Agregar a favoritos Invitar a un amigo Es su primera visita?

Novo: Portugus

Principio del formulario

HTMLCONTROL Forms.HTML:Hidden.1

HTMLCONTROL Forms.HTML:Text.1 Busqueda avanzada

Final del formulario

Monografas

Nuevas

Publicar

Descargas

Foros

Ayuda

Monografias.com > Tecnologia

Descargar Imprimir Comentar este trabajo Agregar a favoritos Enviar a un amigo Trabajos relacionados

Anuncios GoogleLED display manufacturers Long durability & Enhanced bright ness, Huge sizes meet your needs!www.sbc-led.comDisplay Measurement Measure all optical parameters of Displays: Luminance Color Contrastwww.instrumentsystems.comLED Display Boards China Focus on Outdoor/Indoor LED Display Quality LED Display Meet Your Needswww.yes-led.com/LED-DisplayPantallas leds Fabricacin de pantallas de leds Servicio y Calidad al mejor preciowww.bitemsmedia.comIndustrial displays LCD and LED based signs for indoor or outdoor usewww.norskdisplay.comKingbright LEDs Kingbright LEDs provide you ultimate solutionwww.KingbrightUSA.com

Leds y Display de 7 segmentos

Objetivos

Introduccion

Diodo emisor de luz

El display de 7 segmentos

Conclusiones

Bibliografia

Anexos

OBJETIVOS .

Objetivos de la Prctica.

Analizar matemtica y fsicamente el comportamiento del diodo semiconductor de Silicio en redes de circuitos electrnicos.

Analizar matemtica y fsicamente el comportamiento del diodo semiconductor de Germanio en redes de circuitos electrnicos.

Implementar de redes de circuitos electrnicos.

Objetivos de la Investigacin.

Comprender el funcionamiento fsico y estudiar las caractersticas del Diodo Emisor de Luz(LED).

Estudiar el funcionamiento y caractersticas de una de las aplicaciones de los LED: El Display de 7 Segmentos.

INTRODUCCION

Dentro de la familia de semiconductores hay uno que tiene la particular caracterstica de emitir luz. La existencia de este tipo de dispositivos ha abierto un amplio campo de investigacin. Este nuevo campo de investigacin es la Optoelectrnica.

La optoelectrnica es el nexo de unin entre los sistemas pticos y los sistemas electrnicos. En esta rea juega un papel importante el LED. Que est cada vez mas de moda. Hoy en da parece imposible mirar cualquier aparato electrnico y no ver un panel lleno de luces o de dgitos mas, o menos espectaculares. Por ejemplo, la mayora de los walkman disponen de un piloto rojo que nos avisa que las pilas ya han agotado y que deben cambiarse. Una forma mas avanzada de LED: el LED lser es usado para generar el impulso luminoso que atraviesa las redes de fibra ptica, importante para las transmisiones de banda ancha.

Otra importante aplicacin de los Diodos Emisores de Luz es el Display de 7 Segmentos que se utiliza para mostrar informacin acerca del estado de un aparato electrnico. Bsicamente es una forma de representar los dgitos del sistema numrico que utilizamos actualmente, (0-9). En este trabajo se estudian las caractersticas y funcionamiento de este dispositivo.

DIODO EMISOR DE LUZ

Un LED (Light Emitting Diode- Diodo Emisor de Luz), es un dispositivo semiconductor que emite radiacin visible, infrarroja o ultravioleta cuando se hace pasar un flujo de corriente elctrica a travs de este en sentido directo. Esencialmente es una unin PN cuyas regiones P y regiones N pueden estar hechas del mismo o diferente semiconductor. El color de la luz emitida est determinado por la energa del fotn, y en general, esta energa es aproximadamente igual a la energa de salto de banda del material semiconductor en la regin activa del LED.

Los elementos componentes de los LED's son transparentes o coloreados, de un material resina-epoxy, con la forma adecuada e incluye el corazn de un LED: el chip semiconductor.

Los terminales se extienden por debajo de la cpsula del LED o foco e indican cmo deben ser conectados al circuito. El lado negativo est indicado de dos formas:

1) por la cara plana del foco o,

2) por el de menor longitud. El terminal negativo debe ser conectado al terminal negativo de un circuito.

Los LED's operan con un voltaje relativamente bajo, entre 1 y 4 volts, y la corriente est en un rango entre 10 y 40 miliamperes. Voltajes y corrientes superiores a los indicados pueden derretir el chip del LED.

La parte ms importante del "light emitting diode" (LED) es el chip semiconductor localizado en el centro del foco, como se ve en la figura1.

El chip tiene dos regiones separadas por una juntura. La regin P est dominada por las cargas positivas, y la N por las negativas. La juntura acta como una barrera al paso de los electrones entre la regin P y la N; slo cuando se aplica el voltaje suficiente al chip puede pasar la corriente y entonces los electrones pueden cruzar la juntura hacia la regin P.

Si la diferencia de potencial entre los terminales del LED no es suficiente, la juntura presenta una barrera elctrica al flujo de electrones.

Figura 1. figura de un led y su chip semiconductor

El material que compone el diodo LED, es importante ya que el color de la luz emitida por el LED depende nicamente del material y del proceso de fabricacin principalmente de los dopados.

En la tabla adjunta (tabla a) aparecen algunos ejemplos de materiales utilizados junto con los colores conseguidos:

Material Longitud de Onda Color Vd Tpica

AsGa 904 nm IR 1 V

InGaAsP 1300 nm IR 1 V

AsGaAl 750-850 nm Rojo 1,5 V

AsGaP 590 nm Amarillo 1,6 V

InGaAlP 560 nm Verde 2,7 V

Csi 480 nm Azul 3 V

Tabla a. Materiales para la fabricacin de un diodo y color obtenidoResulta difcil distinguir, por pura inspeccin visual, el modelo del LED as como el fabricante: los valores mximos de tensin y corriente que puede soportar y que suministra el fabricante sern por lo general desconocidos. Por esto, cuando se utilice un diodo LED en un circuito, se recomienda que la intensidad que lo atraviese no supere los 20 mA, precaucin de carcter general que resulta muy vlida. En la figura 2, se muestra el smbolo electrnico de este tipo de diodo. Las flechas indican la radiacin emitida por el diodo.

