Actividad N°3 - Astables - Monoestables

Introducción Teórica:

  Este Circuito Integrado (C.I.) es para los experimentadores y aficionados, un dispositivo barato con el cual pueden hacer muchos proyectos. Este temporizador es tan versátil que se puede utilizar para modular una señal en Amplitud Modulada (A.M.).

  Está constituido por una combinación de comparadores lineales, flip-flops (biestables digitales), transistor de descarga y exitador de salida.

Las tensiones de referencia de los comparadores se establecen en 2/3V para el primer comparador C1 y en 1/3V para el segundo comparador C2, por medio del divisor de tensión compuesto por 3 resistores iguales R. En el gráfico se muestra el número de pin con su correspondiente función.

  En estos diás se fabrica una versión CMOS del 555 original, como el Motorola MC1455, que es muy popular. Pero la versión original de los 555 sigue produciéndose con mejoras y algunas variaciones a sus circuitos internos. El 555 esta compuesto por 23 transistores, 2 diodos y 16 resistores encapsulados en silicio. Hay un circuito integrado que se compone de dos temporizadores en una misma unidad, el 556, de 14 pines y el poco conocido 558 que integra cuatro 555 y tiene 16 pines.

  Hoy en día, si ha visto algún circuito comercial moderno, no se sorprenda si se encuentra un CI 555 trabajando con él. Es muy popular para hacer osciladores que sirven como reloj (base de tiempo) para el resto del circuito.

Descripción de los Terminales del Temporizador 555

Pines del 555:

• GND (normalmente la 1) : Es el polo negativo de la alimentación, generalmente tierra.
• Disparo (normalmente la 2) : Es en esta pata, donde se establece el inicio del tiempo de retardo, si el 555 es configurado como monoestable. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel 1/3 del voltage de alimentación. Este pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez

  Salida: (normalmente la 3) : Aquí veremos el resultado de la operación del tempoorizador, ya sea que este conectado como monoestable, astable u otro. Cuando la salida es alta el voltaje será el voltaje de alimentación (Vcc) menos 1.7V. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0V con la ayuda de la pata de reset (normalmente la 4).

  Reset: (normalmente la 4) : Si se pone a un nivel por debajo de 0.7V, pone la pata de salida a nivel bajo. Si por algún motivo la pata no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar que el 555 se ''resetee''.

  Control de Voltaje (normalmente la 5) : Cuando el temporizador se utiliza en el modo de controlador de voltaje, el voltaje esta en esta pata puede variar casi desde Vcc (en la practica como Vcc -1V) hasta casi 0V (aprox. 2V). Así es posible modificar los tiempos en que la salida está en alto o en bajo independiente del diseño (establecido por los resitores y condensadores conectados externamente al 555). El voltaje aplicado a la pata de control de voltaje puede variar entre un 45% y 90% de Vcc en la configuración monoestable. Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7V hasta Vcc. Modificando el voltaje en esta pata en la configuración astable causará la frecuencia original del astable sea modulada en frecuencia (FM). Si esta pata no se utiliza, se recomienda ponerle un condensador de 0.01 uF para evitar las interferencias.

  Umbral (normalmente la 6) : Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza para poner la salida a nivel bajo.

  Descarga (normalmente la 7) : Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento.

  V+ (normalmente la 8) : También llamado Vcc, alimentación, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5V hasta 18V (máximo).
  
  
  Funcionamiento del Circuito Integrado 555

  
  

  El temporizador 555 se puede conectar para que funcione de diferentes maneras, entre lo más importantes están: como multivibrador astable y como multivibrador monoestable. Pueden también configurarse para por ejemplo generar formas de ondas tipo Rampa.

  
  

  Esquema de la aplicación del mutivibrador astable del 555:

  
  

  

  
  

  
  

   Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada (o rectangular) continua de ancho predefinido por el diseñador del circuito. El esquema de conexión es el que se muestra. La señal de salida tiene un nivel alto por un tiempo T1 y un nivel bajo por un tiempo T2. La duración de estos tiempos dependen de los valores de R1, R2 y C, segun las siguientes formulas:

  
  

  

  
  

  
  

   La frecuencia con la que la señal de salida oscila está dada por esta formula:

  
  

  

  
  

  
  

  
  

  El período es simplemente:

  
  
  

  

  
  

  También decir que si lo que queremos es un generador con frecuencia variable, debemos variar la capacidad de condensador, ya que si el cambio lo hacemos mediante los resistores R1 y/o R2, también cambia el ciclo de trabajo o ancho de pulso (D) de la señal de salida según la siguiente expresión:

  
  

  

  
  

  
  

  Hay que recordar que el período es el tiempo que dura la señal hasta que ésta se vuelve a repetir (Tb - Ta). 

