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Ingeniería en Mecatrónica Asignatura: Teoría de Control
Grado: Sextimo Cuatrimestre
Grupo: Único
Parcial: Cuatrimestral
Nombre del trabajo: Guante Traductor de Señas y Controlador de Hexápodo
Docente: I.E. Jose Sabino Canche Cetzal
Integrantes:
Méndez Magaña Juan Enrique Aguayo Coba German Rosado Loeza Carlos Alberto Solis Samael Teodulfo
Fecha: Jueves, 15 de Octumbre del 2015
CENTRO DE ESTUDIOS SUPERIORES "FRANCISCO DE MONTEJO"
INCORPORADO A LA SECRETARIA DE EDUCACIÓN PÚBLICA CLAVE C.T. 31PSUOO34W, CALLE 49 #142-A COL. SAN
FRANCISCO VALLADOLID, YUCATÁN, C.P. 97780
Sumario.
Abstract
I
Índice Índice ............................................................................................................... I
Índice de imágenes ......................................................................................... V
Índice de tablas .............................................................................................. VI
Índice de ecuaciones .................................................................................... VII
CAPÍTULO I ................................................................................................... 1
1.1. Introducción .......................................................................................... 1
1.2. Justificación .......................................................................................... 2
1.3. Objetivo general.................................................................................... 2
1.4. Objetivo especiales ............................................................................... 3
CAPÍTULO II ................................................................................................... 4
2.1. Problemas a resolver. ........................................................................... 4
2.1.1. Diagrama funcional de la propuesta ............................................... 4
2.2. Cronograma de actividades. ................................................................. 5
2.3. Descripción de actividades del cronograma. ........................................ 6
2.4. Alcance. ................................................................................................ 7
2.5. Limitaciones. ......................................................................................... 8
II
CAPÍTULO III .................................................................................................. 9
3.1. Guante ................................................................................................ 10
3.1.1.Categorización de diseño de guantes ........................................... 10
3.1.2. Clasificación de los guantes ......................................................... 11
3.1.3. Guante que se escogió ................................................................. 14
3.2. Sensores ............................................................................................ 15
3.2.1. Características ............................................................................. 16
3.2.2. Resolución y precisión .................................................................. 18
3.2.3. Tipos de sensores ........................................................................ 19
3.2.4 .Sensores que se escogió ............................................................. 26
3.3. Amplificadores Operacionales (OPAMP) ............................................ 37
3.3.1. El modelo ideal. ............................................................................ 39
3.3.2. Configuraciones. .......................................................................... 40
3.3.3. Amplificadores de instrumentación. .............................................. 53
3.3.4. OPAMP que se escogió ............................................................... 53
3.4. Acondicionamiento de Señal .............................................................. 54
3.4.1. Procesos del acondicionamiento .................................................. 55
3.4.2. Algunos acondicionadores de señal ............................................. 56
3.4.3. El puente Wheatstone .................................................................. 58
III
3.4.4. Acondicionador que se escogió .................................................... 59
3.5. ADC’S ................................................................................................. 60
3.5.1. Resolución. ................................................................................... 61
3.5.2. Tipos de conversores. .................................................................. 63
3.5.3. ADC que se escogió ..................................................................... 63
3.6. Multiplexor .......................................................................................... 65
3.6.1. Multiplexor Digital ......................................................................... 66
3.6.2. Clases de multiplexacion .............................................................. 67
3.6.3. Multiplexor que se escogió ........................................................... 72
3.7. Microcontrolador ................................................................................. 75
3.7.1. Arquitectura de los microcontroladores. ...................................... 77
3.7.2. Tipos de microcontroladores ........................................................ 80
3.7.3. Microcontrolador que se escogió .................................................. 80
CAPÍTULO IV ................................................................................................ 91
4.1. Procedimiento y actividades realizadas. ............................................ 92
4.2. Tabla de materiales. ........................................................................... 93
4.3. Resultados. ......................................................................................... 94
CAPÍTULO V................................................................................................. 95
5.1. Conclusiones ...................................................................................... 96
IV
5.3. Bibliografía. ......................................................................................... 97
V
Índice de imágenes
VI
Índice de tablas
VII
Índice de ecuaciones
CAPÍTULO I
1
1.1. Introducción
2
1.2. Justificación Hoy en día, una considerable población en México se encuentra en una
situación en donde son sordomudos, lo cual le impide comunicarse
abiertamente con las demás personas, pero gracias al lenguaje de señas
especializado en sordomudos pueden comunicarse de una manera casi
natural, lamentablemente, para que esto sea posible, las demás personas
deben también conocer y entender el lenguaje, cosa que no muchas personas
que no se encuentran en esta situación conocen, y gracias a los avances
tecnológicos de la actualidad se pensó en desarrollar un dispositivo capaz de
traducir este lenguaje de señas a una interfaz gráfica en la computadora, para
que les sea más fácil de entender a las personas que desconocen de este
lenguaje, y así los sordomudos puedan comunicarse con las demás personas
de la manera más natural posible.
1.3. Objetivo general El estudiante de ingeniería en Mecatrónica diseñara y manufacturará un
dispositivo capaz de traducir el abecedario para sordomudos, de igual manera
debe ser capaz de controlar el movimiento de un hexápodo, y desplegar los
resultados en un interfaz realizada en Labview mediante el uso de sensores
flexibles de resistencia variable con comunicación por Bluetooth.
3
1.4. Objetivo especiales
CAPÍTULO II
4
. Problemas a resolver. 2.1.1. Diagrama funcional de la propuesta
5
2.2. Cronograma de actividades.
6
2.3. Descripción de actividades del cronograma.
7
2.4. Alcance.
8
2.5. Limitaciones.
CAPÍTULO III
10
3.1. Guante Un guante es un equipo de protección individual (EPI) destinado a proteger
total o parcialmente la mano. También puede cubrir parcial o totalmente el
antebrazo y el brazo. En el lugar de trabajo, las manos del trabajador, y por las
manos su cuerpo entero, puede hallarse expuesto a riesgos debidos a
acciones externas, acciones sobre las manos y también es posible que se
generen accidentes a causa del uso o la mala elección del propio guante. La
seguridad de la mano en el trabajo depende fundamentalmente de la eficacia
del guante que la protege. En cada oficio es preciso definir el guante en función
de los imperativos de protección, de ergonomía y de confort.
3.1.1. Categorización de diseño de guantes
Cuando hablamos de desteridad, lo hacemos de la capacidad de
manipulación para realizar un trabajo y está relacionada con el espesor
de material del guante, su elasticidad y su deformidad: o sea, en una
palabra, la destreza que permite un guante a su usuario. Los guantes
de trabajo, al igual que el resto de Equipos de Protección Individual, se
clasifican en 3 categorías en función del riesgo:
• Categoría I.- De diseño sencillo. Protegen contra riesgos
leves o menores. Estos guantes podrán fabricarse sin ser
sometidos a examen de tipo CE, y el fabricante o distribuidor
podrá emitir un auto certificado de conformidad.
11
• Categoría II.- De diseño intermedio. Protege de riesgos
intermedios, es decir, que no puedan causar lesiones graves
o la muerte. Son certificados por un laboratorio u organismo
notificado.
• Categoría III.- De diseño complejo. Protege contra riesgo de
lesiones irreversible o la muerte. Son certificados por un
laboratorio u organismo notificado, más un control de la
fabricación por parte del mismo organismo.
3.1.2. Clasificación de los guantes
Los guantes se clasifican en función a los materiales existentes en el
mercado de la siguiente manera:
I. Hule, natural o sintético
II. Neopreno
III. Butadieno / Acrilonitrilo
IV. PVC
V. Butilo
VI. Fluoro elastómero
3.1.2.1. Guantes de hule natural (Látex)
Los guantes de caucho natural poseen excelente resistencia a la
abrasión, cortes y desgarros. Conserva su flexibilidad y
durabilidad a temperaturas comprendidas entre 256.15 K y
423.15 K (- 17°C y 150°C). Los acabados externos para este tipo
de guantes son: liso, áspero, rugoso y texturizado.
12
Además de presentar los siguientes tipos de acabado interno
(forro): tipo Jersey, Interlock, tejido de una sola pieza sin costuras
ó sin ningún tipo de forro.
3.1.2.2. Guantes de Neopreno
Los guantes de Neopreno resisten la degradación en contacto
continuo a temperaturas hasta 366.15 K (93 °C) y en contacto
intermitente a temperaturas hasta 423.15 K (150 °C)
endureciéndose y perdiendo flexibilidad a temperaturas más
elevadas. El neopreno conserva su flexibilidad y resistencia
hasta los 250.15 K (- 23 °C) y alrededor de los 233.15 K (- 40 °C),
se hace quebradizo.
Los acabados externos para este tipo guantes son: liso, áspero,
rugoso y texturizado. Además de presentar los siguientes tipos
de acabado interno (forros): tipo Jersey, Interlock, tejido de una
sola pieza sin costuras ó sin ningún tipo de forro.
3.1.2.3. Guantes de Nitrilo (butadieno / acrilonitrilo)
Posee excelente resistencia mecánica a la perforación y
abrasión. Resisten un rango de temperatura de 269.15 K (- 4 °C)
a 423.15 K (150 °C). Más resistentes a la abrasión que los de
neopreno y PVC.
13
Los acabados externos para este tipo de material son: liso,
áspero, rugoso, texturizado y laminado. Además de presentar los
siguientes tipos de acabado interno (forros): Tipo Jersey,
Interlock, tejido de una sola pieza sin costuras ó sin ningún tipo
de forro.
3.1.2.4. Guantes de PVC
Puede resistir temperaturas comprendidas entre los 269.15 K (-
4°C) y 338.15 K (65°C). Este material comienza a reblandecerse
al llegar a los 353.15 K (82°C) aproximadamente, condición que
se presenta si hay contactos breves e intermitentes, si no hay
que manejar objetos calientes puede resultar eficaz hasta
temperaturas de 373.15 K (100 °C).
