se coloca nada. Este circuito se llama matriz codificadora a diodos y corresponde al esquema de una memoria ROM primitiva. ROM significa Read Only Memory (memoria sólo de lectura), con lo cual una vez construido el circuito no es posible escribir información. DECoDiFiCaDorEs

Figura 6

Un decodificador es un circuito que posee n líneas de entrada (bits de instrucción) y 2n líneas de salida (o menor que 2n) y opera excitando sólo una de las líneas de salida en función de la combinación de bits de entrada. Los decodificadores se clasifican en excitadores y no excitadores, según sus salidas puedan o no controlar respectivamente un indicador visual (display). En un sistema digital se pueden transmitir tanto instrucciones como números. Si, por ejemplo, los 4 bits de un mensaje se emplean para transmitir órdenes, se pueden lograr 16 instrucciones diferentes, o 16 combinaciones diferentes. Cuando se opera de manera que, para cada combinación de entrada, sólo una de las líneas de salida esté excitada, tendremos un circuito que trabaja como decodificador. Según el tipo de decodificador se considera excitada la salida que está en el estado lógico 0 y no excitada la que está en el estado lógico 1, o viceversa. Con el siguiente cuadro, y de acuerdo a lo dicho hasta el momento, construiremos un decodificador BCD natural a decimal. —————————————————————————————————————— ENTRADAS SALIDAS —————————————————————————————————————— D C B A Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 0 0 0 0 0 0

0 1

0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 11 1

1 1


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lección 2, Etapa 3 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ——————————————————————————————————————

Figura7

Atendiendo al cuadro anterior, podemos realizar el desarrollo de un decodificador con compuer tas NAND e inversores, tal como se muestra en la figura 7. Consideramos línea de salida excitada a la que está en el estado lógico "0" y no excitada la que está en el estado lógico "1". Recordemos que en una compuer ta NAND la salida está en el estado lógico "0" si, y sólo si, todas las entradas están en el estado lógico "1". El subíndice de la salida Q indica el número decimal decodificado. Por ejemplo, si en las entradas tengo: D C 1 0

B 0

A 1

Esta combinación corresponde al decimal 9 por lo que se excita la salida Q9, El circuito integrado de este decodificador tiene como mínimo 4 entradas y 10 salidas. Considerando las conexiones de alimentación y de tierra, necesita un encapsulado de 16 patas. Las entradas negadas A, B, C, D, se obtienen por medio de inversores en el propio chip. Como se emplean compuer tas NAND, una salida es 0 (baja) para la combinación deseada de entrada, y es 1 (alta) para las otras combinaciones de entrada. El esquema en bloques del decodificador anterior se muestra en la figura 8. Hay aplicaciones donde algunas veces se desea inhibir las salidas del decodificador; es decir, que en algún momento todas las salidas estén en el estado no excitado.

Figura 8

Para ello a cada compuer ta NAND se le agrega una entrada adicional E (Enable). - Si E = 0 las compuertas NAND están inhabilitadas y tiene lugar la decodificación. - Si E = 1 como en una NAND un "0" a la entrada pone un "1" a la salida independientemente de las demás entradas, todas las salidas estarán en el estado no excitado y, por lo tanto, no se realiza la decodificación. El circuito funciona como decodificador cuando E = 0.

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Teoría MulTiplExorEs

Figura 9

Los multiplexores son circuitos combinacionales que tienen m entradas de datos y una sola línea de salida. Tiene además n entradas de selección tal que 2n = m. Mediante las entradas de selección se elige la información presente en cualquiera de las entradas y se la conduce a la única línea de salida. Cada combinación binaria presente en las entradas de selección, selecciona la información presente en una de las entradas para ser enviada a la línea o canal de salida. Cambiando la combinación binaria en las entradas de selección, en la salida aparece la información presente en la entrada seleccionada. Analicemos un multiplexor de 4 canales de entrada a 1 canal de salida como el mostrado en la figura 9. En la figura 10 se reproduce el diagrama de un multiplexor de 4 entradas a 1 salida con operadores lógicos de distinto tipo que posee 4 entradas de datos y dos entradas de selección para presentar en la salida la información requerida. En la misma figura se da el símbolo más utilizado para representar a un multiplexor. La tabla de verdad que explica el funcionamiento de este multiplexor, es la siguiente: —————————————————————————————————————— E1 E0 D3 D2 D1 D0 Z —————————————————————————————————————— habilita 0 0 X X X 0 0 D0 0 0 X X X 1 1 habilita D1

0 0

1 1

X X

X X

0 1

X X

0 1

habilita D2

1 1

0 0

X X

0 1

X X

X X

0 1

Figura 10

habilita 1 1 0 X X X 0 D3 1 1 1 X X X 1 —————————————————————————————————————— Se deduce que cuando E0 = E1 = 0, se habilita el canal D0, y la información presente en esta entrada pasa a la salida Z. Si D0 = 1, Z = 1; si D0 = 0, Z = 0. El multiplexor puede tener, además, una entrada de habilitación E. Si E = 1, todas las entradas o canales están inhabilitados independientemente de la combinación binaria aplicada a las entradas de selección (sabemos que en una AND, un "0" a la entrada pone un "0" a la salida independientemente de las demás entradas). Si E = 0, el multiplexor está habilitado y las entradas de selección determinan cuál es el canal de entrada habilitado. Las principales aplicaciones de un multiplexor son: - Conversor paralelo serie: la palabra de entrada se carga en paralelo (1 bit por cada entrada) y se saca en serie por la única salida. Por ejemplo, para una palabra de 4 bits se utiliza un multiplexor de 4 entradas (una para cada bit) y 2 entradas de selección. Mediante un contador se van cambiando en forma secuencial las combinaciones binarias en las entradas de selec-


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lección 2, Etapa 3 ción. Inicialmente tenemos en la entrada de selección 00 y a la salida el primer bit de la palabra; luego, en la entrada de selección tenemos 01 y en la salida el segundo bit de la palabra, y así sucesivamente, hasta volver a tener 00 en las entradas de selección. Como generalmente las palabras tienen una longitud de 8 bits o de 16 bits, se utilizan multiplexores de 8 canales y de 16 canales de entrada. - Multiplexor por división de tiempo (TDM). - Generador de funciones lógicas. DEMulTiplExorEs Como se ha mencionado opor tunamente, un demultiplexor cumple la función inversa a la de un multiplexor, es decir, "conducir” una información presente en una entrada de datos hacia una de las muchas salidas, de acuerdo con la información presente en las entradas de selección. Dicho de otra manera, la entrada de datos D recibe una secuencia de bits en serie, que serán entregados a las líneas de salida que son seleccionables mediante las n entradas de selección. Esto significa que por el canal de entrada de datos se recibe el mensaje de entrada y se distribuye a las líneas de salida en función de las entradas de selección. Veamos un demultiplexor de un canal de entrada de datos y 8 canales de salida tal como el mostrado en la figura 11, la tabla que representa el funcionamiento es la siguiente:

Figura 11

—————————————————————————————————————— CB A Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 —————————————————————————————————————— 00 0 0 1 1 1 1 1 1 1 00 1 1 0 1 1 1 1 1 1 01 0 1 1 0 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 0 1 1 1 1 10 0 1 1 1 1 0 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 0 1 1 11 0 1 1 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 0 —————————————————————————————————————— Consideramos que la salida está excitada con un "0" y no excitada con un "1". Si en las entradas de selección se aplica 000, se selecciona la salida Q0, por lo cual la señal de datos aplicada a la entrada D la tenemos a la salida Q0, ya que si D = 0 entonces Q0 = 0; si D = 1, Q0 = 1. El demultiplexor es un conversor serie/paralelo. Los datos ingresan en serie y se sacan en paralelo. La aplicación típica es el TDM (multiplexado por división de tiempo).

Figura 12

Un decodificador decimal se puede conver tir en un demultiplexor de un canal de entrada de datos y 8 salidas, utilizando la entrada D como entrada de datos, y las entradas A, B, C como entradas de selección. Si en las entradas de selección tengo 000, está seleccionada la salida Q0. Si en D hay un "0", entonces Q0 = 0; si en D hay un "1", entonces Q0 = 1. De la misma manera, un decodificador hexadecimal (4 a 16) se puede conver tir en un demultiplexor de una entrada de datos y 16 salidas, utilizando una de las entradas de habilitación E como entrada de datos, tal como se muestra en la figura 12.

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Teoría - Si E2 = "1" el demultiplexor está inhabilitado. - Si E2 = "0" el demultiplexor está habilitado.

Figura 13

En este ejemplo estamos utilizando E1 como entrada de datos y E2 como entrada de habilitación. - Si el demultiplexor está habilitado (E2 = 0) y en las entradas de selección se aplica 0000 se seleccionará el canal Q0. - Si en la entrada de datos (E1) hay un "0", entonces Q0 = 0. - Si en E1 hay un "1", entonces Q0 = 1. El símbolo lógico del demultiplexor recomendado por el IEEE se muestra en la figura 13. Los decodificadores/demultiplexores se utilizan en las estructuras de direccionamiento de memoria, en la conversión serie/paralelo en los sistemas de transmisión de datos, y también como generador de funciones lógicas. oTros CirCuiTos CoMbinaCionalEs Con los cuatro dispositivos vistos, se pueden construir elementos que cumplan con otras funciones. Damos a continuación algunos de ellos: Decodificador BCD Exceso Tres a Decimal Combinando dos decodificadores decimales se puede realizar un conver tidor de cualquier código BCD a decimal, por ejemplo BCD exceso 3, Aiken, etc. En la figura 14 se muestra como la combinación de 2 decodificadores decimales da como resultado un conversor de código BCD a decimal.

Figura 14

Veamos la tabla que ejemplifica el funcionamiento de este circuito. —————————————————————————————————————— X3 X2 X1 X0 DECODIF. 1 DECODIF. 2 —————————————————————————————————————— 0 0 0 0 Q0 Q8 0 0 0 1 Q1 Q9 0 0 1 0 Q2 1 0 0 1 1 Q3 1 0 1 0 0 Q4 1 0 1 0 1 Q5 1 0 1 1 0 Q6 1 0 1 1 1 Q7 1 1 0 0 0 Q8 Q0 1 0 0 1 Q9 Q1 1 0 1 0 1 Q2 1 0 1 1 1 Q3 1 1 0 0 1 Q4 1 1 0 1 1 Q5 1 1 1 0 1 Q6 1 1 1 1 1 Q7 —————————————————————————————————————— Se puede comprender que los tres bits menos significativos se aplican a las tres entradas de ambos decodificadores y el más significativo (X3) se aplica directamente a la entrada de uno de ellos y, en forma inver tida a la entrada del otro decodificador.


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lección 2, Etapa 3 Se deben elegir diez salidas que tomen el valor "0" cuando en las entradas (X0 a X3) se presenta una de las combinaciones del código BCD que se desea decodificar a decimal. Para decodificar información en BCD exceso 3 se dejan libres las tres primeras combinaciones del decodificador 1 (Q0 a Q2) y las tres últimas del decodificador 2 (Q5 a Q7). Ya que:

Figura 15

———————————————————————————— BCD EXCESO 3 DECIMAL ———————————————————————————— 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 2 0 1 1 0 3 0 1 1 1 4 1 0 0 0 5 1 0 0 1 6 1 0 1 0 7 1 0 1 1 8 1 1 0 0 9 ———————————————————————————— El circuito resultante se muetra en la figura 15, donde N son las salidas del decodificador BCD exceso tres conver tidas en decimal.

Figura 16

Decodificador Hexadecimal (4 a 16) Si se desea seleccionar 1 de 16 salidas, un decodificador decimal no alcanza por lo cual se debe construir otro circuito. Se utiliza un decodificador hexadecimal (4 a 16) como el de la figura 16. Dicho circuito tiene dos entradas de habilitación E1 y E2. El decodificador estará habilitado solamente para la combinación E2 = 0 y E1 = 0. De acuerdo a lo anterior, un "1" en cualquier entrada de habilitación es suficiente para inhabilitar el decodificador.

Figura 17

Una aplicación inmediata del decodificador hexadecimal es generar funciones lógicas de 4 variables, de la misma manera que el decodificador decimal permite generar funciones lógicas de 3 variables. Con dos decodificadores hexadecimales se obtiene un decodificador de 5 entradas y 32 salidas que permite generar funciones lógicas de 5 variables, tal como se analiza en el diagrama circuital de la figura 17. En dicho circuito, de las dos entradas de habilitación, E1 y E2, una se utiliza como tal y la otra para la quinta variable X4. E2 0 0 1 1

X4 0 1 0 1

decodificador 1 habilitado decodificador 2 habilitado ambos decodificadores inhabilitados ambos decodificadores inhabilitados

Para las primeras 16 combinaciones binarias se tiene que:

24



Teoría X4 = 0 do.

Esto hace que el decodificador 1 esté habilitado y el decodificador 2 inhabilita-

- Si X4 = 1 el decodificador 1 está inhabilitado y el decodificador 2 está habilitado y, con él, se decodifican las 16 combinaciones restantes. Decodificadores BCD a 7 Segmentos

Figura 18

Los decodificadores-excitadores de BCD a 7 segmentos son circuitos integrados digitales que permiten transformar el código BCD natural en 7 señales que se aplican a cada uno de los 7 segmentos que componen el indicador luminoso (diodos emisores de luz o cristales líquidos) y que sirven para visualizar el número decimal. El símbolo de este componente se muestra en la figura 18. En la figura 19 se observa la presentación de los números decimales en el indicador (display). Algunos decodificadores en circuitos integrados digitales bajo la tecnología TTL son:

Figura 19

- 7442: Decodificador BCD natural a decimal. - 74154: Decodificador dual de 4 entradas a 16 salidas. - 74155: Decodificador dual de 2 entradas a 4 salidas más entrada de habilitación. Los dados corresponden a decodificadores-demultiplexores. Por otro lado, algunos decodificadores-excitadores BCD a 7 segmentos son: 7446, 7447, 7448, 7449... Entre otros.

Figura 20

En la figura 20 se da el símbolo empleado para los decodificadores y el caso par ticular del 7442. ConvErsor DE CóDigo 0 roM En la figura 21 se da el esquema de una ROM (memoria sólo de lectura) y también de un conversor de código utilizando un decodificador y un codificador. Un conversor de código es un circuito digital que tiene n entradas y m salidas. Para cada combinación de bits de entrada se produce una combinación de bits de salida. El conversor de código cambia información de una forma codificada a otra; es decir, pasa de un código a otro.