Figura 2. Smbolo electrnico del diodo emisor de luz (led)

Funcionamiento fsico de un LED.

Al polarizar directamente un diodo LED (figura 3 y 4) conseguimos que por la unin PN sean inyectados huecos en el material tipo N y electrones en el material tipo P; producindose, por consiguiente una inyeccin de portadores minoritarios.

Figura 3. Diodo emisor de luz con la unin polarizada ensentido directo

Figura 4.Diodo emisor de luz con la unin polarizada en sentido directo.

Cuando estos portadores se recombinan, se produce la liberacin de una cantidad de energa proporcional al salto de banda de energa del material semiconductor. Una parte de esta energa se libera en forma de luz, mientras que la parte restante lo hace en forma de calor, estando determinadas las proporciones por la mezcla de los procesos de recombinacin que se producen.

La energa contenida en un fotn de luz es proporcional a su frecuencia, es decir, su color. Cuanto mayor sea el salto de banda de energa del material semiconductor que forma el LED, ms elevada ser la frecuencia de la luz emitida.

En el anlisis de un circuito, el diodo LED puede ser tratado de manera anloga a un diodo normal. Sin embargo conviene tener en cuenta que los diodos LED no estn fabricados de silicio monocristalino ya que el silicio monocristalino es incapaz de emitir fotones. Debido a ello, la tensin de polarizacin directa VD depende del material con el que este fabricado el diodo.

Cuando se utilizan LEDs con tensin alterna se suele utilizar el esquema de la figura 5:

Figura 5. Diodo Led En Alterma

En este esquema se utiliza para que el diodo LED no se encuentre nunca polarizado en inversa. Al situar un diodo normal en antiparalelo, la tensin mxima en inversa entre las terminales del LED es de 0.7 volt. Esto se realiza as porque un diodo LED puede resultar daado ms fcilmente que un diodo normal cuando se le aplica un polarizacin inversa.

Control de un LED

Un LED puede ser activado por corriente continua, por impulsos o corriente alterna.

Por corriente continua

El circuito tpico empleado se mostr en la figura ante anterior. El control de la corriente se realiza por medio de la resistencia R y su valor es:

R = (E Vf)/ If

Siendo E la tensin de alimentacin, Vf la tensin en bornes del LED e If la corriente que lo atraviesa. La tensin E debe ser, por lo menos, dos veces la tensin Vf. Para los colores rojo, anaranjado y amarillo se recomienda un valor de If de 5 a 15 mA, mientras que para el ver de se recomienda de 10 a 20 mA. Los parmetros para un LED de color azul son bastante diferentes, ya que presentan una Vf = 5v. y una corriente If de 60 mA para una intensidad luminosa de 50 mcd.

En rgimen de impulsos.

ste es el mtodo ms empleado, ya que el LED presenta una mayor fiabilidad y ofrece las siguientes ventajas frente al mtodo anterior:

a) La intensidad luminosa puede ajustarse variando la amplitud o el ancho del impulso aplicado.

b) Genera mayor intensidad luminosa para una misma corriente media.

Cmo se determina la amplitud de los impulsos?

Cuando se realiza el control del LED por impulsos hay que determinar la amplitud de los mismos de la siguiente manera:

1. Determinar la frecuencia y la duracin del ciclo definidos por la aplicacin.

2. Basndose en grficas de los fabricantes, determinar la relacin entre la corriente mxima de pico y la corriente directa mxima.

3. Con ayuda de las grficas tambin, determinar la corriente directa mxima. Este valor disminuye para temperaturas mayores de 50 C.

Comparando con el control por corriente continua, para la misma corriente media, el control por impulsos ofrece una mayor intensidad luminosa media y una menor disipacin de potencia.

El funcionamiento impulsional de los LEDs provoca un fenmeno de percepcin conocido como " luz enriquecida ". Este fenmeno es debido en parte a la retencin del ojo de altos niveles de brillo, como los producidos por un destello de luz. Este fenmeno slo aparece en los dispositivos de GaAsP debido a que este material no satura en condiciones de elevadas corrientes.

Cuando el ojo humano es el detector de la energa visible, la menor energa es consumida en funcionamiento impulsional. Esto es una ventaja especialmente importante en equipos alimentados por bateras y cuando hay que controlar grandes conjuntos de LEDs.

En corriente alterna.

Cuando un diodo LED se conecta a un circuito de alterna hay que prever una proteccin contra la tensin inversa si se espera exceder el valor mximo de Vr.

Caractersticas, formatos y variedades de los LED

Los parmetros que caracterizan el funcionamiento de un LED y que sirven de base para la eleccin del modelo ms adecuado para la aplicacin concreta a que se le va a destinar, son los siguientes:

Eficiencia.

Es la relacin entre la intensidad luminosa emitida, medida en unas unidades denominadas milicandelas (mcd) y la corriente elctrica en mA que produce dicha radiacin. Se representa por Iv. Los valores normales oscilan entre los 0,5 y 2 mcd a 20 mA. Pero los de alta eficiencia alcanzan hasta las 20 mcd a 10 mA.

El color depende de la energa de los fotones y de la frecuencia de la radiacin, existiendo tres que son los que han estandarizado la mayora de los fabricantes, se trata del rojo, verde y amarillo-anaranjado. En el caso de LED de infrarrojos, la radiacin no ser visible y, por tanto, este factor no existir.

Para caracterizar la eficacia en la generacin de fotones se definen una serie de parmetros:

Eficiencia cuantica interna

Es la relacin entre el nmero de fotones generados y el nmero de portadores (electrones y huecos) que cruzan la unin PN y se recombinan. Este parmetro debe hacerse tan grande como sea posible. Su valor depende de las probabilidades relativas de los procesos de combinacin radiante y combinacin no radiante, que a su vez dependen de la estructura de la unin, el tipo de impurezas, y sobre todo, el material semiconductor.

Sin embargo, la obtencin de una alta eficacia cuntica interna no garantiza que la emisin de fotones del LED sea alta. La radiacin generada en la unin es radiada en todas las direcciones. En especial que sea radiacin generada en el interior del material pueda salir de l. A la relacin entre el nmero de fotones emitidos y el nmero de portadores que cruzan la unin PN se le llama eficiencia cuntica externa.

