ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE ......se modifica d e acuerdo a las condiciones del...
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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y CONTROL "CONTROLADOR INDUSTRIAL PROGRAMADLE" HUMBERTO EDMUNDO GUARDERAS CORDOVA Quito, noviembre de 1990
Transcript of ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE ......se modifica d e acuerdo a las condiciones del...
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE
INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y CONTROL
"CONTROLADOR INDUSTRIAL PROGRAMADLE"
HUMBERTO EDMUNDO GUARDERAS CORDOVA
Quito, noviembre de 1990
AGRADECIMIENTO
- Al Tng. Patricio Eurbano y al Ing. Rafael Fierro, por
su acertada dirección.
A mi esposa y padres por el apoyo en la elaboración, de
la presente tesis.
fDEDICATORIA
A mi esposa, hijo y padre;
CONTENIDO
CAPITULO I Página
1.1. Introducción 9
1.2. Objetivo •. 11
1.3. Definiciones Fundamentales 12
1.3.1. Las Variables Involucradas 12
1.3.2. Control Manual 13
1.3.3. Control por Realimentación . 15
1.4. Modalidades de Control 16
1.4.1. Control Si/No 13
1.4.2. Control de Acción Proporcional... 23
1.4.3. Acción de Control Proporcional Integral 27
1.4.4. Acción de Control Proporcional Diferencial 33
1.4.5. Control Proporcional Integral Derivativo. ...... 40
1.5. Arquitectura del Sistema 42
1.5.1. Bloque de Entrada 45
1.5.2. Bloque de Procesamiento 45
1.5.3. Bloque de Salida 47
1.6. Diagrama de Bloques General 48
CAPITULO II
2.1. Especificaciones 52
5
2.1.2. Módulo Actuador-Transductor 55
2.2. Diagrama de Bloques de Circuitos del Controlador 58
2.2.1. Teclado 60
2.2.2. Display 62
2.2.3. Bloque de Entrada . 67
2.2.4. Bloque de Salida 70
t2.2.5. Reset y Reloj del Microcontrolador . 74
2.3. Diseño de las Etapas de Control..... 76
2.4. Módulo Transductor-Actuador 82
2.4.1. Etapa de Potencia 82
2.4.2. Tr a ns ductor 90
$ 2.5. Circuitos de Protección 92
2.6. Alarmas y Señalización 94
2.6.1. Display de Alarma 94
2.6.2. Display de Señalización • 97
2.7. Fuentes de Polarización 99
^ 2.8. Plano Eléctrico del Sistema 104
CAPITULO III
3.1. Estructura General 108
3.2. Programa Principal. 111
6
3.3.1. Subrutina: ESTP3 .................. . .......... 118
3.3.2. Subrutina: BARDIS1 ............................ 120
3.3.3. Subrutina : DISPLAY1
3.3.4. Subrutina: BCDAHEX ............................ 1?4
3.3.5. Subrutina: GUARDATO . . . -, 0 Q..................... -L¿ o
3.3.6. Subrutina: PID ........................ 130
3.3.7. Subrutina : ENTRADA ..... ... n ->r..... * ' ' .............. _L J o
3.3.8. Subrutina: SALIDA ....... '' -, ,fl.................... .loo
3.3.9. Subrutina: BLANCO. ......................... 140
3.3. Subrutinas • 118
3.3.1. Subrutina: ESTP3 118
3.3.2. Subrutina: BARDIS1 120
3.3.3 . Subrutina: DISPLAY1 122
3.3.4. Subrutina : BCDAHEX 124
3.3.5. Subrutina: GUARDATO 128
3.3.6. Subrutina: PID 130
3.3.7. Subrutina: ENTRADA 136
3.3.8. Subrutina: SALIDA '. . . . . 138
3.3.9. Subrutina : BLANCO 140
3 .3 .10 . Subrutina: BARDIS2 142
3 . 3 .11. Subrutina: DISPLAY2 143
3,3.12. Subrutina : DIFREF , 145
3 . 3 .13 . Subrutina: HEXABCD 147
3 . 3 .14. Subrutina : ONOFF 147
3.3.15. Subrutina: PROPOR. 151
3.3.16. Subrutina : ALARMA1 153
3 . 3 .17 . Subrutina : ALARMA2 153
3.3.18 . Subrutina: ALARMA3. 154
3 . 3 .19 . Subrutina : ALARMA4 . 155
3 . 3 . 20 . Subrutina : ALARMAS 156
3.3.21. Subrutina : ALARMA6 , . 157
3.3.22. Subrutina: MULTI 160
3.3.23. Subrutina: DIVIDIR .' 160
3.4. LISTADO DE PROGRAMA 164
CAPITULO IV
4.1. Esquema Mecánico 190
4.2. Pruebas Realizadas y Resultados obtenidos 197
4.3. Análisis de Costo 217
4.4. Conclusiones y Recomendaciones 218
APÉNDICE : A Hojas de Datos de los elementos utilizados..