Los acabados externos para este tipo de material son: liso,
áspero, rugoso y texturizado. Además de presentar los siguientes
tipos de acabado interno (forros): tipo Jersey, Interlock, tejido de
una sola pieza sin costuras ó sin ningún tipo de forro.
3.1.2.5. Guantes de butilo
Este tipo de guantes resisten un rango de temperatura
intermitente de 473.15 K (200 °C), sin presentar daño alguno.
Los acabados externos que se tiene para este tipo de material
son: liso, áspero y rugoso. Los guantes pueden ser con o sin
acabado interno (soporte).
14
3.1.2.6. Guantes de flouro elastómero
Estos guantes son flexibles, pero poseen mínima resistencia a
los cortes o a la abrasión. Los acabados externos para este tipo
de material son: liso, áspero y rugoso.
3.1.3. Guante que se escogió En nuestro caso el tipo de guante usado es el de PVC, siendo un
material sintético del cual está hecho el cuero, y uno de los más
accesibles en el mercado. La clasificación del guante será de categoría
uno o categoría dos, por lo que se necesita que el guante sea
relativamente flexible. Los de categoría tres son muy rígidos y puedan
obstruir la flexión del sensor. Los guantes de PVC pueden ser hechas
de una forma stretch para mejor comodidad pero por su características
liso, áspera y rugosa lo hacen el candidato perfecto, haciendo que la
colocación de los sensores sea más estable teniendo lecturas más
confiables. Igualmente los guantes de flouro elastómero tienen
características similares, haciéndolo un buen segunda opción.
15
3.2. Sensores Un sensor o captador, como prefiera llamársele, no es más que un dispositivo
diseñado para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla
en otra magnitud, normalmente eléctrica, que seamos capaces de cuantificar
y manipular.
Normalmente estos dispositivos se encuentran realizados mediante la
utilización de componentes pasivos (resistencias variables, PTC, NTC, LDR,
etc... todos aquellos componentes que varían su magnitud en función de
alguna variable), y la utilización de componentes activos.
Pero el tema constructivo de los captadores lo dejaremos a un lado, ya que no
es el tema que nos ocupa, más adelante incluiremos en el WEB SITE algún
diseño en particular de algún tipo de sensor.
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas,
llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables
eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo:
temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación,
desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una
magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una
capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica
(como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.
Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en
contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también
16
que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de
adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como
por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee
el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un
sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma
de energía en otra.
Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, robótica, industria
aeroespacial, medicina, industria de manufactura, etc. Los sensores pueden
estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso
a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc.
3.2.1. Características • Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que
puede aplicarse el sensor.
• Precisión: es el error de medida máximo esperado.
• Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando
la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a
valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se
establece otro punto de referencia para definir el offset. (down)
• Linealidad o correlación lineal.
• Sensibilidad de un sensor: suponiendo que es de entrada a
salida y la variación de la magnitud de entrada.
17
• Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que
puede detectarse a la salida.
• Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de
cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del
sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada.
• Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como
magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por
ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la
humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento
(oxidación, desgaste, etc.) del sensor.
• Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma
medida.
Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se
quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de
indicación directa (e.g. un termómetro de mercurio) o pueden estar
conectados a un indicador (posiblemente a través de un
convertidor analógico a digital, un computador y un visualizador) de
modo que los valores detectados puedan ser leídos por un humano.
Por lo general, la señal de salida de estos sensores no es apta para su
lectura directa y a veces tampoco para su procesado, por lo que se usa
un circuito de acondicionamiento, como por ejemplo un puente de
18
Wheatstone, amplificadores y filtros electrónicos que adaptan la señal a
los niveles apropiados para el resto de los circuitos.
3.2.2. Resolución y precisión La resolución de un sensor es el menor cambio en la magnitud de
entrada que se aprecia en la magnitud de salida. Sin embargo, la
precisión es el máximo error esperado en la medida.
La resolución puede ser de menor valor que la precisión. Por ejemplo,
si al medir una distancia la resolución es de 0,01 mm, pero la precisión
es de 1 mm, entonces pueden apreciarse variaciones en la distancia
medida de 0,01 mm, pero no puede asegurarse que haya un error de
medición menor a 1 mm. En la mayoría de los casos este exceso de
resolución conlleva a un exceso innecesario en el coste del sistema. No
obstante, en estos sistemas, si el error en la medida sigue
una distribución normal o similar, lo cual es frecuente en errores
accidentales, es decir, no sistemáticos, la repetitividad podría ser de un
valor inferior a la precisión.
Sin embargo, la precisión no puede ser de un valor inferior a la
resolución, pues no puede asegurarse que el error en la medida sea
menor a la mínima variación en la magnitud de entrada que puede
observarse en la magnitud de salida.
19
3.2.3. Tipos de sensores Magnitud Transductor Característica
Posición lineal y angular
Potenciómetro Analógica Encoder Digital Sensor Hall Digital
Desplazamiento y deformación
Transformador diferencial de variación lineal Analógica
Galga extensiométrica Analógica Magnetoestrictivos A/D Magnetorresistivos Analógica LVDT Analógica
Velocidad lineal y angular
Dinamo tacométrica Analógica Encoder Digital Detector inductivo Digital Servo-inclinómetros A/D RVDT Analógica Giróscopo
Aceleración Acelerómetro Analógico Servo-accelerómetros
Fuerza y par (deformación)
Galga extensiométrica Analógico Triaxiales A/D
Presión Membranas Analógica Piezoeléctricos Analógica Manómetros Digitales Digital
Caudal Turbina Analógica Magnético Analógica
Temperatura
Termopar Analógica RTD Analógica Termistor NTC Analógica Termistor PTC Analógica [Bimetal - Termostato I/0
Sensores de presencia
Inductivos I/0 Capacitivos I/0 Ópticos I/0 y Analógica
Sensores táctiles Matriz de contactos I/0 Piel artificial Analógica
Visión artificial Cámaras de video Procesamiento
digital
Cámaras CCD o CMOS Procesamiento digital
20
Sensor de proximidad
Sensor final de carrera Sensor capacitivo Analógica Sensor inductivo Analógica Sensor fotoeléctrico Analógica
Sensor acústico (presión sonora) micrófono Analógica
Sensores de acidez ISFET
Sensor de luz
fotodiodo Analógica Fotorresistencia Analógica Fototransistor Analógica Célula fotoeléctrica Analógica
Sensores captura de movimiento Sensores inerciales
3.2.3.1. Detectores de ultrasonidos
Los detectores de ultrasonidos resuelven los problemas de
detección de objetos de prácticamente cualquier material.
Trabajan en ambientes secos y polvorientos. Normalmente se
usan para control de presencia/ausencia, distancia o rastreo.
3.2.3.2. Interruptores básicos
Se consiguen interruptores de tamaño estándar, miniatura,
subminiatura, herméticamente sellados y de alta temperatura.
Los mecanismos de precisión se ofrecen con una amplia
variedad de actuadores y características operativas. Estos
interruptores son idóneos para aplicaciones que requieran
tamaño reducido, poco peso, repetitividad y larga vida.
21
3.2.3.3. Interruptores final de carrera
Descripción: El microswitch es un conmutador de 2 posiciones
con retorno a la posición de reposo y viene con un botón o con
una palanca de accionamiento, la cual también puede traer una
ruedita.
Funcionamiento: En estado de reposo la patita común (COM) y
la de contacto normal cerrado (NC), están en contacto
permanente hasta que la presión aplicada a la palanca del
microswitch hace saltar la pequeña platina acerada interior y
entonces el contacto pasa de la posición de normal cerrado a la
de normal abierto (NO), se puede escuchar cuando el
microswitch cambia de estado, porque se oye un pequeño clic,
esto sucede casi al final del recorrido de la palanca.
3.2.3.4. Interruptores manuales
Estos son los sensores más básicos, incluye pulsadores, llaves,
selectores rotativos y conmutadores de enclavamiento. Estos
productos ayudan al técnico e ingeniero con ilimitadas opciones
en técnicas de actuación y disposición de componentes.
3.2.3.5. Productos encapsulados
Diseños robustos, de altas prestaciones y resistentes al entorno
o herméticamente sellados. Esta selección incluye finales de
carrera miniatura, interruptores básicos estándar y miniatura,
interruptores de palanca y pulsadores luminosos.
22
3.2.3.6. Productos para fibra óptica
El grupo de fibra óptica está especializado en el diseño,
desarrollo y fabricación de componentes optoelectrónicos activos
y submontajes para el mercado de la fibra óptica. Los productos
para fibra óptica son compatibles con la mayoría de los
conectores y cables de fibra óptica multimodo estándar
disponibles actualmente en la industria.
3.2.3.7. Productos infrarrojos
La optoelectrónica es la integración de los principios ópticos y la
electrónica de semiconductores. Los componentes
optoelectrónicas son sensores fiables y económicos. Se incluyen
diodos emisores de infrarrojos (IRED’s), sensores y montajes.
3.2.3.8. Sensores para automoción
Se incluyen sensores de efecto Hall, de presión y de caudal de
aire. Estos sensores son de alta tecnología y constituyen
soluciones flexibles a un bajo costo. Su flexibilidad y durabilidad
hace que sean idóneos para una amplia gama de aplicaciones
de automoción.
3.2.3.9. Sensores de caudal de aire
Los sensores de caudal de aire contienen una estructura de
película fina aislada térmicamente, que contiene elementos
sensibles de temperatura y calor. La estructura de puente
23
suministra una respuesta rápida al caudal de aire u otro gas que
pase sobre el chip.
