Sistemas Electrónicos Digitales - Diciembre 2011 Problema

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1 Sistemas Electrónicos Digitales - Diciembre 2011 Problema Apellidos, Nombre: Se desea controlar una lavadora automática con un microcontrolador PIC 16F88, configurando su funcionamiento con el oscilador interno del sistema a 8 MHz. Un programa de lavado simple consta de 4 etapas: carga, lavado (tambor girando), descarga y centrifugado/descarga. La interfaz con el usuario está comprendida por: Pulsador "RUN" (Marcha) - ENTRADA. Lógica activa baja. Permite la inicialización del programa de lavado, y el reconocimiento de error. Pulsador "SP" (Selección de Programa) - ENTRADA. Lógica activa baja. Permite seleccionar entre dos programas de corta y larga duración. Interruptor "MC" (Media Carga) - ENTRADA. Lógica activa alta. Si este interruptor está activo la carga de agua finalizará cuando el nivel sea la mitad de la capacidad del tanque (de acuerdo a la señal del presostato). En caso contrario, la carga de agua será completa. Interruptor "NC" (No Centrifugado) - ENTRADA. Lógica activa baja. Su función será evitar que se realice el proceso de centrifugado en caso que se encuentre activo. LCD 2x16 - SALIDA: La línea superior indicará el estado del proceso de lavado en que se encuentra. Además, el sistema consta de actuadores que no pueden ser manejados directamente por el usuario. Ellos son: Bloqueo de puerta ("BP") - SALIDA. Sirve para bloquear la puerta. Mientras algún programa de lavado se encuentre activo, la puerta debe mantenerse bloqueada. Electroválvula ("EV") - SALIDA. Mecanismo que actúa como un grifo, abriendo y cerrando el paso de agua a la máquina. Se enciende únicamente durante la etapa de carga de agua. Las condiciones de apagado pueden ser: a) al llegar a nivel deseado (media carga o carga completa) o b) al cumplirse un tiempo máximo de 6 minutos de estar encendida. Motor ("M") - SALIDA. Sirve para girar el tambor. Está conectado a través de un módulo regulador de velocidad, el cual controla la velocidad de giro mediante una salida PWM, de tal forma que la velocidad es proporcional al duty cycle asignado. Durante la etapa de lavado, el duty cycle debe ser fijado al 40%, durante la descarga en 50% y en la etapa de centrifugado/descarga, el duty cycle será fijado a 90%. En las otras etapas el duty cycle será 0%, lo que indicará que el motor se encuentra apagado. La frecuencia del PWM será 1kHz. Bomba de desagüe ("B") - SALIDA. Sirve para vaciar el agua de la lavadora. Se enciende durante las etapas de descarga y centrifugado/descarga. Por último, un sensor que no fue contemplado anteriormente es Presostato ("PS") - ENTRADA. Es un elemento que detecta el nivel de agua dentro del tambor. Está conectado al microcontrolador mediante dos señales denominadas PS0 y PS1. La tabla de verdad indica los posibles niveles. PS1 PS0 NIVEL 0 0 Vacío 0 1 Media Carga 1 0 Error 1 1 Carga completa - 1 -