Figura 21

Se lo puede considerar como un decodificador del código de entrada seguido de un codificador del código de salida. Convier te un código de n bits en otro de m bits. El decodificador detecta la presencia de un estado codificado y genera una salida para cada estado. El codificador realiza la función opuesta; es decir, recibe una entrada sin codificar y entrega una salida codificada a ser procesada por otro circuito lógico.


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lección 2, Etapa 3

Figura 22

La relación funcional entre la información de entrada y de salida tiene lugar en el codificador. Como esta información queda almacenada permanentemente, se dice que tiene memoria y que es una memoria sólo de lectura que puede leerse tantas veces como se desea pero, como la relación funcional entre la entrada y la salida queda fijada al construirse el circuito, esta memoria no se puede grabar, no se puede modificar. La información es grabada en el momento de fabricación y no puede modificarse; sólo se puede leer. En la figura 22 se da el símbolo de un conversor octal a binario y de otro conversor decimal a BCD. CoMparaDorEs Los comparadores son circuitos lógicos que permiten comparar dos números binarios A y B, de n bits cada uno. Como resultado de la comparación se determina si:

Figura 23

A>B A=B A
Figura 24

—————————————————————————————————————— ENTRADAS SALIDAS —————————————————————————————————————— B A I M D 0 0 1 0 0I = 1 si A = B 0 1 0 1 0M = 1 si A > B 1 0 0 0 1D = 1 si A < B 1 1 1 0 0 —————————————————————————————————————— Las distintas funciones aritméticas que se deben cumplir para cada salida son: _ _ _____ I = A . B + A . B = A ⊕B _ M=A.B _ D=A.B

FUNCIÓN LÓGICA COMPARACIÓN

De acuerdo a esto, en la figura 24 se da la realización con compuer tas de un comparador binario.

Figura 25

Supongamos que queremos comparar ahora dos números binarios A y B de cuatro bits cada uno, tal como queda demostrado en el símbolo de la figura 25. Podemos escribir la tabla de verdad y analizar todas las combinaciones posibles; sin embargo, resulta muy engorroso, ya que tenemos 28 = 256 combinaciones posibles. El sistema binario permite utilizar un método más simple. Podemos utilizar cuatro comparadores de 1 bit. Cada comparador compara un bit de A con un bit de B; es decir, con un comparador se compara el cuarto bit de A con el cuarto bit de B; con otro comparador se compara el tercer bit de A con el tercer bit de B y así sucesivamente. Por ejemplo, si:

26



Teoría A → 1110

y

B → 1110

Figura 26

Realizando las comparaciones se tiene: A3 = B3 A2 = B2 A1 = B1 A0 = B0 La función I de salida será I = I3 . I2 . I1 . I0, es decir, la salida I del comparador de 4 bits será 1 si las salidas de los cuatro comparadores de un bit valen 1. Vamos a considerar el caso en que A > B, la salida M del comparador de 4 bits será "1" si se cumple: A3 > B3 A3 = B3 A3 = B3 A3 = B3

ó y A2 > B2 ó y A2 = B2 y A1 > B1 ó y A2 = B2 y A1 = B1 y A0 > B0

Si a las salidas M de cada comparador de un bit las llamamos M3, M2, M1 y M0, la expresión lógica de la salida M del comparador de 4 bits será: M = M3 + M2 . I3 + M1 . I3 . I2 + M0 . I3 . I2 . I1 De la misma manera, la salida D del comparador de cuatro bits será: D = D3 + D2 . I3 + D1 . I3 . I2 + D0 . I3 . I2 . I1 El circuito lógico desarrollo con compuer tas del comparador de 4 bits se muestra en la figura 26. Comparadores de 4 Bits Para comparar dos números de mayor cantidad de bits que cuatro, se pueden utilizar varios comparadores de 4 bits conectados en cascada y para ello hace falta utilizar un comparador con extensión de entradas en cascada, cuyo símbolo se da en la figura 27. Note que posee las entradas convencionales A y B (A0 a A4 y B0 a B4), pero además se tienen las entradas C (C1 a C4) que en determinados casos pueden tomar cualquier valor, tal como queda especificado en la siguiente tabla: —————————————————————————————————————— A,B C1 C2 C3 A'>B' A'=B' A'B X X X 1 0 0 A
Figura 27

Donde X puede tomar el valor "0" o el valor "1". Las entradas adicionales C1, C2, C3 permiten realizar la comparación de números binarios con cualquier cantidad de bits. Con dos dispositvos como estos se pueden comparar dos números de 8 bits.


27


lección 2, Etapa 3

Figura 28

Las salidas A>B; A=b y A B, pone un "1" en la salida A > B. Si A < B, pone un "1" en la salida A < B.

Figura 29

Esto es independiente de las entradas C1, C2, C3. Si en la comparación de los 4 bits más significativos resulta que A = B, entonces hay que ver qué pasa con los 4 bits menos significativos (primer comparador); es decir, interesa lo que ocurre en las entradas auxiliares C1, C2, C3. Luego, puede ocurrir que: C1 = 1 entonces A > B ó C2 = 1 entonces A = B ó C3 = 1 entonces A < B En la figura 29 se da el símbolo recomendado por el IEEE. CirCuiTo suMaDor La operación aritmética básica es la suma y cualquiera sea la base del sistema de numeración utilizado, el mecanismo empleado para realizar dicha operación es siempre el mismo. Por ejemplo: DECIMAL

BINARIO

8

1000

8 ______

1000 _______

+

15

10000

Como regla se sabe que, si al sumarse los dígitos de una columna (incluyendo lo que me llevo) alcanzan el valor de la base, se produce un acarreo, es decir, un "transpor te" a la columna siguiente. Por ejemplo, al sumar en binario 10 + 11, se tiene como resultado el Nº 101, ya que: Transpor te

→ 1 +

10

11 ————— 101

Esto significa que hay que tener en cuenta el transpor te de los dígitos anteriores. Atento a lo dicho, la tabla de verdad de la suma binaria es:

28



Curso DE TéCniCo supErior En ElECTróniCa

Teoría

—————————————————————————————————————— SUMANDOS SUMA BINARIA ACARREO —————————————————————————————————————— a+b S C 0+0 0 0 0+1 1 0 1+0 1 0 1+1 0 1 —————————————————————————————————————— La suma aritmética binaria da como resultado dos cifras, una que llamamos S (suma ) y otra que llamamos C (carry). Para realizar la suma aritmética binaria con compuer tas lógicas, tenemos que realizar un circuito de 2 entradas y 2 salidas (una correspondiente a la suma y otra que se deberá al acarreo). La tabla de verdad del circuito sumador es: —————————————————————————————————————— ENTRADAS SALIDAS B A S C —————————————————————————————————————— 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 —————————————————————————————————————— S=A.B+A.B C=A.B

Figura 30

(FUNCIÓN LÓGICA EX-OR)

El circuito lógico de un sumador de estas características tendrá dos compuer tas, tal como se muestra en la figura 30. En la misma, a la izquierda se da el circuito y a la derecha el símbolo correspondiente. En realidad, el esquema eléctrico que hemos representado se llama semisumador, ya que permite sumar solamente los dos primeros bits. Para sumar dos números binarios de más de un bit se utiliza un sumador total que tiene en cuenta el acarreo de la etapa previa y el acarreo a la etapa siguiente y cuyo símbolo ya hemos representado. Teniendo en cuenta que: Cn = ACARREO DE LA ETAPA n, y Cn-1 = ACARREO DE LA ETAPA PREVIA La tabla de verdad que representa el funcionamiento de un sumador total es: —————————————————————————————————————— ENTRADAS SALIDAS Cn-1 Bn An Sn Cn —————————————————————————————————————— 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 ——————————————————————————————————————


29


lección 2, Etapa 3

Figura 31

Si Cn-1 = 0 (no hay acarreo de la etapa previa), el circuito se compor ta como un semisumador. El análisis de las expresiones lógicas de las salidas arrojan la expresión que representa el acarreo Cn: Cn = AnCn-1 + AnBn + BnCn-1 Luego, en la figura 31 se da el esquema eléctrico de un circuito sumador con compuer tas. Si queremos sumar dos números de cuatro bits debemos utilizar cuatro sumadores totales. La suma se efectúa en paralelo y el acarreo se transpor ta en serie. El diagrama en bloques del sumador total de 4 bits es el representado en la figura 32. Los acarreos intermedios no tienen salida al exterior, dado que no son necesarios para efectuar ninguna operación. Si queremos sumar dos números de 8 bits con dos sumadores de 4 bits, el acarreo de salida de uno de los sumadores se conecta al acarreo de entrada del otro.

Figura 32

En la figura 33 se da el símbolo recomendado por el IEEE para el sumador total y para el semisumador. CoMprobaDor DE biT DE pariDaD Un comprobador de bit de paridad es un circuito combinacional que, cuando funciona como generador, produce un bit de paridad en la transmisión de una palabra de datos y en el caso de que funcione como detector de paridad, genera también un bit que indica si la palabra de datos recibida es correcta o incorrecta (no tiene error o tiene errores). Esto significa que la aplicación más impor tante de este circuito es la detección de errores en los códigos detectores de error, como así también generar el bit de paridad en esos códigos. En la figura 34 se da el circuito de un generador de bit de paridad construido con compuer tas lógicas. El circuito puede trabajar con paridad par (cantidad par de "1") o con paridad impar (cantidad impar de "1"), según se establezca previamente.

Figura 33

Para generar el bit de paridad en la transmisión, se introduce la palabra de 8 bits en paralelo en las entradas D0 a D7. Si se trabaja con paridad par, se coloca un "0" en la línea D8 y si se decide trabajar con paridad impar se coloca un "1" en la línea D4. Esto significa que si se trabaja con paridad impar y la palabra a transmitir tiene una cantidad par de "1", el bit P de paridad es "1"; en cambio, si la palabra a transmitir (D0 a D7) tiene un número impar de "1", el bit P de paridad que se obtiene es un "0". Un ejemplo para paridad impar sería: PALABRA A TRANSMITIR 11111001 11011100

Bit P 1 0

Se han dado dos palabras, una que necesita un"1" en el bit de paridad y otra que requiere de un"0". Si se trabaja con paridad par, se coloca D8 = 0. Si la palabra a transmitir tiene una cantidad par de "1", el bit P de paridad es "0"; en cambio si la palabra a transmitir tiene un número impar de "1", el bit P de paridad que se obtie-

30



Teoría ne es un "1". Como ejemplo tenemos: PALABRA A TRANSMITIR 00110011 00111000

Figura 34 Bit P 0 1

El bit de paridad generado es transmitido al extremo distante junto con la palabra de 8 bits; es decir que la palabra transmitida tiene una longitud de 9 bits (8 de datos y 1 de paridad). En el extremo receptor, la palabra de 9 bits recibida (8 bits de datos más 1 de paridad), se coloca en las nueve entradas (D0 a D8) de un generador detector de paridad idéntico al usado en el transmisor. Debido a que la paridad de las palabras transmitidas es conocida (se establece antes de la transmisión), cualquier cambio en la paridad de la palabra recibida indica un error en la transmisión que se detecta con el bit P. Si se trabaja con paridad impar :

Figura 35

P = 0 indica la presencia de error P = 1 la paridad es correcta Si se trabaja con paridad par : P = 1 indica la presencia de error P = 0 la paridad es correcta Por ejemplo, si se trabaja con paridad impar se recibe: 110101111P = 1, paridad correcta 011110110P = 0 indica error Si se trabaja con paridad par y se recibe: 000011110P = 0 paridad correcta 101110001P = 1 indica error El circuito de la figura 34 permite generar el bit de paridad y detectar la presencia de errores en la transmisión. Con este tipo de chequeo de paridad sólo es posible detectar error/errores pero no es posible corregirlo/s, ya que no se sabe dónde está el error o errores. El símbolo recomendado por el IEEE es el mostrado en la figura 35. obTEnCión DE oTras FunCionEs lógiCas Con un decodificador es posible realizar funciones lógicas diferentes. Para ello se par te de una tabla de verdad para conseguir el circuito adecuado. Por ejemplo, dada una tabla de verdad determinada, se debe realizar la función lógica correspondiente con un decodificador. Las posibilidades son muchas y la resolución es siempre simple si se siguen los pasos mencionados en esta lección. Evidentemente, son muchas las aplicaciones que se le pueden dar a los dispositivos analizados. Ud. ya cuenta con la base como para poder interpretar el funcionamiento de circuitos electrónicos que los contengan. J


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lección 2, Etapa 3 Esta es la segunda lección de la tercera etapa del Curso de Electrónica Multimedia, Interactivo, de enseñanza a distancia y por medio de Internet que presentamos en Saber Electrónica Nº 295. El Curso se compone de 6 ETAPAS y cada una de ellas posee 6 lecciones con teoría, prácticas, taller y Test de Evaluación. La estructura del curso es simple de modo que cualquier persona con estudios primarios completos pueda estudiar una lección por mes si le dedica 8 horas semanales para su total comprensión. Al cabo de 3 años de estudios constantes podrá tener los conocimientos que lo acrediten como Técnico Superior en Electrónica. Cada lección se compone de una guía de estudio y un CD multimedia interactivo. El alumno tiene la posibilidad de adquirir un CD Multimedia por cada lección, lo que lo habilita a realizar consultas por Internet sobre las dudas que se le vayan presentando. Tanto en Argentina como en México y en varios países de América Latina al momento de estar circulando esta edición se pondrán en venta los CDs del “Curso Multimedia de Electrónica en CD”, el volumen 1 de la primera etapa corresponde al estudio de la lección Nº 1 de este curso (aclaramos que en Saber Electrónica Nº 295 publicamos la guía impresa de la lección 1), el volumen 6 de dicho Curso en CD corresponde al estudio de la lección Nº 6. Ud. está leyendo la parte teórica de la segunda lección de la tercera etapa y el CD correspondiente es el de la Etapa 3, Lección 2. Para adquirir el CD correspondiente a cada lección debe enviar un mail a: [email protected]. El CD correspondiente a la lección 1 es GRATIS, y en la edición Nº 295 dimos las instrucciones de descarga. Si no poee la revista, solicite dichas instrucciones de descarga gratuita a:

[email protected]

A partir de la lección Nº 2 de la primera etapas, cuya guía de estudio fue publicada en Saber Electrónica Nº 296, el CD (de cada lección) tiene un costo de $25 (en Argentina) y puede solicitarlo enviando un mail a

[email protected]

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Cómo se Estudia este Curso de

Técnico superior en Electrónica

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n Saber Electrónica Nº 295 le propusimos el estudio de una Carrera de Electrónica COMPLETA y para ello desarrollamos un sistema que se basa en guías de estudio y CDs multimedia Interactivos. La primera etapa de la Carrera le permite formarse como Idóneo en Electrónica y está compuesta por 6 módulos o remesas (6 guías de estudio y 6 CDs del Curso Multimedia de Electrónica en CD). Los estudios se realizan con “apoyo” a través de Internet y están orientados a todos aquellos que tengan estudios primarios completos y que deseen estudiar una carrera que culmina con el título de "TéCNICO SUPERIOR EN ELECTRóNICA".