3.2.3.10. Sensores de corriente
Los sensores de corriente monitorizan corriente continua o
alterna. Se incluyen sensores de corriente lineales ajustables, de
balance nulo, digitales y lineales. Los sensores de corriente
digitales pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor, abrir
una válvula o desconectar una bomba. La señal lineal duplica la
forma de la onda de la corriente captada, y puede ser utilizada
como un elemento de respuesta para controlar un motor o regular
la cantidad de trabajo que realiza una máquina.
3.2.3.11. Sensores de efecto Hall
Son semiconductores y por su costo no están muy difundidos
pero en codificadores ("encoders") de servomecanismos se
emplean mucho.
3.2.3.12. Sensores de humedad
Los sensores de humedad relativa/temperatura y humedad
relativa están configurados con circuitos integrados que
proporcionan una señal acondicionada. Estos sensores
contienen un elemento sensible capacitivo en base de polímeros
que interacciona con electrodos de platino. Están calibrados por
24
láser y tienen una intercambiabilidad de +5% HR, con un
rendimiento estable y baja desviación.
3.2.3.13. Sensores de posición de estado sólido
Los sensores de posición de estado sólido, detectores de
proximidad de metales y de corriente, se consiguen disponibles
en varios tamaños y terminaciones. Estos sensores combinan
fiabilidad, velocidad, durabilidad y compatibilidad con diversos
circuitos electrónicos para aportar soluciones a las necesidades
de aplicación.
3.2.3.8. Sensores de presión y fuerza
Los sensores de presión son pequeños, fiables y de bajo costo.
Ofrecen una excelente repetitividad y una alta precisión y
fiabilidad bajo condiciones ambientales variables. Además,
presentan unas características operativas constantes en todas
las unidades y una intercambiabilidad sin recalibración.
3.2.3.14. Sensores de temperatura
Los sensores de temperatura se catalogan en dos series
diferentes: TD y HEL/HRTS. Estos sensores consisten en una
fina película de resistencia variable con la temperatura (RTD) y
están calibrados por láser para una mayor precisión e
intercambiabilidad. Las salidas lineales son estables y rápidas.
25
3.2.3.15. Sensores de turbidez
Los sensores de turbidez aportan una información rápida y
práctica de la cantidad relativa de sólidos suspendidos en el agua
u otros líquidos. La medición de la conductividad da una medición
relativa de la concentración iónica de un líquido dado.
3.2.3.16. Sensores magnéticos
Los sensores magnéticos se basan en la tecnología
magnetoresisitiva SSEC. Ofrecen una alta sensibilidad. Entre las
aplicaciones se incluyen brújulas, control remoto de vehículos,
detección de vehículos, realidad virtual, sensores de posición,
sistemas de seguridad e instrumentación médica.
3.2.3.17. Sensores de presión
Los sensores de presión están basados en tecnología
piezoresistiva, combinada con microcontroladores que
proporcionan una alta precisión, independiente de la
temperatura, y capacidad de comunicación digital directa con PC.
Las aplicaciones afines a estos productos incluyen instrumentos
para aviación, laboratorios, controles de quemadores y calderas,
comprobación de motores, tratamiento de aguas residuales y
sistemas de frenado.
26
3.2.4 .Sensores que se escogió El tipo de sensor que se escogió para la realización del proyecto
es el de fuerza de resistencia variable, debido a que se necesitaba
conocer el grado de flexión de cada uno de los dedos de la mano para
poder reconocerlos como comandos y traducirlos al alfabeto para
sordomudos.
3.2.4.1. Sensores resistivos.
Los sensores moduladores del tipo resistivos, son
aquellos que varían una resistencia en función de la variable a
medir. Se ha realizado una clasificación de estos sensores en
función de la variable a medir, tal como refleja la tabla siguiente:
Tabla 1. Sensores resistivos.
3.2.4.1.1. Potenciómetros (Variables mecánicas) El potenciómetro es un sensor utilizado para medir
la variable mecánica desplazamiento, y consiste de un
dispositivo con dos partes y tres terminales.
Una de las partes es una resistencia fija
descubierta la cual puede ser de carbón o de hilo arrollado.
La otra parte es un contacto móvil que se desplaza por la
27
resistencia fija. En Teoría, para un conductor cualquiera,
su resistencia viene dada por:
Donde: ρ = Resistividad del material (Ωm) A = Sección transversal l = Longitud del conductor.
En la figura siguiente se muestra el modelo de un
potenciómetro. Si se denomina x a la distancia recorrida
por el curso, la resistencia obtenida será
:
Ilustración 1. Diagrama de cuerpo libre de un sensor resistivo.
28
El problema de este tipo de sensor es:
• Varía con la temperatura.
• Varía con la deformación de la sección transversal,
causada por la presión o fuerzas ejercidas sobre él.
• El contacto del cursor origina desgaste,
modificando la sección transversal.
Pueden ser lineales, como la figura mostrada
anteriormente, o no lineales como el siguiente:
Ilustración 2. Análisis del diagrama.
En este último caso, la resistencia fija entre E y C está
formada por una sección triangular variable de hilo
arrollado. Este hilo tiene una sección A y diámetro D.
29
La ecuación de su resistencia es ahora:
Los potenciómetros pueden dar una salida analógica, si la
resistencia fija es de carbón, o digital, si la resistencia fija
está formada por hilo arrollado.
El potenciómetro se utiliza para medir preferiblemente
desplazamientos, conectando el objeto de medición a su
cursor. Sin embargo, puede ser utilizado para medir otras
variables de forma indirecta, cuando estas generen
desplazamientos en otros dispositivos.
Por ejemplo:
a) Se puede utilizar para medir presión, si se conecta
el cursor al extremo de un tubo Bourdon.
b) Para medir nivel en líquidos conductores o no
conductores.
c) Para medir temperatura si se conecta al extremo de
un medidor de bulbo y capilar.
30
En los casos a y c se utiliza para generar una señal
eléctrica. Mientras que en el caso b es el elemento
primario.
Ilustración 3. Galgas extenso métricas.
3.2.4.1.2. Galgas extenso métricas (Variables mecánicas) Se basan en el efecto piezorresistivo ya descrito para el
potenciómetro. LA diferencia es que ahora se busca
modificar la resistencia variando algunos de los parámetro
de la resistencia, por ejemplo, su longitud l o su sección
transversal A.
Si a una pieza de material resistivo se le aplica un
esfuerzo, esta se deformará, y cambiará su resistencia.
Por tanto, este tipo de sensores se utiliza para medir
31
fuerza o presión, aunque también puede aplicarse a la
medida de desplazamientos pequeños.
Todo material al que se le aplica un esfuerzo se deformará
en mayor o menor grado, y llegará a un punto en que se
romperá. Esta relación esfuerzo vs deformación se
muestra en la siguiente gráfica.
Ilustración 4. Esfuerzo y deformación de los sensores flexibles.
Si se tiene un conductor cilíndrico de longitud l y sección
transversal A, y se le aplica un esfuerzo perpendicular a la
sección transversal, de tal forma de comprimirlo o
estirarlo, es decir,
32
Ilustración 5. aplicacion de la ley de Hooke.
Donde:
E = Constante del material o módulo de Young en Pa
σ = Tensión mecánica o esfuerzo en Pa o Kg/cm2
ε = Deformación unitaria adimensional, normalmente dada en μ deformaciones (10-6 m/m)
Este análisis tan simple no es aplicable para piezas
tridimensionales, ya que al aplicar el esfuerzo en la
dirección indicada es de esperar que también se altere la
sección transversal A. Si denominamos D al diámetro
involucrado, se debe definir un nuevo coeficiente: el
coeficiente de Poisson, el cual viene definido como:
33
3.2.4.1.3. Termorresistencias (Variable térmicas) Una termorresistencia es un dispositivo que varía su
resistencia con la temperatura. Suele denominarse RTD
(Resistive temperature detector) por sus siglas en ingles.
El símbolo que la caracteriza es:
Ilustración 6.Símbolo de la termorresistencia.
El símbolo sin flecha indica que la variación es intrínseca
por la característica resistiva, no por manipulación manual.
La ecuación característica de las termorresistencia es la
siguiente:
34
3.2.4.1.4. Termistores (Variables térmicas) Los termistores también son resistencias que varían su
magnitud con la temperatura. Se diferencian de las
termorresistencia por que están basadas en
semiconductores. Por tanto su característica no es lineal,
aunque dentro de un margen adecuado pueda ser
considerada de es amanera.
Su símbolo será:
Ilustración 7. Símbolo termistores.
La raya quebrada indica que no es lineal. El elemento
positivo o negativo indica que tiene una característica
positiva o negativa respectivamente. Es decir, si es de
coeficiente positivo, PTC, la resistencia se incrementa con
la temperatura. Si es de coeficiente negativo, NTC,
disminuye con la temperatura.
35
En el caso de una NTC la ecuación característica ser
Donde:
B = temperatura característica del material (2000 K a 5000 K)
R0 = Resistencia a la temperatura de referencia T0,
normalmente la temperatura ambiente (25 °C o 298 K)
Tiene como ventajas el ser más sensible que las
Termorresistencias, más rápidas y permite hilos de
conexión mayores.
Tiene como desventaja el ser no lineal, y al variar su
temperatura por el autocalentamiento del material.
Los termistores tienen muchas aplicaciones algunos de
los cuales son.
36
Medida directa de temperatura por variación de corriente:
Ilustración 8. Circuito con termistores
Ilustración 9.Medida del caudal en el circuito puente.
37
3.3. Amplificadores Operacionales (OPAMP) El concepto original del AO (amplificador operacional) procede del
campo de los computadores analógicos, en los que comenzaron a usarse
técnicas operacionales en una época tan temprana como en los años 40. El
nombre de amplificador operacional deriva del concepto de un amplificador dc
(amplificador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia
extremadamente alta, cuyas características de operación estaban
determinadas por los elementos de realimentación utilizados. Cambiando los
tipos y disposición de los elementos de realimentación, podían implementarse
diferentes operaciones analógicas; en gran medida, las características
globales del circuito estaban determinadas solo por estos elementos de
realimentación. De esta forma, el mismo amplificador era capaz de realizar
diversas operaciones, y el desarrollo gradual de los amplificadores
operacionales dio lugar al surgimiento de una nueva era en los conceptos de
diseñó de circuitos.
