UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENNIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA, MECÁNICA ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA
CIRCUITOS ELECTRÓNICOS II
“FRECUENCIMETRO” ALUMNOS: GUZMÁN TELLO CARLOS ANDRÉ MÁLAGA PAUCAR KEVIN JULIO LUQUE SALAZAR CESAR FUENTES SANCHEZ MARTIN
2014
INTRODUCCIÓN El frecuencímetro es un instrumento que ha experimentado una importante evolución gracias a los avances de la electrónica digital. Instrumento digital diseñado para medir y presentar en forma digital una variable de frecuencia de la corriente eléctrica. Las aplicaciones que tiene este instrumento son enormes. Por un lado en el uso de instrumental de laboratorio para el control de frecuencia a la salida de un oscilador o de un generador de funciones, ajuste de la frecuencia de receptores, etc.; en aplicaciones tecnológicas para el análisis y medida de las frecuencias de comunicación tanto de transmisores como de receptores, entre otras; y también en el uso cotidiano, como conocer el canal de radio sintonizado. Es importante tener la frecuencia adecuada para la que fueron diseñados los diferentes dispositivos conectados al sistema.
APLICACIONES El frecuencímetro fuera de la función específica de medir la frecuencia de una señal eléctrica, existen otros parámetros que se miden indirectamente por ejemplo:
Velocidad por medio de ruedas dentadas y sensores de proximidad. Flujo por medio de turbinas en el circuito del líquido. Medir velocidades de desplazamiento de bandas transportadoras también utilizando sensores magnéticos y ruedas dentadas
OBJETIVOS:
Aplicar todos los conocimientos aprendidos en el curso de circuitos
electrónicos II Analizar e Investigar nuevas tecnologías aplicadas a nuestro proyecto para su mejora.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Implementar un frecuencímetro en base a circuitos integrados. Diagnosticar posibles errores en componentes y en conjunto. Conocer las aplicaciones del estudio de circuitos integrados y de la Electrónica Digital.
MATERIALES A UTILIZAR Y LISTA DE PRECIO
04 Display´s de 7 segmentos cátodo común 02 integrados 74LS374
04 integrados CD4518 02 integrado HEF4002
04 integrados CD4511 01 cristal de 32768 Hz
02 capacitores cerámicos de 1 uF 01 capacitor electrolítico de 10 pF
01 resistencia de 470Ω 28 resistencias de 320Ω
01 resistencia de 100Ω TABLA DE PRECIOS
CANTIDA D PRECIO PROTOBO ARD DISPLAY 7SEG RESISTEN CIAS INTEGRAD OS CRISTAL CAPACITO RES CABLE
TOTAL
3
10
30
4
2
8
30
0.04
1.2
12 1
1.5 2
18 2
2 12
0.5 0.3
1 3.6 63.8
MARCO TEORICO Un frecuencímetro es un instrumento que sirve para medir la frecuencia, contando el número de repeticiones de una onda en la misma posición en un intervalo de tiempo mediante el uso de un contador que acumula el número de periodos. Dado que la frecuencia se define como el número de eventos de una clase particular ocurridos en un período, su medida es generalmente sencilla. Según el sistema internacional el resultado se mide en Hertzios (Hz). El valor contado se indica en un display y el contador se pone a cero, para comenzar a acumular el siguiente periodo de muestra. La mayoría de los contadores de frecuencia funciona simplemente mediante el uso de un contador que acumula el número de eventos. Después de un periodo predeterminado (por ejemplo, 1 segundo) el valor contado es transferido a un display numérico y el contador es puesto a cero, comenzando a acumular el siguiente periodo de muestra. El periodo de muestreo se denomina base de tiempo y debe ser calibrado con mucha precisión.
El instrumento posee una etapa conformadora de entrada, que es la que adapta el mundo analógico al universo digital. Se emplea un amplificador de señal de alta acoplado a un Trigger de Schmitt, que es un circuito que empareja y regulariza las ondas para poder ingresarlas al contador digital. Luego de tener la señal en condiciones para ingresar al contador digital la hacemos pasar por una llave electrónica controlada por un reloj, que se abre a intervalos regulares, en este caso cada 1 segundo. Se intercala entre el contador digital y la presentación (los display de 7 segmentos) otra llave electrónica que se abre, dejando pasar los datos, cuando está alto el pulso de latch. Para poder observar la frecuencia que mide el contador digital tenemos que adaptarla a nuestros parámetros de lectura, esto es: los números del cero al nueve, esto se consigue en la etapa decodificadora que presenta la información en un juego de displays de 7 segmentos. El contador puede construirse en grupos de a dos, es decir, podemos contar de 00 a 99, de 0000 a 9999 o de 000000 a 999999 (en nuestro prototipo pensamos en un frecuencímetro de cuatro dígitos pero sólo se muestra el impreso para dos). Para esto la plaqueta contadora tiene una conexión que se repite a cada costado, permitiéndonos conectar hasta tres o cuatro contadores “en cascada”.
