ACTIVIDAD No 6. TRABAJO COLABORATIVO No 1

SISTEMAS DIGITALES SECUENCIALES

Grupo: 90178-30

Tutor:

RUIZ CARLOS EMEL.

INGENIERIA EN ELECTRONICA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD-

OCTUBRE 2013

INTRODUCCIN

En la actividad se nos solicita, fabricar un carro-robot, que despus de

encendido tenga la facultad de retroceder por s mismo durante tres segundos

en caso de estrellarse, y retomar una nueva direccin.

Debemos buscar la forma de generar movimiento continuo en las ruedas del

carro luego de haberlo encendido, y que en caso de choque, genere una seal

que invierta el giro de los motores de las ruedas para que retroceda durante el

tiempo estipulado, luego de lo cual debe retomar la direccin inicial, cada

choque siempre debe generar un desplazamiento de reverso.

Se debe tener en cuenta, que despus del encendido, la seal de choque

debe detener el avance hacia adelante, colocar marcha atrs y enclavndola

durante tres segundos.

CONTENIDO

Portada Introduccin Objetivos DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

Conclusiones Anexos Bibliogrficas.

OBJETIVOS

Llevar a la prctica lo conocimientos adquiridos sobre los cerrojos y los

flip flop

Desarrollar la propuesta del proyecto desde su funcionamiento,

aplicacin y diseo sobre las unidades tratadas en la unidad No.1.

Implementar un programa sobre el funcionamiento del circuito diseado como herramienta de desarrollo del proyecto.

Conocer el manejo de programas para circuitos digitales.

Disear un vehculo usando circuitera combinaciones y secuencial

capaz de cambiar de direccin.

Utilizar herramientas virtuales de simulacin de circuitos para la

ejecucin del diseo.

Describir detalladamente el funcionamiento del circuito y de cada uno de

los elementos que lo componen.

Realizar el respectivo diagrama de bloques del sistema.

Fase 1. Descripcin del problema.

Disear mediante lgica combinacional y secuencial el control de un vehculo

impulsado por dos motores de DC, localizados en las ruedas traseras del

mismo. El vehculo cuenta con dos sensores en la parte frontal que permiten

detectar el impacto con un obstculo.

El diseo parte de que el vehculo inicia su marcha hacia adelante; y una vez

detecta un obstculo mediante los sensores frontales debe retroceder el

vehculo cambiando el giro de los motores en sentido opuesto al obstculo, sin

importar cul de los dos sensores detecto el obstculo debe cambiar el sentido

del giro.

Una vez los sensores detectan el impacto debe invertir el giro del vehicul por

espacio de tres segundos y reiniciar su marcha en sentido opuesto, dicho

tiempo debe ser controlado por un circuito monoestable empleando el

temporizador 555.

Fase 2. Implementacin.

Descripcin del problema. La descripcin parte del diseo de un circuito de

control de un vehculo a travs de los recursos de la lgica combinacional y

secuencial para impulsar mediante una interfaz de acople activar dos

motores de DC, localizados en la rueda traseras. El vehculo cuenta con dos

sensores mediante microswitch localizados en la parte frontal que detectan

el impacto e informan al circuito de control mediante un nivel lgico la

presencia de un obstculo. El diseo recuerda el estado y cambia el giro de

los dos motores de DC en sentido opuesto mediante un circuito de interfaz

conformado por un puente de H con transistores NPN y PNP permitiendo

suministrar la potencia adecuada para el funcionamiento de los dos

motores. Una vez realizado el cambio de giro del motor se activa un circuito

monoestable empleando el temporizador 555, que se encuentra configurado

para una activacin de tres segundos tiempo en el cual gira el vehculo en

sentido opuesto, para posteriormente retomar el estado inicial de giro de los

dos motores de DC.

Lista de materiales.

2 microswitch para los sensores frontales.

2 motores de corriente contina de 5Vdc.

1 rueda o rodachina para el soporte en la parte frontal del vehculo.

1 base en acrlico como chasis para la adaptacin de los diferentes

elementos del vehculo.

Para el diseo del circuito de control e interface de potencia se emplearon

los siguientes materiales.

1 circuito integrado 7404 (Compuerta NOT).

1 circuito integrado 7408 (Compuerta AND).

1 circuito integrado 74107 (Flip - Flop JK).

1 circuito integrado LM555.

1 resistencia 10k 1/4w.

1 resistencia 270k 1/4w.

1 condensador 0.01uF.

1 condensador 10uF 16v.

2 transistores TIP127.

2 transistores TIP122.

2 transistores 2N3906.

2 transistores 2N3904.

Elaborar un diagrama de bloques.

Fig. 1. Diagrama de bloques del sistema de control del vehculo.

