UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL PERÍODO ACADÉMICO: OCTUBRE/2014 –MARZO/2015
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO F acul tad de I ngeni er ía en en Sistemas Sistemas,, El ectró ctr óni ca e I ndu str i al “Proyecto de Final de Parcial de Digitales II”
I.
PORTADA
Título:
Implementación
de
un
circuito
que
muestre
el
funcionamiento de dos semáforos en una intersección con
máquina de estados.
Carrera:
Electrónica y Comunicaciones
Área Académica:
Física y Electrónica
Línea de Investigación:
Sistemas Electrónicos
Ciclo Académico:
Octubre 2014 – Marzo Marzo 2015
Paralelo:
Quinto “A”
Alumnos participantes:
Olivares Toapanta Cristian Andrés.
Módulo y Docente:
Electrónica Digital II. Ing. Collantes Santiago.
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II.
INFORME DEL PROYECTO
2.1 Título Implementación de un circuito que muestre el funcionamiento de dos semáforos en una intercesión los cuales deben poseer control de tráfico y máquinas de estado.
2.2 Objetivos Objetivo General: Ensamblar un circuito que muestre el correcto funcionamiento de dos semáforos los cuales poseerán un control de tráfico con máquinas de estado y estarán ubicados en una maqueta didáctica para mejor comprensión del observador.
Objetivos Específicos:
Diseñar la tabla de verdad con los estados actuales y siguientes y un punto de control para controlar el tráfico de los mismos.
Ensamblar el circuito del semáforo con su respectivo control de tráfico el cual será previamente simulado en Proteus.
Realizar la maqueta correspondiente que demuestre el correcto funcionamiento de los mismos.
2.3 Resumen La investigación está centrada en la simulación e implementación de un circuito con dos semáforos en una intersección el cual va hacer controlado por un DipSwitch de dos variables, es decir tendremos cuatros opciones de la control la primera será normal, la segunda se da prioridad de a la avenida principal, la tercera prioridad a la calle secundaria y la cuarta se basa en el funcionamiento en la noche. Para la configuración de cada estado se usaran máquinas de estado y serán implementados con un MOD-8, un CI 7493, un aestable (555) y varias compuertas básicas (AND,OR,NOT).
2.4 Palabras clave:
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Semáforo, Proteus, estados, control, máquina
2.5 Introducción [1]La teoría de máquinas de estado es el nombre con el que se conocen los métodos de Análisis y Diseño de Circuitos Secuenciales Sincrónicos. Las máquinas de estado son circuitos secuenciales que se encuentran constituidos por una etapa combinacional y una etapa de memoria, relacionadas de tal forma que conforman un sistema secuencial para algún propósito especial. Los registros y contadores con entradas asincrónicas son ejemplos de este tipo de sistemas secuenciales.
2.6 Materiales y Metodología MARCO TEÓRICO Diagramas de Estado [2]Un diagrama de estados es una representación gráfica que indica la secuencia de los estados que se presentan en un circuito secuencial, teniendo en cuenta las entradas y salidas. El diagrama se forma con círculos y líneas. Los círculos representan los estados del circuito secuencial y cada uno de ellos contiene un número que identifica su estado. Las líneas indican las transiciones entre estados y se marcan con dos números separados por un (/), estos dos números corresponden a la entrada y salida presentes antes de la transición. A manera de ejemplo observe la línea que une los estados 00 y 01 en el diagrama de estado de la figura1. Esta línea marcada como 1/0 indica que el circuito secuencial se encuentra en el estado 00 mientras la entrada X=0 y la salida Y=0, y que después de que ocurra una transición en la señal de reloj el estado cambia a 01.
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Figura1. Representación de los diagramas de estado Las líneas que salen y regresan al mismo círculo indican que no hay cambio en el estado, cuando se presentan la entrada y salida indicadas.
Tablas de Transición de flip-flops Las tablas de transición se usan en conjunto con las de estado y representan la tabla de verdad de los flip-flops con los cuales se desea implementar el circuito secuencial. La tabla contiene los estados actuales y siguientes según el estado de las entradas de los flip-flops. La tabla 7.1.3 corresponde a la tabla de transición del flip-flop JK.
Transiciones de Salida Entradas al flip-flop Qi
Qi+1
J
K
0
0
0
X
0
1
1
X
1
0
X
1
1
1
X
0
Tabla 1. Tabla de transición del flip-flop JK En la tabla, Qi corresponde al estado actual y Qi+1 al estado siguiente, J y K son las entradas de los flip-flops. La información sombreada en la tabla se interpreta de la siguiente forma: cuando el estado presente de la salida Q=0 y las entradas J=1 y K=X ( X indica una
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condición de no importa, 1 o 0), después de un pulso de reloj en el flip-flop la salida cambia al estado siguiente Q=1. M apas de Kar naugh Los Mapas de Karnaugh se emplean para definir la lógica de las entradas de los flip-flops y se debe hacer uno para cada una de las entradas. La figura 7.1.5 corresponde al Mapa de karnaugh de la entrada J 1. de la tabla de estado 7.1.4.