DESARROLLO DEL PROBLEMA: Un frecuencímetro nos debe contar la cantidad de pulsos que se encuentren dentro de la ventana de tiempo de captura, para hacerlo más sencillo de explicar supongamos que abrimos (habilitamos) un contador por un tiempo de 1 segundo luego del cual se inhabilita memorizando la última cuenta, si al instante de ser habilitado entran pulsos de clock al contador este almacenará la cuenta, al cumplirse el tiempo de 1 segundo se detiene el contador y muestra la última cuenta , si leemos por ejemplo en un display de 3 dígitos por decir 567 es que hemos detectado una frecuencia de 567 hertzios (567 pulsos o "unos" en una ventana de 1 segundo). Este es el principio con el cual se diseña un frecuencímetro, la idea básica es tener una ventana de habilitación de 1 segundo y un número de contadores/displays de acuerdo a la frecuencia esperada por ejemplo usando 5 dígitos podríamos contar hasta 99999Hz(100Khz)
PROCEDIMIENTO: DIAGRAMAS: 74 LS374 Son 8 Flip-Flops activados por reloj, cuando reciben el filo de subida en el pin de reloc (C pata 11) adquieren el valor en D y lo muestran a la salida en Q, mantendran ese valor hasta que reciban otro filo de subida que los haga cambiar de estado Si el PIN OC se pone en 1 la salida se mantendra en alta impedancia pero el funcionamiento del CI no se detiene, esto es.. el integrado seguira almacenando la última información presente cuando reciba el filo de subida y la mostrara hasta que el pin OC vuelva a cero logico
HEF4518 Características: 4-Bit contadores BCD síncrono Positivos y negativos de borde activo Relojes Histéresis en las entradas de reloj Restablecimiento asíncrono Tensión de alimentación: 3V a 15V
HEF4002 El HEF4002B ofrece el doble positivo de 4 entradas, ni la función. Las salidas están plenamente compensados por la inmunidad de ruido más alto y la insensibilidad modelo de impedancia de salida.
HEF4002
CD4511 Se trata de un excitador/decodificador/cerrojo BCD a 7 Segmentos. El circuito provee las funciones de un cerrojo (latch) de almacenamiento de 4 bit, un decodificador BCD 8421 a 7 segmentos, y gran capacidad de excitación de salida.
Las entradas de prueba (LT), borrado (BI) y habilitación de Cerrojo (LE), se usan para probar el visualizador, para apagar o modular por pulsos el visualiador, y para almacenar un código BCD, respectivamente. Se puede usar con indicadores o Diodos LED Entradas Salidas DCB abcd LE BI LT Visualiz. A efg X X 0 XXX 11111 8 X
0
1
X
0
1
1 XXX 00000
0
0
1
1
1
0
1
1 0 0 0 01 1 1 1 1
2
0
1
1 0001
3
0
1
1 0 0 1 00 1 1 0 0
4
0
1
1 0011
5
0
1
1 0 1 0 01 1 0 1 1
X
11 00 10 00
6
0
1
1 0101
0
1
1 0 1 1 01 1 1 1 0
8
0
1
1 0111
9
0
1
1 1 0 0 00 1 1 0 0
0
1
1 1001
0
1
1 1 0 1 01 0 1 1 0
0
1
1 1011
0
1
1 1 1 0 00 0 1 1 1
0
1
1 1101
1
1
1 1 1 1 01 1 1 0 0 1111
01 01 11 11 11 00
XXX 11111 X
11 11100 11 00000 00 00000 00 00000 00 00000 00 00000 00 00000 00 *
Nota:
7
X = Sin Importancia * = Depende del código BCD aplicado durante la transición de 0 a 1 de LE La segunda línea borra la salida, sin importar lo que hay en las entradas, el display se mantendrá apagado, esto es por culpa de BI=0 y LT=1. Aquello que ves en azul, es el código para mostrar los respectivos valores en el display, los 6 siguientes son ignoradodos. El último depende del valor en que se encontraban las entradas en el momento de pasar de 0 a 1 en el pin LE. Aquí tienes una imagen de lo que verías en el Display para cada valor de salida del integrado.