222
APÉNDICE : B Manual de Operación y Mantenimiento del Equipo
B.l. Operación 301
B.2. Mantenimiento - 306
APÉNDICE : C Características el Microcontrolador INTEL 8751
C.l. Descripción del Microcontrolador INTEL 8751.... 309
C. 2. Características 311
C.3. Organización de Memoria 312
C.4. Registros Especiales 313
C.5. Circuito Oscilador y Reloj 314
C.6. Pórticos de Entrada/Sal i da 315
C.7. Temporizador/Contador 318
C.8. Pórtico de Comunicaciones Serial 319
C.9. Interrupciones ; 320
APÉNDICE D: MODELO DEL HORNO ELÉCTRICO
C.l. Características Estáticas del Horno 323
BIBLIOGRAFÍA 329
c
CAPITULO I
1.1. Introducción.
1.2. Objetivo.
1.3. Definiciones Fundamentales.
1.3.1. Las Variables Involucradas.
1.3.2. Control Manual
1.3.3. Control por Realimentación.
1.4. Modalidades de Control.
1.4.1. Control Si/No.
1.4.2. Control de Acción Proporcional.
1.4.3. Acción de Control Proporcional Integral.
1.4.4. Acción de Control Proporcional Diferencial
1.4.5. Control Proporcional Integral Derivativo.
1.5. Arquitectura del Sistema.
1.5.1. Bloque de Entrada.
1.5.2. Bloque de Procesamiento.
1.5.3. Bloque de Salida.
1.6. Diagrama de Bloques General.
local las funciones de control requeridas.
Un control ador con mi croprocesador i ncluye todos 1 os
tipos de acción que se conocen y de que se disponen en
i nstrumentos neumáticos y electrónicos CanAlogos)j es decir
puede operar con las modalidades proporcional, integral, y
derivativa!. Obviamente el microprocesador permite afíadir
en forma sene i 11 a, nuevas modal idadas de control tal como
ganancia adaptiva, que permite cambiar el valor de la
gananc i a de acuerdo a las condic i ones del proceso; integral
adaptivos en este caso la constante de tiempo del integrador
se modifica de acuerdo a las condiciones del proceso.
Un microprocesador permite implementar posibilidades
adi cional es para instrumentad ón tales como ¡ alta capac i dad
de indicación tanto de la vari able de entrada como de la
variable de salida, para lo cual se dispone tanto de
i ndi cadores digitales como indicadores analogos.
Como ee puede observar, las características antes
mencionadas hacen que estos instrumentos puedan ser
apiicados correctamente y con versati 1 i dad en una mayor
cantidad de procesos- 9 De igual manera, la versatilidad de
esto» equipos permi te usar 1 os en api i cae iones didácticas
tal es como 1 a enseñanza del control medi ante si muíaci ón de
di ferantes plantas.
10
1.2. OBJETIVO.
$ El objetivo del presente trabajo es el de diseñar un
control ador programable industrial utilizando un
mi croe ont rol ador', el prototipo tendrá programadas 1 as
acciones básicas de control (on-off, proporcional integral y
proporcional integral derivativa), además tendrá salidas y
entradas normalizadas para que el controlador pueda
reemplazar a controles analógi eos.
Se pretende que el módulo presente todas las
carácter ¿sti cas que deber ¿a tener el si stema real, es deci r,
«que se lo pueda emplear en la industria reemplazando a
controles analógieos, que disponga de las protecciones
necesarias en el circuito de control; también debe proveer
la señalización del punto de referencia, el valor de la
señal de control y además el tipo de control que esta
realizando el controlador, con lo cual el usuario pueda
darse cuenta del estado en el que se encuentra el sistema.