Las causas de que sea menor son tres:

a) Solo la luz emitida en la direccin de la superficie entre el semiconductor y el aire es til.

b) En la superficie entre el semiconductor y el aire se pueden dar fenmenos de reflexin, quedando los fotones atrapados en el interior del material.

c) Los fotones pueden ser absorbidos por el material para volverse a formar un par electrn-hueco.

La directividad.

Est definida por el mximo ngulo de observacin de luz que permite el tipo concreto de LED, respecto al eje geomtrico del mismo.

Este parmetro depende de la forma del encapsulado, as como de la existencia o no de una lente amplificadora incluida en el mismo.

En los modelos de mayor directividad este ngulo es pequeo y tienen la apariencia de producir una intensidad luminosa ms elevada que los otros, en los que la luz se reparte sobre una superficie mucho mayor.

Cada modelo de LED dispone de una curva de directividad en la que se representa el nivel de intensidad luminosa en funcin del ngulo de observacin. Esta curva resulta de mucha utilidad para la eleccin de un modelo determinado.

El efecto cristalino

Las lentes de los primeros LEDs fueron diseadas para permitir el paso de la mxima cantidad de luz en la direccin perpendicular a la superficie a la superficie de montaje. (Figura 6)

Figura 6. Efectos producidos segn la Utilizacin de la lente

Ms tarde, la luz producida fue mayor y sus lentes se disearon para difundir la luz sobre una amplia rea, permitiendo mayores ngulos de visibilidad. Posteriormente aparecieron en el mercado los LEDs de alta luminosidad y una gran variedad de lentes epoxy color rojo fueron incorporadas para difundir la luz en una amplia rea de emisin, produciendo una sensacin ms agradable a la vista que las lentes que concentran la luz en un punto.

La figura 7 muestra los efectos de aadir cantidades de difusores rojos al material epoxy de la lente.

figura 7. Efectos al aadir difursores al material epoxy

La tensin directa (VF).

Es el voltaje que se produce entre los dos terminales del LED cuando le atraviesa la corriente de excitacin. Esta comprendida entre 1,5 y 2,2 v. para la mayora de los modelos.

La corriente inversa (Ir).

Es la mxima corriente que es capaz de circular por el LED cuando se le somete a una polarizacin inversa. Valores tpicos de este parmetro se encuentran alrededor de los 10 uA.

Disipacin de potencia.

Es la fraccin de la potencia que absorbe el LED y no transforma en radiacin visible, tenindola que disipar al ambiente en forma de calor. En las aplicaciones clsicas de los LEDs se necesita una resistencia en serie con el mismo, con la misin de limitar la corriente que circula por l.

Identificacin.

La indicacin de la polaridad de los terminales se realiza haciendo que el terminal que corresponde al nodo tenga una longitud mayor que el del ctodo. Adems, se aade un pequeo aplanamiento en la cpsula en una zona prxima al terminal catdico.

Y si no se identifica, hay que fijarse en los terminales interiores, uno es ms pequeo que el otro. Ese es el nodo.

Y como ltimo recurso recurre al ohmimetro de tu polmetro. Hars dos medidas cambiando las pinzas y si est bien obtendrs dos medidas de ohmios: una prxima a cero y otra de un valor hmico alto.

Fiabilidad de los LEDs

Existen tres tipos de fallos:

a) Fallo infantil:

El LED se destruye durante el quemado inicial ("burn in") debido a fallos en el proceso de fabricacin.

b) Fallo por malformacin:

"freak failure"; el LED se destruye despus del ("burn in") debido a fallos no manifestados hasta ese momento.

c) Fallo por envejecimiento:

El LED se degrada y envejece tonel tiempo.

Para comunicaciones interesa conocer la prdida de potencia con el tiempo.

La degradacin con el tiempo se debe a un aumento de la recombinacin no radiante (en los LEDs este fallo es catastrfico).

Formatos y variedad de los LEDs.

Existe una gran variedad de formas, intensidades luminosas, dimensiones, colores, etc. Hay diversas empresas que ofrecen dispositivos que mejoran la eficiencia en la utilizacin de los LED, creando un soporte externo a ste que en la mayora de casos es ms bien de tipo mecnico. Por ejemplo, una de ellas, adems de los LEDs con encapsulado SMD, los intermitentes que incorporan un circuito integrado en su interior para generar intermitencias de 3 Hz., y las matrices de LEDs miniatura, se dedica a fabricar principalmente reflectores, monturas, soportes, LEDs con cablecillos etc.

Diferentes formas de representacin de caracteres con LEDs. (figura 8 y 9)

figura 8. Esquemas de aplicaciones de LEDs. Display de 7 segmentos

Figura 9. Esquemas de aplicaciones de LEDs

Comentarios

Agregar un comentario

Trabajos relacionados

TecnologaPrehistoria. Edad Antigua. Edad Media. Edad Moderna. Edad Contempornea. Arado, Escritura, Fuego, Rueda, Herramientas d...

El nuevo milenioEl progreso tcnico y cientfico. La revolucin de las comunicaciones. Un Mundo Global. Los problemas del comienzo del n...

Recipientes de almacenamientoAlmacenamiento de lquidos. Almacenamiento de gases. Tanques atmosfricos. Tanques elevados, abiertos. Tejados flotantes...

Ver mas trabajos de Tecnologia

Nota al lector: es posible que esta pgina no contenga todos los componentes del trabajo original (pies de pgina, avanzadas formulas matemticas, esquemas o tablas complejas, etc.). Recuerde que para ver el trabajo en su versin original completa, puede descargarlo desde el men superior.

Todos los documentos disponibles en este sitio expresan los puntos de vista de sus respectivos autores y no de Monografias.com. El objetivo de Monografias.com es poner el conocimiento a disposicin de toda su comunidad. Queda bajo la responsabilidad de cada lector el eventual uso que se le de a esta informacin. Asimismo, es obligatoria la cita del autor del contenido y de Monografias.com como fuentes de informacin. El Centro de Tesis, Documentos, Publicaciones y Recursos Educativos ms amplio de la Red.Trminos y Condiciones | Haga publicidad en Monografas.com | Contctenos 1997 Monografias.com S.A.

En muchos lugares pblicos habris visto unos indicadores luminosos que nos indican el turno. Normalmente son de dos dgitos, lo que les permite contar hasta 99.