Cada lección o guía de estudio se compone de 3 secciones: teoría, práctica y taller. Con la teoría aprende los fundamentos de cada tema que luego fija con la práctica. En la sección “taller” se brindan sugerencias y ejercicios técnicos. Para que nadie tenga problemas en el estudio, los CDs multimedia del Curso en CD están confeccionados de forma tal que Ud. pueda realizar un curso en forma interactiva, respetando el orden, es decir estudiar primero el módulo teórico y luego realizar las prácticas propuestas. Por razones de espacio, NO PODEMOS PUBLICAR LAS SECCIONES DE PRACTICA Y TALLER de esta lección, razón por la cual puede descargarlas de nuestra web, sin cargo, ingresando a www.webelectronica.com.ar, haciendo clic en el ícono password e ingresando la clave: GUIAE3L2. La guía está en formato pdf, por lo cual al descargarla podrá imprimirla sin ningún inconveniente para que tenga la lección completa. Recuerde que el CD de la lección 1, de la etapa 1, lo puede descargar GRATIS y así podrá comprobar la calidad de esta CARRERA de Técnico Superior en Electrónica. A partir de la lección 2, el CD de cada lección tiene un costo de $25, Ud. lo abona por diferentes medios de pago y le enviamos las instrucciones para que Ud. lo descargue desde la web con su número de serie. Con las instrucciones dadas en el CD podrá hacer preguntas a su "profesor virtual" - Robot Quark- (es un sistema de animación contenido en los CDs que lo ayuda a estudiar en forma amena) o aprender con las dudas de su compañero virtual - Saberito- donde los profesores lo guían paso a paso a través de archivos de voz, videos, animaciones electrónicas y un sinfin de recursos prácticos que le permitirán estudiar y realizar autoevaluaciones (Test de Evaluaciones) periódicas para que sepa cuánto ha aprendido. Puede solicitar las instrucciones de descarga del CD Nº2 de la Tercera Etapa y/o los CDs de las lecciones tanto de la Primera Etapa como de la Segunda Etapa de este Curso enviando un mail a [email protected] o llamando al teléfono de Buenos Aires (11) 4301-8804. Detallamos, a continuación, los objetivos de enseñanza de la sexta lección de la Segunda Etapa del Curso Interactivo en CD:

OBJETIVOS del CD 2, de la ªTercera Etapa del Curso Multimedia de Electrónica Correspondiente a la Lección 2 de la Tercera Etapa de la Carrera de Electrónica. La tercera etapa de la carrera de Técnico Superior en Electrónica está dedicada al estudio de las técnicas digitales. En la lección Nº 2 de esta etapa el alumno estudia a los circuitos integrados digitales de funciones específicas, tales como codificadores, multiplexores y contadores. En la parte práctica aprende a utilizar programas simuladores de circuitos digitales y en la sección taller se lo invita a armar prototipos en la placa entrenadora presentada en la edición anterior.

Manual - desrame iPhone 5.qxd:*Cap 4 - telefonia 02/19/2013 10:08 Página 33

Manuales Técnicos

Desarme y reconocimiento De Partes Del

iPhone

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He aquí, la sexta generación de iPhone! Fue bautizado como… iPhone 5! A todos los lectores les sugiero apretarse el cinturón para asistir al desarme del mejor teléfono celular que he tenido entre mis manos. Tanto Sony, con su Xperia Z, como Samsung con el Galaxy III, han conseguido sendos Smartphones de excelentes características compatibles con el iPhone 5 pero, a mi juicio, aún sigue ganando el de la manzanita. Veremos cómo, con una apariencia delicada y con componentes de fácil acceso, Apple ha logrado diseñar una de las maravillas de la época. Autor: Ing. Horacio Daniel Vallejo - [email protected] l iPhone 5, figura 1, es la sexta generación de los teléfonos celulares fabricado por Apple y posee una serie de mejoras respecto al iPhone 4S que son analizadas en otro artículo de Saber Electrónica. Desde una pantalla más grande, pasando por la incorporación de un conector universal y la mejora en el servicio de redes LTE para tecnología 4G, este celular es

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un adelanto de lo que será en un par de años un equipo de alta gama de uso convencional. Posee una pantalla retina de 4” de 1136 x 640 píxeles (326ppi) Procesador A6 de Apple (SoC) Cámara de 8 megapíxeles iSight Conector universal de 8 pines Ligthning


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Manuales Técnicos Conectividad LTE para 4G Sistema operativo iOS 6

Figura 1

Para desarmar un iPhone, con el objeto de conocer las partes que lo integran, debemos contar con un kit de herramientas específicas para telefonía celular, esto es: Juego de desatornilladores torx Juego de destornilladores estrella pentalobe (de 5 caras) Juego de pinzas y alicates Juego de desatornilladores pala y cruz Puntas y espátulas de plástico Ventosas de distintos tamaños Soldador de punta pequeña de 15W a 30W Equipo soldador con cama de infrarrojos Equipo soldador por aire caliente Accesorios varios Muchas cosas han cambiado en el exterior del iPhone, por lo que es fácil saber cuándo es un iPhone 5. La alteración más evidente en la parte inferior del teléfono es el cambio del conector dock grande de 30 pines por un conector Lightning diminuto. La toma de auriculares se encuentra ahora en la parte inferior del iPhone, justo al lado del micrófono del parlante, además, posee una serie de agujeros en lugar de una malla que cubre la ranura. Otras diferencias notables son el bisel, en comparación con el acero inoxidable que envuelve el 4S, y los bordes biselados entre el bisel y las cubiertas delanteras y traseras, tal como se observa en la figura 2. Para desarmar nuestro iPhone 5, procedemos a realizar los siguientes pasos: Paso 1 Debe quitar los tornillos que están al lado del conector, tal como se muestra en la figura 3. Apple sigue usando tornillos con cabeza Pentalobe, mismos que han estado utilizando


Figura 2

Figura 3

durante los últimos dos años en el iPhone 4 y 4S. Paso 2 Una vez quitado los dos tornillos, es muy fácil quitar la tapa, simplemente con una ventosa, tirando de adelante hacia atrás, como muestra la figura 4, podrá quitar la tapa. Tenga en cuenta que reemplazar una pantalla rota es muy fácil. Compare esto con el iPhone 4S, donde


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Figura 4

tomó 38 pasos para aislar el ensamble de la pantalla, lo que significa que este iPhone es el más fácil de reparar. Paso 3 El conector de la pantalla se mantiene firmemente a la placa base mediante unos torni-

ca, podemos hacer palanca hacia arriba para tirar el conector y desprender la pantalla. Paso 4 Vea en la figura 6 cómo es el interior del iPhone 5. ¿Qué podemos ver desde aquí?

Figura 5

llos Phillips simples, tal como se aprecia en la figura 5. Con una punta de plástico o una uña plástiFigura 6

Una batería más grande Conexiones de la antena Un solo parlante Cámaras Vibradores Botones de Inicio A continuación seguiremos con el desmontaje de nuestro equipo para conocer a fondo las partes que lo integran. Paso 5 Como siempre, desconectamos primero la batería para evitar daños involuntarios. El conector de la batería y un soporte de metal están sujetos por tres tornillos Phillips #


35


Manuales Técnicos 00, tal como se muestra en la figura 7. En el 3GS, el ensamblaje de la pantalla es fácil de sacar, pero la batería era un fastidio. En el 4 y 4S, el ensamblaje de la pantalla tomó 38 pasos, mientras que la batería se saca fácilmente. Nos gusta pensar que Apple ha empezado a adaptar a nuestras preferencias en lo que nos permite eliminar tanto el ensamble de la pantalla como la batería en tan sólo un par de pasos. Paso 6 Una vez quitados los tornillos, utilizamos el extremo plano de una uña de plástico para levantar la batería, que posee algún adhesivo típico, figura 8. Para el iPhone 5, Apple ha empleado a una batería química diferente, con una tensión más alta y con capacidad un poco más grande que el iPhone 4S. Las especificaciones para la batería son las siguientes: Batería iPhone 5: 3.8V - 5.45Wh - 1440mAh. Tiempo de conversación: Hasta 8 horas en 3G. Tiempo en espera: hasta 225 horas. Para el iPhone 4 las especificaciones de la batería son: Batería del iPhone 4S: 3.7V - 5.3Wh - 1432mAh. Tiempo de conversación: Hasta 8 horas en 3G. Tiempo en espera: hasta 200 horas. Podemos comparar estas características con la batería del Samsung Galaxy S III. Batería Samsung Galaxy S III: 3.8V - 7.98Wh 2100mAh. Figura 8


Figura 7

Tiempo de conversación: Hasta 11 horas y 40 minutos en 3G. Tiempo en espera: hasta 790 horas. En la parte posterior de la batería vemos "MFR Sony" y "Cell realizado en Singapur." Buscando en Google determinamos que el fabricante de la batería es Sony. Paso 7 Hay todo tipo de contactos “metal-metal” dentro del iPhone 5. Contactos elásticos para hacer reparaciones sencillas, pero obliga a una cuidadosa atención a la limpieza de todas las piezas antes del montaje. Si tiene grasa o aceite en los dedos puede ensuciar a estos contactos metálicos y provocar fallos en el funcionamiento, por lo tanto, debe tener mucho cuidado de tener sus manos bien limpias. Note un contacto que conecta la estructura de metal alrededor de la cámara de frente con el marco alrededor de la cámara que mira hacia


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Figura 9

atrás, figura 9. Tal vez este marco es una especie de una antena, no estamos seguros. Hablando de antenas, con una uña plástica podemos retirar fácilmente el extremo de un conector de antena, cerca de la batería para quitarla de la placa base (derecha de la figura 9).

dado, como muestra la figura 10. Finalmente libre de sus anclajes, levantamos la placa lógica, fuera de la caja trasera. La placa lógica y la cámara de 8 megapíxeles iSight salen juntas, dejando atrás varios componentes en la carcaza.

Figura 10

Paso 8 Cerca de la parte superior de la carcasa, se encuentra un conector de antena firmemente atornillado al interior de la caja, quítelo con cuiFigura 11

Paso 9 Muchos de los componentes que se incluyen con la tarjeta lógica se mantienen en su lugar con los tornillos y soportes. Al parecer, Apple está muy preocupado de asegurarse de que todos los conectores estén bien ajustados y no se aflojen con el tiempo. Para quitar la tapa de la placa lógica, quitamos los tornillos correspondientes, tal como se muestra en la figura 11. La parte inferior de la placa lógica está repleta de componentes, tal como se puede apreciar en la figura 12. Los principales elementos son: • Módulo amplificador de potencia para GSM / GPRS / EDGE, Skyworks 77352-


37


Manuales Técnicos Figura 12

• Módulo de cambio de antena de RF 15 SWUA 147 228 • Etapa de potencia WCDMA / HSUPA y módulo duplexor para la banda UMTS: Triquint 666083-1229

• Módulo dúplex Avago AFEM-7813 de doble banda LTE B1/B3 PA + FBAR • Módulo amplificador para CDMA: Skyworks 77491-158 • Amplificador de potencia para la banda Figura 13



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Figura 14

LTE: Avago A5613 ACPM-5613 (soporta las bandas de 850MHz, 1800MHz y 2100MHz). En la figura 13 se pueden observar otros componentes que destacan en la placa lógica del iPohne 5, entre ellos mencionamos: • Gestión de potencia de RF: Qualcomm PM8018 RF IC • Memoria NAND flash de 128 GB: Hynix H2JTDG2MBR • Fuente de alimentación: Apple 338S1131 • Amplificadores clase D: Apple 338S1117. Este circuito integrado es un dispositivo de Cirrus Logic, pero no incluye los códec de audio. • Giróscopo de 3 ejes de baja potencia: STMicroelectronics L3G4200D (AGD5/2235/ G8SBI). Es el mismo que tiene el iPhone 4S, la iPad 2 y otros teléfonos inteligentes líderes. • Módulo Wi-Fi Murata 339S0171.