Los primeros amplificadores operacionales usaban el componente básico de
su tiempo: la válvula de vacío. El uso generalizado de los AOs no comenzó
realmente hasta los años 60, cuando empezaron a aplicarse las técnicas de
estado sólido al diseño de circuitos amplificadores operacionales,
fabricándose módulos que realizaban la circuitería interna del amplificador
operacional mediante el diseño discreto de estado sólido. Entonces, a
mediados de los 60, se introdujeron los primeros amplificadores operacionales
38
de circuito integrado. En unos pocos años los amplificadores operacionales se
convirtieron en una herramienta estándar de diseño, abarcando aplicaciones
mucho más allá del ámbito original de los computadores analógicos.
Si existe un elemento estrella en los sistemas electrónicos analógicos ese
elemento es sin duda el amplificador operacional. Con él podremos amplificar
señales, atenuarlas, filtrarlas, etc. Los sistemas de control analógico
encuentran en el amplificador operacional un elemento de conmutación
sumamente simple e incluso años atrás fue empleado para el diseño de
computadoras analógicas (de ahí el nombre de operacionales).
El conocimiento a nivel básico del amplificador operacional proporciona al
diseñador una herramienta de valor incalculable.
Partir del amplificador operacional sin siquiera conocer el funcionamiento del
transistor podría parecer un error. Esta consideración pierde importancia si
tenemos en cuenta que en la actualidad el transistor como componente
discreto ha quedado relegado a usos muy puntuales, siendo su coste similar
al de un amplificador operacional. Ante esta situación, la respuesta correcta es
disponer en primer lugar de los conocimientos necesarios para operar con
amplificadores operacionales y posteriormente abordar la teoría clásica de
transistor, por ser esta última más compleja.
39
3.3.1. El modelo ideal.
Un amplificador operacional es un dispositivo electrónico activo siendo capaz
de ofrecer una tensión de salida en función de una tensión de entrada. Vamos
a considerar única y exclusivamente el amplificador operacional ideal, que aun
no existiendo en la vida real, es una aproximación muy precisa y
perfectamente válida para el análisis de sistemas reales. Un amplificador
operacional presenta cinco patillas. Dos de ellas son las entradas del
dispositivo; la primera de ellas llamada entrada inversora se halla indicada en
los esquemas con un signo menos, la otra denominada entrada no inversora
se indica mediante un signo más. Otro de las patillas del amplificador
operacional corresponde a la salida del dispositivo mientras que las dos
restantes corresponden a la alimentación requerida por el dispositivo (±Vcc).
Una vez nos hemos familiarizado con las patillas podemos pasar a indicar las
características de un amplificador operacional. Debido a que en ningún
momento entraremos en el diseño interno del circuito deben ser asumidas.
Recordamos una vez más que son características teóricas, si bien las reales
se aproximan a las teóricas:
• Ancho de banda infinito (podemos trabajar con señales de cualquier
frecuencia).
• Tiempo de conmutación nulo
• Ganancia de tensión infinita.
40
• Impedancia de entrada infinita.
• Impedancia de salida nula.
• Corrientes de polarización nulas.
• Tensión de desplazamiento nula (si bien no es estrictamente cierto,
diremos que la diferencia de potencial entre las entradas inversora y no
inversora nula).
• Margen dinámico ±Vcc (la tensión de salida puede a nivel teórico
alcanzar el valor de la tensión de alimentación, en la práctica se
aproxima pero no puede ser igual ya que se producen saturaciones en
el dispositivo).
3.3.2. Configuraciones. 3.3.2.1. Inversor.
La configuración más sencilla es la inversora. Dada una
señal analógica (por ejemplo de audio) el amplificador inversor
constituye el modo más simple de amplificar o atenuar la señal
(en el ejemplo propuesto modificar el volumen de la señal).
Ilustración 10.Circuito de configuración inversora.
41
Se comenzará por la configuración más adecuada para nuestros
propósitos:
El modo amplificador inversor. Hemos afirmado anteriormente
que la impedancia de entrada del dispositivo es infinita, por lo
cual no circulará corriente en el interior del amplificador
operacional y las resistencias R1 y R2 estarán dispuestas en
serie. Por encontrarse estas resistencias dispuestas en serie la
corriente que atravesará ambas será la misma, podemos afirmar
por tanto:
A continuación se va a demostrar como Va es nula. Si tenemos
en cuenta que la ganancia de tensión de un amplificador
operacional debe atender a la relación salida/entrada:
Ecuación 1. Calculo de la ganancia de la configuración
inversora.
42
Al ser una de las características del OPAMP la ganancia en
tensión infinita podemos intuir que la única solución válida es
disponer a la entrada del OPAMP de una tensión nula.
Ecuación 2. Despeje de la ganancia en la configuración
inversora.
Al llegar a este punto se destaca que no debe confundirse la
entrada del OPAMP constituida por las patas inversora y no
inversora con la entrada de la etapa amplificadora inversora.
Se llega a la conclusión de que la diferencia de potencial en la
entrada del operacional debe ser nula. Puesto que en el circuito
la pata no inversora se halla conectada a tierra el valor de Va
será nulo o de lo contrario la diferencia de tensión en la entrada
del OPAMP no sería nula.
Ecuación 3. Igualación del Vin al Vout.
43
Al analizar a continuación el resultado obtenido se puede ver
claramente que la tensión de salida es proporcional a la tensión
de entrada, siendo el factor de proporcionalidad una constante
que definimos con las resistencias R1 y R2. Se acaba de diseñar
el primer amplificador, ya que este simple amplificador
operacional puede atenuar o amplificar las señales aplicadas a
su entrada. El nombre de inversor viene dado por el signo
negativo presente en la fórmula. Es decir, el montaje invierte la
fase de la señal; este detalle no puede pasarse por alto para
señales que requieran cuidar su fase.
Finalmente debemos destacar la presencia de la resistencia R3,
cuya misión no es sino la de compensar los posibles efectos no
deseados debidos a imperfecciones en el funcionamiento de los
amplificadores operacionales reales. En concreto busca
disminuir el efecto nocivo de unas intensidades de polarización
residuales presentes en las entradas del OPAMP (lo que conlleva
una impedancia de entrada elevada pero no infinita).
Antes de continuar con las siguientes configuraciones es de
suma importancia comprender completamente el amplificador
inversor.
44
3.3.2.2. No inversor.
Este circuito presenta como característica más destacable
su capacidad para mantener la fase de la señal. El análisis se
realiza de forma análoga al anterior.
Ilustración 11. Configuración no inversora.
Se ha razonado que la diferencia de tensión en las patillas
de entrada del amplificador operacional ha de ser nula, por lo que
la tensión presente en la patilla inversora será la misma que la
presente en el no-inversor.
Por hallarse las resistencias R1 y R2 en serie, la corriente que
las atravesará será la misma y conocida, ya que sabemos el valor
de R1 y las tensiones en sus extremos (Vin y 0):
45
Ecuación 4. Corriente en la configuración no inversora.
Resulta sencillo despejar de esta expresión la ganancia:
Ecuación 5. Voltaje de salida con respecto a la entrada.
Se puede apreciar cómo no existe signo negativo en la expresión
(no se invierte la señal), siendo además la ganancia siempre
superior a la unidad. Este circuito no permite por consiguiente
atenuar señales.
Se hará una puntualización con respecto a la conveniencia de
uso del inversor / no inversor. La inversión de fase no resulta
significativa en el tratamiento de señales alternas, ya que dichas
señales varían entre semi ciclos positivos y negativos. Un
amplificador inversor aplicado a una señal alterna tiene como
resultado una simple inversión de fase. Sin embargo en señales
de continua el resultado es bien distinto. Si deseamos duplicar
una tensión continua e introducimos a la entrada de un
amplificador inversor 2V a la salida tendremos - 4V (negativos),
lo cual puede ser un inconveniente en determinadas
aplicaciones. La elección de una etapa u otra depende por
consiguiente de las condiciones concretas de diseño.
46
3.3.2.3. Mezclador o sumador.
Esencialmente no es más que un amplificador en
configuración inversora. Difiere de este último en la red resistiva
empleada en sustitución de la resistencia R1 utilizada en el
ejemplo de configuración inversora.
Ilustración 12. Configuración mezclador- sumador.
El desarrollo matemático es el mismo. Debido a la ganancia de
tensión infinita del amplificador para que la tensión de salida sea
un número finito la tensión de entrada debe ser nula. Puesto que
una de las patillas (el no-inversor en este caso) se encuentra
conectada a tierra a través de la resistencia Re, la otra patilla
(patilla inversora) debe presentar también este valor.
Debido a la impedancia de entrada infinita del amplificador, la
suma de intensidades que atraviesen las resistencias R1,
R2,...Rn será igual a la intensidad que atraviese la resistencia Rs
47
(según la primera ley de Kirchhoff). Por tanto podemos afirmar
que:
Ecuación 6. Igualación de corriente con voltaje en la
configuración del sumador.
Despejando la tensión de salida:
Ecuación 7. Voltaje de salida de la configuración sumador.
Al llegar a este punto se debe particularizar la presente
configuración para obtener un sumador. Si se afirma la igualdad
entre las resistencias R1=R2=...=Rn y además se hace que este
valor coincida con el de la resistencia Ro se obtiene una tensión
de salida igual a la suma algebraica de tensiones de entrada (con
la correspondiente inversión de fase). Nótese la importancia de
esta particularización para la comprensión de los antiguos
calculadores analógicos:
48
Ecuación 8. Relación de las resistencias con respecto al Voltaje
de salida.
