INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AGUASCALIENTES MATERIA: ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA DIVISIÓN DE EDUCACIÓN A DISTANCIA CARRERA: INGENIERÍA INDUSTRIAL INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AGUASCALIENTES SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA DIVISIÓN DE EDUCACIÓN A DISTANCIA ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA INDUSTRIAL ASIGNATURA DE ING. INDUSTRIAL PLAN 2004 UNIDAD 3 “ELECTRÓNICA INDUSTRIAL” 1 Asesor: Ing. Raúl Ángel Arellano Torres INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AGUASCALIENTES MATERIA: ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA DIVISIÓN DE EDUCACIÓN A DISTANCIA CARRERA: INGENIERÍA INDUSTRIAL 3.3.3 Contadores En electrónica es muy frecuente la necesidad de contabilizar eventos y por tanto se requiere utilizar un contador, en este caso se trata de un contador electrónico digital. Un contador electrónico básicamente consta de una entrada de impulsos que se encarga de conformar (escuadrar), de manera que el conteo de los mismos no sea alterado por señales no deseadas, las cuales pueden falsear el resultado final. Estos impulsos son acumulados en un contador propiamente dicho cuyo resultado, se presenta mediante un visor que puede estar constituido por una serie de sencillos dígitos de siete segmentos o en su caso mediante una sofisticada pantalla de plasma. Se empezará por considerar un circuito de entrada que nos permita tomar la señal motivo del conteo. Un circuito electrónico básico en el conteo de eventos es el contador 74LS193, el cual hace su conteo utilizando el código binario, En el siguiente circuito, se muestra un contador de pulsos, el cual avanza en su conteo cada vez que hay un flanco negativo (línea vertical en la cual la señal pasa de 1 a 0). Es importante observar que el resultado es obtenido en código binario (Salidas A, B, C, D). A B CLK (Entrada) C Salida Binaria D Número Contado A Salida Binaria B C D 2 Asesor: Ing. Raúl Ángel Arellano Torres INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AGUASCALIENTES MATERIA: ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA DIVISIÓN DE EDUCACIÓN A DISTANCIA CARRERA: INGENIERÍA INDUSTRIAL 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 10 1 0 1 0 11 1 0 1 1 12 1 1 0 0 13 1 1 0 1 14 1 1 1 0 15 1 1 1 1 La tabla anterior muestra las diferentes combinaciones que existen a la salida del contador, con la limitante que solo puede contar de 0 a 15 utilizando dos displays. Una etapa subsecuente al proceso de conteo, es la visualización, ya que una persona común, no puede leer con facilidad el código binario, para esto se utiliza un codificador BCD a 7 segmentos, el cual en conjunto con un display de 7 segmentos, muestra el dato obtenido en código decimal. El display de 7 segmentos más común es el de color rojo, por su facilidad de visualización. Cada elemento del display tiene asignado una letra que identifica su posición en el arreglo del display. En la siguiente figura, se muestra el display y algunos ejemplos de visualización. 3 Asesor: Ing. Raúl Ángel Arellano Torres INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AGUASCALIENTES MATERIA: ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA DIVISIÓN DE EDUCACIÓN A DISTANCIA CARRERA: INGENIERÍA INDUSTRIAL Si se activan o encienden todos los segmentos se forma el número "8" Si se activan solo los segmentos: "a,b,c,d,e,f," se forma el número "0" Si se activan solo los segmentos: "a,b,g,e,d," se forma el número "2" Si se activan solo los segmentos: "b,c,f,g," se forma el número "4" p.d. representa el punto decimal El procedimiento para conectar estos dos dispositivos es el siguiente: donde: A es el bit mas significativo (MSB siglas en ingles) y D el bit menos significativo o con menor valor. Por lo tanto, si a la salida del contador existe una lectura binaria de: A B C D 0 1 0 1 Que es el número 9 en decimal, el codificador BCD a 7 segmentos, generará que se enciendan los segmentos necesarios para que se visualice el número 9 (a.b.c.f.g). 4 Asesor: Ing. Raúl Ángel Arellano Torres INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AGUASCALIENTES MATERIA: ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA DIVISIÓN DE EDUCACIÓN A DISTANCIA CARRERA: INGENIERÍA INDUSTRIAL 3.3.4 Temporizadores Los temporizadores así como su nombre lo dice son mecanismos que funcionan o hacen una operación por cierto tiempo donde el tiempo es ajustado de acuerdo del uso dado. Entre estos existen pequeños dentro de un integrado o grande para potencia en fin digitales o no llevan los mismos implementos básicos. Los temporizadores están presentes en casi todos los circuitos electrónicos y son la aplicación análoga más común de la electrónica de control. Su principio de funcionamiento se basa en el tiempo de descarga de los condensadores (C), normalmente asociados a una resistencia de carga (R), en lo que se conoce como circuitos RC. Al aplicar momentáneamente un voltaje DC al circuito RC, el condensador adquirirá una carga por medio de la R asociada. El tiempo que dure en descargarse este voltaje dependerá principalmente de la