CONTADOR CON LIMITE MAXIMO Y MINIMO

CIRCUITO LOGICO DE SISTEMA DE CONTROL PARA EL CAMBIO DE SENTIDO DE UN MOTOR

Resumen. -Se va a realizar un circuito con el cual se pretende cambiar el sentido de un motor, esto con la ayuda de diferentes componentes electrónicas, también se controlará la velocidad del motor el cual generara diferentes pulsos que serán transmitidos a un display

I.INTRODUCCIÓN

    En este escrito se dará a conocer de manera exacta la forma de realizar un sistema de control digital, utilizando contadores, un opto transistor, el decodificador y el respectivo motor, además de esto se utilizarán diferentes compuertas lógicas para generar la memoria, para esto se procede a realizar cálculos también diferentes simulaciones virtuales tanto en proteus y otras herramientas de utilidad, esto con el fin de no tener fallas y ser más precisos a la hora de montar el circuito.

II.     MARCO TEÓRICO

1. CIRCUITO DIGITAL     

Un circuito digital es aquel que solo funciona con números binarios, es decir los números 1 y 0, donde 1 es el voltaje cuando está en su nivel más alto y 0 cuando está en su nivel más bajo, para obtener estos números, es por medio de unos circuitos integrados y algunos elementos digitales, los cuales ayudan a cambiar, añadir y/o multiplicar los números y sacar un solo valor. Los circuitos digitales siempre empiezan con entrada-proceso-salida, donde la entrada se traduce a voltaje o corriente, el proceso se da a partir de compuertas lógicas, y en la salida entran la parte de visualización o actuadores.

       2. ELEMENTOS DIGITALES

               Las combinaciones para tener los valores 1 y 0 pueden ser de distintos tipos:

• ·    Compuertas NAND
• ·      Opto transistores
• ·     Motor DC
• ·     Contadores
• ·     Decodificadores
• ·     Diodos
• ·     Pulsadores
• ·     Memorias
• ·     Displays
• ·     Puente H
• ·     Potenciómetro
• ·     Clock 555

        3. TABLAS DE VERDAD

            

IMG COMPUERTA NAND

IMG MEMORIA

        4. COMPUERTAS NAND

    Con la ayuda de estas compuertas lógicas (NAND) se construirán 2 memorias, donde una será la memoria de dirección (ascendente, descendente) la cual tendrá conexiones con el circuito de límite superior (SETEA) y límite inferior (RESETEA), y la otra memoria usada para la velocidad, esta memoria va conectada a un circuito el cual lee la información del límite medio.

IMG3(MEMORIA NAND)

5. CONTADORES

    Estos reciben información de las memorias de dirección, tomando estos valores como ascendente o descendente según la información guardada, en nuestro caso los valores de entradas serán tomadas del motor DC

  

IMG4(CONTADOR 74ls190 Y MOTOR DC

6.     PUENTE H

    Este puente recibe dos entradas las cuales una entrada es la salida de la memoria de dirección y la otra entrada es la salida de la memoria de velocidad

7.    SEÑAL DE PULSOS

    Para esto se realiza un montaje con el uso de un opto transistor de donde en el eje del motor se incrustará una rueda con una ranura la cual por cada vuelta generará una señal obteniendo así la salida del opto transistor

IMG5(OPTO TRANSISTOR CON EL MOTOR)

    8. DECODIFICADOR

    Este recibe las salidas del Contador, donde las salidas de este irán conectadas al display de 7 segmentos para la visualización

IMG6(DECODIFICADOR 74ls48)

II.     DESARROLLO

A. GENERADOR DE SEÑALES

    Para las señales ubicamos el motor junto al opto transistor, con algo que mantenga en 0 la señal, pero con un momento en el cual se genere un 1, de tal manera que nos sirva como CLK para los contadores. (IMG5)

B.CONTADORES

    A los contadores llegara las señales generadas con motor, y también las memorias de límites, para hacer ascendente o descendente la cuenta.