3.3.2.4. Seguidor.
Esta sencilla configuración ofrece una tensión de salida
igual a la tensión de entrada, no produciéndose ganancia alguna.
Ilustración 13. Configuración seguidor.
El montaje se emplea fundamentalmente como adaptador de
impedancias, ya que no consume corriente en su entrada
(impedancia de entrada infinita) ofreciendo señal en su salida
(impedancia de salida nula).
Vout =Vin
Su nombre está dado por el hecho de que la señal de salida es
igual a la de entrada, es decir, sigue a la de entrada.
49
3.3.2.5. Con alimentación asimétrica.
Hasta ahora las configuraciones operaban con tensión
simétrica ±Vcc. La configuración que a continuación pasamos a
describir presenta la ventaja de operar con una tensión única.
Para que este montaje funcione es necesario aplicar la mitad de
la tensión de alimentación a la entrada no inversora del
amplificador (creando una tierra virtual para la etapa equivalente
a la mitad de la tensión de alimentación). Esto se consigue
mediante las resistencias R1.
Ilustración 14. Configuración con alimentación asimétrica.
Puesto que la entrada del amplificador presenta una
impedancia infinita, las dos resistencias R1 y R2 se hayan
dispuestas en serie y por ellas circulará la misma intensidad. Si
llamamos Va a la tensión aplicada a la entrada no inversora del
amplificador:
50
Ecuación 9. Descripción de la configuración con alimentación
asimétrica.
Por tanto conocemos las tensiones en los extremos de la
resistencia R3 y por la ley de Ohm la intensidad que atravesará
dicha resistencia. Por encontrarse R3 y R4 en serie la intensidad
que circula por R4 será la misma que la que circula por R3, de
donde podemos obtener el valor de Vout.
Ecuación 10. Voltaje de salida y voltaje de entrada.
No se puede concluir la explicación de esta configuración
sin mencionar los condensadores (de valor elevado para que no
influyan en las señales alternas) situados a la entrada y a la
salida del circuito. Tanto a la entrada como a la salida aparece
en la señal una componente de continua de la mitad de la tensión
de alimentación. Los condensadores evitan el paso de dicha
componente (ya que un condensador es un circuito abierto para
51
una señal continua). Por tanto, puesto que de los dos sumandos
el segundo de ellos es una señal continua y como ya hemos
dicho es eliminada por los condensadores el valor de la tensión
de salida corresponde únicamente al primero de los términos
calculados:
Ecuación 11. Voltaje de salida.
Debido a los mencionados condensadores de desacoplo
esta configuración puede usarse únicamente con señales
alternas.
3.3.2.6. Diferencial.
Este circuito presenta como característica notable la
amplificación de la diferencia entre las dos tensiones de entrada.
Presenta el inconveniente de que la impedancia de entrada del
amplificador disminuye sensiblemente y además las dos
resistencias R1 y las dos R2 deben ser exactamente iguales.
Ilustración 15. Configuración diferencial.
52
Puesto que sabemos que las tensiones de las patillas
inversora y no inversora deben ser iguales, podemos afirmar que
tanto las resistencias R1 y R2 superiores como las R1 y R2
inferiores se encuentran en serie. Planteando las ecuaciones:
Ecuación 12. Relación de Voltaje de salida con las resistencias.
De estas dos igualdades (donde Va es la tensión de
entrada tanto en la patilla no inversora como en la inversora)
podemos obtener la tensión de salida en función de los valores
R1, R2 y las tensiones de entrada Para ello despejamos lo
valores Va de ambas expresiones obteniendo:
Ecuación 13. Voltaje de salida en la configuración diferencial.
Igualando ambas expresiones resulta trivial obtener la
expresión final de la tensión de salida:
53
Ecuación 14.Voltaje de salida simplificada en la configuración
diferencial.
Como se puede ver esta configuración amplifica o atenúa
la diferencia existente en las dos entradas V2 y V1.
3.3.3. Amplificadores de instrumentación. Se presentan las características eléctricas de dos de estos
dispositivos. Se puede observar como sus parámetros son muy buenos.
Cabe destacar que la impedancia de entrada se da como una
resistencia en paralelo con un condensador. Los valores para el CMRR,
así como el bandwith, se dan para una serie de ganancias, no como en
los amplificadores operacionales que se da siempre el mismo valor. La
ganancia de estos dispositivos se consigue modificando una resistencia
Rg que se coloca en dos patitas que presenta el chip, y no afecta a la
impedancia de entrada del dispositivo. El fabricante los presenta como
amplificadores de precisión.
3.3.4. OPAMP que se escogió El amplificador operacional que se utilizara en el desarrollo del
proyecto es el LM741 el cual es un amplificador comercial de uso
general demasiado versátil y los motivos de su selección sobre los
54
demás fue que este cuenta con 4 amplificadores en un solo
encapsulado, además de ser demasiado accesible en disponibilidad y
precio, además que es más manejable y requiere menos cuidado que
los amplificadores de instrumentación.
3.4. Acondicionamiento de Señal La señal de salida del sensor de un sistema de medición en general se
debe procesar de una forma adecuada para la siguiente etapa de la operación.
La señal puede ser, por ejemplo, demasiado pequeña, y sería necesario
amplificarla; podría contener interferencias que eliminar; ser no lineal y requerir
su linealización; ser analógica y requerir su digitalización; ser digital y
convertirla en analógica; ser un cambio en el valor de la resistencia, y
convertirla a un cambio en corriente; consistir en un cambio de voltaje y
convertirla en un cambio de corriente de magnitud adecuada, etcétera. A todas
estas modificaciones se les designa en general con el término
acondicionamiento de señal. Por ejemplo, la salida de un termopar es un
pequeño voltaje de unos cuantos milivolts. Por lo tanto, es necesario utilizar
un módulo acondicionador de señal para modificar dicha salida y convertirla
en una señal de corriente de tamaño adecuado, contar con un medio para
rechazar ruido, lograr una linealización, y una compensación por unión fría (es
decir, la compensación cuando la unión fría no está a 0 °C).
55
3.4.1. Procesos del acondicionamiento Los siguientes son algunos de los procesos que se pueden
presentar en el acondicionamiento de una señal:
1. Protección para evitar daño al siguiente elemento, por ejemplo
un microprocesador, como consecuencia de un voltaje o una
corriente elevados. Para tal efecto, se colocan resistencias
limitadoras de corriente, fusibles que se funden si la corriente es
demasiado alta, circuitos para protección por polaridad y
limitadores de voltaje
2. Convertir una señal en un tipo de señal adecuado. Sería el caso
cuando es necesario convertir una señal a un voltaje de cd, o a
una corriente. Por ejemplo, el cambio en la resistencia de un de-
formímetro se debe convertir en un cambio de voltaje. Para ello
se utiliza un puente de Wheatstone y se aprovecha el voltaje de
desbalance. Aquí también podría necesitarse una señal
analógica o digital.
3. Obtención del nivel adecuado de la señal. En un termopar, la
señal de salida es de unos cuantos milivolts. Si la señal se va a
alimentar a un convertidor analógico a digital para después entrar
a un microprocesador, será necesario ampliarla en forma
considerable, haciéndola de una magnitud de milivolts a otra de
volts. En la amplificación es muy común utilizar amplificadores
ope-racionales.
56
4. Eliminación o reducción del ruido. Por ejemplo, para eliminar el
ruido en una señal se utilizan filtros.
5. Manipulación de la señal, por ejemplo, convertir una variable en
una función lineal. Las señales que producen algunos sensores,
por ejemplo los medidores de flujo, son alinéales y hay que usar
un acondicionador de señal para que la señal que se alimenta,
en el siguiente elemento sea lineal.
3.4.2. Algunos acondicionadores de señal 3.4.2.1. Amplificador inverso
3.4.2.2. Amplificador no inversor
57
3.4.2.3. Amplificador logarítmico
3.4.2.4. Buffer
3.4.2.5. Amplificador diferencial
58
3.4.3. El puente Wheatstone Se utiliza para convertir un cambio de resistencia en uno de
voltaje. En la figura se muestra la configuración básica de este puente.
Cuando el voltaje de salida V0 es cero, el potencial en B debe ser igual
al potencial en D. La diferencia de potencial en R), es decir, KAB, debe
ser igual a la diferencia en R1, o sea, V-AB. Por lo tanto, I1 R1 = I2 R2.
También significa que la diferencia de potencial en R2, es decir, V-BC,
debe ser igual a la de R4, es decir V-DC. Dado que en BD no hay
corriente, la de Ri debe ser igual a la que hay en R1 y la corriente en R4
debe ser la misma de R3. Por consiguiente, I1 R2 = I2 R4 Dividiendo
las dos ecuaciones se obtiene:
𝑅𝑅1𝑅𝑅2
=𝑅𝑅3𝑅𝑅4
Si el valor de la resistencia R2 es desconocida se puede encontrar de
la siguiente manera:
59
Corriente que pasa por el nodo B y nodo D
𝐼𝐼𝐷𝐷 = 𝑉𝑉𝑠𝑠
𝑅𝑅3 + 𝑅𝑅4 𝐼𝐼𝐵𝐵 =
𝑉𝑉𝐵𝐵𝑅𝑅1 + 𝑅𝑅2
Se obtiene el voltaje en el nodo B y nodo D
𝑉𝑉𝐷𝐷 = 𝑅𝑅4𝑉𝑉𝑠𝑠
𝑅𝑅3 + 𝑅𝑅4 𝑉𝑉𝐵𝐵 =
𝑅𝑅2𝑉𝑉𝐵𝐵𝑅𝑅1 + 𝑅𝑅2
Se sabe que la ecuación de Vo
𝑉𝑉𝑜𝑜 = 𝑅𝑅2𝑉𝑉𝐵𝐵𝑅𝑅1 + 𝑅𝑅2
− 𝑅𝑅4𝑉𝑉𝑠𝑠
𝑅𝑅3 + 𝑅𝑅4
Despejando se obtiene al valor para R2
𝑅𝑅2 = �𝑉𝑉𝑜𝑜(𝑅𝑅3 + 𝑅𝑅4) + 𝑉𝑉𝑠𝑠𝑅𝑅4
(𝑅𝑅3 + 𝑅𝑅4)(𝑉𝑉𝑠𝑠 + 𝑉𝑉𝑜𝑜) − 𝑅𝑅4𝑉𝑉𝑠𝑠� [𝑅𝑅1]
Proveyendo un valor de resistencia muy cercano al real, y muy útil para
determinar el valor de resistencia grandes con intensidad pequeñas,
dando un margen de error muy pequeño.