El uso del mi croeontrol ador se justi tica tomando en
cuenta la gran versatilidad que ofrece y además su bajo
costo. El microcontrolador que se utiliza es el INTEL
8751, por sus características ventajosas tanto en hardware
11
como en software.
1.3. DEFINICIONES FUNDAMENTALES.
1.3.1. Las Variables Involucradas.
Cuando se habla de control es necesari o conceptualizar
tres términos fundamental es importantes asoci ados con elt
proceso. Estos términos se ilustran en la figura 1.1.
PERTURBACIONES
i iVARIABLESMANIPULADAS PROCESO
VARIABLESCONTROLADAS
Fig„ 1.1. Var iables involucradas en un proceso
Las variables controladas se asocian, usualmente, con
las seríales o condiciones que el operador desea controlar o
mantener en un valor determinado. Estas variables
controladas son, en general flujos (rapidez de cambio de
flujo), niveles, presiones, temperaturas, composiciones etc.
Para cada una de estas variables el operador establece un
valor deseado o valor de referencia.
Para cada una de las variables controladas existen
12
también unas variables manipuladas. En control de procesos
esta serial de control corresponde usualmente a un flujo yr
este flujo es usualmente manipulado a través de una válvula
de control .
Las per tur baci ones ti en den a pr oduc i r que el val or de
1 as var i abl es control adas se aparten del val or de
r ef er ene i a, y esto hace que la 1 abor del si stema de control
sea la de a justar el val or de las variables maní pul adas de
manera que la discrepancia entre el valor de referencia y el
valor de la variable controlada sea la mínima posible. La
otra posibilidad Cser vomecani smcO es la de cambiar el valor
de referencia y hacer que el proceso siga las variaciones
del valor de referencia y que al igual que en el caso
anterior la diferencia entre el valor referencial y el valor
de la variable controlada se mantenga en un mínimo.
1.3.2- Control Manual .
El control manual se e jempl ifica mediante la figura1.2.
13
f
OPERADOR
VÁLVULA MEDIDOR
VARIABLEMANIPULADA
PROCESOVARIABLECONTROLADA
Fig. 1.2. Esquema de un control manual
En esta situación que se ejemplifica, se tiene que el
operador ejercita esencialmente la función de comparación
entre el valor de la variable controlada y cierto valor
referencial de la misma que él tiene en mente. Cuando la
discrepancia entre los valores comparados es, a su juicio,
demasiado grande el operador, manipula (con sus manos) la
válvula para incrementar (o para decrementar) el flujo de
fluido (señal de control).
Los problemas inherentes a una operación de este estilo
son fácilmente entendibles y puede resumirse de la manera
siguiente:
operación costosa,
criterio del operador
acción de control esporádica
14
- acc i ón de control 1enta •
- acción de control no sistemática
~ operación no confiable
- se producirán muchos " overshoots" y "undershoots" que
producirán a su vez lapsos en los que el producto (si se
trata de una operación industrial i' se encuentre fuera de
estándares de calidad ; lo anterior hará que el ingreso por
concepto de venta de producto fuera de estándares baje, y
produc irá perdi das.
1.3.3. Control por Real imentaci ón.
La manera más simple de ejercitar control es a través
de lo que se conoce como control por realimentaci ón. Lo
anterior se ilustra mediante la figura 1.3.
PERTURBACIONESVARIABLEMANIPULADA i.
VARIABLECONTROLADA
VÁLVULA
E CONTROLADOR
' ' . ...
SENSOR
^
VALOR DE REFERENCIACSet poi nt I)
Fi g. 13. Control por real i mentac i ón-
En este esquema, el sensor envía una señal al
control ador, este se 1 o compara con el valor referene i alr y
el control ador envía una señal a un el emento fi nal de
control (usual mente una valvula) de manera de "actuar sobre"
la serial de control .
t El control por real imentaci un ti ene la ventaja i nmensa
de que el di senador del si stema no necesi ta conocer haci a el
futuro cual es serán exactamente 1 as perturbad ones que
afectarán al proceso, ya que el diseño permite, valga la
redundancia, la autocorrecci un automática del proceso
respecto de valores de referencía de la señal que se
requi ere controlar.
$El principio de control por reali mentac i 6n es
universal. Lo único particular consiste en que el
acoplamiento del hardware en un lazo de control específico
es función de las características particulares del proceso y
del criterio específico que acerca del mismo tenga el
di senador.
t1.4. Modalidades de Control.