Figura 15

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Paso 10 Ahora, damos vuelta la placa lógica del iPhone 5 y nos reparamos para el plato fuerte: el procesador de aplicaciones A6. En la figura 14 se observa que quitando la cubierta metálica protectora queda al descubierto este impresionante procesador. El procesador A6 es el primero de Apple con Systemon-Chip (SoC) para utilizar un diseño personalizado, con sede fuera del conjunto de instrucciones ARMv7. Debido a que el A6 no es un diseño de la CPU ARM específica, esto le da a Apple la capacidad de adaptar la A6 hacia sus necesidades. Según Chipworks, la etiqueta de serigrafía B8164B3PM denota 1GB DDR2 SDRAM Elpida LP. Por el contrario, en la infografía presentada durante Keynote de Apple, Samsung mostró claramente la RAM (K3PE7E700F) en el A6. No hace mucho tiempo, Apple decidió reducir el número de pedidos de chips de RAM de Samsung. En la figura 15 podemos ver un primer plano del códec de audio de Apple Cirrus 338S1077 ¿Qué hace exactamente un códec de audio? En resumen, es un dispositivo que actúa como un convertidor de digital a analógico y de analógico a digital para codificar y decodificar correctamente las señales de audio. Vea en la figura 16 otros componentes destacados que se encuentran en el reverso de la placa lógica del iPhone 5, cerca del procesador A6, destacamos los siguientes elementos: • Acelerómetro lineal de ultra bajo consumo y alto rendimiento: STMicroelectronics LIS331DLH (2233/DSH/GFGHA) • Pantalla táctil SoC: Texas Instruments 27C245I • Controlador de pantalla táctil: Broadcom BCM5976. Más que un simple controlador de


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Manuales Técnicos

Figura 16

pantalla táctil, Apple salió con una solución multi-chip para manejar el tamaño de pantalla más grande, similar al de la iPad. • Procesador Apple A6 • Modem LTE: Qualcomm MDM9615M • Trabsceptor multibanda de RF: Qualcomm RTR8600, el mismo se encuentra en el Samsung Galaxy S III Como hemos mencionado, el iPhone tiene chips para conectividad con LTE, es decir, tecnología 4G. En la figura 17 se puede apreciar el chip MDM9615M de Qualcomm que es un módem 4G - LTE. Figura 17


El MDM9615M Qualcomm es un modem de 28 nm, LTE (FDD y TDD), + HSPA, EV-DO Rev. B, TD-SCDMA. El MDM9615M permite múltiples espectros, multi-modo de soporte LTE. Es responsable de la transmisión simultánea de voz y transferencia de datos en LTE (siempre que el portador tenga la infraestructura para permitir la transmisión simultánea de voz y datos). También encontramos en la misma figura 17 el chip Qualcomm RTR8600, que es un transceptor de RF multibanda. Este integrado está emparejado con el chip MDM9615 para poder operar en varias bandas, incluyendo 5 bandas Figura 18


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Figura 19

UMTS y LTE y más de 4 bandas EDGE. En la figura 18 tenemos un vistazo más de cerca el controlador de trackpad Broadcom BCM5976. Apple utilizó este mismo chip en el MacBook Air para controlar el trackpad. Aquí, se está trabajando junto con el controlador de pantalla táctil de Texas Instruments para controlar las entradas táctiles en la pantalla Retina. Paso 11 Después de terminar la disección de la placa lógica, dirigimos nuestra atención a la carcasa posterior. Tomamos una uña plástica o una pala Figura 20

y hacemos una pequeña alanca como muestra la figura 19 para separar el conector lightning que incluye la toma de auriculares, parlante y micrófono. Parece que la antena Wi-Fi también está integrado en este conjunto. El iPhone 5 ahora incluye soporte para 2.4 GHz y 5 GHz. Las antenas están dimensionados para ser fracciones de longitudes de onda completa, por lo que el largo de 1,23" representa un cuarto de longitud de onda para la banda de 2,4 GHz. Esta medida es lo suficientemente cercana a 1,18" que representa media longitud de onda para una frecuencia de 5 GHz, es decir, la misma antena sirve para ambas bandas. El primero de los tres micrófonos sale del iPhone 5 junto con el conjunto de conector Lightning, figura 20. Es seguro asumir que el micrófono situado en la parte delantera inferior del dispositivo se utiliza para los comandos de voz y llamadas de voz. Los otros dos micrófonos permanecen en el dispositivo, por ahora, a la espera de que los

Figura 21


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Manuales Técnicos Figura 22

encontremos, en la parte superior del teléfono. El conector Lightning de 8 pines reemplaza al viejo conector clásico de Apple de 30 pines. En la figura 21 podemos ver claramente los ocho cables en el conector Lightning nuevo. Si bien no ha habido ninguna palabra oficial sobre el pin-out para el conector de Lightning, podemos decir con confianza que dos de ellos se utilizará para la energía y la tierrao GND. En cuanto a los otros seis, bueno, eso era una incógnita hasta hace un par de meses, aunque en otro artículo de Saber Electrónica intentamos develar este misterio. Apple afirma que el conector es totalmente digital. Sin embargo, también afirman que el iPhone 5 es compatible con vídeo analógico, salida de audio y VGA, lo que indica que puede haber algún tipo de conversión de señal digital a analógica dentro del cable. Una investigación adicional sobre el conector Lightning muestra una matriz ordenada de pins y un clip para sujetar el cable en su lugar, tal como se puede apreciar en la figura 22. Figura 23


Cada pin es elástico y bañado en oro en el extremo, para asegurar una buena conductividad entre el cable y el enchufe Lightning. Bien, ya habiendo desarmado la placa lógica y visto el conector principal de nuestro teléfono, aún quedan elementos por develar.

Paso 12 Vamos a quitar otros elementos. Usando una escala de alta tecnología, precisión avanzada, llegamos a la conclusión de que toda la parte trasera del iPhone 5, que se muestra en la figura 23, pesa sólo un poco más que la parte trasera de vidrio del 4S. Para quitar el motor de vibración, no tenemos que desoldar nada, ni retirar conectores, simplemente está sustentado por presión, vea en la figura 24 un detalle de este motor en el que se aprecian los contactos de presión. A diferencia del iPhone 4S, que utiliza un vibrador lineal oscilante, Apple ha vuelto al uso de un motor rotativo con un contrapeso. Figura 24


D ESarME

y

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DE

ParTES

DEl i P hoNE

5

Figura 26

Figura 25

Figura 27

Paso 13 El parlante sale fácilmente quitando dos tornillos, como se puede observar en la figura 25, este parlante se conecta a la unidad de display por medio de contactos con resorte. El parlante en el iPhone 4S tiene un cable plano de alimentación, es frágil y requiere mucho trabajo de quitar. En este caso la sustitu-

ción del parlante es mucho más sencilla.

Paso 14 El interruptor o botón de inicio, que se muestra en la figura 26, en el iPhone 5 es reforzado y está en un soporte metálico, lo que mejora su función. Muchos usuarios de iPhone 4 y 4S han experimentado los males de un botón de inicio defectuoso, pero no han sido lo suficientemente valientes como para intentar su reparación. Este nuevo diseño no sólo debe aumentar la longevidad, sino también hace que reemplazar el botón de inicio sea sencillo. Paso 15 Es hora de llegar al panel de LCD. Lo que al principio parecía ser complicado, llegar al panel de LCD se consigue retirando unos cuantos tornillos, tal como se puede observar en la figura 27.

Figura 28


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Manuales Técnicos La placa metálica es probablemente utilizada para el blindaje y la disipación de calor. El contacto tiene resorte cerca de la rosca lo que sugiere que la placa también podría ser utilizada para la conexión a tierra. Paso 16 Llegamos a la cámara; uno de los principales argumentos de venta del iPhone 5 es que cuenta con una cámara iSight de 8 megapíxeles. Aunque es difícil ver muchas diferencias entre esta cámara y el modelo del año pasado en el exterior, Sony hizo algunas mejoras significativas, incluyendo un mejor rendimiento con poca luz y la captura de 40% más rápido de imágenes. La cámara está a la izquierda. En la figura 28 podemos observar detalles de esta cámara. Apple estaba muy orgulloso del hecho de que están utilizando un cristal de zafiro en su nueva y mejorada cámara, figura 29. Dado que el zafiro es un material duro, es razonable que el elemento exterior de la cámara está hecha de zafiro. Tratamos de rayar la cubierta transparente con un par de pinzas de acero y no logramos que se modifique. Si bien esto no confirma que la cubierta protectora está hecha de cristal de zafiro, significa que igualmente es muy dura y resistente a los arañazos. Paso 17 Continuamos con el desmontaje y ¡los hemos encontrado! Así como Apple prometió, hay más micrófonos que residen en la parte superior del disposi-

Figura 29

tivo, figura 30. En primer lugar, nos encontramos con la parte frontal hacia la parte superior del micrófono, presumiblemente para las capacidades de Face Time y parlante. En la parte de atrás se parece a un micrófono triple… Creería que uno de los micrófonos actúa en conjunto con la cámara, el conjunto también sirve para la grabación de video y también se utiliza para cancelar el ruido de fondo cuando se hacen llamadas. En conclusión, este teléfono tiene bastantes mejoras a la hora de tener que realizar un servicio técnico. La mayoría de las reparaciones de iPhone son debido a un frente de cristal roto. La batería se quita con un poco de palanca una vez que el panel frontal se retira. El iPhone 5 todavía utiliza tornillos Pentalobe en el exterior, lo que hace más difícil para abrir el dispositivo. El vidrio delantero, el digitalizador y el LCD son un componente, lo que aumenta el precio de la reparación. J Figura 30


Info espe - que hay .qxd:*Cap 4 - telefonia 02/19/2013 10:12 Página 45

Informe Especial El Apple iPhone 5 es la sexta generación del iPhone, esta vez con una pantalla más grande de 4 pulgadas, aumentando su tamaño a lo alto. Además posee un perfil de tan sólo 7.6 mm siendo uno de los smartphones más delgados del mercado. El iPhone 5 posee un procesador A6 que promete el doble de performance que su predecesor en el iPhone 4S. También es el primer iPhone con soporte LTE global. En este informe mostramos las principales características de este teléfono y cuáles son sus componentes principales. Autor: Ing. Horacio Daniel Vallejo - [email protected]

Qué Hay de Nuevo eN el

iPHoNe INTRODUCCIÓN Para muchos, las ventajas del iPhone 5 sobre su antecesor no son muchas. En mi opinión, las características sobresalientes son la mayor velocidad de proceso de su micro y la

Figura 1

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incorporación de LTE Global que, para 2015 contará con más de 200 redes activas en más de 70 países, en comparación con 40 redes y unos 25 países en la actualidad. Hasta la fecha, la banda armonizada más usada globalmente en despliegues de LTE es la banda de extensión IMT (2500/2600MHz), que constituye más de la mitad de las redes activas en la actualidad. LTE (Long Term Evolution) es un nuevo estándar de la norma 3GPP. Definida para unos como una evolución de la norma 3GPP UMTS (3G) para otros un nuevo concepto de arquitectura evolutiva (4G), figura 1. Lo novedoso de LTE es la interfaz radioeléctrica basada en OFDMA (Octal Multiplex por División de Frecuencia para Acceso a redes celulares) para el enlace descendente (DL) y SC-FDMA para el enlace ascendente (UL).


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Informe Especial La modulación elegida por el estándar 3GPP hace que las diferentes tecnologías de antenas (MIMO) tengan una mayor facilidad de imple-


mentación. A continuación brindamos las características de este smartphone, lo que lo hace muy especial entre sus pares:


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Informe Especial


Art Tapa - Lo¦ügica.qxd:ArtTapa 02/19/2013 12:55 Página 3

Ar tículo de Tapa Como el título lo indica, este capítulo trata los conceptos básicos de los controladores lógicos programables y su analogía con su antesesora “lógica Cableada”. En el capítulo anterior vimos básicamente qué es un PLC y cuál es su arquitectura de trabajo dentro de un sistema de funcionamiento, aquí analizaremos un poco más en detalle la estructura interna del equipo. El material fue pensado como un complemento de los manuales de usuarios de determinados PLCs comerciales (PLC S7-200 de Siemens, entre otros), teniendo en cuenta que aún existen en fábricas profesionales que no poseen conocimientos detallados sobre estos dispositivos electrónicos, dado que su formación en automatismos se remonta a la lógica cableada.

Lógica cabLeada

& autómatas ProgramabLes LÓGICA CABLEADA INDUSTRIAL Lógica cableada o lógica de contactos, es una forma de realizar controles en la que el tratamiento de datos (botonería, fines de carrera, sensores, presóstatos, etc.) se efectúa en conjunto con contactores o relés auxiliares, frecuentemente asociados a temporizadores y contadores. En la acepción de los técnicos electromecánicos, la lógica cableada industrial es la técnica de diseño de pequeños a complejos autómatas utilizados en plantas industriales, básicamente con relés cableados. Para los técnicos en telecomunicaciones e informáticos, la lógica cableada utiliza compuertas lógicas discretas (TTL, CMOS, HCMOS), para implementar circuitos digitales de comunicaciones y computadores. La lógica cableada industrial consiste en el diseño de automatismos con circuitos cableados entre contactos auxiliares de relés electromecánicos, contactores de

potencia, relés temporizados, diodos, relés de protección, válvulas óleo-hidráulicas o neumáticas y otros componentes. Los cableados incluyen funciones de comando y control, de señalización, de protección y de potencia. La unidad de potencia, además de circuitos eléctricos, comprende a los circuitos neumáticos (mando por aire a presión) u óleo hidráulicos (mando por aceite a presión). Crea automatismos rígidos, capaces de realizar una serie de tareas en forma secuencial, sin posibilidad de cambiar variables y parámetros. Si se ha de realizar otra tarea será necesario realizar un nuevo diseño. Se emplea en automatismos pequeños, o en lugares críticos, donde la seguridad de personas y máquinas, no puede depender de la falla de un programa de computación. En sistemas más grandes también se emplea el autómata programable, entre los que se encuentran los PLC, objeto de este texto, la UTR (Unidad Terminal


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Artículo de Tapa Remota) o los relés programables y las computadoras o servidores de uso industrial. Estos autómatas no se programan en lenguajes tradicionales como cualquier computador, se programan en Ladder, lenguaje en el cual las instrucciones no son otra cosa que líneas de lógica cableada. Así el conocimiento de la lógica cableada es de fundamental importancia para quien programa un autómata programable o PLC. La lógica cableada más que una técnica, hoy en día constituye una filosofía que permite estructurar circuitos en forma ordenada, prolija y segura, sea en circuitos cableados o programados. La práctica de la lógica cableada ha sido asimilada por otras ramas de la tecnología como las telecomunicaciones y la informática, con la introducción del cableado estructurado en edificios, oficinas y locales comerciales, lugares donde es poco usual el manejo de esquemas y dibujos de las instalaciones eléctricas, excepto la de potencia, la elaboración de proyectos de detalle y el cableado en forma ordenada mediante el uso borneras y regletas, que pasaron a llamarse “patcheras” en el caso de las redes de datos y telefonía.

INTERPRETACIÓN DE LA LÓGICA CABLEADA Desde un punto de vista teórico la lógica cableada opera de igual forma que la lógica tradicional, donde las variables solamente pueden tener dos estados posibles, “verdadero” o “falso”. En la lógica cableada “verdadero” es igual a un relé energizado o en ON, en el caso de los contactos el estado “verdadero” es el contacto CERRADO. En la lógica cableada un “falso” es igual a un relé desenergizado o en OFF, para los contactos el estado “falso” es el contacto ABIERTO. En los circuitos electrónicos digitales o compuerta lógica, se utiliza el sistema numérico binario; donde verdadero es igual a “1” y falso es igual a “0”. Si se trata de un sistema neumático u óleo-hidráulico, “verdadero” es igual a una válvula ABIERTA y “falso” es igual a una válvula CERRADA. Si se trata del mando de la válvula, “verdadero” corresponde al mando accionado (puede ser un solenoide, una palanca de accionamiento manual o un simple volante), y “falso” corresponde al estado no accionado del mando. En la figura 1 se muestran las variables lógicas empleadas en lógica cableada en comparación con la lógica, circuitos digitales, neumática y óleo-hidráulica.