IMG7(CORRECTO CABLEADO DE LOS CONTADORES)

    De tal manera que el CLK es generado por el motor, el enable es el GROUND, el D/U es la salida de las memorias de límites y el PL es 5v, además que se conecta el RCO para generar un sistema de cascada, el cual nos ayudara a tener decenas y unidades en cada contador, para el primer contador encontramos las unidades, y en el segundo las decenas. 

C. REGULADOR DE VELOCIDAD

Para regular la velocidad tendremos que hacer un PWM, que es un generador de pulsos, el cual, mediante un potenciómetro, ayuda a regular la velocidad del motor, el cual irá conectado a un puente H que será útil para cambiar el sentido de giro del motor.

IMG8(PWM GENERADOR DE PULSOS, CONTROLADOR DE VELOCIDAD DE UN MOTOR DC, JUNTO A PUENTE H INVERSOR DE GIRO)

D. MEMORIAS DE LIMITES

    En el puente H que va conectado al motor, necesitaremos poner unas memorias las cuales nos ayudaran a cambiar el sentido de giro del motor, para ello necesitaremos realizar circuitos lógicos que nos den como resultado un 1 o un 0 cada que pase por el limite, para el límite superior tenemos 91, para el limite medio (el cual será controlado manualmente, respecto al cambio de velocidad) y por último en el límite inferior está el 14.

IMG9(CIRCUITO LOGICO REGULADOR DE LIMITES)

    Nos vamos a guiar mediante la anterior imagen para ubicar los circuitos lógicos en las memorias, cabe recalcar que la entrada hacia los circuitos lógicos las tomamos de los contadores.

·         LIMITE SUPERIOR:

Para el límite superior tenemos en la parte de las decenas el número 9.

Procedemos a hacer tabla de verdad para que cuando se encuentre en 9 nos dé como salida 1.

TABLA 1 (LIMITE SUPERIOR DE LAS DECENAS DEL CONTADOR)

Sacamos la función lógica de la Tabla 1.

TABLA 2 (MAPA DE KARNAUGH DE LAS DECENAS DEL LIMITE SUPERIOR DEL CONTADOR)

Procedemos a sacar la función lógica de la tabla 2

• F=AB'C'D

Para esta función lógica tendremos que realizar el siguiente circuito lógico, donde desde SD0 hasta SD3 representan las letras A, B, C, D respectivamente, al igual que son las salidas del contador de decenas 74ls190.

IMG10(CIRCUITO LOGICO DECENAS DEL LIMITE SUPEROR)

A la variable MAXDEC añadiremos la salida de este circuito lógico. 

Para la parte de las unidades tendremos el número 1.

Procederemos a hacer la respectiva tabla de verdad para que cuando el contador esté en 1 y cuando esté en 9, nos dé como salida un 1. En este caso tenemos que iniciar la memoria NAND, de tal manera que iniciaremos la memoria con el número 99, dado que el contador al devolverse, nos dará como 2do numero el 99, y necesitamos iniciar la memoria para su respectiva conexión con el puente H, cabe recalcar que no afecta en nada al límite superior, puesto que tenemos como límite superior el número 91, es decir el contador nunca va a llegar a el número 99. De lo contrario si hacemos esto en el número 00, cuando el contador me llegue al número 90 se me devolverá y no llegara hasta el límite asignado.

TABLA3(LIMITE SUPERIOR DE LAS UNIDADES DEL CONTADOR)
Sacamos la función lógica de la Tabla3.

TABLA4(MAPA DE KARNAUGH DE LAS UNIDADES DEL LIMITE SUPERIOR DEL CONTADOR)

Procedemos a sacar la función lógica de la tabla4.

• F=B'C'D

Para esta función lógica tendremos que realizar el siguiente circuito lógico, donde desde S0 hasta S3 nos representan las salidas lógicas del contador para unidades 74ls190.

IMG11(CIRCUITO LOGICO LIMITE SUPERIOR PARA UNIDADES)

A la variable MAXUN añadiremos la salida lógica de este circuito lógico que posteriormente será conectada a la memoria.

·         LIMITE MEDIO:

Para el límite medio utilizaremos el PWM (IMG 8.) el cual nos ayudará a controlar la velocidad del motor, lo haremos de forma manual, y el numero asignado para este límite es el 52, es decir arriba del 52 irá veloz y debajo de este número irá más lento.