El control ador es en esene i a, un calculador de
16
i
propósito espee i al que ut i 1 iza la señal del comparador como
su señal de entrada Cfuñe ion de error). El control ador
calcula 1 os cambi os necesar i os en la señal de control9 para
mantener el valor de la variable controlada tan cercano al
valor deseado como sea posi ble.
9H» Los control adores se el asi f i can de acuerdo a la
modalidad física de operación, en electrónica, neumática o
mecánica. Cualquiera de estas modalidades de operación es
suficientemente rápida para los requerimientos de los
procesos.
Desde la década de los sesenta los control adores
/básicos utilizados en la mayoría de aplicaciones de control
de procesos han sido electrónicos o neumáticos. Hasta
ci erto punto 1 as dos modal i dades son competi t i vas. Porr
ejemplo, los actuadores neumáticos para las válvulas son más
baratos y más satisfactorios que los actuadores
electrónieos. Por lo anteri or es fáci1 comprender que 1 a
seguridad y la simplicidad de los control adores neumáticos
son ventajas importantes: sin embargo. 11a facilidad de../ r~ j - .
transmisión y de manipulación de las señal es electr óni cas
confieren a los control adores electrónicos ventajas
significativas. Lo anterior es especialmente verdadero
17
cuando la instrumentación esta compuesta de hardware
electrónico tipo computador en una proporci ón significativa.
mo un resultado de las ventajas que quedan señaladas, xel
crecimiento en la utilización de control ador es electrónicos
se ha multiplicado durante las dos últimas decadas,
tendiendo en la actualidad a utilizar controles digitales.
1.4.1- Control Si/No.
Todos los t i pos de acci ón de control pueden
con si der ar se como cont i nuos o di scont i nuos. En un sentí do
el control digital es un caso especial de control
- discontinuo. Cuando se refiere a control discontinuo en la
£. práctica se está refiriendo usualmente, a control de dos
posiciones, o control muí t i posi c i ón .
^ El control de dos posiciones, también llamado control
ON/OFF es sin duda el tipo de control más utilizado, tanto
en servicio industrial cuanto en servicio doméstico.
Muchos de nosotros estarnos familiarizados con este tipo de
A control ya que se ut i 1 iza en la mayor ¿a de dispositivos de
calefacción y en la mayoría de los equipos de calentamiento
de agua»
El control de dos posiciones genera un tipo de acción
de control en la que la señal de control cambi a r api d amen te
de un valor máximo a un valor mínimo, dependiendo de que el
val or de la var i abl e control ad a sea mayor o menor que el
valor deseado, o de que el valor de la referencia menos el
valor de la variable controlada sea mayor que un ancho de
banda prest abl ec i do, esto es:
uCt!) = DI CON) si eCt) > O
uCt!) ~ U . COFF) si eCt) < O
El valor mínimo de la señal de control es usualmente
cero CÜFF) .
El dispositivo mecánico para generar control ON/OFF es
usualmente un relé simple. En la práctica convencional no
es posible construir un dispositivo que sea sensible a
des vi ac í. ones muy pequeñas, y, más importante aun , no se
desea constr u i r un di sposi t i vo como el que queda descrito,
ya que un controlador excesivamente sensible como el que t>'
queda anotado produciría un desgaste enorme de sus partes.
La sol uc ion entonces es establ ecer una ,zona muerta, los
términos brecha diferencial, zona neutral e histéresis se
ut i 1 i zan como si no ni mo de zona muerta, la brecha di f eren c i al
19
hace que la salida de control u(t) mantenga su valor hasta
que 1.a señal de error actuante haya pasado levemente del
valor de cero. Esto se puede observar en la figura 1.4.
Esta zona muerta se encuentra en ambos lados del valor
deseado, lo que quiere decir que no se ejerce ninguna acción
de control cuando el valor de la variable controlada se
encuentra dentro de la zona muerta. La figura 1.5. ilustra
lo que puede describirse como un sistema de control
domest ico.
U 7. 'BAii_T 1 noJ. J. '•J IM'
DA
C0NTR 0
.._,.,„ . ^ ^ —
~_
.>• ** '
^^^ — -__ __ ^_
Zona Neutral
^-'J J.-.1-.-.HL-I1-.1--1U— ..--1-^- -•!__.,.,_,..,_. ...Ul_l,-...,._,u_
•r
L - Ep 0 + Ep*- + Error
Fiq . 1.4. Control Si/No con zona muerta.