2 Sistemas Electrónicos Digitales - Diciembre 2011 Problema El sistema debe funcionar de acuerdo a las siguientes especificaciones: Al encender la lavadora, el usuario puede configurar el modo de funcionamiento del sistema mediante las entradas SP, MC y NC. Se puede elegir entre dos posibles programas, el de corta o el de larga duración mediante SP. El programa por defecto es el de corta duración. En el LCD se indicará en todo momento la etapa del lavado en que se encuentra el programa. Cada una de las etapas tiene un tiempo de ejecución, según se especifica en la Tabla I. Etapa TABLA I Tiempo (min) Programa de Programa de corta duración larga duración Carga (tiempo máximo de seguridad) 6 6 Lavado Descarga 3 5 Centrifugado/Descarga 1 3 Una vez pulsado el botón RUN se bloquea la puerta, y de acuerdo al programa de lavado seleccionado, se inicia la carga de agua. Para ello, EV debe activarse hasta que el agua llegue al nivel determinado por PS o hasta que haya transcurrido el tiempo máximo de seguridad. Luego se realizarán secuencialmente las otras etapas durante los tiempos especificados en la tabla y se configurará el duty cycle del PWM de manera conveniente. En caso que NC se encuentre activo, la etapa de centrifugado/descarga se evitará. Observaciones a) Si transcurrido el tiempo máximo de seguridad durante la carga (especificado en la tabla I) no se ha llegado al nivel de agua configurado con el interruptor MC, o el nivel de carga es erróneo (PS= 10 ) la pantalla mostrará el mensaje ERROR, y durante los próximos 5 minutos se activará B. Destacar que finalizado este tiempo, la lavadora quedará con la puerta bloqueada y los demás actuadores apagados, hasta que se reconozca el error pulsando una vez RUN, tras lo cual pasará a reposo y se desbloqueará la puerta. b) Por simplicidad en el diseño del sistema, se supondrá que el usuario modifica los parámetros de funcionamiento solamente durante el reposo. Se pide: 1. Selección de puertos de entrada y salida en el PIC16F88, así como las variables globales utilizadas. (1 puntos) 2. Esquema completo del sistema. (1 punto) 3. Diagrama/s de bola/s del programa. (4 puntos) 4. Diagramas de flujo de todos los estados. (1,5 puntos) 5. Diagrama de flujo de la interrupción que gestiona la temporización. (0,5 puntos) 6. Selección del temporizador que se utilizará para contar los tiempos especificados en la tabla I. Definir unidad de tiempo base que se medirá, la configuración de los registros del temporizador seleccionado (preescaler, módulo de conteo) y la cantidad de interrupciones que se deben contar para llegar a cada uno de los valores especificados en la tabla I. (1 punto) 7. Configuración de los registros del Timer2 que fijan el T on y T total para que la frecuencia del PWM sea 1 khz, y los duty cycles sean 0%, 40%, 50%, 90%. (1 punto) - 2 -

3 Tema 1 ENTRADAS SALIDAS RUN (1) RA2 LCD (6) RB2-RB7 SP (1) RA3 BP (1) RA1 MC (1) RA4 EV (1) RA0 NC (1) RA5 M (1) RB0 PS (2) RA6-RA7 B (1) RB1 Total pines utilizados para entradas/salidas: 16. Observaciones: Como se necesitan 16 pines para entradas/salidas, la entrada MCLR debe configurarse con el pull-up interno, y se debe utilizar el oscilador interno para dejar los pines OSC1/OSC2 disponibles. La salida M, puede ser conectada únicamente a las salidas RB0 o RB3. Variables globales ninterruptmr1: cantidad de interrupciones para temporización de esperas. programa: 0 programa corto 1 programa largo EstadoAct[3], EstadoSig[3] punteros a función Tema 2

4 RUN_1 RUN=1 REPOSO BP=0 ; EV=0 ; M=0% ; B= 0 ; LCD= REPOSO RUN_0 ERROR1 BP=1 ; EV=0 ; M=0% ; B= 0 ; LCD= ERROR RUN_0 CARGA BP=1 ; EV=1 ; M=0% ; B= 0 ; LCD= CARGA PS= 10' ERROR BP=1 ; EV=0 ; M=0% ; B= 1 ; LCD= ERROR & NC=0 & [(MC=0 & PS= 01') (MC=1 & PS= 11')] LAVADO SP=0 BP=1 ; EV=0 ; M=40% ; B= 0 ; LCD= LAVADO DESCARGA BP=1 ; EV=0 ; M=50% ; B= 1 ; LCD= LAVADO RUN=1 RUN_1 RUN=1 RUN=0 RUN_0 RUN=0 SP=1 SP_0 Programa=0 SP=0 SP_1 Programa=1 SP=0 SP=1 SP=1 SP_3 Programa=0 SP_2 Programa=1 SP=0 SP=1 & NC=1 CENTRIFUGADO BP=1 ; EV=0 ; M=90% ; B= 1 ; LCD= CENTRIFUGADO