El funcionamiento de estos visualizadores consiste en el apagado o encendido de una serie de luces que forman cada uno de los siete segmentos utilizados para formar los nmeros. Lo realmente complicado es el circuito que se encarga de encender unos segmentos y apagar otros para formar el nmero que interese.

Nosotros vamos a investigar y tratar de entender estos visualizadores, que nos permitir contar de 0 a 9.

Este es un sistema muy importante, por que la humanidad esta dependiendo mas de la tecnologa, se adapta cada vez mejor a un modelo de vida electrnico, lo que se ve en todas partes.

COMPONENTES ELECTRNICOS SEMICONDUCTORES

EL DIODO

Es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente elctrica en una direccin y la bloquea en la opuesta. Esta Formado por dos cristales Semiconductores, uno con escasez de electrones denominado tipo P, y el segundo con exceso de electrones, o tipo N. Esta unin semiconductora se encapsula bajo formas distintas que dependen del fabricante y a la funcin a la que se destinan, y que disponen de unos terminales conductores para su conexin con otros componentes. El terminal conectado al semiconductor de tipo P recibe el nombre de nodo, mientras que el conectado de tipo N recibe el nombre de ctodo, un diodo se comportara como un circuito de baja resistencia siempre que el nodo este polarizado a superior tensin que el ctodo. En caso contrario, presentara una elevada resistencia entre sus terminales y se comportara como un circuito abierto. Esta descripcin corresponde a un diodo de propsito general. Existen diodos construidos para aprovechar alguna caracterstica especial, entre los que destacan el diodo emisor de luz (LED) y el diodo Zener.

Diodo Emisor de Luz (LED)

Cuando un diodo es polarizado directamente, se convierte en conductor. El cambio energtico que experimentan los electrones en estas circunstancia se manifiesta en algunos compuestos, como el arseniuro de galio (1), con la presencia de una radiacin de luz visible o infrarroja.

Galio, de smbolo Ga, es un elemento metlico que se mantiene en estado lquido en un rango de temperatura ms amplio que cualquier otro elemento.

El galio se encuentra en el grupo 13 (o IIIA) del sistema peridico. Su nmero atmico es 3.

Los diodos emisores de luz estn especialmente diseados para aprovechar la emisin de luz, y se construyen de forma que la unin queda en la zona mas exterior posible del dispositivo, protegidos por un material transparente. Segn el material semiconductor empleado, se obtienen diodos luminiscentes de color rojo, verde o amarillo.

Existen tambin versiones con dos colores, provistos con una estructura de tres patillas, comn la del centro y especifica para color la de cada extremo.

DISPLAYS DE 7 SEGMENTOS

Muchos equipos electrnicos proporcionan informacin al usuario mediante la utilizacin de seales luminosas, como la emisora sintonizada en un equipo de radio o la lectura de tensin en un voltmetro digital.

Para representar las cifras numricas se agrupan siete diodos en de segmentos. Estos diodos tienen conectados entre si todos los nodos.

Un Display de este tipo est compuesto por siete u ocho leds de diferentes formas especiales y dispuestos sobre una base de manera que puedan representarse todos los smbolos numricos y algunas letras. Los primeros siete segmentos son los encargados de formar el smbolo y con el octavo podemos encender y apagar el punto decimal.

Denominacin de los segmentos de Display:

Esta es la denominacin de los 7 segmentos en los modelos comerciales.

Esquema elctrico del visualizador:

Se ha realizado el esquema de tres segmentos de los 7 que lo componen ya que el resto es idntico.

Se ha optado por una configuracin de nodo comn. La decisin ha sido totalmente aleatoria, por lo que servira exactamente igual una configuracin de ctodo comn.

Como se puede deducir del esquema, el nmero de cables entre la placa controladora y el visualizador digital es de 8. (7 para los segmentos y 1 para el negativo la alimentacin.

Esquema

Anteriormente se ha comentado que el display que se va a estudiar es de ctodo comn, esto significa que todos los ctodos de los leds estn conectados, alimentaremos cada led por separado por su correspondiente nodo.

Tambin existen displays de nodo comn, stos son similares a los que vamos a utilizar en nuestro montaje con la salvedad de que las conexiones a alimentacin y masa seran al revs.

La correspondencia de los pines y cada uno de los leds del display puede verse en la siguiente figura:

Los pines 3 y 8 corresponden con el ctodo de los leds (son los situados en el centro de las dos filas de pines), para el resto se sigue el criterio mostrado en la tabla.

Por ejemplo, si alimentamos el Display por el pin 2 (utilizando una de las resistencias comentadas) y unimos el pin 3 o el 8 a masa, se encender el segmento inferior (marcado como d en la figura).

Si alimentamos por el pin 5 lo que encenderemos ser el punto decimal indicado como en la figura DP (del ingls Dot Point).

MONTAJE DE UN DISPLAY:

El montaje, de la siguiente forma:

Pin del Puerto BPin del DisplaySegmento

0 ($01)9f, superior izquierda

1 ($02)10g, central

2 ($04)6b, superior derecha

3 ($08)7a, superior

4 ($10)5DP, punto decimal

5 ($20)4c, inferior derecha

6 ($40)2d, inferior

7 ($80)1e, inferior izquierda

Al tratarse de un Display de ctodo comn, cada vez que activemos, es decir, pongamos a '1' lgico, uno de los bits de salida del puerto B, encenderemos el led correspondiente en el Display.

Ntese que si hubisemos utilizado un Display de nodo comn, el conexionado y la forma de operacin seran diferentes. E nuestro caso, la correspondencia entre pines del puerto B y el led del Display queda como la de la figura.

PROPIEDADES GENERALES DE UN DISPLAY DE 7 SEGMENTOS.

Patillaje

La G corresponde a masa. Cada patilla se corresponde con un segmento, al cual debemos aplicar una tensin positiva.

Caractersticas

Solidez: excelente Angulo de visibilidad: 150 grados Consumo por dgito: 150 mW Vida media en horas: 100000 Luminosidad: buena Facilidad de montaje: excelente Vcc (general): 1'5 V

La Vcc depende del color del LED. Para un color rojo:

Vcc: 1'7 V Vcc (mx): 2 V

Dependiendo de la tensin aplicada obtendremos una intensidad. Es aconsejable no sobrepasar la Vcc recomendada. Si se alcanza la Vcc mxima se puede destruir el segmento.

