Reporte de la practica a´ ctica Universidad Tecnol´ ogica de la Mixteca, Carretera a Acatlima km 2.5
Sensores y Transductores
Integrantes del Equipos Davila a´ vila Ort´ız ız Salvador Pedro Guendulain ¨ P´erez erez Octavio Raziel Miguel Hernandez Oscar Email
[email protected] Profesor Fermin Hugo Ram´ırez ırez Leyva
9 de Julio de 2012
´ Indice 1. Introduccion ´
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2. Desarrollo 2.1. Generador de Pulsos y Contadores . . . . 2.2. Memorias EEPROM . . . . . . . . . . . . . 2.3. Convertidor Digital a Anal´ogico DAC . 2.4. Circuito Acondicionador de se˜nales CAS 2.5. Modulador de Ancho de Pulso . . . . . . 3. Resultados 3.1. Conclusiones Bibliograf´ıa
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3 3 4 8 9 10
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1 Introducci´on Cap´ıtulo
La modulaci´on por ancho de pulsos (tambi´en conocida como PWM, siglas en ingl´es de ˜ o fuente de energ´ıa es una t´ecnica en la que se modifica pulse-width modulation) de una senal ˜ periodica ´ el ciclo de trabajo de una senal , ya sea para transmitir informaci´on a trav´es de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energ´ıa que se env´ıa a una carga. Su uso mas com´un esta en el control de motores de CA por el ahorro de energ´ıa que conlleva, esto lo logra dado que se tienen dos estados en el motor alto o en bajo. La finalidad del siguiente trabajo es el construir un generador con dos ondas triangulares, pas´andolas despu´es a un Circuito acondicionador de se˜nales para que tengan las siguientes caracter´ısticas: Amplitud de ±1V pp con un offset de 0V desfasadas en 90 ◦ una con respecto de la otra para mandarlas posteriormente a un circuito comparador para crear un modulador de ancho de Pulso a partir de la se˜nal anal´ogica.
1.0.1. Objetivo El objetivo de la practica siguiente es el llevar a cabo la construcci´on de un Modulador de Ancho de Pulso utilizando los conocimientos previos adquiridos a lo largo del semestre as´ı analizar e interpretar cada etapa del mismo circuito ya que se utilizan componentes tanto digitales como anal´ogicos.
2 Desarrollo Cap´ıtulo
Para el desarrollo de la practica son necesarios los siguientes componentes electr´onicos: Dos memorias EEPROM de 64kB modelo AT28C64B cuyo fabricante es Atmel. Dos contadores 74LS193 de la marca Lactice. Un TIMER NE555 fabricado por ST Electronics. Tres Circuitos integrados TL084 fabricados por ST Electronics. Dos DAC0800 de National Semiconductor. 3 Resistencias variables, 2 de 100k Ω, 1 de 10k Ω una resistencia de 220k Ω Capacitares cer´amicos de 0.01µ F y de 0.1µ F 6 resistencias de 100k Ω 6 resistencias de 5.6k Ω un capacitor electrol´ıtico de 10µ F Ademas se necesito el uso de 3 Protoboards, alambre, pinzas de corte. El trabajo esta dividido en varias etapas en el circuito que se van uniendo para formar un todo en este caso son 6 etapas que se describen a continuacio´ n.
2.1.
Generador de Pulsos y Contadores
Esta parte del circuito esta compuesta por un vibrador NE555 configurado com o generador Astable a una frecuencia que oscila entre 0kH z y 100kH z en frecuencia. La salida de este circuito entra a los dos contadores 74LS193 que se encuentran configurados en Cascada para crear un contador de 8 Bits.
4 Desarrollo
Figura1. Contadores Arreglados en Cascada
2.2. Memorias EEPROM A cada una de las memorias EEPROM se conectan las salidas del contador para acceder a los elementos de la memoria que se componen por los datos contenidos en la Tabla 1 que muestra lo que contiene cada localidad de memoria que pertenecen a la se˜nal triangular ”principal”, por as´ı decirlo, ya que es la que sirve de referencia.