En el anterior diagrama Fig. 1, se puede identificar el bloque de entradas al

sistema de control de vehculo conformado por los sensores mediante

microswitches con contactos normalmente abiertos que detectan el

impacto del vehculo ante un obstculo, dicha seal generada por los

sensores alimenta al bloque temporizador que produce una seal por un

periodo de tiempo de 3seg, tiempo en el cual el vehculo retrocede en

direccin contraria. El siguiente bloque corresponde a la lgica de control

que recibe como entradas la seal de los sensores y el temporizador para

a travs de una lgica combinacional y secuencial ejecutar la activacin de

los elementos de salida tal como se defini en las especificaciones del

problema. El bloque de interface de potencia recibe la seal del bloque de

lgica de control para mediante una interfaz de potencia conformada

mediante un puente H con transistores NPN y PNP permiten suministrar la

potencia necesaria para activar los 2 motores de corriente continua que

desplazan el vehculo en la direccin especificada.

Definir las variables lgicas de entrada y salida del sistema.

Las variables de entrada y salida para el bloque de lgica de control, son las

siguientes:

Entradas

Sensores

Lgica de

control

Temporizador

Interface de

potencia

Salidas

Motores

Entrada SW. Corresponde a la entrada conformada por dos

microswitches conectados en paralelo y posteriormente conectado a la

compuerta NOT como se muestra en la Fig. 2, de tal manera que

cuando se detecta cualquiera de los dos sensores SW1 y SW2 produce

un nivel bajo, que al pasar por la compuerta genera un nivel alto.

Fig. 2. Diagrama de conexin de los dos microswitches.

Entrada T. Corresponde a la entrada proveniente del bloque

temporizador del circuito integrado 555, el cual se activa por espacio de

tres segundos manteniendo el nivel alto una vez detecta la activacin de

los sensores SW1 y SW2.

Fig. 3. Diagrama de conexin de entrada T al bloque de lgica de

control.

Salida Q. Corresponde a la salida del bloque lgica de control que activa

el motor en un determinado sentido mediante el bloque de interface de

potencia.

Fig. 4. Esquema de conexin de salida Q al bloque de interface de potencia.

SW

SW1 SW2

Lgica de

control Q T

555

Interface de

potencia

J Q

K QN

Realizar el programa en la herramienta de VHDL.

Realizar una tabla de verdad que muestre la relacin entre las variables de

entrada y salida del sistema, si es posible simplificar la funcin utilizando

mapa de Karnaugh.

En la siguiente Tabla 1, se relaciona las variables de entrada y salida del

bloque lgica de control.

SW T QN QN+1 J K

0 0 0 0 0 0

0 0 1 0 0 1

0 1 0 0 0 0

0 1 1 1 0 0

1 0 0 1 1 0

1 0 1 0 0 1

1 1 0 1 1 0

1 1 1 1 0 0

Tabla 1. Tabla de verdad que relaciona las variables de entrada y salida.

Como se puede observar en la Tabla 1, la variable SW corresponde a la

seal de los microswitches activo en nivel alto permitiendo el cambio de

estado de QN de 01, en dicho estado el vehculo se desplaza en direccin

contraria al obstculo por un tiempo de tres segundos hasta que la variable

T correspondiente a la seal de temporizador activa en nivel alto, detecte la

transicin a nivel bajo originando el cambio de estado de QN de 10, lo que

provoca que el vehculo se desplace en la direccin inicial. Para el diseo

del sistema de secuencial que guarda el estado se empleo un Flip-Flop JK.

A partir de la Tabla 1 se procede a encontrar la lgica combinacional de la

mquina de estados mediante la minimizacin de mapas de Karnaugh, para

las entradas J y K del Flip-Flop correspondiente.

Las anteriores funciones J y K corresponden a la minimizacin a travs de

los mapas de Karnaugh a partir de la tabla de verdad.

Realizar la respectiva simulacin del sistema utilizando Proteus.

Fig. 5. Diagrama de simulacin del sistema.

En la Fig. 5, se puede observar la simulacin del sistema en donde se

puede observar que el vehculo no ha detectado ningn obstculo por lo

que conserva la salida Q del Flip-Flop JK en 0, haciendo el motor se

movilice en una determinada direccin.

Fig. 5. Diagrama de simulacin del sistema por activacin de SW2.