Proteccin

Cada segmento (y el punto) es un led como cualquier otro. Debido a esto la corriente media que se debe aplicar es de 15 mA. Dependiendo de la lgica que estemos empleando debemos utilizar una resistencia por cada entrada y as no forzar el dispositivo:

Lgica TTL (5V): 220 ohmios Lgica CMOS (12V): 680 ohmios. Esta resistencia debe ser situada en cada patilla, haciendo de puente entre la seal lgica de excitacin y el Display.

COMPONENTES DE UN DISPLAY.

Los displays de 7 segmentos son por dems conocidos. Son muy usados en los equipos electrnicos desde hace aos, y no ofrecen ningn tipo de dificultad. Se los utiliza, en general, en forma directa o multiplexada.En forma directa, es usado normalmente en chips que tienen incluidos los drivers para ello; como ser el ICL7107.

En forma multiplexada, son utilizados por ejemplo con un microcontrolador, el cual genera las seales para manejar los puntos comunes (nodo o ctodo) por un lado y los segmentos, por el otro. En general, la corriente para encender cada segmento es del orden de 20 a 50mA dependiendo del Display, la frecuencia de multiplexado, etc. Para lograr esto, se utiliza algn transistor PNP para manejar el nodo comn, o NPN para el ctodo comn. Para los segmentos; un clsico ULN2003 (o ULN2004, ULN2803, etc.), o en forma directa para los microcontroladores que tienen la capacidad de manejar 20mA por lnea de entrada-salida. Por supuesto, hay que limitar la corriente con el uso de una resistencia en cada segmento.Tomemos como ejemplo un equipo con 4 dgitos. El conjunto para manejarlo queda formado por:

4 transistores PNP

un chip de 18 pines (ULN2803)

12 resistencias (8 para segmentos, y 4 para las bases de los transistores)

Desde ya que el costo de este material no es elevado, pero si tenemos en cuenta el tamao del PCB, la provisin de cada tem, el armado y la puesta en marcha, vemos que comienza a tener cierta importancia.Si agregamos, el consumo de corriente total exclusivamente de los displays (25mA x 8) es de aproximadamente 200mA. Esto condiciona al transformador o al disipador en el caso de alimentar el equipo con 12VDC.Tambin puede exigir el uso de un microcontrolador capaz de manejar dicha corriente en sus lneas de entrada- salida para ahorrarnos el ULN. Otro punto de importancia, es la emisin de ruido al conmutar cada dgito.

Existen en forma standard, displays de 7 segmentos de bajo consumo. Lamentablemente por ahora, de tamao 0.3. Cuando las limitaciones de costo, tamao o corriente consumida son importantes, estos ofrecen una gran solucin.El costo es exactamente el mismo que uno normal. La corriente por segmento, es de 2mA, multiplexado con un microcontrolador puede manejarse desde 3mA. Adems, la mayora de los microcontroladores que tienen Isink=10mA, admiten de carga, un led a 5VDC sin aumentar la corriente de 10mA; lo que nos posibilita eliminar las resistencias limitadoras de corriente de cada segmento. Por consiguiente el driver de dichos displays est formado nicamente por 4 transistores PNP, y 4 resistencias para las bases de los mismos (que en los microcontroladores que tienen algunas lneas de 10mA el resto de las lneas es generalmente de 1.5mA, por consiguiente, podemos tambin eliminarlas). La corriente total consumida, puede variar desde (3mA x 8) 24mA, hasta (10mA x 8) 80mA. Por ende, se redujo de una forma muy importante el tamao del PCB, el costo de material, armado, puesta en marcha, y la corriente consumida.Para referencia, el costo es el mismo que el comn, y aproximadamente de $0.70.

CLASES DE DISPLAYS.

FEO2024 digits, 1 colon, 3 decimal points 0,5 inch (12.7 mm) character height

FEO2033 1/2 digits, 1 colon, 3 decimal points. A plus/minus sign, and LOW BAT INDICATOR 0,5 inch (12.7 mm) character height

FEO2064 1/2 digits, 2 colons, 4 decimal points. A plus/minus sign, and LOW BAT INDICATOR 0,4 inch (10,2 mm) character height

Encapsulado: DIL-40 (40 pines, 0.1" de separacin)Dimensiones: 50.80 x 30.48 x 3.05 (mm)Aplicaciones: voltmetros y contadores digitales, termmetros digitales, relojes.

CARACTERISTICAS

Bajo consumo

Alto contraste

Conector con pines

Angulo de visin ancho

Rpida respuesta

Una aplicacin de los LEDS: el Display de 7 segmentos

Una de las aplicaciones ms populares de los LEDS es la de sealizacin. Quizs la ms utilizada sea la de 7 LEDS colocados en forma de ocho tal y como se indica en la figura.

MOTORES PASO A PASO

Los motores, tanto de corriente continua como de corriente alterna, son muy efectivos en muchas labores cotidianas desde la traccin de grandes trenes hasta el funcionamiento de lavarropas. Pero debido a problemas tales como la, inercia mecnica o su dificultad para controlar su velocidad, se desarrollaron otro tipo de motores cuya caracterstica principal es la precisin de giro. En efecto, en un motor paso a paso no slo se puede controlar la cantidad de vueltas del mismo, sino que hasta centsimas de las mismas. A pesar de su extrema precisin, especialmente til en reas como la robtica o la domtica. Su principio de funcionamiento es muy simple.

Internamente un motor de este tipo esta compuesto por dos bobinas con punto medio. Estas bobinas se ubican en lo que se denomina estator, es decir la carcaza exterior del motor. Adems, del estator, este tipo de motor est compuesto por una parte mvil estriada denominada rotor. Cuando se aplica tensin a cualquiera de las cuatro bobinas existentes sta genera un campo magntico. Ante esta situacin una estra del rotor se alinea con este campo, desplazndose as un determinado nmero de grados. A este desplazamiento se lo denomina paso. Si en esta situacin se desalimenta la antes mencionada bobina y se alimenta la siguiente el rotor girar otro paso en la direccin dada. En funcin de las veces que repitamos esta secuencia lograremos que el rotor gire una determinada cantidad de vueltas o grados en un sentido u otro. Para ello necesitaremos de una fuente de tensin contnua del valor capacterstico del motor (5 Voltios generalmente).