  
  

  Si se requiere una señal cuVVadrada donde el ciclo de trabajo D sea del 50%, es decir que el tiempo T1 sea igual al tiempo T2, es necesario añadir un diodo en paralelo con R2 según se muestra en la figura. Ya que, según las formulas, para hacer t1 = t2 sería necesario que R1 fuera cero, lo cual en la practica no funcionaría.
  
  
  

  Parte A: ASTABLE

  
  

  
  

  Primero debemos dibujar el circuito del astable con 555 en Proteus:

  
  

  

  
  

  Datos de la Simulacion:
  
  
  
  
  

  

  
  
  Estados:

  

  Forma de Onda de Carga y Descarga:

  
  

  

  
  

  Mediciones: 

  
  

  

  
  

  Armado en Protoboard:

  
  

  

  
  

  

  
  

  
  

  
  

  Plaqueta en Protel:

  
  

  

  
  

  Parte B: MONOESTABLE

  
  

  Primero debemos dibujar el circuito Monoestable con 555 en Proteus:

  
  

  

  
  

  Cambiamos los valores de las resistencias y capacitores para llevar el tiempo de activación de la salida a 5s. Cambiando la resistencia R1 por una de 47kΩ dejando los demas componentes con su mismo valor.

  
  

  Onda de Carga y Descarga: 

  
  

  

  
  

  
  

  Armado en Protoboard:

  
  

  

  
  

  
  

  
  

  Armado en Protel:

  
  

  

  
  

  En esta practica se pudo diseñar un circuito donde el circuito integrado 555 funcionara como un temporizador de 5 segundos y hiciera sonar un buzzer y parpadear un led rojo, para que trabajase como una alarma que se activa con el pulsador Normal Abierto. Tambien se diseño el circuito impreso de dicho circuito.

  
  

  Parte C: ASTABLE Y MONOASTABLE CON uC 

  
  

  Debemos armar el circuito con el PIC12F683:

  
  

  

  
  Armado en Protel:
  

  

  
  

ACTIVIDAD Nº2: Mediciones en el Osciloscopio utilizando el Protocolo de Comunicacion serie RS-232 (PARTE B)

INTRODUCCIÓN

Existen distintos tipos de protocolos de comunicación serie ya establecidos para la generación de señales emitidas por controles remotos que usan señales infrarrojas. Todos ellos los encontramos en una larga lista de dispositivos hogareños e industriales: televisores, equipos de audio, conversores de TV Digital, aire acondicionados etc.

Se necesita poder registrar y almacenar la señal generada por un control remoto, para realizar a posteriori un análisis de la trama que genera.

PASOS BASICOS A SEGUIR:

1) Identificar el control remoto por el tipo de control (TV - Audio - VCR - DVD - AA - etc) y su marca en caso de ser posible. Dejar constancia en el trabajo.

2) Armar el siguiente circuito

3) Presionar una tecla del control remoto.

4) Registrar y almacenar en memoria la señal capturada.

PREGUNTAS (Segunda Parte):

5) Basándose solamente en las imágenes capturadas responder las siguientes preguntas:

   a) ¿En qué frecuencia emite la señal infrarroja portadora de los datos?

   b) ¿Cómo se diferencia el uno y el cero?

    Debido a qe poseen distintas duraciones entre si.

    ''0' Lógico

     ''1'' Lógico

   c) ¿Cuántos bits en total se transmiten?

    La totalidad de bits transmitidos son: 11bits.

   d) ¿Cómo está compuesta la trama?

   e) ¿Con qué perioricidad se repite la trama en el tiempo?

     

   Se repite cada 39 ms.

 

ACTIVIDAD Nº2: Mediciones en el Osciloscopio utilizando el Protocolo de Comunicacion serie RS-232 (PARTE A)

INTRODUCCIÓN

En la actualidad el osciloscopio sigue siendo la herramienta privilegiada en un laboratorio para medir señales de todo tipo. Su función  principal es la medición de la diferencia de potencial entre dos nodos de un circuito pero a diferencia del multímetro no lo hace de manera estática sino que nos muestra cómo esa magnitud va cambiando o no en el tiempo a través de una pantalla. Asimismo el osciloscopio digital tiene la posibilidad de capturar eventos, guardarlos en memoria y mostrarlos en su display como si fuese una fotografía. Estos eventos que a veces se manifiestan de manera asincrónica eran, hasta hace poco, difíciles de analizar con tanta precisión como la que hoy día contamos. Por ello resulta indispensable que el técnico sepa usar esta invalorable herramienta.

El objetivo de esta actividad será entonces conocer las distintas posibilidades que nos brinda el osciloscopio como instrumento de medición y captura de datos.

