Ingeniería Mecatrónica

Materia: Automatización Industrial

Tema: Lógica cableable y Lógica programable

Nombre del Alumno:

Carlos Alberto Julián Sánchez

Profesor:

Ing. José Luis López Moreno

Fecha:

05/05/2012

Resumen

El siguiente trabajo es una práctica realizada en el laboratorio de Mecatrónica de la

Universidad politécnica de Chiapas, en este trabajo se muestra la gran importancia y

diferencia que existe en trabajar con la lógica cableada y la lógica programable de un

circuito con funciones similares.

Para ello se usaron circuitos integrados que se han aprendido a usar durante la carrera,

detalladamente en electrónica digital donde se usaron algunas condiciones secuenciales y

booleanas. Después se realizo la misma práctica pero usando un micro controlador para

comprobar realmente el tiempo de trabajo, y cuestiones de costo sobre el material.

Abstract

The following work is a practice done in the Mechatronics Laboratory of the Polytechnic

University of Chiapas, in this paper shows the importance and difference in working with

hard-wired and programmable logic circuits with similar functions.

They used integrated circuits that have learned to use during the race fully in digital

electronics which used some sequential and Boolean conditions. Following the same

practice was carried out but using a micro controller to actually check the working time and

cost issues on the material.

Introducción

La siguiente práctica de lógica cableada se realizó bajo los siguientes materiales, con su

respectiva simulación y fotos del circuito armado en protoboard.

Material:

Resistencias de diferentes valores

Capacitores (Cerámicos y Electrolíticos)

Circuito Integrado CD4017

Temporizador NE555

Diodos

Leds (Rojo, Ámbar y Verde)

Fuente de 9 o 12 volts.

Para comenzar a realizar nuestro semáforo, es necesario conocer las funcionalidades de

nuestros circuitos integrados, para ello veamos cómo funciona el CD4017.

Figura 1.1: Datos del Circuito Integrado CD4017

El integrado que se muestra en la figura 1.1, es un contador/divisor o decodificador con 10

salidas. Estructuralmente está formado por un contador de Johnson de 5 etapas que

puede dividir o contar por cualquier valor entre 2 y 9, con recursos para continuar o

detenerse al final del ciclo.

Con las entradas "Habil. Reloj" y "Reset" a tierra, el contador avanza una etapa a cada

transición positiva de la señal de entrada (Reloj). Partiendo entonces de la situación inicial

en que "S0" se encuentra a nivel alto y todas las demás a nivel bajo. Con la llegada del

primer pulso de entrada tenemos la primera transición. "S0" pasa a nivel bajo y "S1" a

nivel alto, todas las demás permanecen en cero.

Con el segundo pulso, "S1" pasa a nivel bajo y "S2" a nivel alto, y así sucesivamente

hasta la última.

"Habil. Reloj" si está a tierra, hará que se inicie un nuevo ciclo. si está a VDD se

consigue solo un ciclo de funcionamiento.

"Carry-Out" Este terminal proporciona un ciclo completo a cada 10 pulsos de entrada,

pudiendo usarse para excitar otro 4017 para división sucesiva de frecuencia o recuento

por un número superior a 10.

Figura 1.2 : Función Carry-Out del Integrado CD4017

"Reset" Si se le aplica un nivel alto, lleva ese nivel al terminal "S0", volviendo a iniciar el

recuento. Eso significa que si conectamos este terminal a cualquier salida, cuando ésta se

lleve a nivel alto se iniciará un nuevo ciclo. Es decir que si conectamos "S4" a la entrada

"Reset" tendremos un recuento sólo hasta 4.

Figura 1.3: Función “Reset” del Ingrado CD4017

Ahora la función del temporizador NE555 otro circuito integrado capaz de enviarnos los

pulsos necesarios para poder realizar la práctica se ilustra de la siguiente forma:

Figura 1.3: Datos del circuito integrado NE555

Es uno de los Circuitos Integrados más famosos, de los más utilizados. Según el tipo de

fabricante recibe una designación distinta tal como TLC555, LMC555, uA555, NE555C,

MC1455, NE555, LM555, etc. aunque se lo conoce como "el 555" y ya todos saben de

qué se está hablando.