Ponds hallar varias en la seccin circuitos. Conectamos un polo de la misma a los dos cables correspondientes al punto medio de cada bobina. Al polo restante lo conectamos a uno de los cuatro cables y observamos hacia que lado se produce el paso. Procedemos igual con los otros, probando en distinto orden, hasta que los cuatro pasos se hayan producido en la misma direccin. De esta forma ya habremos hallado la secuencia del motor. Para hacer funcionar un motor paso a paso requerimos de un circuito especial que cumpla esta funcin. De acuerdo al uso que deseemos podemos utilizar un simple secuenciador, un microcontrolador, algn puerto de nuestra propia PC, o bien ciertos circuitos integrados diseados para tal fin.

Para realizar el control a travs de nuestra PC requeriremos poseer algn compilador de cualquier lenguaje, ya que todos poseen la capacidad de controlar el puerto paralelo. As, por ejemplo, en C++ la instruccin para realizar esto es outport, o bien, outportb, mientras que en BASIC dicha instruccin se escribe como out.

SST57D

SST83D

Control de Motores Paso a Paso

http://www.eupmt.es/cra/inform/inf2/info2.htmDe todos es conocido, que uno de los ms importantes motores utilizados en robtica son los motores de tipo paso-paso.

La ventaja de estos motores consiste en que de forma muy sencilla podemos controlar la posicin en cada momento del eje del motor, con lo que nos permite dar solucin a sistemas en los que se requiera un alto grado de precisin en los movimientos a realizar.

Aunque la precisin final de este tipo de motores, depende de las caractersticas del mismo, a continuacin ofrecemos un pequeo diseo para poder controlar un motor paso-paso de forma sencilla.

Para la realizacin del mismo se ha contado con un motor paso-paso de la Casa PHILIPS modelo PAP 9904 112 35314 y de un integrado especial para su control el SAA1027, ambos componentes se pueden encontrar en el mercado fcilmente.

Descripcin de las patillas de control:

patilla T: A esta patilla se le introducen pulsos generados externamente, como consecuencia de estos pulsos el motor comenzar a girar, hay que tener en cuenta que la frecuencia de los pulsos nos determinar la velocidad del motor, y que el nmero de pulsos entrados es igual al nmero de pasos o posiciones que avanzar el motor.

Patilla R: La misin de esta patilla es controlar el sentido del giro del motor paso-paso as obtendremos que:

para R= "1 lgico" , el motor gira en sentido antihorario.

para R= "0 lgico", el motor gira en sentido horario.

Patilla S: Esta patilla nos permite habilitar el integrado, esto quiere decir que si introduciomos un 1 lgico por S el integrado responder a las patillas de entrada, mientras que si mantenemos un 0 lgico es S el integrado no responder a ninguna seal de control.

Como comentario, me gustara destacar que si en el mercado no podemos encontrar el modelo de motor paso-paso indicado en el esquema, no se preocupe, puede utilizar cualquier motor pero respetando las siguientes condiciones:

- Que su tensin de alimentacin sea de 12V

- Que sea un motor de 4 bobinas.

Por ltimo incluyo en el informe las caractersticas tcnicas del motor PAP 9904 112 32001;

- Consumo: 2 W

- ngulo de paso: 7 30

- Tolerancia por paso: +- 40

- Pasos por revolucin: 48

Control de motores PAP por PC

http://www.eupmt.es/cra/inform/info6.htm

Como ya hemos visto en Motores Paso a Paso, uno de los ms importantes motores en el campo de la robtica, junto con los de CC son los llamados Paso a Paso, los cuales giran un determinado nmero de grados (normalmente mltiplo de 360) a cada impulso a su entrada. Una buena manera de controlar este tipo de motores es mediante el PC, con el cual variaremos velocidad, sentido de giro y ngulo de giro a placer; adems tambin podemos programar una secuencia compleja de posicin, velocidad y aceleracin del motor.

Puerto de entrada / salida paralelo Centronics

http://www.eupmt.es/cra/inform/inf1/info1.htm

En la actualidad, muchos circuitos robticos usan el PC como medio facil y flexible para programarlos de manera rpida y segura o como control y procesamiento del sistema, evitando circuitera complementaria.

Dos medios para conseguir esta conexin de un PC con un dispositivo externo es mediante el puerto RS232 (comunmente conocido como "serie") o el puerto paralelo Centronics. De este ltimo trataremos en el informe.

Externamente su apariencia es la siguiente:

La relacin de los pins es la siguiente (x * significa lgica negativa):

1 - STROBE *

2 - D0

3 - D1

4 - D2

5 - D3

6 - D4

7 - D5

8 - D6

9 - D7

10 - ACK*

11 - BUSY*

12 - PE

13 - SLCT

14 - AUTO FEED *

15 - ERROR *

16 - INIT *

17 - SLCT IN

18 a 25 - GND

Ahora bien, todos estos pines no se controlan con un mismo registro de datos sino que un mismo puerto Centronics (LPT1, LPT2, etc...) tiene 3 registros para poder ser controlado; a saber: Enviar Datos, Inicalizar Dispositivo y Entrar Datos. Para acceder a los tres registros de cada puerto, nos referiremos a cada registro con una direccin de memria implcita que fija la BIOS al arrancar el ordenador. Sera conveniente disponer de un algoritmo que nos informase de la direccin de memoria de cada uno de los tres registros, ya que cada mquina es distinta de otra, aunque aqu comentaremos las ms usuales. Pero comentemos cada registro con detalle:

ENVIAR DATOSEs quizs la funcin ms conocida del puerto Centronics. Este registro controlar los pines de 2 a 9, que son la lnea de datos de D0 a D7. El registro que lo controla es el siguiente:

Este es un registro de Solo Escritura, es decir solo nos servir para enviar datos a un dispositivo externo y nunca para recibirlos, y estos datos sern enviado de byte en byte. Las direcciones ms habituales sn: LPT1 = 378 h , LPT2 = 278 h (direcciones en hexadecimal).