capacidad en Faradios del C, y la impedancia de salida del circuito. Esto quiere decir que a mayor valor en Faradios del C, mayor tiempo tomará en descargarse; este tiempo varía proporcionalmente también con la impedancia de salida del circuito RC, lo que aplica si el circuito RC tiene que alimentar en su salida elementos electrónicos como LED o transistores etc. Este voltaje almacenado es el que se utiliza como señal análoga de circuitos que precisan de un tiempo para trabajar, el cual podemos modificar a voluntad, bien sea aumentando o disminuyendo la R ó el C. Al amplificar esta señal tenemos un temporizador básico. En numerosas aplicaciones se necesita medir el tiempo que transcurre desde que se cumple una determinada condición lógica y cuando ese tiempo predeterminado se cumple, esperamos que se devuelva una señal para informar del hecho. La señal que recibe un temporizador es por lo tanto una función lógica que hay que resolver, como en el caso de cualquier pre accionador. La señal que devuelve un temporizador es una variable, porque a partir de ella se pueden tomar decisiones. Los temporizadores eléctricos tienen un funcionamiento similar al de los relevadores, por lo tanto, la bobina será la función y los contactos serán la variable. Los temporizadores pueden ser programados o ser componentes físicos, pero en todos los casos, los más utilizados son de retardo a la conexión de la señal que los activa o bien de retardo a la desconexión de la señal que los activa. El temporizador con retardo a la conexión mide el tiempo que es verdadera la señal que lo activa, luego el 5 Asesor: Ing. Raúl Ángel Arellano Torres INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AGUASCALIENTES MATERIA: ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA DIVISIÓN DE EDUCACIÓN A DISTANCIA CARRERA: INGENIERÍA INDUSTRIAL tiempo a medir comienza desde la "conexión" de dicha señal. El de retardo a la desconexión mide el tiempo que es falsa la señal que lo activa, luego el tiempo a medir comienza desde la "desconexión" de dicha señal. El criterio básico para seleccionar el tipo de temporizador más apropiado es comprobar qué se conecta o se desconecta en el instante que comienza la medida del tiempo. Si algo se conecta, interesa un retardo a la conexión y si algo se desconecta, interesa un retardo a la desconexión. Ejemplos con temporizadores: La figura anterior plantea resolver tres ejemplos sencillos de uso de temporizadores. En el primero se trata de obtener una señal A que informe del momento en que P se acciona (algo parecido a un flanco positivo), en el segundo se trata de informar cuándo se desconecta P (parecido a un flanco negativo) y en el tercero hay que conseguir un impulso de duración fija independientemente del tiempo que P esté conectado. En el primer ejemplo, el tiempo a medir comienza con la conexión de P, luego el temporizador T1, con retardo a la conexión, debe responder a la señal P. La señal A se puede obtener viendo que debe ser verdadera cuando P está accionado y T1 no lo está. En el segundo ejemplo, el tiempo a medir comienza con la desconexión de P, luego el temporizador T2, con retardo a la desconexión, deberá responder a la señal P. 6 Asesor: Ing. Raúl Ángel Arellano Torres INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AGUASCALIENTES MATERIA: ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA DIVISIÓN DE EDUCACIÓN A DISTANCIA CARRERA: INGENIERÍA INDUSTRIAL La señal B se obtiene viendo que debe ser verdadera cuando no esté accionado P y T2 sí lo esté. En el tercer ejemplo, la señal C se puede plantear como una función memoria que se conecta siempre que se acciona P y se desconecta cuando pasa el tiempo que debe durar conectada, tiempo que nos dará un temporizador T3 con retardo a la conexión, ya que se trata de medir el tiempo que C es verdadero. Si la señal P es muy corta, T3 puede medir el tiempo que está conectado C pero cuando la señal P se prolonga, sigue haciendo la conexión de C cuando ya debe estar desconectado. Esto se puede resolver manteniendo la señal del temporizador si P sigue activo (T3 = C + P) siempre y cuando la desconexión que produce sea prioritaria. Un circuito integrado básico en los temporizadores es el 555, el cual es para los experimentadores y aficionados un dispositivo barato con el cual pueden hacer muchos proyectos. Está constituido por una combinación de comparadores lineales de descarga y excitador de salida. En estos días 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 30 pines. Hoy en día, si se ha visto algún circuito comercial moderno, no hay que sorprenderse si se encuentra un circuito integrado 555 trabajando en él. Es muy popular para hacer osciladores que sirven como reloj (base de tiempo) para el resto del circuito. Descripción de pines en el circuito integrado 7 Asesor: Ing. Raúl Ángel Arellano Torres INSTITUTO TECNOLÓGICO DE AGUASCALIENTES MATERIA: ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA DIVISIÓN DE EDUCACIÓN A DISTANCIA CARRERA: INGENIERÍA INDUSTRIAL Vista física de un circuito integrado 555 Componentes internos de un circuito integrado 555 8 Asesor: Ing. Raúl Ángel Arellano Torres