3.4.4. Acondicionador que se escogió Como se estará usando sensores Flex para saber los
movimientos de los dedos es esencial poder tener lecturas óptimas que
puedan aportar valores claros para poder identificar las letras. Siendo
el sensor Flex una resistencia variable, el puente wheatstone es la
opción más fiable para poder saber el valor de resistencia del sensor
Flex en sus diferentes puntos de flexión dando un margen de error muy
60
pequeño. Para poder conocer la diferencia de potencial en el puente
wheatstone se necesitara restar los voltajes en los nodos paralelos por
lo que amplificador diferencial es la mejor opción. Las lecturas de voltaje
obtenidas por el puente wheatstone estará en un rango que si podrá
leer el microcontrolador por lo cual la amplificación sera igual a 1. Para
poder usar las lecturas del sensor se necesita convertirlas en señales
digital que se puedan usar por lo que el uso del módulo ADC se usara
para digitalizar las lecturas del sensor.
3.5. ADC’S En el mundo real, las señales analógicas (comunes por todos lados) varían
constantemente. Estas señales pueden variar lentamente como la temperatura
o muy rápidamente como una señal de audio.
Ilustración 16. Convertidor analógico digital.
Lo que sucede con las señales analógicas es que son muy difíciles de
manipular, guardar y después recuperar con exactitud.
Si esta información analógica se convierte a información digital, se podría
manipular sin problema y se puede guardar con gran facilidad.
La información manipulada puede después volver a tomar su valor analógico
original, con un DAC (convertidor Digital a Analógico)
61
Ilustración 17. Estructura Interna de un ADC.
Un conversor o convertidor de señal analógica a digital(Conversor Analógico
Digital, CAD; Analog-to-Digital Converter, ADC) es un dispositivo electrónico
capaz de convertir una señal analógica de voltaje en una señal digitalcon un
valor binario.
Se utiliza en equipos electrónicos como computadoras, grabadores de sonido
y de vídeo, y equipos de telecomunicaciones.
La señal analógica, que varía de forma continua en el tiempo, se conecta a la
entrada del dispositivo y se somete a un muestreo a una velocidad fija,
obteniéndose así una señal digital a la salida del mismo.
3.5.1. Resolución. Estos conversores poseen dos señales de entrada llamadas Vref+ y
Vref- y determinan el rango en el cual se convertirá una señal de
entrada.
El dispositivo establece una relación entre su entrada (señal analógica)
y su salida (digital) dependiendo de su resolución. Esta resolución se
puede saber, siempre y cuando se conozca el valor máximo que la
62
entrada de información utiliza y la cantidad máxima de la salida en
dígitos binarios. A manera de ejemplo, el convertidor análogo digital
ADC0804 tiene la capacidad de convertir una muestra analógica de
entre 0 y 5 voltios y su resolución será respectivamente:
Resolución = valor analógico / (2^8)
Resolución = 5 V / 256
Resolución = 0,01953 V o 19,53 mv.
Resolución = LSB
Lo anterior quiere decir que por cada 19,53 milivoltios (mv) que aumente
el nivel de tensión entre las entradas nomencladas como Vref+ y Vref-
que ofician de entrada al conversor, este aumentará en una unidad su
salida (siempre sumando en forma binaria bit a bit). Por ejemplo:
Entrada Salida
0 V 00000000
0,02 V 00000001
0,04 V 00000010
1 V 00110011
(5 V-LSB) 11111111
63
Tabla 2. Entradas y salidas de un ADC.
3.5.2. Tipos de conversores. • Conversor de aproximaciones sucesivas: es el empleado más
comúnmente, apto para aplicaciones que no necesita versión
baja, pero a cambio poseen una relación señal a ruido muy
elevada, la mayor de todos.
• Otros tipos de conversores igualmente utilizados son, entre
otros:
• Conversor rampa.
• Conversor doble-rampa.
3.5.3. ADC que se escogió
El PSoC 1 cuenta con unos módulos con el cual se pueden hacer
conversiones de datos digitales a análogos, en esta ocasión se va a
llevar a cabo el proceso contrario con el módulo ADCINC, el cual es tan
solo uno de los tantos módulos que ofrece PSoC Designer para realizar
conversiones análogas a digitales.
Los módulos que ofrece PSoC Designer para hacer conversiones
análogo a digital son los siguientes:
• ADCINC
• ADCINCVR
• DelSig
• DualADC
64
• DualADC8
• SAR6
• TriADC
• TriADC8
El modulo que se va a referenciar es el ADCINC, este es un
convertidor análogo a digital que cuenta con una resolución de 6 a 14
bits y provee una velocidad de muestreo de 15,6 Ksps (para 6 bits de
resolución), el formato de la salida digital se puede entregar con signo
o sin signo, la frecuencia máxima a la que se puede alimentar el bloque
(DataClock) es de 8 MHz, sin embargo es recomendable que se utilice
una frecuencia de 2 MHz con la cual se provee una linealidad en la
conversión.
Este ADCINC es posible implementarlo de primer o segundo
orden, si se implementa una de primer orden son utilizados un bloque
digital y un bloque análogo, por su parte al implementar un ADC de
segundo orden se utilizaran un bloque digital y dos análogos, la
configuración de estos ADC se pueden observar en las figuras 1 y 2
mostradas a continuación, estos esquemas fueron tomados de la hoja
de datos del modulo ADCINC.
65
(Figura 1. ADCINC de primer Orden)
(Figura 2. ADCINC de segundo Orden)
3.6. Multiplexor Un multiplexor es un circuito digital que selecciona una de entre varias
entradas de datos Ii y lleva su valor lógico a la única salida Z del circuito. La
selección de los datos se realiza mediante una o varias entradas de control Sj.
La codificación binaria resultante de las entradas S indica el índice de la
entrada I que pasa a la salida. Existiendo una entrada de habilitación
(enable),la cual pone en funcionamiento el circuito, y trabaja en bajo activo.
66
3.6.1. Multiplexor Digital La entrada seleccionada viene determinada por la combinación
de ceros (0) y unos (1) lógicos en las entradas de control. La cantidad
que necesitaremos será igual a la potencia de 2 que resulte de analizar
el número de entradas. Así, por ejemplo, a un multiplexor de 8 entradas
le corresponderán 3 de control. Podemos decir que la función de un
multiplexor consiste en seleccionar una de entre un número de líneas
de entrada y transmitir el dato de un canal de información único. Por lo
tanto, es equivalente a un conmutador de varias entradas y una salida.
La cantidad de líneas de control que debe de tener
el multiplexor depende del número de canales de entrada. En este caso,
se utiliza la siguiente fórmula:
Número de canales de entrada = 2n
Dentro de un multiplexor hay que destacar tres tipos de señales:
los datos de entrada, las entradas de control y la salida. El diseño de
un multiplexor se realiza de la misma manera que cualquier sistema
combinatorio desarrollado hasta ahora. Veamos, como ejemplo, el caso
de un multiplexor de cuatro entradas y una salida que tendrá, según lo
dicho anteriormente, dos entradas de control. Esta tabla de verdad
define claramente cómo, dependiendo de la combinación de las
entradas de control, a la salida se transmite una u otra entrada de las
cuatro posibles. Así:
67
CONTROL ENTRADAS DATOS SALIDA
A B I0 I1 I2 I3 S
0 0 0 X X X 0
0 0 1 X X X 1
0 1 X 0 X X 0
0 1 X 1 X X 1
1 0 X X 1 X 1
1 0 X X X 0 0
1 1 X X X 0 0
1 1 X X X 1 1
Deduciendo de esta tabla de verdad la expresión booleana que nos dará
la función salida, tendremos la siguiente ecuación:
S = (/A*/B*I0) + (/A*B*I1) + (A*/B*I2) + (A*B*I3)
Con la que podremos diseñar nuestro circuito lógico.
3.6.2. Clases de multiplexacion
Según la forma en que se realice esta división del medio de transmisión,
existen varias clases de multiplexación:
3.6.2.1. La multiplexación por división de frecuencia
La multiplexación por división de frecuencia (MDF), es un
tipo de multiplexación utilizada generalmente en sistemas de
68
transmisión analógicos. La forma de funcionamiento es la
siguiente: se convierte cada fuente de varias que originalmente
ocupaban el mismo tipo de frecuencias, a una banda distinta de
frecuencias, y se transmite en forma simultánea por una sola
salida. El MDF es un esquema análogo de multiplexado; la
información que entra a un sistema MDF es analógica y
permanece analógica durante toda su transmisión. Un ejemplo
de MDF es la banda comercial de AM, el sistema de
radiotelecomunicación empleado antes del FM que ocupa un
espectro de frecuencias de 535 a 1605 kHz. Si se transmitiera el
audio de cada estación con el espectro original de frecuencias,
sería imposible separar una estación de las demás. En lugar de
ello, cada estación modula por amplitud una frecuencia distinta.
Hay muchas aplicaciones de FDM, por ejemplo, la FM comercial
y las emisoras de televisión, así como los sistemas de
telecomunicaciones de alto volumen.