RECIBIR DATOSDespues de intensas pesquisas hemos descubierto cmo hacer que un PC reciba datos de un dispositivo externo. Veamos primero el registro que lo controla:

Este es un registro de Solo Lectura, es decir solo nos servir para recibir datos de un dispositivo externo y nunca para enviarlos, este registro es nicamente modificable desde el exterior y por hardware. Ahora bien, la recepcin de datos ya no es tan evidente como el envio, ya que en el tiempo que se instituy la norma del puerto Centronics no se pens en que el dispositivo externo enviase datos al PC y solo dot de 5 patillas al puerto Centronics para recibir datos del dispositvo externo.

Vemos que al disponer de solo 5 pines de entrada, nos es imposible hacer que el PC reciba todo un byte completo a la vez desde el dispositivo externo. Por eso, lo que se suele hacer normalmente es usar un pin que haga las funciones de control, como por ejemplo BUSY *, que por cada flanco de subida o bajada el PC interpretara que el dato a su entrada es vlido, como muestra la siguiente figura:

De esta manera, en cada ciclo el PC recibe un Nibble del dato, por lo que se tarda dos ciclos en recibir un byte. Adems hemos de tener en cuenta el tiempo t1 (tiempo que tarda el dispositivo externo en canviar los datos en sus salidas al PC) y el tiempo t2 (mximo tiempo que puede tardar el PC en "recoger" el dato)

.

Las direcciones de memoria ms usuales para este segundo registro sn: LPT1=379 h , LPT2 = 279 h.

CONTROL DE DISPOSITIVOLa estructura del registro es la siguiente:

Este registro es usado principalmente para el caso concreto donde el dispositivo externo es una impresora, aunque hay algun pin que nos servir, como ya veremos en la descripcin de las patillas. Este registro, contrariamente a los anteriores, es de Modo Lectura/Escritura y las direcciones ms usales para direccionarlo son: LPT1= 37A h , LPT2 = 27A h.

Descripcin de las patillasLa siguiente descripcin de cada una de las patillas est comentada desde el punto de vista en que el dispositivo externo es una impresora:

STROBE *>

(pin 1)

Cuando esta lnea est activa a 0, est sealizando a la impresora que hay un caracter correcto a la salida del Centronics. Pero esta seal debe desaparecer immediatamente para que la impresora no lea el caracter dos veces.

D0 a D7(pin 2 a 9)

Como ya se ha comentado anteriormente son las 8 lneas de datos del registro de salida. ACK *(pin 10)

Esta seal de Acknowledge (reconocido) es de entrada y la da la impresora al PC para comunicarle que ha recibido el dato enviado correctamente.

BUSY *(pin 11)

Es una linea de entrada que da la impresora para indicar al PC que est busy (ocupada) para evitar que el PC le enve mas caracteres. Habitualmente la impresora usa este recurso justo despues de reconocer STROBE, para poder procesar el dato enviado con calma.

PE(pin 12)

Esta lnea de entrada sirve para que la impresora comunique al PC que se ha quedado sin papel (PAPER END). Esta seal normalmente es procesada dando como resultado una pausa en la impresin para dar tiempo al usuario a poner ms papel, diferente a la seal ERROR *, que suele interpretarla como un error irrecuperable, dando por anulada la impresin. En un dispositivo que no fuese una impresora, ambas seales podran ser tratadas como diversos niveles de error del sistema.

SLCT(pin 13)

Esta seal corresponde normalmente al interruptor ON-LINE de la impresora, para que el usuario pueda deseleccionarla.

AUTO FEED *(pin 14)

Esta seal indica a la impresora mediante un "1" si ha de enviar automticamente un LINE FEED despues de cada CARRIAGE RETURN (cdigo ASCII n 13). Est significa que si debe avanzar una linea despues de cada retorno de carro, ya que hay impresoras que de no hacerlo as machacaran una lnea tras otra.

ERROR *(pin 15)

Como ya se ha comentado antes, este es un error irrecuperable, y suele ser debido a fallos de transmisin y recepcin u otros ms graves.

INIT *(pin 16)

Con esta lnea el PC tiene la posibilidad de realizar un RESET o inicializacin a la impresora. Este bit debe cargarse con 0 brevemente para volver a cargarlo immediatamente con un 1, ya que sino la impresora realizara un reset tras otro indefinidamente.

SLCT IN(pin 17)

Mediante esta lnea el ordenador puede poner a la impresora en modo Off-Line y realizar pausas. Esta lnea debe de estar normalmente a 1.

GND(pin 18 a 25)

Terminal de masa o tierra

CONTROL DE LOS MOTORES PASO A PASOPara realizar el control de los motores paso a paso, es necesario como hemos visto generar una secuencia determinada de impulsos. Adems es necesario que estos impulsos sean capaces de entregar la corriente necesaria para que las bobinas del motor se exciten, por lo general, el diagrama de bloques de un sistema con motores paso a paso es el que se muestra en la Figura 6.

Figura 6.- Diagrama de bloques de un sistema con motor paso a paso

SECUENCIA DEL CIRCUITO DE CONTROL Existen dos formas bsicas de hacer funcional los motores paso a paso atendiendo al avance del rotor bajo cada impulso de excitacin:

Paso completo (full step): El rotor avanza un paso completo por cada pulso de excitacin y para ello su secuencia ha de ser la correspondiente a la expuesta anteriormente, para un motor como el de la Figura 2, y que se presentada de forma resumida en la Tabla 1 para ambos sentidos de giro, las X indican los interruptores que deben estar cerrados (interruptores en ON), mientras que la ausencia de X indica interruptor abierto (interruptores en OFF).

Paso S1 S2 S3 S4 Paso S1 S2 S3 S4

1 X X 1 X X

2 X X 2 X X

3 X X 3 X X

4 X X 4 X X

1 X X 1 X X

Sentido horario (a) Sentido antihorario (b)

Tabla 1.- Secuencia de excitacin de un motor paso a paso completo Medio paso (Half step): Con este modo de funcionamiento el rotor avanza medio paso por cada pulso de excitacin, presentando como principal ventaja una mayor resolucin de paso, ya que disminuye el avance angular (la mitad que en el modo de paso completo). Para conseguir tal cometido, el modo de excitacin consiste en hacerlo alternativamente sobre dos bobinas y sobre una sola de ellas, segn se muestra en la Tabla 2 para ambos sentidos de giro.

