Eleccion de Programador

Como sabemos, la ultima etapa del proyecto es grabar el programa a nuestro microcontrolador para de esta forma poder probarlo en la placa entrenadora diseñada anteriormente. Para ello, necesitamos de un programador.
Nosotros nos inclinamos por comprarlo ya que el Pickit2 cuenta con conexion USB, que nos facilita su conexion con la PC, ya que el puerto RS232 esta cayendo en desuso. Para armar nosotros un programador USB de forma casera seria muy dificil ya que previamente necesitariamos programar otro microcontrolador para este programador.
Otra ventaja que podemos destacar de nuestro programador, es que podemos programar todos los microcontroladores PIC lo cual nos serviria por largo tiempo en un futuro. Tambien, cuenta con un zocalo ZIF
Un ZIF, (Zero Insertion Force), es un tipo de zocalo que permite insertar y quitar componentes sin hacer fuerza y de una forma fácil, ya que lleva una palanca que impulsa todas los pines con la misma presión, por lo que también evita que se dañen.

Trabajo practico 13 MicroControladores

Actividad:

Se creara un programa capas de activar una salida con una frecuecia de 500Hz,la misma se comandara por un pulsador.

Aqui vemos el programa realizado en assembler

Restador o Diferencial

Introduccion teorica

En la figura del circuito anterior como se puede observar tenemos un amplificador operacional en una nueva configuracion, llamada restador o diferencial, con la cual vamos a trabajar durante esta practica. Para ellos vamos a analizar su funcionamiento analiticamente:

Desarrollo Practico

Un trasductor de tempratura resistivo (termistor) produce una respuesta en tension como la indicada en la grafica
Vc (30ºC) = 1V

Vc (40ºC) = 3V

Se desea ajustar dicha variacion para que se cumpla:

Vo (30ºC) = 0V

Vo (40ºC) = 5V

Esta aplicacion es muy utilizada en conversion analogica-digital con la finalidad de obtener la mejor resolucion.
Para lograrlo se propone utilizar un restador en corriente continua.
NOTA: se ha reemplazado un termistor por una serie de resistores

Se armo el circuito de la figura y se procedio a calcular los correspondientes valores de resistores de acuerdo a las consignas pedidas

Calculos

Luego variamos el valor de Vc para obtener distintos valor de Vo y de esta forma poder realizar la grafica de Vo(Vc)

Amplificadores Operacionales

Uno de los dispositivos electrónicos mas versátiles y de mayor uso en aplicaciones lineales es el amplificador operacional. Los amplificadores operacionales son populares porque son baratos, fáciles de usar y es divertido trabajar con ellos. Nos permiten construir circuitos útiles sin tener que saber sobre su complicado circuito interno.
Los primeros amplificadores operacionales se utilizaban en circuitos para sumar, restar, multiplicar e incluso resolver ecuaciones diferenciales.
El símbolo del amplificador operacional es el siguiente

Todos los amplificadores operacionales poseen por lo menos 5 terminales en este caso especificaremos su ubicación respecto del LM741 y el TL081 que utilizaremos en la practica:

(1) El terminal de fuente positiva Vcc o +V en el pin 7
(2) El terminal de fuente negativa Vee o -V en el pin 4
(3) El terminal salida en el pin 6
(4) El terminal de entrada inversora (-) en el pin 2
(5) El terminal de entrada NO inversora (+) en el pin 3

A su vez estos integrados, cuentan con 2 terminales especiales para anular el offset en los pines 1 y 5, tema que veremos mas adelante con detalles.
Antes de entrar en detalles sobre el funcionamiento de estos circuitos, observemos primero que para poder trabajar adecuadamente el amplificador operacional requiere de dos voltajes, un voltaje positivo +V aplicado en la terminal 7, y un voltaje negativo -V aplicado en la terminal 4. Si fuéramos a proporcionar estos voltajes con baterías externas de modo tal que el voltaje positivo sea +V=+15 volts y el voltaje negativo sea -V=-15 volts, lo haríamos utilizando algo como lo siguiente:



Una fuente dual de voltajes fácil de implementar con dos baterías desechables proporcionando un voltaje positivo +V=+9 volts y un voltaje negativo -V=-9 volts sería la siguiente:

En dibujo animado seria de la siguiente forma:

Características Básicas

Aquí vemos una representacion de lo que seria un amplificador operacional, que cuenta con las siguientes características ideales, que utilizamos a la hora de realizar nuestros cálculos:

Ganancia a lazo abierto: INFINITA
Resistencia de entrada: INFINITA
Resistencia de salida: NULA
Ancho de Banda: INFINITA

Los parámetros reales son aproximadamente los siguientes:

Ganancia a lazo abierto: 100.000 u 200.000
Resistencia de entrada: 1MOhm a 1TOhm
Resistencia de salida: 50Ohm a 20Ohm
Ancho de Banda: 1MHz a 10Mhz

Configuraciones Básicas

Amplificador No Inversor

Como observamos, el voltaje de entrada, ingresa por el pin positivo, pero como conocemos que la ganancia del amplificador operacional es muy grande, el voltaje en el pin positivo es igual al voltaje en el pin negativo, conociendo el voltaje en el pin negativo podemos calcular, la relación que existe entre el voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un pequeño divisor de tensión.

Amplificador Inversor

Se denomina inversor ya que la señal de salida es igual a la señal de entrada (con su correspondiente amplificación en cada caso) pero con salida negativa, lo cual implica que la fase estará invertida 180 grados.

Desarrollo de la practica

Para comenzar se armo el circuito de la figura:



Una vez armado dicho circuito, se ajusto el generador de señales para que entregue una tensión continua. Se varió Vs para de esta forma poder armar el cuadro y graficar la función transferencia:


Como se puede observar el amplificador operacional amplifica linealmente, hasta alcanzar la saturación ya que un A.O. típico no puede suministrar más de la tensión a la que se alimenta, normalmente el nivel de saturación es del orden del 90% del valor con que se alimenta.
Al momento que Vs debe ser 0, se desconecto el atenuador y de esta forma se refirió Vs a tierra, donde a la salida podemos medir la tensión de offset

Tensión de Offset

Si nosotros hablamos de un amplificador operacional ideal, y su tensión de entrada es 0V, lógicamente su tensión de salida también debería ser 0V, pero comprobamos en la practica que esto no es asi, sino que presenta una salida en el orden de los mV (25mV aprox).
Como sabemos el LM741 cuenta con 2 pines para la corrección de la tensión residual de offset , pero como el offset también varía con la temperatura podemos decir que practicamente es muy difícil que la salida sea 0V

Se armo el siguiente circuito para anular la tensión de offset:


Ajustamos el generador para que entregue una señal de 50mVpp y 1KHz y observamos que efectivamente la señal de salida esta desfasada de la de entrada 180º por efecto del amplificador inversor. Al reemplazar el LM741 por el TL081 no se observa practicamente ningún cambio considerable y como podemos ver los pines coinciden en ambos casos. Si aumentamos la frecuencia a 1MHz el circuito deja de responder a cociente entre R1 y R2


Encapsulados: LM741

TL081

Medición de la impedancia de entrada

Para esta ocasión, utilizamos el método de máxima transferencia de energía. Como primera medida en Vs, introducimos una señal de 100mVpp 1KHz en el cual conectaremos en Canal 1 del osciloscopio en paralelo a Vs. Seguido de Vs, en serie, previo a la Z de entrada, conectaremos un potenciometro de 100K. El canal 2 del osciloscopio estará conectada entre el potenciometro y la Z de entrada y tierra.
Una vez realizado este procedimento variamos el potenciomentro hasta que el canal 2 sea el 50% del canal 1 (en este caso 50% de 100mvpp= 50mvpp). Realizado esto sacamos el potenciometro y lo medimos con el multimetro
Como sabemos la impedancia de entrada en un amplificador inversor esta fijada por R1 (en este caso 10K) lo cual que un valor aproximado al mismo corrobora que el procediento se realizo de forma correcta

Diseño amplificador No Inversor

Se diseño un amplificador no inversor que gane 26dB, sobre una carga de 1Kohm. Teniendo en cuenta que la maxima frecuencia que se le puede aplicar es 1KHz y la maxima tension de entrada de 1Vpp. Los pasos a aplicar son los siguientes:

Circuito Esquematico



Señal de Salida

Señal de entrada

comparadores analogicos

Se armo el circuito de la figura:

Veremos en la siguiente imagen el circuito armado en nuestro protoboard:



Vale hacer esta aclaracion: en el circuito electrico el resistor que dice (R) que esta conectado al LDR, fue reemplazada por un preset de 470ohm, el mismo se fue variando hasta encontrar el valor determinado del resistor.