·         LIMITE INFERIOR:

Para el límite inferior encontramos en las decenas el número 1.

Procedemos a hacer la tabla de verdad para que cuando se encuentre en el número 1 nos dé 1.

TABLA5(LIMITE INFERIOR DE LAS DECENAS DEL CONTADOR)

Procedemos a realizar el mapa de karnaugh

TABLA6 (MAPA DE KARNAUGH DEL LIMITE INFERIOR DE LAS DECENAS DEL CONTADOR)

Sacando la función lógica del anterior mapa tenemos que

• F=A'B'C'D     

Para esta función lógica tendremos que realizar el siguiente circuito lógico, donde desde SD0 hasta SD3 representan las letras A, B, C, D respectivamente, al igual que son las salidas del contador de decenas 74ls190. 

 

IMG12(CIRCUITO LOGICO LIMITE INFERIOR PARA DECENAS)

A la variable MINDEC añadiremos la salida lógica de este circuito lógico.

Para la parte de las unidades tenemos el número 4.

Procedemos a hacer la tabla de verdad para que se encuentre en el número 4 nos dé como resultado 1.

TABLA7(LIMITE INFERIOR DE LAS UNIDADES DEL CONTADOR)

Procedemos a realizar el mapa de karnaugh

TABLA8(MAPA DE KARNAUGH DEL LIMITE INFERIOR DE LAS UNIDADES DEL CONTADOR)

Tenemos como función lógica

• F=A'C'D'B

Para esta función lógica tendremos que realizar el siguiente circuito lógico, donde desde S0 hasta S3 nos representan las salidas lógicas del contador para unidades 74ls190

IMG13(CIRCUITO LOGICO LIMITE INFERIOR PARA UNIDADES)

A la variable MINU añadiremos la salida lógica de este circuito.

·         E. CONEXIONES A LA MEMORIA

    Una vez tenemos definidos los circuitos lógicos de los limites, debemos realizar la siguiente configuración lógica antes de ingresar los datos a la memoria, con un AND para definir los limites como superior e inferior.

IMG14(CONEXIONES HACIA LA MEMORIA NAND)

La memoria la configuramos con las compuertas nand, las cuales enviaran una salida D/U hacia el contador (IMG7) y también de aquí sacaremos un cable que nos lleve hacia el Input del puente H, en donde para el primer input lo pondremos normal, y para el segundo input, negaremos con un NOT y haremos la conexión correspondiente. (IMG8)

IMG15(Conexión hacia el puente H)

A.       F. DECODIFICADORES

Para la conexión hacia los decodificadores, usaremos las salidas SDO, SD1, SD2, SD3, SD4 y S0, S1, S2, S3 de los contadores, los cuales los llevaremos hacia 2 display de 7 segmentos para la respectiva visualización del proceso.

IMG16(Conexión de los decodificadores 74ls48)

Lo vemos de una manera más detallada en el siguiente plano.

IMG17(Conexión de los contadores hacia los decodificadores

IMG18(Conexión de los decodificadores hacia los display)

IMG19(CIRCUITO ENTERO EN PROTEUS

Dado que no se puede hacer el sistema de clk con el motor en el proteus, se decide hacer subcircuitos para un buen resumen del circuito)

III.     DESARROLLO PRACTICO.

A.    CONCLUSIONES

·         Para poder lograr la visualización en el display de los pulsos que genera un motor lo debemos pasar por elementos como decodificadores, contadores, memorias.

·         El decodificador (74LS48) nos recibe un código binario y este lo convierte en código BCD donde posteriormente se puede observar la información en el display.

·         El codificador (74LS147) es un codificador el cual nos recibe las 9 líneas del teclado para codificarlas a 4 líneas, donde solo la línea más alta de datos es codificada.

·         Realizando diferentes conexiones de compuertas NAND podemos lograr hacer una memoria en donde se guarda 1 bit

Autores

Romel Sebastián Eraso Mora 

ARCHIVO DE PROTEUS 

https://drive.google.com/drive/folders/1gtEMM4XMQGFUdJCbSDA3TKs8FXCMwMxy?usp=sharing

MONTAJE