Paso Excitacin de Bobinas Paso Excitacin de Bobinas

S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4

1X X 1XX

2 X 2 X

3 XX 3 XX

4 X 4 X

5 XX 5 XX

6 X 6 X

7XX 7X X

8X 8X

1X X 1XX

Sentido horario (a) Sentido antihorario (b)

Tabla 2.- Secuencia de excitacin de un motor Paso a Paso en medio pasoSegn la Figura 2 al excitar dos bobinas consecutivas del estator simultneamente, el rotor se alinea con la bisectriz de ambos campos magnticos; cuando desaparece la excitacin de una de ellas, extinguindose el campo magntico inducido por dicha bobina, el rotor queda bajo la accin del nico campo existente, dando lugar a un desplazamiento mitad.

Sigamos, por ejemplo, la secuencia presentada en la Tabla 2 : en el paso 1, y excitadas las bobinas L1 y L2 de la Figura 2 mediante la accin de S1 y S2, el rotor se situara en la posicin indicada en la Figura 2 a; en el paso 2, S1 se abre, con lo que solamente permanece excitada L2 y el rotor girar hasta alinear su polo sur con el norte generado por L2. Supuesto que este motor tena un paso de 90 grados, en este caso slo ha avanzado 45 grados. Posteriormente, y en el paso 3, se cierra S3, situacin representada en la Figura 2 b, con lo que el rotor ha vuelto a avanzar otros 45 grados. En definitiva, los desplazamientos, siguiendo dicha secuencia, son de medio paso.

La forma de conseguir estas secuencias puede ser a travs de un circuito lgico secuencial , con circuitos especializados o con un microcontrolador.

Nos vamos a centrar en el control de los motores paso a paso utilizando nuestro microcontrolador PIC16F84 que estamos utilizando en esta serie de artculos. Adems como el microcontrolador no es capaz de generar la corriente suficiente para excitar las bobinas del motor paso a paso utilizaremos que integrado L293 que tambin hemos utilizado en los montajes anteriores. Para nuestra actividad disponemos de dos motores que hemos recuperado del despiece de un sistema informtico y de un disco duro. El primero de ellos es un motor paso a paso unipolar con seis hilos, del que hemos tenido suerte y hemos encontrado sus caractersticas del fabricante, que se adjuntan al final de este artculo, y el segundo de ellos es un motor bipolar del que no hemos encontrado ninguna informacin. No obstante vamos a comentar como utilizar estos dos motores para realzar el montaje aqu expuesto, como si no conociramos ninguno de sus parmetros.

La primera dificultad cuando no disponemos de las caractersticas de los motores, lo cual suele ser usual si utilizamos elementos de desguace. Para el anlisis de las bobinas, es conveniente tener en cuenta el nmero de hilos de los que dispone nuestro motor y la Figura 3 que muestra las conexiones de los motores. As por ejemplo, en el caso del motor bipolar que tiene cuatro hilos, es fcil utilizando un polmetro en posicin de medida de resistencias para detectar las dos bobinas independientes, para ello hay que buscar dos hilos que midan un valor cualquiera que no sea infinito, en nuestro caso 8. Estos dos hilos pertenecen a los terminales de una de las bobinas y los otros dos a la pareja opuesta.

En este caso, saber que pareja de bobinas corresponde con la bobina A-B o a la C-D y cual es el principio y el final de dichas bobinas, no es necesario, por que una vez conectados los cables al circuito de control si el motor gira en sentido horario y queremos que gire en sentido antihorario, solo tendremos que cambiar las conexiones de la bobina A-B por los de la bobina C-D.

Para los motores de 6 hilos, tambin medimos con el polmetro para buscar los tres hilos que entre s miden un valor cualquiera, distinto de infinito. Cuando lo hayamos conseguido, estos tres hilos pertenecern a una de las bobinas y los otros tres pertenecern a la bobina opuesta. Una vez hemos conseguido detectar cuales son las bobinas, hay que averiguar cual de los tres cables es el central, para ello, medimos entre dos cables la resistencia observamos en nuestro caso medimos 150 y midiendo entre oros dos hemos medido 300, por lo tanto, el que tiene el valor mitad corresponde con la toma central de la bobina.

Para identificar cul de los hilos corresponde a las bobinas 1,2,3 o 4, procedemos de la siguiente forma:

Tendremos que alimentar el motor, su valor normalmente suele ir indicado por una pegatina o serigrafiado en la carcasa, en caso contrario deberemos de tener en cuenta que la mayora de los motores paso a paso, estn construidos para trabajar a 4, 5, 6, 12 y 24 voltios. Pues bien probamos con 5V conectando esta alimentacin a la patilla central de las dos bobinas, seguidamente se toma uno de los dos hilos y se numera con el nmero 1, y lo conectamos a masa. Seguidamente se el otro hilo se conecta tambin a masa. Si el eje del motor hace un paso (step) en sentido horario, lo numeramos con el nmero 3 y si lo hace en sentido antihorario lo numeramos con el nmero 4. El otro hilo evidentemente ser el nmero 4.

El montaje que vamos a realizar es el de la Figura 7, en el que hemos realizado la conexin del motor paso a paso a travs driver L293. Las lneas RB0,RB1, RB2 y RB3 sern las encargadas de generar la secuencia de activacin del motor paso a paso, mientras que RB4 y RB5 se ponen siempre a 1 para habilitar las entradas de inhibicin de los drivers. Las salidas de los drivers se conectan a las bobinas del motor para conseguir la corriente necesaria para que este se ponga en funcionamiento.

Por su parte las entradas RA0-RA4 se configuran como entrada, si bien en este primer programa solo vamos a utilizar la lnea RA0, dependiendo del valor de esta lnea el motor deber de girar hacia la derecha o hacia la izquierda.

Figura 7.- Conexin del motor paso a paso al PIC16F84 y al circuito L293El organigrama del programa es el que se muestra en la Figura 8 y el programa correspondiente es paso1.asm que se muestra a continuacin.

Organigrama de programa para motor PAP

Figura 8.- Organigrama del programa paso1.asm_1285665747.unknown

_1285665749.unknown

_1285665750.bin

_1285665748.unknown

_1285665745.bin

_1285665746.unknown

_1285665744.unknown

_1285665743.bin