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Figura 1 Los relés y otros elementos empleados en la técnica de comando y control, pueden ser dibujados con sus bornes de conexión tal cual son físicamente, y luego conectar con conductores los distintos bornes, conformando lo que se denomina un “esquema de conexión”. El esquema de conexión debe dar los datos constructivos y la ubicación de cada elemento, pero no es la mejor forma de representar un circuito a la hora de comprender y visualizar su funcionamiento, como si lo es el esquema de principio. Los dibujos o planos de los esquemas de conexión y esquemas de principio, antiguamente eran realizados por dibujantes técnicos en folios de papel de gran tamaño, por ejemplo; 1,50 x 2,00 metros, donde se dibujaban todos los cables del circuito en un solo folio. Por ejemplo, en la figura 2 se observan diferentes formas de representar un esquema eléctrico; el esquema de conexiones y el esquema de principio mientras que en la figura 3 se reproduce un esquema de principio típico de un cableado de comando y control. Actualmente los dibujos son realizados directamente por los electricistas, en programas CAD e impresos en hojas A4 o A3. Un circuito de automatización de lógica cableada se dibuja en varias hojas numeradas, y los cables y aparatos son referenciados de una hoja a otra, marcando el número de hoja y las coordenadas columna-fila donde se ubica el cable, borne o aparato Figura 2


Lógica Cableada & Autómatas Programables

Figura 3 cableado. Para que un circuito de lógica cableada pueda funcionar correctamente, es primordial contar previamente con el dibujo del mismo, donde se identifican todos los cables y borneras de conexión, para luego realizar el montaje y revisar el correcto cableado de todos los elementos. Para que esto último sea posible es necesario colocar identificadores o marcadores alfanuméricos en todos los cables y bornes. Existen distintos criterios para realizar la identificación de los cables, teniendo cada una de ellas sus ventajas y desventajas. Básicamente se pueden identificar los cables según los números de borneras o regletas de conexión, o de

acuerdo a una numeración arbitraria especificado en los planos o dibujos. En la figura 4 puede observar ejemplos de diferentes formas de identificar un cableado en esquemas de lógica cableada. Los criterios de identificación del cableado son muchos, algunos apuntan a facilitar el montaje o trabajo del electricista que realiza el cableado, otros facilitan el trabajo del personal de mantenimiento de la instalación, otros son de acuerdo a la conveniencia del proyectista que dibujó los planos. Algunos de ellos; son: 1) identificar los cables con el nombre-número de la bornera o borne de conexión a donde llega el cable; 2) identificar los cables con el nombreFigura 4 número de la bornera o borne de conexión del extremo opuesto del cable; 3) identificar los cables con un número correlativo de 00 a 99, donde ese número está marcado en el dibujo o plano como número del cable, se puede agregar el número de hoja del dibujo donde se encuentra el cable; 4) los números de los cables se corresponden con la numeración de la bornera principal del circuito cuyos números no se repiten en otra bornera;


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Artículo de Tapa 5) mediante signos, letras y números que denoten la función del cable, como la polaridad +P y -P, mandos de apertura y cierre, funciones de protección, etc. Barras de Polaridad: Las barras de polaridad +P y -P son las que permiten energizar las bobinas de los relés con los contactos. Usualmente se denominan +P y -P, pero pueden tener otra letra o leyenda cualquiera, y ser una tensión tanto de corriente continua como de alterna. La tensión de polaridad, usualmente esta cableada a elementos de control en posible contacto con las personas, por ejemplo; pulsadores manuales, controles de nivel de líquidos, sensores de posición o instrumentos de medida. Por este motivo, por razones de seguridad para las personas, esta tensión debe estar aislada galvánicamente de tierra, usualmente con un aislamiento de 1kV a 2kV. Las tensiones estándar empleadas en corriente continua son; 24V, 48V, 110V, 125V, 220V y 250V. Las tensiones estándar en corriente alterna son; 24V, 110V-120V, 220V-240V y 380V-400 V. En la figura 5 podemos ver cómo se representa la formación de polaridad de mando en un circuito de lógica cableada; polarización con corriente continua y polarización con corriente alterna. En circuitos pequeños, con unos pocos relés la polaridad se arma mediante una guirnalda que va saltando entre los bornes que van conectados a la polaridad. En circuitos de lógica cableada mayores, como autómatas industriales, esta práctica es poco común ya que acarrea algunos inconvenientes en caso de falsos contactos en alguno de los bornes, lo que acarrea la perdida de la polaridad en toda la guirnalda, provocando una falla masiva del sistema. La solución a estos problemas consiste en armar barras de polaridad con borneras o regletas de conexión en puente, las que ya vienen provistas por los fabricantes de borneras. En la figura 6 podemos ver la distribución de polaridad positiva +P por medio de una guirnalda, y distribución por medio de una barra de polaridad construida con un bloque de borneras en puente. Figura 6 Servicios Esenciales: En lógicas cableadas para comando y control de servicios esenciales, la corriente continua se respalda con un banco de baterías del tipo estacionario. Si se ha tomado la decisión de usar corriente alterna, el comando y control de servicios esenciales se realiza con un oscilador o inversor CC/CA.

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Figura 5

En la figura 7 tenemos una formación de polaridad de mando en un circuito de lógica cableada de un servicio esencial, donde no puede detenerse el servicio en caso de corte de energía.

LOS MONTAJES CON LÓGICA CABLEADA El montaje de la lógica cableada se realiza en gabinetes o armarios, donde sobre un fondo muerto o sobre rieles verticales, conocidos como rack en inglés de 19”, se atornillan en forma horizontal los llamados rieles asimétricos y simétricos, donde se instalan los relés, fuentes de alimentación, elementos de potencia como los contactores, y protección como portafusibles o llaves termo-magnéticas. Los rieles más económicos son de chapa galvanizada, los de mejor calidad son de acero

Figura 7


Lógica Cableada & Autómatas Programables Figura 8

Figura 9

con un protección superficial de cadmio. Los cables de mando que van del gabinete de la lógica cableada a la planta o al campo, son cables armados, rígidos debido al fleje de protección mecánica y/o a una pantalla de cobre o aluminio, la cual es aterrada en ambos extremos. Esa rigidez impide realizar el cableado directamente hasta los bornes de los relés de la lógica cable-

Figura 11

ada. Para resolver este problema se utilizan borneras frontera, donde llegan los cables armados desde la planta y salen hacia el interior del gabinete cables monopolares y flexibles, cables de mando o de potencia, figura 8. Para el ingreso de los cables al gabinete se emplean los llamados pasa cables o prensaestopas, que impiden la entrada de insectos, polvo y humedad al gabinete.

Los Relés: En la lógica cableada, la mención de “relé” comprende diversos equipamientos eléctricos y electrónicos, de distinta tecnología y función. Todos estos equipos, aparatos o instrumentos, son considerados como “relés” en la medida de que cuenten con contactos eléctricos NA o NC de salida, y realicen una función particular de Lógica Cableada. Las entradas pueden ser bobinas, circuitos de medida de tensión, corriente, temperatura, nivel, accionamientos físicos y manuales, comandos remotos, por cable o por Figura 10 radiofrecuencia. Así por ejemplo, un relé puede ser un control de nivel o temperatura, un relé electromecánico, un contactor con contactos auxiliares, un relé de sub o sobre tensión, un relé de protección y decenas de otras funciones, que distintos fabricantes de equipamiento industrial catalogan como “relés”. La denominación relé comprende, además del relé electromecánico, a todo dispositivo eléctrico o electrónico con entradas analógicas o digitales, y con una o más salidas por contactos secos, figura 9. Al realizar un montaje, las borneas y relés en general, van montados sobre rieles, existiendo dos tipos básicos; el asimétrico y simétrico, también conocido como riel omega, figura 10. Contactos “Normal Abierto” y “Normal Cerrado”: Los contactos eléctricos de los relés pueden ser contactos normalmente abiertos NA, o normalmente cerrados NC. En los esquemas de conexión y de principio siempre se dibuja el contacto en su posición de reposo, con la bobina del relé desenergizada o en OFF. El contacto NC se dibuja cerrado y el contacto NA se dibuja abierto. Los relés se dibujan sin energizar. En la figura


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Artículo de Tapa 11 se pueden observar los símbolos de los elementos o componentes básicos utilizados en lógica cableada mientras que en la figura 12 se aprecia una de las formas de dibujar los contactos normal abierto, normal cerrado y la bobina de relé, y polaridad. Figura 12 Funciones Lógicas: Las funciones lógicas empleadas en la lógica cableada son las mismas que en los circuitos digitales o compuertas lógicas, figura 13. La denominada comúnmente repetición de contacto, “buffer” en un circuito digital. La inversión en un contacto normal cerrado, el NOT (negación) en circuito digital: El AND lógico (función “y”), lograda con contactos en serie. El OR lógico (función “o”), logrado con contactos en paralelo. Relé Automantenido: Un relé con auto-mantenimiento es un relé en donde un contacto auxiliar mantiene el relé energizado, luego de que el contacto de arranque cierra y abre. El contacto de parada tipo NC, desenergiza el relé. En la electrónica digital es equivalente a un Biestable o FlipFlop. Temporización: Existen relés temporizados de varios tipos, pero tres funciones básicas son; la temporización a la conexión, temporización a la desconexión y la temporización a la conexión-desconecxión. En los dos últimos casos el relé temporizado deber alimentarse desde una conexión independiente a la de la bobina. Los contactos temporizados se representan mediante un paraguas que se opone al movimiento. Existen muchas funciones de tiempo o de temporización, pero tres de ellas son las más conocidas, la temporización al cierre, a la apertura y pulso o monoestable, figura 14. Debemos aclarar que todo circuito automático siempre cuenta con un mando manual para prueba, mantenimiento y emergencias. La selección se realiza con una llave selectora Manual-Automático, figura 15. Señalización: La señalización comprende la indicación de los estados de marcha, parada, falla o defec-

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Figura 13

Figura 14

tos, posición de interruptores abiertos o cerrados para lo cual se emplean sistemas luminosos con lámpara incandescente o con LED, figura 16. La lámpara es energizada mediante contactos auxiliares de contactores e interruptores, o con relés que copian la posición de los mismos. En autómatas de relés de gran tamaño, la polaridad empleada para la señalización es indepen-


Lógica Cableada & Autómatas Programables

Figura 15

Figura 16

Cabe aclarar que en todo automatismo siempre es conveniente contar con la posibilidad de elegir entre un comando manual por pulsadores, y un comando automático por nivel, presión, temperatura, etc. La selección se realiza por llaves selectoras manual/automático. Por razones de seguridad de las personas y equipos, siempre se deja fuera de la selección el mano de parada manual y automática, por ejemplo por nivel bajo, a los efectos de prevenir que una bomba quede succionando en vació y se dañe. Las funciones de protección deben guardar en lo posible independencia de los circuitos de mando, de modo de funcionar con mandos en manual, en automático y en casos de falla. En el dibujo de la figura 15, el contacto kth de relé térmico y el flotador NV2 son elementos de protección en serie con el circuito de mando manual y automático. Enclavamientos: Los enclavamientos impiden que dos órdenes de mando contradictorias tengan efecto simultáneamente. Existen muchas formas de realizarlo, eléctricamente en las botoneras o pulsadores de mando, entre relés, en el circuito de potencia y hasta mecánicamente entre motores con funciones opuestas, figura 17.

Comando Secuencial: Como su nombre lo dice, un comando secuencial es un circuito con una secuencia de estados predeterminada, y dependientes de ciertas entradas del sistema (pulsadoFigura 17 res, detectores, etc.). Las secuencia pueden ser fija, producidas por un reloj electromecánico diente de la polaridad de mando, ya que un cortocircuito (motor eléctrico con un reductor, levas y contactos de en un luminoso no debería dejar fuera de servicio el salida). Por ejemplo; los controles automáticos de las autómata. lavadoras domésticas, hornos de microondas, etc. Las Para la señalización en pulsadores de mando y lámsecuencias no fijas, son producidas por cadenas de paras o luminosos, se emplean distintos colores. relés temporizados, donde al cumplirse el tiempo de retardo programado para un relé, se Figura 18 dispara el conteo de tiempo del relé temporizado correspondiente al estado siguiente. Para proyectar y diseñar sistemas de lógica cableada complejos, se emplean Diagrama de Flujo, donde los distintos estados del diagrama luego se ven reflejados en relés automantenidos, y las entradas se corresponden a pulsadores y detectores del circuito de mando. En la figura 18 se puede observar un ejemplo de comando secuencial con estados 1, 2, 3,..., accionados inicialmente por un pulsador.


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Artículo de Tapa Figura 19

LOS CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES Tal como adelantamos en el capítulo anterior, un Controlador Lógico Programable (PLC), es un microprocesador de aplicación específica para el control de procesos industriales. Podríamos decir que, programado adecuadamente, es la implementación (síntesis) “programada” de un sistema lógico. Nacen en la década del 70'. En la figura 19 se muestra un esquema típico de un sistema de control de lazo cerrado de un proceso industrial. Se pretende que el sistema simbolizado con el bloque Planta, presente un comportamiento determinado. La unidad de control “ve”, por medio de los sensores, como se comporta la planta y en función de esto decide el estado de sus salidas, que son las señales de control que vuelven a la planta. Un PLC es una unidad de control que incluye total o parcialmente las interfaces con las señales de proceso. En la figura 20 se muestra una parte ampliada del esquema anterior. Un PLC incluye el bloque Unidad de Control y uno o más de los dispositivos y bloques dibujados. Esto

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es: conversores A/D-D/A, relés, llaves, teclado, indicadores luminosos, salidas 7 segmentos, etc. Otra característica de un PLC es su hardware estándar con capacidad de conexión directa a las señales de campo (valores de tensión y corriente industriales, transductores, sensores, etc.) y programable por el usuario. Las ventajas son las siguientes: o Flexibilidad en la implementación (ampliación, modificación y depuración). o Permite el uso por parte de idóneos (no especialistas). o Gran rendimiento y sofisticación si lo usan especialistas. o Comunicación con otros PLCs y con computadoras de procesos. Figura 20



Artículo de Tapa o Gran robustez para uso industrial (polvo, temperatura, humedad, vibraciones, ruido, etc.). La tendencia actual en el control de procesos complejos es utilizar PLC en red o como periférico de una computadora u ordenador, con lo cual se combinan la potencia de cálculo de la computadora y la facilidad de interfaces estándar que ofrece el PLC. El sistema así integrado ofrece las siguientes características: o Sistema programable con una gran potencia de cálculo. O Gran cantidad de software estándar para manipulación de datos y gestión de la producción. O Interfaces estándares de computadora para estaciones gráficas, utilizadas para monitorear el proceso. o Control descentralizado con inteligencia distribuida, sin interrupción de todo el proceso ante fallas del procesador central. O Sistemas de comunicación estándar (LAN o WAN). O Facilidad de interfaz con la planta. O Mantenimiento fácil por secciones. O Posibilidad de visualizar el proceso en tiempo real. O Flexibilidad para hacer cambios. O Programación sencilla a nivel de secciones. En forma genérica podemos esquematizar la estructura interna de un PLC como lo indica la figura 21.