Oscurecimos completamente el sensor de luz y verificamos que la señal de salida cambia de estado al variar la referencia:

El funcionamiento del circuito esta basado en el circuito integrado LM324, esta compuesto por 4 amplificadores operacionales.Para la practica se uso un solo amplificador operacional(AO) como comparador, en el terminal inversor se coloco un preset de 1K y un resistor de 1K para establecer la tension de referencia(Vref) y en el terminal no inversor se puso un sensor de luz (LDR), que se utilizo como tension de entrada (VI).Como vemos en el video la lampara esta apagada y se prende cuando al LDR se los oscurese por completo, esto se deve a que como se utilizo el (AO) como coparador se establecio una tension de referencia y al oscurecer el LDR la (VI) supero al umbral establecido por la (Vref), ya que a medida que se oscurese la LDR aumenta su valor de resistencia.

En este video vemos que el tester amarillo es la (Vref) que esta fijada en 5V,el tester gris es la (VI) que esta fijada aproximadamente en 3.5V y que cuando se oscurece por completo el tester gris (tension de entrada) varia la tension a aproximadamente 9.5V por lo tanto se supera la (Vref) y se prende la lampara.

Cuando acercamos la lampara al sensor, detectamos un nuevo comportamiento en el sistema.

4)Responde el siguiente cuestionario:
a)¿El sistema es estable? En caso de no serlo como explicarias esta inestabilidad

b)¿La inestabilidad es periodica?

Segun lo ensayado observamos que el sistema no es estable, porque al acercar la lampara al sensor, la LDR detectara luz y su vez no, por lo tanto se apagara y prendera constantemente teniendo una inestabilidad periodica.

c)Teniendo en cuenta esta experiencia,¿Usarias el circuito ensayado para hacer un control de luz crepuscular?

Por lo que pudimos observar no seria conveniente utilizar este circuito para ese caso ya que su inestabilidad haria que no cumpla su fin

Se modifico el circuito de la siguiente manera:



En Protoboard:

A diferencia del caso anterior, el circuito esta realimentado, y, como se puede observar en el video, hasta que la LDR no este completamente oscura, la tension de entrada no superara a la tension de referencia, por lo que podemos decir que este sistema si es estable respecto al anterior a lazo abierto y podria utilizarse sin problemas para un control de luz crepuscular.

Monoestables

Siguiendo de esta forma con el LM555, ahora veremos otra configuracion conocida.
Modo de conexión.


En este modo de operación, el timer, funciona en modo no-redisparable. El capacitor está, inicialmente, descargado mediante el transistor interno. Al llevar la tensión de trigger a cero se setea el flip flop interno bloqueando el transistor de manera que la salidad pasa a Vcc y permitiendo la carga del capacitor a través de Ra.
El tiempo de carga viene dado por:

t = 1,1 Ra C

Cuando el capacitor alcanza 2/3 de Vcc se produce la conmutación del flip flop llevando la salida a cero y saturando el transistor interno de manera de dejar preparado al sistema para un nuevo pulso de disparo.

Si la señal de disparo (trigger) permanece en nivel bajo, por efecto del comparador, la señal de salida nunca volverá a su nivel inicial de cero.

Diagrama de tiempos del monoestable



Observa que con el flanco descendente del trigger se produce la conmutación de la salida la cual, recién cuando el threshold alcanza 2/3 Vcc, vuelve a su condición inicial.