Respecto al formato o encapsulado, puede ser circular metálico, hasta los SMD, pasando

por los DIL de 8 y 14 patillas.

Existen versiones de bajo consumo con el mismo patillaje y versiones dobles, es decir que

contienen 2 circuitos iguales en su interior, que comparten los terminales de alimentación

y se conocen con la designación genérica de 556.

Este circuito es un "Timer de precisión", en sus orígenes se presentó como un circuito de

retardos de precisión, pero pronto se le encontraron otra aplicaciones tales como

osciladores astables, generadores de rampas, temporizadores secuenciales, etc.,

consiguiéndose unas temporizaciones muy estables frente a variaciones de tensión de

alimentación y de temperatura.

Existen dos configuraciones muy importante que podemos utilizar con el integrado NE555

y es la configuración monoestable y astable.

Figura 1.4: Configuración Interna del 555.

Configuración Monoestable:

La salida del circuito es inicialmente cero, el transistor está saturado y no permite la carga

del condensador C1. Pero al pulsar SW1 se aplica una tensión baja en el terminal de

disparo TRIGGER, que hace que el biestable RS cambie y en la salida aparezca un nivel

alto. El transistor deja de conducir y permite que el condensador C1 se cargue a través de

la resistencia R1. Cuando la tensión en el condensador supera los 2/3 de la tensión de

alimentación, el biestable cambia de estado y la salida vuelve a nivel cero.

R2 está entre 1k y 3,3 M, el valor mínimo de C1 es de 500pf.

Figura 1.5: Configuración Monoestable del NE555

Configuración Astable:

Cuando se conecta la alimentación, el condensador está descargando y la salida del 555 pasa a nivel alto hasta que el condensador, que se va cargando, alcanza los 2/3 de la tensión de alimentación, con esto la salida del biestable RS pasa a nivel "1", y la salida del 555 a ceroy y el condensador C1 comienza a descargarse a través de la resistencia RB. Cuando la tensión en el condensador C1 llega a 1/3 de la alimentación, comienza de nuevo a cargarse, y asi sucesivamente mientras se mantenga la alimentación.

Figura 1.5: Configuración Astable del NE555.

Lógica Cableada:

Ahora que hemos visto los circuitos integrados que fueron utilizados, veamos la

configuración que se hizo es decir la lógica cableada que hemos aplicado para poder

desarrollar nuestro semáforo. Para ello hemos hecho la simulación en LiveWire,

observemos los tres estados en lo que encontraremos a nuestro circuito, es decir,

encendiendo la luz verde, ámbar y roja.

Figura 1.6: Simulación del circuito del semáforo.

Como podemos observar tenemos la configuración monoestable de nuestro integrado 555

y luego van conectados al reloj “clock” de nuestro integrado 4017, es por ello que con

respecto a la salida hemos conectado los diodos para dirigir la corriente en un solo

sentido como prevención para el integrado, es así que tenemos un temporizador de

pulsos por cada salida.

Podemos ver los tres estados en la figura 1.7.

Figura 1.7: Simulación de los estados ON del semáforo.

Esta es la representación física en protoboard como lo muestra la figura 1.8, y así vemos

que hemos logrado hacer un semáforo de forma fácil y práctica.

Figura 1.8: Circuito de la Lógica cableada (Parte física)

Lógica Programable:

Después de hacer uso de la Lógica cableada hemos observado que es un poco más

tedioso, sin embargo existe otra forma de simplificarnos tanto tiempo como en la facilidad

de realizar lo mismo pero de otra forma, esto es gracias a la programación de

microcontroladores, en este caso hemos usado los siguientes materiales:

Material:

Fuente de 5 Volts

PIC 16F877A

Resistencias

Capacitores cerámicos

Leds (Rojo, Ámbar, y Verde)

Para dar inicio a la programación se utilizó un software encargado de realizar la acción en

programar los microcontroladores, de una forma fácil y cómoda usamos el programa

Mikro-C.