Unidad Central de Proceso: Está estructurada en base a un microprocesador, es la encargada de ejecutar el programa del usuario y de producir las transferencias de datos desde las entradas y hacia las salidas. También es la encargada de gestionar la comunicación con otros periféricos. Toma las instrucciones una a una de la memoria, las decodifica y las ejecuta. En general el funcionamiento es tipo interpretado y la decodificación puede ser programada o cableada La primera opción, más económica, es frecuente en PLCs de menor complejidad mientras que la segunda, con diseños propios del fabricante, se utilizan tecnologías tipo “custom” para autómatas de mayor complejidad y logrando mejores tiempos de respuesta. Memoria del Controlador: En general podemos dividir la demanda de memoria en dos grandes grupos: o Datos del proceso: Señales de planta, entradas y salidas. Variables internas. Datos alfanuméricos y constantes. o Datos de control Programa del usuario. Configuración del PLC (cantidad de entradas/salidas conectadas, modo de funcionamiento, etc.). Para dar respuesta a esta demanda, los controladores hacen uso de distintos tipos de memoria según sea su capacidad de almacenamiento, su velocidad de acceso, su volatilidad, etc. En la tabla 1 se muestra un esquema de los tipos de memoria y la posible aplicación dentro de un PLC.

Tabla 1

Figura 21

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Artículo de Tapa En un PLC, la memoria interna es la que almacena el estado de las variables que maneja el autómata: entradas, salidas, contadores, temporizadores, marcas, señales de estado, etc. Esta memoria interna está caracterizada por la cantidad de bits que utiliza (cabe aclarar que emplearemos sólo parámetros que utilizan un bit para su almacenamiento, excepción hecha con los temporizadores, que utilizan más de un bit y que sí utilizaremos):

o Por tipo: Analógicas Digitales

o Posiciones de 1 bit Memoria imagen de entradas/salidas digitales (ejemplo: I0.2, Q1.2) Marcas (ejemplo: M23.8) Variables (ejemplo: V12.5) Relés (ejemplo: S3.2)

O Por el aislamiento: Con separación galvánica (ejemplo: optoacopladas) Acoplamiento directo

o Posiciones de 8 bits (Byte-B), 16 bits (PalabraW) o 32 bits (Palabra doble-D) Memoria imagen de entradas/salidas digitales (ejemplo: IB2, QB6) Entradas analógicas (ejemplo: AIW5) Salidas analógicas (ejemplo: AQW12) Marcas (ejemplo: MD18) Variables (ejemplo: VW12) Temporizadores (ejemplo: T32) Contadores (ejemplo: C20) Acumuladores (ejemplo: AC3) Para el procesamiento de la información proveniente de las entradas, el PLC utiliza lo que está almacenado en lo que se llama memoria imagen, que es la entrada “inmovilizada” durante el ciclo de procesamiento. Después de ejecutar cada ciclo, la CPU ordena el intercambio de señales entre las interfaces E/S y la memoria imagen, de forma que, mientras dura la ejecución del ciclo (y los cálculos correspondientes), los estados y valores de las entradas considerados para el cómputo no son los actuales de la planta, sino los almacenados en la memoria imagen leídos en el ciclo anterior. De igual forma, los resultados obtenidos no son enviados directamente a la interfaz de salida, sino a la memoria imagen de salida (ó imagen del proceso), transfiriéndose a la interfaz, al terminar el ciclo. Interfaces de Entrada Salida: Establecen la comunicación con la planta, permiten ingresar la información proveniente de los sensores, interruptores, etc. (entradas) y enviar información a motores, bombas, electroválvulas y accionamientos en general. Para esto, las interfaces deben filtrar, adaptar y codificar adecuadamente las señales. Las señales pueden clasificarse según distintas características:

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o Por la tensión de alimentación: Corriente continua (estáticas de 24V-110V) Corriente continua a colector abierto (PNP o NPN) Corriente alterna (60V-110V-220V) Salidas por relé (libres de tensión)

En los PLCs más sencillos encontramos una gama más limitada de opciones: O Entradas: Corriente continua 24V o 48V Corriente alterna 110V o 220V Analógicas de 0-10Vcc ó 4-20mA O Salidas: Por relé Estáticas por triac a 220VCA máximo Analógicas de 0-10Vcc ó 4-20mA Fuente de alimentación: En general poseen dos tipos de fuentes de alimentación independiente: o Alimentación del PLC (CPU, memorias e interfaces) o Alimentación de las entradas y de las salidas (a veces por separado)

PROGRAMACIÓN DEL PLC Los PLCs admiten varios lenguajes de programación, que podemos clasificar en: Algebraicos o Lenguajes booleanos o Lista de instrucciones (en Siemens _ AWL) o Lenguajes de alto nivel Gráficos o Diagrama de contactos (en Siemens _ KOP) o Diagrama de funciones/bloques o Intérprete GRAFCET (similar a diagramas de Peltri) En los PLCs que se utilizarán en el Laboratorio, están disponibles los lenguajes diagrama de contactos (KOP) y lista de instrucciones (AWL). J

Mont- 3 proyectos se 308.qxd:ArtTapa 02/21/2013 14:41 Página 61

M o n ta j e

electrificAdor experimentAl ado que el sistema de la figura 1 se alimenta por medio de una batería de auto de 12V o desde una simple batería de 9V, es muy posible que esté pensando en utilizarlo para electrocutar a alguien con fines defensivos o para lograr cobrar alguna deuda... Pues si ese es el caso, sepa que lo espera una demanda penal y hasta la cárcel. Pero no solo es útil con fines dañinos. También puede ser empleado en el taller para generar ruido, estática y demás factores que puedan afectar circuitos bajo prueba y así determinar ú optimizar su grado de inmunidad ante ellos. También lo puede emplear para disuadir a animales colocando el equipo en un cerco y hasta para matar mosquitos cuando se coloca la señal de alta tensión en una malla que rodee a una lámpara incandescente.

D

Esta fuente de alto voltaje está formada por un inversor, en torno al transistor, el cual provee pulsos de 150V al conversor formado por el tiristor y el capacitor en serie con el transformador 2. La salida de éste presenta pulsos de 4kV que son multiplicados por la red triplicadora de tensión logrando unos 12kV a su salida. Las lámparas de neón (marcadas como LN) conforman los pulsos de disparo del tiristor. El transformador T1 tiene una relación 3000:500 ohm y es del tipo empleado en salida de audio transistorizada. T2 es un transformador disparador de lámparas de flash con un secundario de 6kV. PRECAUCIÓN: Aplicar este equipo sobre el cuerpo humano puede causar desde muy serias lesiones físicas hasta la muerte, por lo tanto, no debe utilizarlo en seres humanos, ni siquiera para hacer bromas. Figura 1

AmplificAdor de potenciA de Audio de 100W l circuito de la figura 2 permite elevar el nivel de potencia de una señal de audio proveniente de cualquier fuente que tenga salida tipo “LINE” y sirve para amplificar la señal de salida tanto de un iPod como cualquier reproductor de baja potencia.. El gran secreto de este circuito son los integrados

E

TDA7294 cuyo interior alberga un amplificador operacional de potencia junto con la circuitería del preamplificador, el control de temperatura y el protector de corto circuito en salida. Adicionalmente este integrado está provisto de entradas independientes de Mute (Enmudecer la salida) y Stand-By (Desconectar la etapa de potencia).


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Montaje Cada uno de los integrados amplifica un semi-ciclo de la señal de entrada proporcionando cada uno 50W de salida. El circuito debe ser alimentado con +/-25V y 4A. En caso de hacer un equipo estéreo la corriente debe ser de 8A. La carga (parlante) debe ser de 8 ohm. Con estos valores el circuito proporciona 100W con una distorsión total inferior al 0.1% o 150W con una distorsión total cercana al 10%. Dado que esta configuración en puente alimenta al parlante por sus dos bornes (positivo y negativo) el negativo no debe ser cableado a masa como en otros amplificadores. Hacerlo provocaría un corto-circuito en la salida del chip activando su protección y destruyéndolo si esto no se revierte a tiempo. Para la fuente de alimentación puede utilizar el clásico circuito a transformador con puente de diodos o puede emplear una fuente conmutada (switching), en este último caso la fuente debe ser de buena calidad y estar bien filtrada. Aunque si el peso no es un factor de problema recomendamos emplear el viejo y querido “transformador” con su puente rectificador y sus capacitores electrolíticos y cerámicos. El fabricante del TDA7294 (SGS-Thompson) recomienda activar la función Mute antes de usar la función Stand-By. Este integrado genera un aumento de 1.3 grados centígrados por cada watt de potencia. Es por ello que debe colocarse en un disipador de calor o complejo térmico lo suficientemente adecuado para no sobrecalentar el sistema

Figura 2

y provocar un apagado por sobre-temperatura. La aleta de fijación se encuentra eléctricamente conectada con el pin de alimentación negativo (-V) por tal motivo debe ser montado con materiales aislantes apropiados para evitar corto-circuitos o problemas de ruido en la vía de audio. El precio en el mercado de este circuito integrado ronda los 4 dólares americanos. Si bien el fabricante asegura que este es un integrado de 100W, alimentado con 100V, hay que recordar que esa especificación es técnica y teórica. En la práctica el circuito integrado puede entregar 50W de potencia sobre una carga de 8 ohm a una tensión partida de 50V para lo cual consume unos 2 amperes y genera calor (más de 70 grados).

trAnsmisión de Audio por lA líneA eléctricA ste par de circuitos permiten utilizar el tendido eléctrico domiciliar para transmitir señales de audio desde un punto hacia uno o mas parlantes remotos. El alcance promedia los 100 metros efectivos dentro de la misma vivienda o hacia otra que comparta la misma fase eléctrica. En la figura 3 se muestra el circuito del transmisor el cual básicamente obtiene la señal proveniente de una fuente estéreo, las suma en una

E


única señal y las coloca sobre el potenciómetro de 10kΩ que hace las veces de control de sensibilidad o volumen de entrada. Luego, un capacitor desacopla la componente de continua que pudiese existir. Posteriormente la señal ingresa al VCO del integrado LM566 el cual se encarga de modular la señal entrante sobre una portadora de 200kHz. Dicha frecuencia es determinada por el resistor de 18kΩ y el capacitor de 82pF. La salida del integrado


transmisión de audio por la Línea eléctrica nos da 6Vpp de señal, que es amplificada por el transistor el cual la coloca sobre el transformador de acoplamiento T1 y este sobre la red eléctrica. Este transformador debe ser sintonizado a la frecuencia de portadora (200kHz). Por último los dos capacitores de alto voltaje aíslan el transformador de la red eléctrica. El conjunto opera con 12V estabilizados provenientes de la fuente elaborada a partir de T2, los dos diodos rectificadores, los capacitores y el regulador en serie 7812 que se encarga de estabilizar la tensión. Este regulador no requiere de disipador térmico dado que trabaja a muy baja corriente de carga. El transformador de alimentación (T2) es de primario 220V (o la red eléctrica que sea) y secundario 15+15 con 100mA de corriente. En tanto el transformador T1 es de FI (frecuencia intermedia) para 455kHz (lo puede encontrar en radios de AM en desuso y lo identificará por el color amarillo pintado en el núcleo de ferrita ajustable). El circuito de la figura 2 corresponde al receptor, el cual explicamos a continuación. La señal proveniente de la red eléctrica es aislada por los capacitores de alta tensión e insertada al transformador de FI marcado como T1. Este está sintonizado a 200kHz que es la frecuencia de portadora empleada para la transmisión de audio. La resistencia de 3kΩ se encarga de limitar el ancho de funcionamiento para que los posibles transitorios de la línea no pasen a la etapa posterior y desde ella al parlante. Los cuatro transistores se ocupan de elevar la señal en su tensión para así

entregarla al circuito detector PLL incluido dentro del circuito LM565. A la salida de este integrado tenemos una señal de audio demodulada lista para ser aplicada a un amplificador de audio convencional el cual le dará la potencia necesaria para mover la bobina de un parlante y así producir sonido. El potenciómetro de 10kΩ permite ajustar con precisión la frecuencia de enganche del PLL permitiendo así su correcto funcionamiento. Un error en este ajuste haría que parte de la portadora pase como si fuese audio escuchándose lluvia o ruidos molestos en la salida. Al igual que en emisor el receptor se alimenta de un transformador de 15V + 15V pero en este caso con 250mA de corriente. En tanto el transformador de frecuencia intermedia es idéntico al empleado en el transmisor. La puesta a punto es sumamente simple ajustar el conjunto siguiendo algunos pasos. Inicialmente hay que sintonizar los transformadores de FI para lo cual será necesario conectar a la red eléctrica tanto el emisor como el receptor. No es necesario conectar señal de audio a la entrada del emisor en esta fase de la calibración. Con un voltímetro de CA de alta impedancia (cualquiera digital sirve) medir la tensión presente en el secundario del transformador de FI del receptor e ir ajustando los núcleos de ferrite hasta obtener la máxima lectura posible. Es factible que necesite retocar este ajuste si se coloca el receptor mas allá de los 70 metros del transmisor. Siempre ajustar primero el transmisor y luego el receptor. Repetir esta prueba con

Figura 3


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Montaje mas sutileza cada vez hasta obtener la lectura óptima. Con esto quedarán sintonizadas las unidades. Luego ajustar el potenciómetro del receptor hasta obtener la mayor limpieza de señal posible. Este será un punto que se encontrará cerca del centro del recorrido. Habrá que ajustar cuidadosamente este potenciómetro a fin de rechazar la mayor cantidad posible de ruido causado por reductores de intensidad electrónicos para lámparas que suelen interferir bastante RF en el tendido eléctrico. Por último habrá que ajustar el nivel de modulación en el emisor para evitar que una sobremodulación afecte la calidad de audio distorsionándolo. Colocar el potenciómetro marcado como VOL en su extremo cercano a la masa (mínimo) y ahora si inyectar una señal de audio proveniente de una radio o estéreo en las entradas del sistema. Controlar que el o los receptores estén encendidos y con volumen para poder percibir cuando el sistema funcione correctamente. Comenzar lentamente a subir el nivel de modulación (actuando sobre el potenciómetro VOL) hasta que se comience a escuchar distorsión en el audio. Reducir ahora el cursor hasta el máximo posible sin deformar el audio y éste será el tope de modulación. Este potenciómetro puede ser empleado para bajar o subir el volumen de todos los receptores simultáneamente sin ir uno por uno a moverlos.