Figura 2. Representación de un mapa K
Materiales: Maqueta:
Madera
Circuito:
C.I 7493
Un 555
Un 7004
Cinco 7408
Tres 7432
Dos 7411
Potenciómetro de 100KΩ
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Capacito electrolítico de 100uF
Capacitor 0,1uF
Siete resistencias de 220Ω
6 diodos led de varios colores (verde, amarillo y rojo)
Protoboard
Fuente de alimentación
Dip Switch de 2 variables
Procedimiento 1. Primeramente debemos realizar la tabla de verdad teniendo en cuenta todas las variables que utilizaremos al momento de simular el circuito en Proteus para su respectiva implementación.
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Fig3. Tabla de verdad que utilizaremos para la implementación del circuito
2. Como segundo pase vamos a sacar las ecuaciones de las entradas de nuestros integrados para lo cual utilizaremos mapas K.
Semáforo Principal Verde ∙ 1 ∙ 0 ) + ( ̅ ∙ ∙ 1) + ( ̅ ∙ 2 ) ∙ 2 = (
Fig4. Circuito que resulta de la simplificación de la ecuación
Fig5. Mapa K de
Amarillo
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) + ( ∙ 2 ∙ 1 ∙ 0) + ( ∙ 2 ∙ 1 ∙ 0) + ( ∙ ) = ( ̅ ∙ ∙ 2 ∙ 1 ∙ 0
Fig6. Circuito que resulta de la simplificación de la ecuación
Fig7. Mapa K de
Rojo ∙ 2 ∙ 0) + ( ∙ ∙ 1) + ( ∙ ∙ 2) + ( ̅ ∙ 2 ∙ 1) = (
Fig8. Circuito que resulta de la simplificación de la ecuación
Fig9. Mapa K de
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Semáforo Secundario Verde ∙ 1 ) + ( ̅ ∙ 2 ∙ 1 ∙ 0) + ( ∙ ∙ 2 ∙ 1 ∙ 0 ) + ( ∙ ∙ 2 ∙ 2 ∙ 0) = (
Fig10. Circuito que resulta de la simplificación de la ecuación
Fig11. Mapa K de
Amarillo ∙ 2 ∙ 1 ∙ 0) + ( ̅ ∙ 2 ∙ 1 ∙ 0) = (
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Fig12. Circuito que resulta de la simplificación de la ecuación
Fig13. Mapa K verdad de
Rojo ∙ 1 ) + ( ̅ ∙ 1 ∙ 0 ) + ( ̅ ∙ 2 ) + ( ∙ ) = ( 2
Fig14. Circuito que resulta de la simplificación de la ecuación
Fig15. Mapa K de
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3. Simulación en Proteus
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Fig16. Implementación en Proteus
4. Implementación Con la simulación ya implementada y comprobada en Proteus reducimos las expresiones a su valor más mínimo, luego adquirimos todos los materiales previstos y primeramente polarizamos todos los integrados y ubicamos el Dip Stwich seguidamente armamos el generador de señas como aestable que va estar controlado
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con un potenciómetro de 100KΩ para variar la frecuencia, seguidamente ensamblamos el MOD-8 al cual vamos a cortocircuitar las dos salidas de reposición R1 y R2 conjuntamente con la salida QD para así obtener el valor requerido. Finalmente nos guiamos con las ecuaciones previamente simplificadas y armamos el diagrama.
5. Finalizada la revisión realizamos las respectivas pruebas correspondientes previa presentación.
2.8 Conclusiones
La máquina de estados es de mucha ayuda ya que nos ayuda a resumir mucho el diagrama o circuito a implementar incluyendo la ayuda de los mapas K.
Se
necesita
verificar
que
todos
los
elementos
estén
funcionamiento
correctamente previa utilización ya que no podría funcionar el circuito como se requiere.
Usar software de implementación es de mucha ayuda previo ensamble del circuito en este laboratorio se usó el software Proteus.
Se concluye que una maquina secuencial necesita de una señal síncrona de reloj y además un Contador y un control el cual nos permitió controlar los valores previstos.
2.9 Referencias bibliográficas [1] http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/sistemas/ssl/marciszack/ghd/T-M-MaqSec.htm [2] http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/sistemas/ssl/marciszack/ghd/T-M-MaqSec.htm