Gráfico para el cálculo de Ra y C

Se diseño un monoestable de 5seg de la siguiente forma:

Video que comprueba su funcionamiento:





Teniendo en cuenta el astable que diseñamos en el trabajo practico anterior y el monoestable diseñado recientemente, diseñamos una alarma sonora y visual la cual esta basada en un monoestable de 5seg y a su salida conectado un astable de 1Hz para que pueda ser visualizada la alarma de forma correcta, siendo el circuito esquematico el siguiente:

Y su respectivo video de funcionamiento:

Astables

El LM 555

Es un dispositivo de alta estabilidad diseñado para construir retardos de tiempo y osciladores.

Posee terminales adicionales que permiten dispararlo y resetearlo. Estas funciones se activan en el modo descendente de la señal.

Tanto el tiempo de retardo como la frecuencia de oscilación son determinadas por componentes externos, capacitor y resistor.

El LM555 es un circuito integrado que incorpora dentro de sí dos comparadores de voltaje, un flip flop, una etapa de salida de corriente, divisor de voltaje resistor y un transistor de descarga. Dependiendo de como se interconecten estas funciones utilizando componentes externos es posible conseguir que dicho circuito realiza un gran numero de funciones tales como la del multivibrador astable y la del circuito monoestable.

Si observara el diagrama de bloques notarás que la red de resistencias que forman el divisor de voltaje fija en 1/3 Vcc y 2/3 Vcc los puntos de comparación de los dos comparadores internos. Dependiendo de las señales que se aplican desde el exterior se puede lograr que los comparadores

cambien de estado a diferentes niveles de voltaje, lo cual provoca que el Flip Flop cambie el estado de salida y/o active el transistor de descarga.

A continuación se reseña la función de cada terminal del circuito integrado:

a) Pin #1: Tierra o terminal común

b) Pin #2: Disparo (Trigger). Aplicando un voltaje menor que 1/3 Vcc el comparador cambia de estado, hace set al flip flop y este a su vez hace que el voltaje de sea alto. Cuando el voltaje de salida esta alto el transistor de descarga esta O

c) Pin #3: Salida

d) Pin #4: Preset. Aplicando un voltaje bajo se consigue interrumpir el intervalo temporizador (timing cycle).

e) Pin #5: Voltaje de control. El voltaje conectado a este terminal varia los valores de referencia, 2/3 Vcc y 1/3 Vcc, de los comparadores del circuito.

f) Pin #6: Umbral (Theshold). Cuando se le aplica un voltaje mayor que 2/3 Vcc se hace reset del flip flop haciendo así el voltaje de salida bajo. Cuando el Vo de salida esta bajo el transistor de descarga esta ON.

g) Pin #7: Transistor de descarga. Cuando se activa esta transistor hay un paso de baja resistencia entre las patas 7 y 1.

h) Pin #8: Vcc. Entrada de alimentación de todo el circuito integrado.

Modo de conexión

Gráfico para el cálculo de Ra, Rb y C


En este modo el trigger está conectado con el threshold de manera que el sistema pueda autodispararse.

El capacitor variará su carga entre 1/3 y 2/3 de Vcc.

El tiempo de carga está determinado por Ra + Rb y el de descarga por Rb.

t₁ = 0,693 ( Ra + Rb ) C

t₂ = 0,693 Rb C

El duty cycle es:

Rb

D = --------------

Ra + 2Rb

La frecuencia de operación viene dada por:

1,44

f = ----------------------

( Ra + 2Rb ) C

Las resistencias en Ohms y la capacidad en Faradios. La frecuencia se obtiene en Hertz.

Diagrama de tiempos

Se observa en el diagrama que con la variación de la tensión en el capacitor se obtiene la conmutación de la salida.

Teniendo en cuenta la introduccion teorica, diseñamos astables para distintas frecuencias: 1Hz, 10Hz, 100Hz, 1KHz y 10KHz. Sabiendo el tiempo de cada frecuencia, para un ciclo de trabajo del 40% le damos justamente dicho porcentaje a t2 y el 60% restante a t1.

Definimos un valor de capacitor basandonos en el grafico para el calculo, y de esta forma calculamos los resistores. Ya que los resistores calculados no son de valores comerciales, se podra observar el error en las mediciones realizadas en el osciloscopio para cada frecuencia

En este video vemos el funcionamiento del astable a traves de un led conectado a la salida con una frecuencia de 1HZ.