3.6.2.2. La multiplexación por división de código CDMA
La multiplexación por división de código CDMA es un término
genérico para varios métodos de multiplexación o control de
acceso a los medios basados en la tecnología de espectro
expandido. Habitualmente se emplea en comunicaciones
69
inalámbricas (por radiofrecuencia), aunque también puede
usarse en sistemas de fibra óptica o de cable.
3.6.2.3. La multiplexación por división de longitud de onda o WDM
En telecomunicación, la multiplexación por división de longitud
de onda o WDM es una tecnología que multiplexa varias señales
sobre una sola fibra óptica mediante portadoras ópticas de
diferente longitud de onda, usando luz procedente de un láser o
un LED. El dispositivo que une las señales se conoce como
multiplexor mientras que el que las separa es un demultiplexor.
Con el tipo adecuado de fibra puede disponerse un dispositivo
que realice ambas funciones a la vez. Los primeros sistemas
WDM aparecieron en torno a 1985 y combinaban tan sólo dos
señales. Los sistemas modernos pueden soportar hasta 160
señales y expandir un sistema de fibra de 10 Gb/s hasta una
capacidad total 25.6 Tb/s sobre un solo par de fibra.
3.6.2.4. La multiplexación por división de tiempo
La multiplexación por división de tiempo (MDT), es el tipo de
multiplexación más utilizado en la actualidad, especialmente en
los sistemas de transmisión digitales. En ella, el ancho de banda
total del medio de transmisión es asignado a cada canal durante
una pequeña parte del tiempo. Con frecuencia se necesita que
diversos dispositivos periféricos compartan las mismas líneas de
70
entrada/salida de un microprocesador. Por lo tanto, a cada
dispositivo se le proporcionan los datos característicos
necesarios para asignar a cada uno una ranura de tiempo
particular durante el cual se transmiten datos.
En este circuito, las entradas de seis canales llegan a los
denominados interruptores de canal, los cuales se cierran de
forma secuencial, controlados por una señal de reloj, de manera
que cada canal es conectado al medio de transmisión durante un
tiempo determinado por la duración de los impulsos de reloj.
En el extremo distante, el desmultiplexor realiza la función
inversa, esto es, conecta el medio de transmisión,
secuencialmente, con la salida de cada uno de los seis canales
mediante interruptores controlados por el reloj del demultiplexor.
Este reloj del extremo receptor funciona de forma sincronizada
71
con el del multiplexor del extremo emisor mediante señales de
temporización que son transmitidas a través del propio medio de
transmisión o por un camino.
La técnica para compartir un canal de transmisión entre varios
usuarios. Consiste en asignar a cada usuario, durante unas
determinadas "ranuras de tiempo", la totalidad del ancho de
banda disponible. Esto se logra organizando el mensaje de salida
en unidades de información llamadas tramas, y asignando
intervalos de tiempo fijos dentro de la trama a cada canal de
entrada. De esta forma, el primer canal de la trama corresponde
a la primera comunicación, el segundo a la segunda, y así
sucesivamente, hasta que el n-esimo más uno vuelva a
corresponder a la primera.
En la multiplexación por división de tiempo (TDM) las señales de
los diferentes canales de baja velocidad son probadas y
transmitidas sucesivamente en el canal de alta velocidad, al
asignarles a cada uno de los canales un ancho de banda, incluso
hasta cuando éste no tiene datos para transmitir.
Multiplexación por división de tiempo: se asigna a cada estación
un turno de transmisión rotativo, de forma que, durante un
período de tiempo, transmite una estación; luego la siguiente, y
así sucesivamente.
72
El uso de esta técnica es posible cuando la tasa de los datos del
medio de transmisión excede de la tasa de las señales digitales
a transmitir. El multiplexor por división en el tiempo muestrea, o
explora, cíclicamente las señales de entrada (datos de entrada)
de los diferentes usuarios, y transmite las tramas a través de una
única línea de comunicación de alta velocidad. Los MDT son
dispositivos de señal discreta y no pueden aceptar datos
analógicos directamente, sino demodulados mediante un
módem.
Los TDM funcionan a nivel de bit o a nivel de carácter. En un
TDM a nivel de bit, cada trama contiene un bit de cada dispositivo
explorado. El TDM de caracteres manda un carácter en cada
canal de la trama. El segundo es generalmente más eficiente,
dado que requiere menos bits de control que un TDM de bit. La
operación de muestreo debe ser lo suficientemente rápida, de
forma que cada buffer sea vaciado antes de que lleguen nuevos
datos.
3.6.3. Multiplexor que se escogió En el caso del guante traductor de señal se usara un
microcontrolador para poder leer y convertir a señal digital la señal de
los sensores pero como el microcontrolador tiene un máximo de 4
módulos disponibles para ADCs se usara un módulo de multiplexor
73
digital del microcontrolador para poder leer todos los sensores. Siendo
cinco sensores se empleara una clase de multiplexion similar a la de
multiplexion por división de tiempo en donde cada entrada de señal de
sensor tendrá una ranura de tiempo disponible para poder leer la señal
durante cada vuelta.
En algunas ocasiones es necesario tomar y convertir muestras
de diferentes tipos de señales análogas, para esto es conveniente
utilizar uno de los multiplexores análogos con los que cuenta PSoC, el
que se va a presentar en este caso es el “AMUX4” este es un módulo
de usuario que permite utilizar un multiplexor análogo de cuatro
entradas y una salida. Para el caso del microcontrolador CY8C29466
se puede contar con cuatro multiplexores de este tipo (uno por cada
columna), a continuación se muestra la manera de configurar este
módulo.
Los parámetros esenciales para la configuración son:
• Analog Column Mux.
• AMUX4_InputSelect.
Analog Column Mux: este parámetro permite escoger cuál de los cuatro
multiplexores va a ser el escogido para realizar el trabajo, esta opción
puede ser configurada de manera gráfica y los cuatro valores que puede
74
tomar son AlnMux_0, AlnMux_1, AlnMux_2, AlnMux_3, tal como se
puede apreciar en la figura 1.
(Figura 1. Configuración Analog Column Mux)
AMUX4_InputSelect: este parámetro y más específicamente este
código permite seleccionar el pin análogo que se va a tomar como
entrada en ese instante de multiplexación, la sintaxis de dicho código
es la siguiente:
AMUX4_InputSelect(nombre del puerto a usar);
Por ejemplo para seleccionar el pin 1 del puerto 0 la sintaxis quedaría
de la siguiente manera:
AMUX4_InputSelect(AMUX4_PORT0_1);
75
También hay que tener en cuenta que para cada multiplexor a utilizar
existen unos puertos análogos predeterminados, lo cual hay que
recordarlo en el momento de configuración del enrutamiento con el
código AMUX4_InputSelect(), la disposición de los multiplexores con los
respectivos puertos análogos se puede observar en la figura 2.
(Figura 2. Disposición de los multiplexores)
3.7. Microcontrolador Los microcontroladores (abreviado μC, UC o MCU) son circuitos
integrados que son capaces de ejecutar órdenes que fueron grabadas en su
memoria. Su composición está dada por varios bloques funcionales, los cuales
cumplen una tarea específica, son dispositivos que operan uno o más
procesos, por lo general los microcontroladores están basados en la
arquitectura de Harvard, la cual consiste en dispositivos de almacenamiento
separados (memoria de programa y memoria de datos).
76
Ilustración 18. Estructura de un microcontrolador.
El termino microcontrolador está dado por dos palabras que son “Micro”-
“Controlador” las cuales tienen por significado “pequeño (en tamaño)” y
“maniobrar o controlar (función principal)” procesos los cuales son definidos
mediante la programación.
Un micro controlador está constituido en su interior por las tres
principales unidades funcionales de una computadora, las cuales son: unidad
central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada y salida.
En fin un microcontrolador es un sistema completo, con unas
prestaciones limitadas que no pueden modificarse y que puede llevar a cabo
las tareas para las que ha sido programado de forma autónoma.
77
3.7.1. Arquitectura de los microcontroladores. 3.7.1.1. Arquitectura Von Newman.
Ilustración 19. Arquitectura Von Newman.
La arquitectura tradicional de computadoras y
microcontroladores se basa en el esquema propuesto por John
Von Neumann, en el cual la unidad central de proceso, o CPU,
está conectada a una memoria única que contiene las
instrucciones del programa y los datos. El tamaño de la unidad
de datos o instrucciones está fijado por el ancho del bus de la
memoria. Las dos principales limitaciones de esta arquitectura
tradicional son:
a) Que la longitud de las instrucciones está limitada por la
unidad de longitud de los datos, por lo tanto el
microprocesador debe hacer varios accesos a memoria
para buscar instrucciones complejas.
b) La velocidad de operación (o ancho de banda de
operación) está limitada por el efecto de cuello de botella
78
que significa un bus único para datos e instrucciones que
impide superponer ambos tiempos de acceso.
La arquitectura von Neumann permite el diseño de
programas con código automodificable, práctica bastante usada
en las antiguas computadoras que solo tenían acumulador y
pocos modos de direccionamiento, pero innecesaria, en las
computadoras modernas.
3.7.1.2. La arquitectura Harvard y sus ventajas:
Ilustración 20. Arquitectura Harvard.