Cuando se detecta la activacin del microswitch SW2, este produce un nivel

alto en la entrada SW al pasar por la compuerta inversora ocasionando un

nivel alto en la entrada J del Flip-Flop JK, lo que provoca un SET en el Flip-

Flop que cambia el estado pasando Q=1, haciendo que el motor cambie de

sentido. Igualmente la seal SW2 produce un nivel bajo a la entrada del

mutivibrador monoestable que produce una seal temporizada en el pin de

salida con un nivel alto por espacio de tres segundos. Una vez termina la

temporizacin se coloca en nivel bajo la salida del temporizador lo que

provoca un RESET en el Flip-Flop que conmuta el estado pasando Q=0,

que ocasiona que el motor recupere el giro en el sentido original.

Calculo del periodo de oscilacin del 555 de 3 seg.

A partir de las especificaciones se emplea la siguiente formula, para lo cual

se considera un condensador C=10uF.

Por lo que el tiempo calculado T a partir de los valores comerciales cumple

con el valor especificado, y cuya conexin se observa en la Fig. 6.

Fig. 6. Esquema del multivibrador monoestable para T=3seg.

Descripcin del sistema.

La descripcin del sistema contiene un circuito de control diseado a travs

de la lgica combinacional y secuencial el cual controla mediante una

interfaz de potencia activar dos motores de DC, localizados en la parte

trasera. El vehculo cuenta con dos sensores mediante microswitch

localizados en la parte frontal que detectan el impacto y mediante un nivel

lgico alto al circuito de control originando un cambio de estado que

produce un cambio de giro de los dos motores de DC en sentido opuesto

mediante un circuito de interfaz conformado por un puente de H con

transistores NPN y PNP permitiendo suministrar la potencia adecuada para

el funcionamiento de los dos motores. Una vez realizado el cambio de giro

del motor se activa un circuito monoestable empleando el temporizador 555,

que enva un nivel alto por espacio de tres segundo tiempo en el cual el

temporizador alcanza el nivel bajo provocando un cambio de estado que

cambia el giro de los dos motores de DC.

Fase 3: Verificacin

CDIGO:

--------------------------------------------

-- Carrito Seguidor de Lneas----

----------Evasor de obstculos-------------

--------------------------------------------

library IEEE;

use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

use IEEE.NUMERIC_STD.ALL;

entitycomplis

Port ( s_fcc, s_fcd, s_fci, reset, ss, c, i, d : in STD_LOGIC;

clk: inout STD_LOGIC;

e1, e2, e3, e4 : out STD_LOGIC);

endcompl;

architectureBehavioral of complis

constant N : integer := 28; -- tamao de bits para bajar de frecuencia

signal a: std_logic;

signalq_reg, q_reg1, q_reg2, q_next, q_next1, q_next2 : unsigned (N-1

downto 0);

signalsel : std_logic_vector (1 downto 0);

begin

process (s_fcc, s_fcd, s_fci,c,d,i,clk,ss,reset)

begin

if (reset = '0') then

---- GIRA ADELANTE

e1

endif;

if (s_fcd = '1') then

a

whenothers =>

e1

when "10" =>

---- GIRA ADELANTE

e1

endif;

if (c = '0' and d = '1' and i= '0') then

--- GIRAR DERECHA

e1

CONCLUSIONES El uso de estos sistemas digitales es muy til en lo que la robtica se refiere, ya que una de las cosas ms importantes a la hora de disear el robot es el cmo controlarlo, estos sistemas empleados adecuadamente permiten realizar dicho control. En el anlisis secuencial se deben tener presentes las distintas etapas de diseo ya que permiten estructurar la solucin a un problema determinado. La utilizacin de los planteamientos de Moore o por Mealy, permite obtener circuitos de implementacin sencilla gracias a que estos dan la facilidad de tener un anlisis detallado del problema, brindando estados y tablas de estados futuros que ubican de forma categrica el problema dando soluciones optimas y precisas. El diseo de circuitos monoestables y su control a travs del LM 555, permite facilidad al momento de llevar a cabo los montajes y las simulaciones ya que con un simple pulso se puede manejar la salida de l sin importar la cantidad de pulsos que tenga el chip a la entrada, por lo cual contribuye a tener un dispositivo de control efectivo y eficiente.

LINK FUNCIONAMIENTO DEL CARRO

Jos Gregorio Orejuela: http://www.youtube.com/watch?v=RRi7a9o3Ks&feature=youtu.be

Jaime Alberto Quintero:

http://www.youtube.com/watch?v=P8keD5PLvvM

Hctor Fabio Escobar:

http://www.youtube.com/watch?v=WvFuvOHhLMA

ANEXOS

Laboratorio de sistemas digitales secuencialer CEAD Palmira 19 de octubre

del 2013.

Con compaeros del laboratorio y tutor.

Verificacin con diodos led de etapas del circuito.

BIBLIOGRAFIA

Georffrey Acevedo Gonzlez (2008), 90178- Sistemas Digitales Medelln (UNAD)