PRÁCTICA 7 PROYECTO DE GENERADOR DE IMPULSOS

Transcripción

1 PRÁCTICA 7 PROYECTO DE GENERADOR DE IMPULSOS

2 MEMORIA DESCRIPTIVA Introducción. El objeto de este proyecto es la creación básica de un dispositivo generador de impulsos. Actualmente existen en el mercado diversos instrumentos que realizan la misma función, pero este proyecto está enfocado en la producción de estos dispositivos de una forma barata y con mínimos componentes. La composición del producto está compuesto por componentes comerciales, de forma que la producción del mismo se realizaría de forma barata y asequible, siendo esta característica su principal ventaja del mismo, pero por el contrario, la consecuencia principal del mismo es que este instrumento no sea de propósito general como lo son otros instrumentos comerciales, se quiere decir con esto, que el contenido de este proyecto son los componentes fundamentales para el correcto funcionamiento del mismo, evitando las protecciones, y controles avanzados, por tanto, se deja para la propiedad las ampliaciones que se pueden aplicar al mismo. La elaboración de este proyecto se ha realizado gracias a la Escuela Politécnica Superior de Algeciras (Universidad de Cádiz), quien ha proporcionado toda la bibliografía, materiales y conocimientos para la elaboración del mismo Bloques fundamentales del instrumento. En estos bloques fundamentales se detallará las principales características del instrumento, tal y como se detalla en la siguiente ilustración: 2

3 Partimos de la frecuencia base, que es una señal alterna cuadrada que se tomará de referencia, dicha señal se podrá tomar como entrada externa o reloj interno, en los esquemas que se introducirá en esta memoria, se ha considerado un reloj interno con una frecuencia fija de 1 khz y misma anchura en el nivel alto y bajo. Dicha señal debe ser adaptada a los niveles de tensión prefijados por los componentes digitales, siendo en este caso, usando la tecnología TTL, la tensión debe tener una amplitud de 5 voltios, en el caso de que se adoptara una señal externa, es recomendable, un circuito de protección y adaptación a los niveles. A continuación, la señal la recoge el divisor de frecuencia, como el propio nombre indica, en esta etapa la frecuencia es dividida entre 10, la frecuencia es dividida 7 veces, de forma que en la salida de esta etapa existen 8 canales, de los cuales uno de ellos es la frecuencia base y las demás, son divisiones de la misma. La selección del canal se realiza mediante el selector, cuya salida es la señal con la frecuencia fijado por el usuario, indicado con un visualizador de 7 segmentos. Una vez tratada la frecuencia, la siguiente etapa es el control de la duración del impulso, de forma tal, que el usuario puede indicar mediante potenciómetros, la duración del mismo dentro del periodo de la señal con la frecuencia en uso. Como última fase, es la visualización de overflow, que es una indicación al usuario mediante un LED de que la duración del impulso sobrepasa el periodo de la frecuencia prefijada. 3

4 Esquema básico del circuito. A continuación, se ilustra el esquema básico del mismo, observándose los bloques fundamentales anteriormente explicados. En los siguientes apartados se analizará con detalle el funcionamiento, y contenido de cada bloque. Divisor de frecuencia (div-frec). Para realizar la división de frecuencia, lo que se realiza es la división de la señal en cascada, es decir, a la señal se la divide por 10, cuya salida es a su vez dividida, y así sucesivamente. Para realizar dicha división, lo que se utiliza es un contador de décadas (74290), de forma que cuando el bit más significativo está a nivel alto, es accionado el clock del siguiente contador de décadas. 4

5 El esquema es el siguiente: Se han utilizado 7 contadores de décadas para 8 canales (salida de frecuencia), siendo el primer canal la frecuencia base. El funcionamiento gráfico se ilustra a continuación: Selección de canal (Selector). En esta parte el usuario selecciona la frecuencia deseada (el múltiplo de la frecuencia base), para ello, se ha empleado un contador de décadas, este contador de décadas es accionado mediante un pulsador (representado en el esquema como un interruptor) que provoca un pulso que es conectado con el clock del contador de décadas, por tanto, cada vez que se accione el pulsador, la cuenta es incrementada. Este contador debe tener 8 cuentas, que son los canales del divisor de frecuencia, para realizarlo, se conecta el bit de salida más significativo Qd a los terminales de reset (R0(1) y R0(2)), puesto que al contar por octava vez, la salida en bits es 1000, provocando la puesta a 0. Se ha añadido un visualizador de 7 segmentos, representando el factor de división de la forma: (frec. Base)/(10 n ) siendo n el valor visualizado, cuando n= 0 se obtiene la frecuencia base, el rango de visualización es de 0 a 7. 5

6 Las salida del contador de décadas se conecta a un multiplexor, de forma que se gobierna la selección del canal que se desea; las demás entradas son los canales del divisor de frecuencia. El esquema de dicha etapa es la siguiente: Control de ancho de impulso (Monoestable). Para gobernar la duración impulso, se ha utilizado un monoestable 555, cuya entrada de un impulso provocado por el canal seleccionado mediante una circuitería de puertas lógicas NAND con una puerta con un inversor conectado a la señal de entrada (LS), con ello se consigue un pulso debido al retardo del inversor. Para controlar el disparo del 555, se ha conectado un potenciómetro de 1 KΩ y un condensador variable de 10 µf, para que pueda ser controlado por el usuario, con ello se consigue aumentar o disminuir el ancho del pulso. 6

7 El esquema es el siguiente: Y ahora observemos su funcionamiento, para diferentes valores en porcentaje del potenciómetro y condensador variable: Indicador de ancho de impulso (Overflow). Cuando la duración del impulso supera el periodo de la señal seleccionada, se debe indicar al usuario mediante un LED. Para conseguir esto, se toma el final de cada periodo de la señal seleccionada que se indica mediante un impulso, que se consigue con una puerta AND con una puerta conectada a un inversor para conseguir un retardo, con ello se consigue un reloj que acciona a dos puertas AND que están conectados a la señal de salida (con el ancho de impulso controlado), si dicha señal está a nivel alto, entonces, es que la duración del impulso es mayor al periodo de la señal seleccionada, guardándose dicho estado en un Flip-Flop R-S cuya salida está conectada al LED. 7

8 El esquema de este indicador es el siguiente: Una situación en overflow puede ser la siguiente: 8

9 ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO A continuación, se expone el esquema electrónico completo del generador de impulsos básico, en este esquema se puede observar todos los componentes usados y sus conexiones simbólicas. En diseños posteriores se podrán añadir más circuitería para las necesidades específicas del usuario, recordando que el proyecto que se está exponiendo es el funcionamiento y diseño básico de este instrumento. 9

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11 MATERIAL NECESARIO Unidades Descripción y TTL 8 Contador de décadas, Multiplexor, Monoestable, Potenciómetro 1kΩ 1 Condensador variable 10µF 1 Puerta NAND, Puerta inversora, Puerta AND, LED 11

12 Proyectista: Angel Fco. Villoria Marcos Escuela Politécnica Superior de Algeciras Algeciras, 31 de mayo de