La arquitectura conocida como Harvard, consiste
simplemente en un esquema en el que el CPU está conectado a
dos memorias por intermedio de dos buses separados. Una de
las memorias contiene solamente las instrucciones del programa,
y es llamada Memoria de Programa. La otra memoria solo
almacena los datos y es llamada Memoria de Datos. Ambos
buses son totalmente independientes y pueden ser de distintos
anchos. Para un procesador de Set de Instrucciones Reducido,
o RISC (Reduced Instrucción Set Computer), el set de
instrucciones y el bus de la memoria de programa pueden
79
diseñarse de manera tal que todas las instrucciones tengan una
sola posición de memoria de programa de longitud. Además,
como los buses son independientes, el CPU puede estar
accediendo a los datos para completar la ejecución de una
instrucción, y al mismo tiempo estar leyendo la próxima
instrucción a ejecutar. Podemos observar claramente que las
principales ventajas de esta arquitectura son:
a) El tamaño de las instrucciones no está relacionado con el de
los datos, y por lo tanto puede ser optimizado para que
cualquier instrucción ocupe una sola posición de memoria de
programa, logrando así mayor velocidad y menor longitud de
programa.
b) El tiempo de acceso a las instrucciones puede superponerse
con el de los datos, logrando una mayor velocidad de
operación.
Una pequeña desventaja de los procesadores con
arquitectura Harvard, es que deben poseer instrucciones
especiales para acceder a tablas de valores constantes que
pueda ser necesario incluir en los programas, ya que estas tablas
se encontraran físicamente en la memoria de programa (por
ejemplo en la EPROM de un microprocesador).
80
3.7.2. Tipos de microcontroladores Los microcontroladores más utilizados son los:
• AVR
• ARM
• MSP430
• PIC
• PSoC
3.7.3. Microcontrolador que se escogió Psoc es la abreviación de la sigla (Program System on Chip) la
cual es una nueva tecnología aplicada al desarrollo de los
microcontroladores, la cual nos permite escoger bloques análogos o
digitales de diferentes dispositivos electrónicos, ya sean estos análogos
u/o digitales para luego programarlos mediante lenguaje C o Asembler.
Esta es una tecnología muy innovadora, ya que el
microprocesador interiormente está dividido en bloques análogos y
digitales, por lo cual es muy versátil; ya que nos permite escoger todo
tipo de componentes.
81
Ilustración 21. Estructura del microcontrolador PSoC.
3.7.3.1. Características Generales
Las características principales de los microcontroladores
Psoc son:
• Unidad multiplicadora MAC
• Multiplicación por hardware de 8x8 con almacenamiento
de 32 bits
• Funciona con 5.0 volt o 3.3 volt o hasta con 1 volt
• Clock interno o externo (Frecuencia Variable)
• Voltaje de referencia Variable para adaptarse a distintos
Sensores
82
3.7.3.2. Características de los Bloques:
La cantidad de bloques varía de acuerdo a la familia de
microcontroladores seleccionada ya sea CY27443-CY27699
entre otras, la cantidad de bloques que consume depende del
tipo de dispositivo montado.
En cada bloque se pueden Montar:
• 16 Kbytes de memoria programable
• 256 Mb de RAM
• Conversores Análogos digitales con una resolución de
hasta 14 bits
• Conversores Digitales-Análogos con resolución de hasta
9 bits
• Amplificadores de ganancia variable
• Amplificadores inversores
• Comparadores
• Filtros Analogos
• Timers de 8-16-32 bits
• Moduladores de ancho de pulso (PWM) DE 8-16-32 BITS
• Interfaces de comunicación UARTS, SPTI, I2C
3.7.3.3. Tipos de bloques
Al seleccionar un dispositivo y colocarlo este puede tomar
distintas posiciones dentro de los bloques, ya que los estos están
asociados en columnas y cada columna posee 3 tipos de bloque,
como se aprecia en la figura:
83
Ilustración 22. Bloques del PSoC.
Se puede apreciar que existen bloques ACB, ASC, ASC los
cuales:
ACB: Son bloques utilizados para colocar dispositivos que
poseen una respuesta lineal respecto a su referencia, es el caso
por ejemplo de los Amplificadores Operacionales para ser
usados como Amplificadores (PGA), amplificadores
inversores(AMPINV) y/o comparadores.
Se debe tener en cuenta que cada dispositivo puede
amplificar en el caso del PGA hasta 50 veces su señal de
entrada, claro está que nunca se debe perder de vista la teoría
de funcionamiento de estos dispositivos, la cual también es válida
para este microcontrolador, ya que si tenemos una señal con
ruido este también se amplificara la cantidad de veces que
corresponda.
84
Otro dato importante es la referencia ya que puede ser AGND
(Analog Ground) o VSS (Tierra); de acuerdo a la experiencia del
webmaster , este dispositivo siempre debe estar referenciado a
AGND para actuar como amplificador.
Otra ventaja de este micro es que se pueden unir bloques en
cascada para una mayor amplificación.
ASC-ASD: Son bloques del tipo de capacidad Conmutada y en
su interior encontramos Amplificadores con entrada y salidas
lineales (Teóricamente), multiplexores y condensadores. En
estos bloques se pueden montar una serie de dispositivos como
conversores análogos - digitales, Buffer, comparadores etc...
Si observan la figura anterior pueden ver, que desde el
exterior no se puede conectar directamente una señal a los
bloques ASC-ASD, sino que deben pasar previamente por un
Bloque ACB, esto es como norma de seguridad ya que se debe
adaptar en primera instancia la señal desde el exterior para luego
procesar su información.
Es importante realizar un recordatorio respecto a la
capacidad conmutada por si hubiera dudas, recuerden que con
el avance de la tecnología, los circuitos electrónicos son cada
vez más pequeños, por tanto también sus componentes básicos
85
como condensadores, inductores y resistencia se han achicado,
pero ¿hasta qué punto?...Considerando este factor es que se
tiene problemas con las resistencias las cuales tiene un límite de
tamaño y se les ha asemejado a condensadores para salir de
este problema y de aquí nace toda la teoría de la capacidad
conmutada.
3.7.3.4. Bloques Análogos
Los bloques Análogos están agrupados en columnas, la
cantidad de estas dependen de la familia del microprocesador
usado pueden ser 3,4 o 5 y cada columna posee 3 bloques.
Cada bloque posee una entrada, una referencia, una
salida.
Estos bloques tiene la ventaja que se puede acceder
directamente a ellos desde el exterior
86
Ilustración 23. Bloques análogos.
La línea compradora o de Output Buffer es única por
columna por lo cual, solo puede ser usada por un bloque en cada
columna. A través de este Output Buffer se puede direccionar la
salida a un pin especifico del microcontrolador o bien enviarla
hacia los bloques digitales, además se pueden sumar de forma
lógica la salida de 2 columnas diferentes.
Ilustración 24. Buffers de salida.
87
3.7.3.5. Bloques Digitales
Dentro de los bloques digitales, hay 2 tipos de bloques:
DCB (la C del medio indica que es para componentes de
comunicación como Uart) y los DBB que son de tipo general.
De igual forma que los bloques análogos, la cantidad de
bloques depende de la familia del microcontrolador seleccionada
(Modelo).
Estos bloques a diferencia de los anteriores no pueden ser
accesados directamente desde el exterior, sino que por una señal
proveniente de los bloques análogos. Ellos se pueden montar
Uart (TX y RX), IRDA, PWM, SPI. Algunos componentes como
los conversores análogos-digitales consumen ambos tipos de
bloques.
Ilustración 25. Bloques digitales.
88
Al seleccionar un componente digital, como se muestra en
la Figura, dependiendo de sus características, puede ocupar 1,
2 o 3 bloques, los cuales pueden asentarse en cualquier bloque
disponible y éstos se denominan por la sigla DB o DC más el
número de su ubicación. Esto es importante tenerlo en cuenta ya
que posteriormente definirá la ubicación de su interrupción en
software.
Estos bloques tienen como agregado el hecho que pueden
programar su salida mediante bloques lógicos, a través de
operaciones lógicas AND, OR, XOR. Como lo muestra la Figura.
Ilustración 26. Conexiones de los bloques digitales.
Son las líneas globales de entrada para la comunicación
de sistemas digitales entre las líneas de entrada y los
multiplexores. Estas se encuentran divididas en 2 grupos las
cuales se separan en las líneas pares (GIO) tales como P1 (2) y
líneas impares (GIE), como por ejemplo, P1 (3) de acuerdo a
Figuras
89
3.7.3.6. Unidad generadora de frecuencia
Esta etapa es una unidad de vital importancia para la CPU
debido a las múltiples funciones que permite desarrollar y
escoger al usuario, además de poder seleccionar diferentes
frecuencias en forma simultáneade acuerdo a la Figura , las
cuales son derivadas de la alimentación principal de frecuencia
de 24MHz, pudiendo escoger de acuerdo a requerimientos del
programador, entre ellas:
• SYSCLK: 24 MHz
• SYSCLKx2: 48 MHz
• 24V1: SYSCLK dividido por un parámetro entre 1 a 16.
• 24V2: Equivale 24V1 divido por un parámetro entre 1 a 16
• 24V3: Equivale a dividir la frecuencia principal 24V2,
24V1, SYSCLK o SYSCLKX2, con un número entre 1 a
256.
CPU_CLK: Es usado por la CPU unidad de frecuencia principal
lo cual tiene directo impacto en la velocidad de ejecución de las
instrucciones del programa. Puede variar entre 93 MHz y 24 MHz
CLK32K: Es la menor frecuencia interna que puede ser
seleccionada.
90
Ilustración 27. Estructura del reloj del sistema.
CAPÍTULO IV
92
4.1. Procedimiento y actividades realizadas.
93
4.2. Tabla de materiales.
94
4.3. Resultados. Los resultados esperados son que el dispositivo pueda traducir el
abecedario del lenguaje de señas sin errores y con una gran conmutación de
respuesta para beneficiar a las personas sordomudas y que así les sea posible
llevar una comunicación de lo más normal con las personas a su alrededor y
así llevar una vida más plena a pesar de sus limitaciones, de igual forma se
podría continuar dicho proyecto agregándole una traducción a voz de las
señas emitidas y así poder sostener una plática más natural.
CAPÍTULO V
96
5.1. Conclusiones
97
5.3. Bibliografía.
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Anexos.