Memorias EEPROM 5
Figura 2. Memorias con los datos de las senales. ˜
6 Desarrollo Tabla 1. Datos de la Primer Memoria
00000000 00000001 00000002 00000003 00000004 00000005 00000006 00000007 00000008 00000009 0000000A 0000000B 0000000C 0000000D 0000000E 0000000F
80 a0 c0 e1 ff df be 9e 80 5f 3f 1e 00 20 41 61
82 a2 c2 e3 fd dd bc 9c 7d 5d 3d 1c 02 22 43 63
84 a4 c4 e5 fb db ba 9a 7b 5b 3b 1a 04 24 45 65
86 a6 c6 e7 f9 d9 b8 98 79 59 39 18 06 26 47 67
88 a8 c8 e9 f7 d7 b6 96 77 57 37 16 08 28 49 69
8a aa ca eb f5 d5 b4 94 75 55 35 14 0a 2a 4b 6b
8c ac cc ed f3 d2 b2 92 73 53 33 12 0c 2d 4d 6d
8e ae ce ef f1 d0 b0 90 71 51 31 10 0e 2f 4f 6f
90 b0 d0 f1 ef ce ae 8e 6f 4f 2f 0e 10 31 51 71
92 b2 d2 f3 ed cc ac 8c 6d 4d 2d 0c 12 33 53 73
94 b4 d4 f5 eb ca aa 8a 6b 4b 2b 0a 14 35 55 75
96 b6 d7 f7 e9 c8 a8 88 69 49 28 08 16 37 57 77
98 b8 d9 f9 e7 c6 a6 86 67 47 26 06 18 39 59 79
9a ba db fb e5 c4 a4 84 65 45 24 04 1a 3b 5b 7b
9c bc dd fd e3 c2 a2 82 63 43 22 02 1c 3d 5d 7d
9e be df ff e1 c0 a0 80 61 41 20 00 1e 3f 5f 7f
Memorias EEPROM 7 En la segunda Memoria se encuentran cargados los datos contenidos en la Tabla2 los cuales pertenecen a las 256 primeras localidades de memoria que generan la onda triangular desfasada 90 ◦ , respecto a la anterior. Tabla 2. Datos de la Segunda Memoria
00000000 00000001 00000002 00000003 00000004 00000005 00000006 00000007 00000008 00000009 0000000A 0000000B 0000000C 0000000D 0000000E 0000000F
ff df be 9e 80 5f 3f 1e 00 20 41 61 80 a0 c0 e1
fd dd bc 9c 7d 5d 3d 1c 02 22 43 63 82 a2 c2 e3
fb db ba 9a 7b 5b 3b 1a 04 24 45 65 84 a4 c4 e5
f9 d9 b8 98 79 59 39 18 06 26 47 67 86 a6 c6 e7
f7 d7 b6 96 77 57 37 16 08 28 49 69 88 a8 c8 e9
f5 d5 b4 94 75 55 35 14 0a 2a 4b 6b 8a aa ca eb
f3 d2 b2 92 73 53 33 12 0c 2d 4d 6d 8c ac cc ed
f1 d0 b0 90 71 51 31 10 0e 2f 4f 6f 8e ae ce ef
ef ce ae 8e 6f 4f 2f 0e 10 31 51 71 90 b0 d0 f1
ed cc ac 8c 6d 4d 2d 0c 12 33 53 73 92 b2 d2 f3
eb ca aa 8a 6b 4b 2b 0a 14 35 55 75 94 b4 d4 f5
e9 c8 a8 88 69 49 28 08 16 37 57 77 96 b6 d7 f7
La matriz de valores fue obtenida en Mathlab con el siguiente C odigo: ´ m= 0:0.015873:1; n=1:-0.015873:0; k=2:-0.015873:1; l= 1:0.015873:2; for i=1:64 r(i)=l(i); r(i+64)=k(i); r(i+128)=n(i); r(i+192)=m(i); end for i=1:64 r1(i)=k(i); r1(i+64)=n(i); r1(i+128)=m(i); r1(i+192)=l(i); end r=r*127.5; r=round(r); r1=r1*127.5; r1=round(r1);
e7 c6 a6 86 67 47 26 06 18 39 59 79 98 b8 d9 f9
e5 c4 a4 84 65 45 24 04 1a 3b 5b 7b 9a ba db fb
e3 c2 a2 82 63 43 22 02 1c 3d 5d 7d 9c bc dd fd
e1 c0 a0 80 61 41 20 00 1e 3f 5f 7f 9e be df ff
8 Desarrollo
TRIANGULO Donde los Vectores r y r1 contienen los datos cargados en cada memoria Respectivamente
2.3.
Convertidor Digital a Anal´ogico DAC
A la salida de la memoria EEPROM se encuentran 8 bits que despliegan el dato en la misma el cual llega a las entradas del DAC0800 el que se encarga de convertir el dato a un voltaje. este se encuentra configurado como lo muestra la hoja de datos para crear la se˜ nal triangular con una amplitud de 2V p − p pero con un voltaje de offset de 1V desplegando la gr´afica de 0V a 2V , esta parte se aplic´o a cada una de las memorias para obtener las dos se˜nales con las caracter´ısticas descritas.