Figura 4


Notas: En algunos transformadores de FI se incluye internamente el capacitor de 1nF, comprobarlo antes de soldar el capacitor previsto en el circuito. De no conseguir los transistores LM se los puede sustituir por los reemplazos que ofrezca el comercio siempre que trabajen dentro de los 200kHz. Recordar que se esta trabajando sobre la red eléctrica la cual es muy peligrosa. Mas allá de tener transformadores aisladores un error en las soldaduras hará que recibamos una descarga que, dependiendo de nuestra resistencia, incluso nos puede matar. Por ello debe revisar tres o cuatro veces el circuito antes de enchufarlo y no conectarlo a un sistema de audio hasta haber realizado las pruebas. El secundario del transformador de Fi posee una derivación no simétrica, que se encuentra mas cerca de uno de los extremos que del otro. Para saber cual es el extremo mas cercano bastará con medir con un óhmetro la resistencia entre el centro y los extremos. Hacia donde haya menor valor será el extremo mas cercano. En nuestro caso dotamos al sistema de un amplificador TDA2002 dado que proporciona 6W sin distorsionar ú ocho con algo de esfuerzo. Si se requiere emplear el equipo en recintos amplios se pueden colocar amplificadores mas potentes como el LM12CLK o el LM3886TF. J

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Tec Punta - LTE.qxd:ArtTapa 02/19/2013 10:18 Página 67

T e c n o lo g í a

Rumbo

de

P u n Ta

LTE: a La

T EcnoLogía 4g

El aumento del uso de datos móviles y la aparición de nuevas aplicaciones y servicios como MMOG (Juegos Masivos Multijugador Online), o la televisión móvil, web 2.0 y hasta el flujo de datos de contenidos han sido las motivaciones por el que el estándar 3G (3GPP) desarrollase el proyecto LTE. Poco antes del año 2010, las redes UMTS ya llegaban al 85% de los abonados de móviles y el sistema comenzó a colapsarse. Es por eso que varios operadores comenzaron a ofrecer la banda “LTE 3GPP” que garantizó una ventaja competitiva sobre otras tecnologías móviles. De esta manera, se diseñó un sistema capaz de mejorar significativamente la experiencia del usuario con total movilidad, que utiliza el protocolo de Internet (IP) para realizar cualquier tipo de tráfico de datos de extremo a extremo con una buena calidad de servicio (QoS) y, de igual forma el tráfico de voz, apoyado en Voz sobre IP (VoIP) que permite una mejor integración con otros servicios multimedia. Así, con LTE se espera soportar diferentes tipos de servicios incluyendo la navegación web, FTP, vídeo streaming, Voz sobre IP, juegos en línea, vídeo en tiempo real, pulsar para hablar (push-to-talk) y pulsar para ver (push-to-view). La desventaja es que esta tecnología sólo está presente en algunos móviles de alta gama y que el servicio es, por ahora, un poco caro. En esta nota veremos qué es LTE, cuáles son sus principales características y cómo se transmite una señal de voz en esta tecnología. Autor: Ing. Horacio Danel Vallejo - [email protected]


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Tecnología de Punta INTRODUCCIÓN

Figura 1

En las comunicaciones móviles de América Latina hay un nuevo integrante en el espectro radioeléctrico y hay varios operadores que lo están ofreciendo, pese a que se trata de una forma de transmisión que no lleva más de un año de ser implementada. Este nuevo integrante, hoy por hoy, vive en distintas bandas: en la tradicional para telefonía celular de 1800MHz (en realidad también en 850MHz, 900MHz y 1900MHz, dependiendo del país) y en la “propia” de 2600 MHz y, a partir de 2015, probablemente en la de 700MHz. Nos referimos a la tecnología LTE y es quien permite una salida a la ya colapsada “3G” de la telefonía celular.

¿QUÉ

ES

LTE?

LTE significa Long Term Evolution. Es un estándar de comunicaciones móviles desarrollado por la 3GPP, una asociación que desarrolló los estándares GSM y UMTS. El interfaz “radio” del sistema LTE (nivel físico) es algo completamente nuevo, por lo que LTE representa una nueva generación respecto a UMTS (tercera generación o 3G) y a su vez GSM (segunda generación o 2G). No obstante, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) no considera que el sistema LTE que ofrecen muchos operadores sea la cuarta generación de telefonía celular o 4G, pese a que varias empresas lo promocionan como tal. Vea en la figura 1 cómo fue evolucionando la telefonía celular. LTE nació pensando en cubrir principalmente las siguientes necesidades: - Los usuarios quieren una conexión de datos que descargue y suba a más velocidad.

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- Los fabricantes y operadores quieren un estándar menos complejo y que reduzca los costos. - Hay que asegurar la competitividad del 3G en el futuro frente, por ejemplo, a Wi-MAX.


El primer servicio público de LTE se desplegó en las capitales escandinavas de Estocolmo y Oslo el 14 de diciembre de 2009. En México, Iusacell, Movistar y Telcel ya están dando servicio de esta tecnología y en Argentina lo prestan operadores como Claro, Movistar y Personal. En la figura 2 se tiene un mapa en el que se demuestra cómo estaba LTE a fines del año 2010, lo que sirve para que el lector se dé una idea del despliegue que posee esta tecnología. Más adelante mostraremos un mapa un poco más actual con los operadores en cada región y tambén las frecuencias empleadas en cada caso.

CARACTERÍSTICAS

DE

LTE

LTE es una tecnología muy buena y estable con tres características principales: permite altas tasas de bits con baja latencia, es barato y fácil de desplegar por los operadores, y evita la fragmentación por el tipo de duplicación.


Tecnología lTe: Rumbo al 4g

Figura 2

Las tasas de descarga y subida, que es lo que mas interesa de esta tecnología, puede alcanzar velocidades de pico de 173 Mbps de bajada y 86 Mbps de subida, con 2 antenas en la estación base y 2 en el terminal (y hasta 300 Mbps de bajada con 4×4 antenas). Es una red fácil de desplegar, la clave está en que los servicios de LTE sólo utilizan conmutación de paquetes. LTE no puede gestionar SMS o llamadas con conmutación de circuitos; de eso se siguen encargando las redes GSM, GPRS, UMTS y demás, con la consiguiente optimización de los costes en infraestructura. El sistema de switching de paquetes de LTE está muy optimizado, para un mundo en el que cada vez hacemos más cosas sobre IP (Voip en lugar de llamadas, whatsapps en lugar de SMS, etc.) LTE también está pensado para evitar la fragmentación de los terminales a nivel mundial por el tipo de duplexación, ya que las últimas revisiones del estándar son compatibles tanto con FDD (Frequency Division Duplex) que utiliza varias zonas del espectro y TDD (Time Division Duplex) que ocupa una sola zona. La interfaz y la arquitectura de radio del sistema LTE fueron llamadas Envolved UTRAN (E-UTRAN). Lo más importante de E-UTRAN

ha sido la reducción del costo y la complejidad de los equipos, esto es gracias a que se ha eliminado el nodo de control (conocido en UMTS como RNC). Por lo tanto, las funciones de control de recursos de radio, el control de calidad de servicio y la movilidad han sido integradas al nuevo Node B, llamado envolved Node B (eNB). Todos los eNB se conectan a través de una red IP y se pueden comunicar unos a otros usando el protocolo de señalización SS7 sobre IP. Los esquemas de modulación empleados son QPSK,16-QAM y 64QAM. La arquitectura del nuevo protocolo de red se conoce como SAE donde eNode gestiona los recursos de red. A continuación listamos las características sobresalientes de LTE: - Alta eficiencia espectral - Utiliza OFDM de enlace descendente robusto frente a las múltiples interferencias y de alta afinidad a las técnicas avanzadas como la programación en el dominio de las frecuencias del canal dependiente y MIMO (OFDM: Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales, en inglés Orthogonal Frequency Division Multiplexing).


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Tecnología de Punta - Compatible con DFTS- Tabla 1 OFDM (single-Carrier FDMA) al enlace ascendente, bajo PAPR, ortogonalidad de usuario en el dominio de la frecuencia. - Permite aplicaciones Multi-antena. - Muy baja latencia con valores de 100 ms para el Control-Plane y 10 ms para el User-Plane. - Separación del plano de usuario y el plano de control mediante interfaces abiertas. - Ancho de banda adaptable: desde 1MHz hasta 20MHz (1.4, 3, 5, 10, 15 y 20MHz). - Puede trabajar en muchas bandas diferentes. - Arquitectura de protocolo simple. - Compatibilidad con otras tecnologías de 3GPP. - Interfuncionamiento con otros sistemas como CDMA2000. - Red de frecuencia única OFDM. - Velocidades de pico: * Bajada: 326,5 Mbps para 4x4 antenas, 172,8 Mbps para 2x2 antenas. * Subida: 86,5 Mbps Óptimo para desplazamientos hasta 15 Tabla 2 km/h. Compatible hasta 500 km/h - Más de 200 usuarios por celda (en celdas de 5MHz). - Celdas de 100 a 500 km con pequeñas degradaciones cada 30 km. Tamaño óptimo de las celdas 5 km . El Handover entre tecnologías 2G (GSM - GPRS - EDGE), 3G (UMTS - W-CDMA HSPA) y LTE son transparentes. LTE nada más soporta hard-handover.

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- Las tecnologías 2G y 3G están basadas en técnicas de Conmutación de Circuito (CS) para la voz mientras que LTE propone la técnica de Conmutación por Paquetes IP (PS) al igual que 3G (excluyendo las comunicaciones de voz). - Las operadoras UMTS pueden usar más espectro, hasta 20MHz. - Mejora y flexibilidad del uso del espectro (FDD y TDD) haciendo una gestión más eficiente del mismo, lo que incluiría servicios unicast y broadcast. - Reducción en TCO (coste de análisis e implementación) y alta fidelidad para redes de Banda Ancha Móvil.


Tecnología lTe: Rumbo al 4g En la tabla 1 podemos observar los principales parámetros de la tecnología LTE y en la tabla 2 cuáles son las categorías de los equipos que la componen. Como puede apreciar, las principales características de LTE incluyen la habilidad de los operadores de desarrollar un negocio viable y la disponibilidad de terminales y espectro. Los operadores necesitan que las aplicaciones y los terminales de usuario estén disponibles antes de comprometer el despliegue de tecnologías 4G. Pues los usuarios cambian sus planes basándose en los equipos, los servicios y las capacidades que estos tengan. Adicionalmente, la disponibilidad de espectro también representará una barrera para LTE pues para alcanzar las velocidades prometidas se requieren 20MHz para el ancho de la portadora y muchos de los operadores no cuentan con el espectro necesario. Aunque se está abriendo nuevo espectro en la banda de 2.6GHz en Europa y 700 MHz en Estados Unidos y parte de Europa, esto no es suficiente para alcanzar las demandas de LTE. LTE tiene también algunos desafíos que alcanzar, como ser la comunicación de voz. Una de las ventajas que LTE promociona es la Evolución del Core de Paquetes (EPC), que es un auténtica red"All-IP" y por lo tanto debe llevar a todos los tipos de tráfico: voz, video y datos. Pero, la mayoría de los trabajos de normalización se ha centrado en los aspectos de datos de LTE y la voz se ha descuidado un poco. Es evidente que los beneficios en OPEX/CAPEX de un core convergente EPC solo pueden ser logrados cuando todos los tipos de tráfico se realizan sobre un núcleo único y unificado. El problema de la normalización de la voz sobre LTE se complica más aún cuando se mezcla LTE con diferentes tipos de redes tradicionales incluyendo GSM, HSPA, CDMA2000, WiMAX y Wi-Fi. Algunas soluciones que se han tomado en consideración son: *Circuit Switch Fallback CS FallBack: ésta es una opción atractiva que permite a los operadores aprovechar sus redes GSM / UMTS /

HSPA legadas para la transmisión de voz. Con CSFB, mientras se hace o recibe una llamada de voz, el terminal de LTE suspende la conexión de datos con la red LTE y establece la conexión de voz a través de la red legada. CSFB completamente descarga el tráfico de voz a las redes 2G/3G, que por supuesto obliga a los operadores para mantener sus redes básicas de CS. CS FallBack es una opción atractiva a corto y medio plazo, ya que permite a los operadores optimizar aún más su infraestructura de legado existentes, pero en el largo plazo, otras opciones serán más atractivas para cosechar plenamente los beneficios de la convergencia de EPC. *IMS-basado en VoIP: el subsistema IP Multimedia (IMS) soporta la opción de Voz sobre IP (VoIP) a través de redes LTE directamente. Además, esta opción solo aprovecha Radio Voice Call Continuity (SRVCC) para abordar las brechas de cobertura en redes LTE. Si bien la llamada de voz inicial se establece en la red LTE, si el usuario sale del área de cobertura LTE, entonces la llamada es entregada a la CS principal a través del core IMS. Esta opción proporciona una interesante estrategia de despliegue para los operadores que tienen un fuerte núcleo IMS, ya que les permite hacer la transición a VoIP desde el principio a la vez que aprovechan los activos existentes legados para la continuidad de voz fuera de las áreas de cobertura LTE. En la figura 3 se puede observar un mapa en el que se destacan los operadores que ofrecen LTE a sus clientes de telefonía celular. Dicho mapa tiene unos cuantos meses pero, lamentáblemente, no he podido conseguir información actual.