Nuestra programación se basó en habilitar un puerto de salida, que sería el puerto B de

nuestro microcontrolador, cabe mencionar que la forma interna que tiene este

PIC16F877A es la siguiente:

Figura 1.9: Enumeración de los pines del PIC16F877A

En nuestro caso hemos habilitado el puerto B y luego lo hemos hecho salida cada uno de

ellos, por ejemplo nuestra programación aparece en la Figura 1.10.

Figura 1.10: Programación del Microcontrolador 16F877A

Hemos llamado a nuestra función principal semáforo, y luego hemos hecho dos cosas

importantes.

TRISB = 0; Aquí hemos habilitado como salidas los pines del puerto B

PORT B = 0: Aquí hemos habilitado a los pines del puerto B, para ser utilizados de forma

direccional.

Luego hacemos un ciclo infinito con un While, esto para poder repetir infinitamente la

acción que hay dentro de las llaves de la sentencia.

Al hacer PORTB.F1 = 1; estamos indicando que queremos que el pin 1 del puerto B, se

encienda por 2500 milisegundos, luego le decimos que se apague mediante PORTB.F1 =

0; Y durará 100 milisegundos, luego se hacen así progresivamente con los pines 2 y 3 del

puerto B. Esto da inicio a tener nuestra lógica programable de forma fácil y rápida, ahora

hay que apreciar si esto lo podemos observar de manera física, mediante una simulación

en Proteus un software de simulación.

Figura 1.11: Encendido el Led Rojo de la lógica programable

Figura 1.12: Encendido el Led Ámbar de la lógica programable

Figura 1.13: Encendido del Led Verde de la lógica programable

Ahora de forma física nuestro circuito queda como se muestra la figura 1.14 y de la

siguiente manera, vemos que lo único que le tuvimos que agregar a diferencia de nuestra

simulación fue el incrementar una resistencia para atenuar bien la señal del pic ó evitar

perturbaciones del medio, lo mismo con el capacitor cerámico, una conexión a tierra y otra

conexión a la alimentación del PIC, no olvidar que necesitamos un cristal o más bien un

Reloj de 4 MHz. Para la estabilidad de de frecuencia de nuestra señal,

Figura 1.14 Circuito de la lógica programable (Parte física).

Ahora veamos la siguiente tabla que nos muestra algunos datos importantes sobre la

lógica cableada y la lógica programable.

Datos Generales Lógica cableada Lógica programable Tiempo de diseño e implementación

1 hora y 30 minutos 15 minutos

Costo $ 50.00 $140.00

Desglose de material y equipo Resistencias

Diodos

Capacitores

Diodo Leds

CI CD4017

CI NE555

Extras

PIC 16F877A

Capacitores

Resistencias

Diodo Leds

Cristal

Extras

*Extras se refiere a cables (puentes), multímetro, protoboard, etc.

Tabla 1.1 : Datos generales de tiempo y gasto.

CONCLUSIONES

Con base a este trabajo hemos aprendido a discernir sobre la importancia de trabajar bajo

una lógica cableada con la lógica programable, habiendo muchas contras como

beneficios por cada de uno de ellos.

Es más económico el poder realizar un trabajo con lógica cableada, puesto que los

componentes no superan mucho la cantidad de dinero que lleva la lógica programable

esto es por el microcontrolador, ahora si nos damos cuenta la lógica programable es más

cara pero tiene un beneficio que no tiene la cableada, y es el tiempo aquí el tiempo se

ahorra demasiado, aunque se deben tener ideas sobre la programación del mismo, ya

que si no se sabe programar, se perderá demasiado tiempo ó más de lo que llevaría una

lógica cableada.

Con esto podemos darnos cuenta de la importancia que tienen las dos formas de lógica, y

construcción del circuito, quizá sea más recomendable saber hacer las dos cosas pues en

el campo laboral la empresa puede tener el suficiente recurso económico y se necesitará

la habilidad de saber programar tanto un microcontrolador ó un PLC´s , o bien la empresa

puede no tener el recurso suficiente y puede adquirir circuitos integrados económicos y

requiera una lógica cableada.

BIBLIOGRAFIA

ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/39582b.pd

r-luis.xbot.es/icdatos/555.html

r-luis.xbot.es/icdatos/4017.html

Programación en Mikro C (software de programación de microcontroladores)

Live Wire & Proteus (Software de simulación de circuitos electrónicos)