CONOCIMIENTOS PREVIOS PARA LA CORRECTA RESOLUCIÓN DE LA ACTIVIDAD

Si bien el objetivo al que apunta esta actividad se basa en el uso del osciloscopio como herramienta de medición, para la resolución de estos casos se requerirá un mínimo conocimientos acerca de:

Transmisión de datos serie. Protocolo serie RS-232. Conector DB9. Configuración del programa Hyperterminal para la generación de señales serie por el puerto RS-232. Protocolo RC5 y SIRC. Uso de un fototransistor como elemento detector de señales infrarrojas. Circuitos integrados que demodulan la señal emitida por infrarrojos.   

DESARROLLO

Esta actividad se basa en la resolución de dos casos.

PRIMER CASO:

El puerto serie RS232 ha sido y hasta el día de hoy sigue siendo una forma de comunicación sumamente utilizada en numerosos dispositivos electrónicos. Actualmente esta interfaz va siendo reemplazada por la conexión USB, pero la complejidad de esta última nos fuerza a estudiarla y analizarla en otra oportunidad. 

Una manera cómoda y sencilla de ingresarle datos desde sensores externos a una PC es a través de este puerto de comunicaciones.
Se necesita entonces poder registrar y almacenar la señal generada por el puerto serie RS232 (terminal TX) de la PC, para realizar a posteriori un análisis de la trama que genera.

PASOS BÁSICOS A SEGUIR:
1) Armar el cable con el conector DB9 hembra en un extremo usando los terminales RX TX y GND (2 3 y 5 respectivamente) En el otro extremo conectar los tres cables a un poste de pines e identificarlos. Usar un protoboard para realizar la medición.

2) Abrir y configurar el programa Hyperterminal en 9600 bps 8-N-1 (ocho bits, sin paridad, un bit de stop).

3) Medir cuidadosamente a fin de no generar cortocircuitos involuntarios con el osciloscopio la señal generada por la PC en el terminal TX, al presionar la tecla A (mayúscula).

4) Capturar el byte y almacenarlo en memoria.

                                     PONER IMAGENES

 PREGUNTAS (Primera Parte):

5) Responder las siguientes preguntas basándose exclusivamente en las mediciones almacenadas en memoria:

   a)En estado de reposo (sin presionar tecla alguna) ¿qué tensión se mide en la linea?
      En el estado de reposo la tensión de la linea es de aproximadamente -12 volt.

   b) El bit de start marca el comienzo de transmisión. ¿Cuánto tiempo dura y qué valor de tensión se mide? ¿Que valor de tensión tiene un uno lógico y un cero lógico?



    El bit de start tarda aproximadamente 104 µs y tiene una tension de +12 volt. En nuestro caso llamaremos un "0" logico un estado bajo a los +12 volt y un "1" logico o estado alto mide -12 volt (los valores de tension son aproximados dependiendo de las fuente de la pc, en nuestro caso tenemos 11.2 volt y -11.2 volt)




   c) ¿De qué manera a partir de lo medido se puede inferir que el dato transmitido es la tecla A?
    La letra A en código ASCII se representa con el 65. En sexagesimal es equivalente al número 42 . En binario es 01000001 . La señal que se ve en el osciloscopio se representa por medio del número binario (o - Valor máximo \ 1- Valor mínimo), sin contar el bit de start ni el reposo. Si se verifica este numero con la señal que vemos , deben coincidir el momento de los máximos y mínimos con los ceros y unos   d) No, porque el Bit de Stop se representa en codigo binario con un 1, igual al estado de reposo, por lo tanto no se lo percibe en el osciloscopio.




   d) ¿Se puede observar el bit de STOP? Si, no porque?




   No, porque el Bit de Stop se representa en codigo binario con un 1, igual al estado de reposo, por lo tanto no se lo percibe en el osciloscopio.


    e) Cuanto tiempo tarda en transmitirse un byte a la velocidad establecida.

    A 9600 bps un byte (8 bits) tarda en transmitirse unos 832 μs

6) Repetir el punto tres a fin de consolidar los datos medidos y capturados presionando otras teclas en el teclado de la PC.

7) Verificar lo medido cambiando la velocidad de transmisión.

Dado Electronico

PROCESO DE CREACION:


Empezamos viendo como ibamos a presentar el dado, si en formato de led o display y sus posibles funcionamientos. Muchos dieron idea como sería el modelo, como por ejemplo que al encenderse se pruebe el funcionamiento del dispositivo, el modo de juego, cuantos estilos de juegos prodriamos hacer, etc. También se propuso que sea de bajo consumo.




FUNCIONAMIENTO:


Finalmente quedamos en que, al enceder el dado, los leds se prenden en orden numerico de menor a mayor y luego se apagaran las luces. Al apretar play, se encienden aleatoriamente los leds en un nivel menor de atenuamiento y al soltar el pulsador disminuye la velocidad del encendido de los leds hasta quedar en cierto estado y quedara encendido durante un determinado tiempo.