CÓMO

SE

TRANSMITE

LA

VOZ

EN

LTE

La idea original al definir la tecnología LTE era que podría ofrecer sólo servicios de Internet inalámbricos. Sin embargo, los ingresos importantes para los operadores de telefonía celular proviene de las llamadas de voz y SMS, por lo


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Tecnología de Punta

Figura 3

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Tecnología lTe: Rumbo al 4g Figura 5


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Tecnología de Punta que la voz en LTE se ha convertido en un tema candente. LTE no prevee un "circuito de conmutación", lo que significa que no podemos tener llamadas de voz como ocurre en 2G y 3G. En los casos de implementación de LTE iniciales sin embargo, los operadores están utilizando sus redes heredadas junto con la que denominan red 4G para servicios de voz. Hasta ahora hemos oído hablar de las siguientes soluciones de voz disponibles a las que nos referiremos brevemente: • Circuito Conmutado Fall Back (CSFB). • Visualización simultánea de voz y LTE (SVLTE). • Voz sobre LTE (VoLTE). • Voz sobre LTE a través de Acceso Genérico (Volga). • En la parte superior (OTT).

EMPLEO

DE

CIRCUITO CONMUTADO FALL BACK

Un operador que despliegue una red LTE, en general ya es propietario de una red 3G o 2G por lo que puede tomar ventaja de la función denominada "conmutación de circuitos CSFB”. La idea principal es que los teléfonos inteligentes 4G tienen una capacidad de radio para redes 3G/2G. Estos dispositivos pueden conectarse al mismo tiempo en redes LTE o 2G/3G. El problema es que alguien que esté hablando por teléfono no será capaz de utilizar la red LTE para navegar o chatear. La posibilidad de que el operador use CSFB (Circuit Switch Fall Back) significa muy poca inversión ya que las modificaciones en la red son mínimas, tal como se desprende del esquema mostrado en la figura 4. Se requiere una interfaz adicional entre MME y MSC (SGS).

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Figura 4

La solución CSFB también ha sido estandarizada por el 3GPP y se ha ganado el apoyo industrial.

TRANSMISIÓN SIMULTÁNEA DE VOZ Y LTE SV-LTE es un sistema de voz en el que el auricular se puede usar en diferentes sistemas de radio (LTE y WCDMA / GSM / CDMA) a la vez. Así, un usuario puede utilizar los servicios de paquetes de llamada de vos en LTE mientras que puede emplear otras redes simultáneamente a diferencia de CSFB. El problema de aquí es el mayor consumo de energía, lo que obliga al uso de baterías más grandes debido a la operación de radio dual. Para el servicio simultáneo de CDMA y LTE, la SV-LTE es la solución estándar y se están adoptando ampliamente, figura 5. Ya hay teléfonos con SV-LTE disponibles en el mercado como el “HTC One SV” que es un smartphone Android con pantalla WVGA de 4.3 pulgadas, cámara de 5 megapixels, procesador dual-core a 1.2GHz, 8GB de almacenamiento interno, Beats Audio y Android 4.1 Jelly Bean a bordo. SV-LTE es la opción más barata para los operadores ya que no se requiere una nueva modificación a la red.


Tecnología lTe: Rumbo al 4g VOZ SOBRE LTE (IMS)

Sin embargo, como se mencionó anteriormente, es a costa de una menor autonomía de la batería.

Creo que esta va a ser la solución futura más popular y ampliamente adoptada para transmitir voz por LTE. En lugar de utilizar las redes existentes, VoLTE utiliza un Subsistema Multimedia IP (IMS) y proporciona servicios de voz a través de la capa de aplicación en LTE. IMS representa un grupo de entidades de red centrales responsables de la prestación de servicios de alto multimedia sobre redes IP, figura 6. Con este sistema se pueden cursar difeFigura 5 rentes servicios como llamadas VoIP, SMS, MMS, TV en vivo, etc. IMS ha estado en la industria de la comunicación por mucho tiempo, pero con la aparición de las redes 4G, está ganando popularidad nuevamente.

VOZ SOBRE LTE A TRAVÉS DE ACCESO GENÉRICO

Figura 6

Creo que los operadores aceptarán VoLGA (Voice over LTE via Generic Access = Voz Sobre LTE a Través de Acceso Genérico) como última opción para la transmisión de voz. Esta solución utiliza un núcleo de conmutación de circuitos (CS core) de las redes existentes y también requiere nuevos elementos de red, figura 7. Por lo tanto los teléfonos LTE no necesitan capacidades de radio 3G/2G ya que parte del sistema de radio no se utilizará a partir de redes tradicionales. Lo bueno de esta solución, sin embargo, es que a diferencia de la conmutación de circuitos tradicional (CSFB), ya que el teléfono LTE será capaz de utilizar voz y datos simultáneamente.


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Tecnología de Punta APLICACIÓN DE VOIP EN LA PARTE SUPERIOR DEL SISTEMA OTT en realidad no es un sistema específico LTE sino una solución genérica que ya han estado usando en las redes 3G/WiFi. La aplicación OTT es completamente transparente a la red y está fuera de control de los operadores. Hablamos de clientes genéricos de VoIP como Viber, Skype, Tango, etc. Ellos no brindan el verdadero sentido de la flexibilidad de voz como otras redes 3GPP y también carecen de la calidad de servicio para voz. Sin embargo, éstos se utilizan ampliamente por los consumidores como una alternativa, debido al hecho de que se les da una completa flexibilidad para elegir su propio servicio.

CÓMO ES UN BLOCK EN LTE (MIB)

Figura 7

ocupa 72 subportadoras. MIB lleva muy poca información, pero lo más importante para el UE es el acceso inicial a la red. El contenido de un bloque MIB incluye:

DE INFORMACIÓN

El primer paso para el equipo del usuario (UE) para obtener acceso inicial a la red después de haber completado la sincronización inicial es leer el bloque de información maestro (MIB) en BCCH (canal lógico), BCH (canal de transporte) y PBCH (canal físico). Los elementos de recursos utilizados por MIB son los 4 primeros símbolos OFDMA de segunda ranura de primera subtrama de una trama de radio. El dominio de la frecuencia

· Ancho de banda del enlace descendente de canal en términos de bloques de recursos (RB). · Configuración PHICH (duración y recursos PHICH). · Sistema Numérico de la Trama Un bloque MIB se transmite en cada trama de radio para la cual una subtrama es SFN mod 4 = 0 (40ms repetición), mientras que sus copias se transmiten en las tramas de radio de 10 ms, como se muestra en la figura 8.

Figura 8

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Tecnología lTe: Rumbo al 4g Figura 9

LA CALIDAD

DE

SERVICIO (QOS)

EN

LTE

¿Por qué necesitamos QoS? Hay suscriptores premium que siempre quieren tener una mejor experiencia de usuario en su teléfono con sistema LTE. Estos usuarios están dispuestos a pagar más por un gran ancho de banda y un mejor acceso a la red en sus dispositivos. Algunos servicios necesitan un mejor tratamiento prioritario en la red (por ejemplo, llamadas VoIP). Para ser capaz de llenar por completo esta exigencia, QoS juega un papel clave en LTE. QoS define las prioridades para ciertos clientes / servicios durante los tiempos de alta congestión en la red

CÓMO

SE

DEFINE QOS

EN REDES

3GPP

En la red LTE la calidad de servicio QoS se implementa entre el teléfono y la puerta de enlace PDN y se aplica a un conjunto de portadores. "Portador" es básicamente un concepto virtual y es un conjunto de configuraciones de la red para proporcionar un tratamiento especial que permite configurar, por ejemplo, el tráfico de paquetes de VoIP para que sean priorizados por la red en comparación con el tráfico de un buscador de internet (web browser).

En LTE, QoS se aplica sobre la portadora de radio, la portadora de S1 y la portadora S5/S8, denominados colectivamente como portadora EPS, como se muestra en la figura 9. Con el fin de comprender el concepto de calidad de servicio, debemos entender los tipos de portadoras y las propiedades asociadas a cada una de ellas, a través de gráficos jerárquicos, como explicaremos a continuación. En primer lugar, hay dos tipos de portadoras, es decir: Portadora dedicada Portadora predeterminada Cuando un teléfono (UE) se une a la red, hay por lo menos una portadora por defecto. Se establece cuando existe la necesidad de proporcionar una cierta calidad QoS para ciertos servicios específicos (como VoIP, vídeo, etc), figura 10. El soporte dedicado puede ser subdividido en tipos no GBR y GBR. GBR (velocidad de transmisión garantizada) proporciona una tasa de bits garantizada y se asocia con parámetros como la GBR y la MBR: - GBR (Guaranteed Bit Rate): La tasa de bits mínima es garantizada por la portadora EPS. Se realizan especificaciones de forma indepen-


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Tecnología de Punta diente para el enlace ascendente y de enlace descendente. - MBR (Maximun Bit Rate): La tasa de bits máxima es garantizada por la portadora EPS. Se realizan especificaciones de forma independiente para el enlace ascendente y de enlace descendente.

Figura 10

Por otra parte, “No-GBR portador” no proporciona una tasa de bits garantizada y tiene como parámetro A Ambr-y el UE-Ambr. - Un Ambr-: “APN agregados con tasa máxima de bits” es la máxima velocidad permitida para APN cuando la portadora no tiene la máxima velocidad garantizada. - UE-Ambr: “UE agregados tasa máxima de bits” es la máxima velocidad permitida para el teléfono (UE) cuando la portadora no tiene la máxima velocidad garantizada. Como se puede ver, la portadora por defecto sólo puede ser del tipo No-GBR. A continuación analizamos algunos términos asociados a cada tipo de portadora: - ARP: “Asignación y prioridad de retención” se utiliza básicamente para decidir si la modificación o nueva solicitud de establecimiento de portadora debe ser aceptado, teniendo en cuenta la situación actual de los recursos. - TFT: “Plantilla de flujo de tráfico” siempre está asociada con el soporte dedicado y mientras la portadora por defecto puede o no puede tener TFT. Como se mencionó anteriormente, un soporte dedicado ofrece QoS para servicios especiales o la aplicación y TFT define las reglas para que el teléfono (UE) y la Red sepan qué paquete IP debe ser enviada en soporte especial dedicado. Por lo general, tiene reglas sobre la base de protocolos para paquetes IP de origen / destino o usado. L-EBI: Significa ID Vinculado a la porta-

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dora EPS. Cada soporte dedicado siempre está vinculado a una de las portadoras por defecto. L-EBI indica que el soporte por portadora por defecto está conectado. Dirección IP / PDN: Cada portadora por defecto está conectada a alguna red PDN y tiene su propia dirección IP, mientras que el soporte dedicado no necesita esto, ya que está vinculada al portador por defecto. También se puede ver otro parámetro asociado con todas las portadoras, es decir QoS de clase de identificador (ICC). Este parámetro define básicamente los paquetes IP a nivel de características, como se deduce de la tabla 3. BIBLIOGRAFÍA http://4g-lte-world.blogspot.mx http://clear-cloud.com http://www.rcrwireless.com Tabla 3


Tecnología lTe: Rumbo al 4g


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S E C C I O N . D E L . L E C T O R Seminarios Gratuitos Vamos a su Localidad Como es nuestra costumbre, Saber Electrónica ha programado una serie de seminarios gratuitos para socios del Club SE que se dictan en diferentes provincias de la República Argentina y de otros países. Para estos seminarios se prepara material de apoyo que puede ser adquirido por los asistentes a precios económicos, pero de ninguna manera su compra es obligatoria para poder asistir al evento. Si Ud. desea que realicemos algún evento en la localidad donde reside, puede contactarse telefónicamente al número (011) 43018804 o vía e-mail a: [email protected] Para dictar un seminario precisamos un lugar donde se pueda realizar el evento y un contacto a quien los lectores puedan recurrir para quitarse dudas sobre dicha reunión. La premisa fundamental es que el seminario resulte gratuito para los asistentes y que se busque la forma de optimizar gastos para que ésto sea posible.

Pregunta 1: Quisiera saber si para el 2013 tienen contemplado el dictado de cursos de capacitación para docentes y cómo se hace para enterarse e inscribirse. Ana Rosa Corvalán Respuesta: Cómo está Ana; permanentemente realizamos cursos de capacitación docente y los mismos se anuncian en nuestra página web (www.webelectronica.com.ar)

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en el sector de capacitación. Debe seleccionar el país y se despliega una pantalla con todas las actividades programadas. En ocasiones los cursos no son abiertos a todos los docentes porque son contratados para el plantel de una Casa de Estudio en particular. Si Ud. desea capacitación para Ud. y sus colegas, nosotros vamos a impartir conocimientos al plantel que nos indique. Para ello debe coordinar las actividades con Luis Leguizamón, enviando un mail a: [email protected]. Pregunta 2: Hola, vivo en Tartagal y no encuentro la revista en mi barrio, tengo que viajar mucho para poder comprarla y quiero saber si Uds. me pueden ayudar. José Antonio Torre. Respuesta: Hola José, desde que se agrabaron los problemas de distribución en Argentina estamos intentando colocarla de la manera más equitativa posible para todos los lectores. Hemos aumentado la cantidad de ejemplares y todos los meses modificamos la distribución teniendo en cuenta los correos de


lectores como Ud. Aún nos falta mucho, pero estamos intentando colocar cada vez más en forma localizada. En nuestra web: www.webelectronica.com.ar colocaremos un sector para que los lectores puedan compartir ubicaciones y en donde indicaremos en qué lugares aún no hemos podido llegar con nuestra querida revista. Pregunta 3:¿Realmente puede utilizar un parlante como micrófono? Centeno Soler Archival. Respuesta: Si, se puede. El principio de funcionamiento es el mismo pero inverso: cuando se usa como micrófono, el movimiento de la bobina (pegada a la membrana) dentro del imán, como consecuencia la presión que ejerce el desplazamiento del aire al hablar, genera una señal eléctrica que luego será amplificada o enviada a algún circuito. Sin embargo, debe tener en cuenta que dependiendo del tipo de bocina que se trate va a ser la respuesta que Ud. va a tener. En general no es aconsejable aunque a veces nos sirve para sacarnos de algún apuro. J

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