También la disposición de los segmentos y su identificación, nota que aquí no figura el punto en el segmento, será que quien lo fabricó se olvidó del puntito...??? Estas son otras características con las que cuenta este integrado:
Baja disipación de potencia del circuito lógico
Salidas que suministran alta corriente (hasta 25 mA)
Almacenamiento de código en cerrojo
Entrada de borrado
Borrado del indicador en todas las condiciones ilegales de entrada
Facilidad de tiempo compartido (multiplexado)
Equivalente al Motorola MC14511
Para hacer pruebas con este integrado, puedes guiarte con el siguiente circuito...
Esto en caso de que el Display sea de Cátodo Común, de lo contrario necesitarás inversores, puesto que el código será totalmente distino, para ello, simplemente invirtiendo
el
valor
de
la
salida,
solucionas
el
problema.
En este circuito también tienes la posibilidad de probar que es lo que ocurre con el pin LE, si lo dejas como está en la imagen, trabajará normalmente, si lo cambias, se habilitará el cerrojo y retendrá el último valor ingresado, pero, deberías probarlo, y así comprenderás que es eso del cerrojo, ya que no es el único integrado que lo tiene, hay muchos más.
CIRCUITO COMPLETO DE FRECUENCIMETRO
CIRCUITO PARA LA FRECUENCIA DE REFERENCIA
Simulamos el circuito usando el programa Proteus 8 Professional.
Para las frecuencias de referencia y la frecuencia a medir usaremos los componentes CLOCK, los cuales modificaremos de la siguiente manera: -
Frecuencia de Referencia: Esta frecuencia la ajustaremos a 0.5 Hertz. Frecuencia a Medir: La ajustaremos al valor de frecuencia que queremos medir, cuyo valor debe aparecer en el display de 7 segmentos
Iniciamos la simulacíon y comprobamos que los valores se muestran en el display, el circuito cumple su función correctamente.
Frecuencia a medir es 2048 Hz, la cual es mostrada en el display
Ahora probaremos el circuito implementado. Se requirió usar tres protoboards para la construcción del frecuencímetro, a diferencia del circuito simulado, para la frecuencia de referencia se necesitó implementar un pequeño circuito el cual deberá darnos una frecuencia de 0,5 Hz
De esta manera fue implementado el frecuencímetro en su totalidad
Se requirió usar también una fuente de tensión el cual fue regulado a 4,5 V, y también un generador de pulsos, el cual fue regulado a 7 V.
FUENTE
GENERADOR DE PULSOS
Se conectaron todos los equipos y el frecuencímetro correctamente
Procedemos a variar la frecuencia del generador de pulsos y comprobar la medida en el display de 7 segmentos
RECOLECCIÒN DE DATOS Probamos el frecuencímetro y obtenemos lo siguiente
Generador de Frecuencímetro ERROR Pulsos
Nº
%
1
1674.4
1677
2.6
2
1355.7
1358
2.3
3
1037
1039
2
4
718.3
719
0.7
5
399.6
400
0.4
6
80.9
81
0.1
0.16% 0.17% 0.19% 0.10% 0.10% 0.12%
1800 1600 1400 1200 1000 Generador de Pulsos
800
Frecuencímetro
600 400 200 0 0
1
2
3
4
5
6
7
CONCLUSIONES -
Se observa que el circuito empleado puede medir frecuencias en el orden
-
de 0 a 9999 Hz. Al efectuar las mediciones observamos una ligera variación de medida, como error absoluto, la cual va aumentando con forme la frecuencia a medir
-
aumenta. El error registrado el 0.2%, el cual es un valor aceptable para el
-
frecuencímetro implementado Para la frecuencia de referencia fue necesariò implentar un circuito generador que nos suministraba 1Hz el cual conectado a un flipflop se
-
dividida a 0.5Hz. Se usaron registros para poder alamcenar los bits y con codificadores se pudo obtener la salida en el display de 7segmentos.
BIBLIOGRAFIA -
http://estudiaparalavida.jimdo.com/frecuencimetro/ http://asterion.almadark.com/2010/01/11/frecuencimetro-con-micro-
-
controlador/ https://es.scribd.com/doc/137798378/Frecuencimetro-Digital https://es.scribd.com/doc/101182129/Frecuencimetro-Digital http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuenc%C3%ADmetro http://html.rincondelvago.com/frecuencimetro.html