5 REPOSO ERROR ERROR1 CENTRIFUGADO LAVADO BP=0 ; EV=0 ; M=0% (CCPR1L=0) ; B= 0 ; LCD= REPOSO BP=1 ; EV=0 ; M=0% ; B= 1 ; LCD= ERROR BP=1 ; EV=0 ; M=0% ; B= 1 ; LCD= ERROR BP=1 ; EV=0 ; M=90% (CCPR1L=112) ; B= 1 ; LCD= CENTRIFUGADO BP=1 ; EV=0 ; M=40% (CCPR1L=50) ; B= 0 ; LCD= LAVADO RUN_0?? RUN_0??? ninterruptmr1=1440 (6min) EstadoSig[0]=carga EstadoSig[0]=error1 EstadoSig[0]=reposo EstadoSig[0]=reposo Programa=0? ninterruptmr1=720 ninterruptmr1=1200 EstadoSig[0]=descarga

6 DESCARGA CARGA BP=1 ; EV=0 ; M=50% ; B= 1 ; LCD= LAVADO BP=1 ; EV=1 ; M=0% ; B= 0 ; LCD= CARGA? NC=0? PS= 10' EstadoSig[0]=reposo [(MC=0 & PS= 01') (MC=1 & PS= 11')] 200 Programa=0? ninterruptmr1=1200 EstadoSig[0]=error ninterruptmr1=240 EstadoSig[0]=centrifugado ninterruptmr1=720 EstadoSig[0]=centrifugado Programa=0? ninterruptmr1=2400 EstadoSig[0]=lavado ninterruptmr1=4800 EstadoSig[0]=lavado

7 Interrupcion TMR1IF=1? TMR1IF=0 ninterruptmr1--? TMR1ON=0 TMR1IE=0 retfie

8 Tema 6 Se selecciona el TIMER1, ya que podrá manejar interrupciones con mayores periodos de tiempo. El periodo Tosc es us según el enunciado (fosc=8mhz). Para seleccionar la base de tiempo, calcularemos el máximo tiempo que se puede contar con TMR1, definiendo el preescarler al máximo, y el módulo de conteo a 2^16. tmax = 4 x Tosc x 2^16 x 8 = 262,144 ms. Una base de tiempo adecuada será 250 ms. Teniendo en cuenta este valor, calculamos el valor de TMR1 0,250 = 4 x Tosc x (2^16-TMR1) x = (2^16-TMR1) TMR1 = TMR1 = Respuesta: Unidad de tiempo: 250 ms Preescaler : 8 (máximo) Configuración del registro TMR1 en cada interrupción: TMR1 = 3036 Cantidad de interrupciones para tiempos involucrados Tiempo Cantidad Interrupciones 1 min = 60 s 4 x 60 = min = 180 s min = 300 s min = 360 s min = 600 s min = 1200 s 4800 Tema 7 f = 1 khz T = 1 ms Periodo = 4 x Tosc x (PR2 + 1) x preescaler Se debe encontrar una combinación de valores de PR2 y preescaler adecuada para que T = 1 ms Definiendo preescaler=16 PR2 = 0,001 / (4 x 16 x Tosc) - 1 = 0,001 / (4 x 16 x 0,125 x 10^-6) - 1 = 124 PR2 = 124 CONFIGURACION DE PR2 PARA QUE LA FRECUENCIA DEL PWM SEA 1 khz Configuración de CCPR1L para configurar duty cycles DUTY CYCLE (%) CCPR1L 0 0 x 124 = ,4 x 124 = 49, ,5 x 124 = ,9 x 124 =