Figura 3. Convertidor Anal´ogico a Digital
˜ Circuito Acondicionador de senales CAS 9
2.4. Circuito Acondicionador de senales ˜ CAS
Figura 4. Circuito Acondicionador de senales ˜
2.4.1. Acondicionador para las ondas Triangulares En esta parte se crea un CAS para cada una de las senales ˜ para poder manipularlas posteriormente esto se logra agreg´andole a cada una un offset de -1 Volt para que la se˜ nal a la salida del CAS oscile entre −1V y 1V . Esto se logra con un sumador de ganancia unitaria implementado con uno de los operacionales del TL084, la se˜nal de -1V se toma de la alimentaci´on del circuito (que funciona con −5 y 5V ) con una resistencia variable conectada luego a un OpAmp configurado como seguidor de voltaje, ahora se suman las dos se˜nales para poder obtener la onda triangular con las caracter´ısticas requeridas. La ecuaci´on que corresponde al CAS es la siguiente: V out = −(V in + 1) Donde V out es el voltaje de salida y V in es el voltaje de entrada. Cabe mencionar que las dos ondas se invierten con respecto a las originales pero conservan sus caracter´ısticas requeridas al ser funciones periodicas. ´
2.4.2. CAS para la onda Senoidal Ya que se necesita una Onda senoidal para el PWM esta se obtiene a partir de la linea de 120V con un transformador a 12V . Pero en nuestro circuito se necesita a 1V por lo tanto se 1 configura un atenuador inversor con ganancia de 12 como m´aximo. Realizado con un Op-Amp
10 Desarrollo
del TL084 configurado con un a resistencia variable R f = [0,10] k Ω y la resistencia de entrada de120k Ω que a su salida entrega una onda senoidal como se requiere para poder manipularla.
2.5. Modulador de Ancho de Pulso La parte final consiste en un comparador entre las Ondas triangulares y la onda senoidal descrita anteriormente para crear el modulador. Las gr´aficas se muestran a continuaci´on junto con los resultados.
3 Resultados Cap´ıtulo
Las gr´aficas de las se˜nales triangulares despu´es del cas desfasadas 90 ◦ una de la otra son las siguientes:
Figura 5. Im´agenes del Osciloscopio a)Capturada con software, b)capturada de la pantalla
12 Resultados
En el simulador se obtienen los resultados siguientes de las se˜nales ya procesadas cada una en su respectivo CAS listas para poder compararse:
Figura 6. Gr´aficas de las se˜nales
A la salida del Modulador se presentan los pulsos de la linea de salida de cada se˜nal y que son el objetivo principal de este proyecto.
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Figura 7a. Grafica ´ obtenida en el simulador.
Figura 7b. Gra´ fica obtenida en el Osciloscopio.
14 Resultados
Figura 7c. Gr a´ fica obtenida en el Osciloscopio con las senales ˜ triangulares a una alta frecuencia.
El trabajo final esta constituido f´ısicamente como se muestra a continuacion ´ en la Figura 8a. y la simulacio´ n en un formato completo se encuentra expresada en la Figura 8b.
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Figura 8a. Circuito completo montado en Protoboard
16 Resultados
Figura 8b. Circuito completo simulado en ISIS.
Conclusiones
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Figura 8c. Circuito Funcionando en una mesa de trabajo del Laboratorio.
3.1. Conclusiones El proyecto fue concluido a tiempo y sin mayores contratiempos, solamente se tuvieron algunos errores en la implementaci´on de las memorias ya que algunos cables en las lineas de direcci´on estaban cambiados dando como resultado una mala se˜nal al principio, problema que fue arreglado al colocar los cables en el lugar correcto. Otro punto importante es que las se˜nales al entrar en Sumadores Inversores es el CAS son invertidas en la salida, pero al compararse lo hacen con una se˜nal senoidal tambi´en invertida en su respectiva etapa de acondicionamiento, con lo que se logra el funcionamiento esperado
18 Resultados
por ser las se˜nales del tipo peri´odicas. Ahora se puede decir que para este trabajo se utilizo´ una gran parte de conocimiento adquirido a lo largo del curso tanto de Circuitos L´ogicos como los conceptos adquiridos en materia de Op-Amps en el curso de Sensores y Transductores para llevar a cabo el cumplimiento de los objetivos que se enuncian al principio del presente documento.
Bibliograf´ıa [1] Nelson, V´ıctor P., An´ alisis y Dise˜ no de Circuitos L´ ogicos ,Prentice Hall, M´exico,(1997). [2] Mano M. Morris , Dise˜ no Digital , Pearson, M´exico. [3] Coughlin F. Robert , Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales ,Prentice Hall, M´exico.