CIRCUITO:

Como Usar Protel 99 SE

Una vez finalizada la instalacion, abrimos el programa. Visualeremos la siguiente interfaz y en el menu seleccionamos File/New para crear un nuevo archivo

En esta parte introducimos el nombre para nuestro archivo (respetando su extension .dbb) y el destino en el cual sera guardado

 Una vez hecho esto abrimos la carpeta ''Documents'' hacemos click derecho en cualquier sector del menu y creamos un nuevo archivo

Como vemos, podemos crear diferentes tipos de archivos, ya sea para realizar pcb , impresion, etc. El que nos interesa es el ''Schematic Document'' para poder comenzar a dibujar el circuito

Una vez creado el documento esquematico lo nombramos, desde ya respetando su extesion y comenzaremos a trabajar. Lo primero sera cargar la libreria correspondiente para el esquematico

En el menu ''Browse sch'' (como se muestra en la imagen), apretamos ''add/remove'' para cargar nuestra libreria, la buscamos en su correspondiente ubicacion y le damos ''Ok''

Para ello buscamos los componentes correspondientes al circuito electrico en nuestras librerias ubicadas del lado izquierdo, y con el comando ''P'' ''W'' (Placer, Wire) trazamos la linea que conectara electricamente a los componentes

Ya que desactivamos la opccion ''autojuntion'', tendremos que manualmente marcar los nodos con ''P'' ''J'' (Placer, Juntion) como se muestra en la imagen

Una vez dibujado todo el circuito, los componentes no estaran nombrados. Para nombrarlos vamos a Tools/Annotate y hacemos click en Ok para que de esta forma nos empieze a numerar los componentes de la forma establecida por default.

Esto nos generara un reporte en el cual nos mostrata los componentes nombrados y su correspondiente numeracion

Ahora haremos un ERC (Electrical Rule Check) el cual nos reportara en el caso que halla errores en el circuito, ya sea componentes sin conectar o una net sin vinculacion, etc.

En este caso el reporte no muetra errores, lo cerramos

Podemos crear un archivo .XLS (extension del programa Microsoft Excel) el cual nos nombrara todos los componentes de nuestro circuito y su valor. Esto es muy util a la hora de ir a comprar los componentes utilizados en nuestro circuito

Ya que nuestro esquematico esta finalizado, debemos pasar a diseñar el circuito PCB, para ello debemos crear una ''netlist'' en Desing/Create Netlist

Dejamos la configuracion por defecto y le damos Ok

Nos generara un reporte, el cual nos indicara la conexion entre los componentes.

Circuito electrico: Dado Electronico

Ahora regresamos a ''Documents'' para crear un nuevo archivo el cual sera PCB Document, lo nombramos y abrimos dicho archivo para comenzar a trabajar en el PCB de nuestro diseño esquematico

Ahora debemos cargar la Netlist creada, en Desing/Load Nets

Ponemos Browse para buscar nuestra netlist en los documentos del archivo y le damos Ok

Como vemos, nos dira:
Status 41 errors found
Esto se debe a que la libreria para el pcb no ha sido cargada y el programa no reconce los componentes

Procediendo igual que en el documento esquematico, cargamos la libreria

Repetimos el paso anterior (en este caso con la libreria cargada) y veremos que no hay errores

Ahora nos apareceran los componentes (desordenados) pero con su correspondiente vinculacion entre si.

Una vez ordenados los componentes y finalizado el ruteo nos queda el siguiente diseñi final:

Para imprimir el PCB vamos  File/ Print/Preview 

Una vez cargado el archivo, tendremos que editar los parametros de impresion, marcamos el archivo del panel izquiero y seleccionamos propiedades.




Editamos el nombre y le ponemos ''Bottom'', que nos servira de referencia para configurar los parametros de impresion del ''lado cobre''. Los layyers que tienen que estar marcados se encuentran en la imagen y podremos agregarlos con ''Add'' y borrar los que no corresponden con ''Remove''. Por ultimo tildamos ''Show Holes'' y el color de la impresion Black & White.




Una vez realizado lo anterior le damos Ok y nos quedara listo para imprimir el lado cobre de la plaqueta.




Ahora debemos insertar un nuevo diseño de impresion para configurar los parametros de impresion del lado pertinax de la plaqueta. Hacemos click derecho en el panel izquierdo y hacemos click en Insert Printout




A este lado lo nombramos ''Top'' y agregamos los layyers correspondientes para dicha impresion procediendo de igual forma que en el caso anterior, pero teniendo en cuenta de tambien marcar la opccion ''mirror layers''




Una vez hecho lo anterior le damos Ok y nos quedara lo siguiente. (sin marcar la opccioon ''mirror layyers'')




Con la opccion ''mirror layyers''. Asi de esta forma las insignias coinciden con nuestro ''Bottom''