TEMPERATURA
set point
u
ON
OFF
var i able controlada
Fig. 1.5. Salida y Control ON/OFF.
Los instrumentos utilizados para control SI/NO son
baratos, resistentes y muy fáciles de manejar - El control
SI/NO es inherentemente oscilatorio, pero para muchos
sistemas las amplitudes de las oscilaciones pueden ser
acept ables.
Este tipo de acción se utiliza para control de nivel y
temperatura.
Una lógica extensión del control Bi/No es el control
que provee algunas sal idas internendi as . Este modo de
control discontiínuo se emplea para reducir el overshoot y
undershoot inherentes del modo de control de dos posiciones.
Sin embargo este es usual mente más empleado si el modo de
dos posiciones no es satisfactorio. Este modo es
representado por B
21
t
U = Uí Ep > Eí i = 1,2. ... n
Como el error excede ciertos límites + Ei la salida del
controlador está, ajustado al valor Ui . El ejemplo más común
es el controlador de tres posiciones donde ;
u =100 si E > El50 si -El < Ep < ElO si E < -El
Esto significa que en tanto el error este entre -El y
El con respecto a la referencia, el controlador se quedará,
en el mismo nominal indicado para la salida del controlador
• 50% . Si el error excede la referencia para El o más.
obtenemos que la salida se incrementa al valor de 100%. Para
el caso de error menor que -El obtenernos que la salida del
controlador se reduce a cero.
Do anterior se puede observar en la figura 1.5.
22
t
U(%) salida del controlador
t
100
50
O-E(%) error
-El O El
Fig. 1.5. Acción de control de tres posiciones.
1.4.2. Control de Acción Proporcional.
La acción de control continua básica es la modalidad de
acción proporcional en la que la señal de salida del
controlador es algebraicamente proporcional al error de la
señal de entrada que llega al controlador. Lo anterior se
puede ilustrar con un simple diagrama de bloques del
controlador a una entrada escalón, que se muestra en la
figura 1.6.
1 1a Í i~ \.
1
Kc ^L
.1 f +- *
e ( t
»
Fig. 1.6. Diagrama de Bloques de un Control Proporcional
En este caso la señal de salida del controlador se
puede calcular como :
23
esta ecuacion se conoce como 1ey de control.
La acción de control proporcional es la más simple y la
más comúnmente encontrada de todas las modalidades de
control conti nuo. En efecto, en esta modalidad de control
existe una relación continua, lineal, entre la entrada al
controlador y la señal de salida que éste produce.
La ganancia del control ador es el factor K^, al que
tambi en se 1 o conoce como sensitividad proporc ional. La
magnitud de Kc indica el cambi o en 1 a señal de control por
cambio en la señal de error.
El mecanismo de ajuste (ganancia) en muchos
control adores i ndustri al es no se expresa en térmi nos de
sensiti vi dad proporci onal sino en términos banda
proporcional (PEO. La banda proporcional se define como la
proyección de valores de la señal de entrada que corresponde
a un cambio completo en la señal de sal ida.
Esto usual mente se expresan como un porcentaje. La
banda proporci onal se relaci ona con la gananci a medí ante la
relación siguientes
24
PB"/. x 100
En la práctica bandas anchas corresponden a respuestas
menos; sensitivas, y bandas angostas corresponden a
respuestas más sensitivas. Para los fines de demostrac i 6n
se puede utilizar los gráficos de las figuras 1.7 y 1-8.
e<t)Entrada alControl ador
O
nít!)Salida delControl ador
2
1
0
PB
PB
= 50X
= 1007.
Kc =
Kc =
= 2
= 1
PB — 2 o O '/ Kc = 0.5
Fig. 1.7. Entrada y Salida del . Control ador Proporcional
El control proporcional es muy simple y es el más fácil de
ut i 1 i zar de entre 1 os control adores cont i nuos ya que sol o
hay un parámetro que ajustar, que es la ganancia.
25
PORCENTAJE DG-f PB=50* O
Fig. 1.8. Bandas Proporcionales
También confiere una buena estabilidad al proceso controlado
así como una respuesta rápida. El controlador
proporcional presenta una desventaja significativa; y, ésta
consiste en que no es capaz de corregir una desviación
permanente (offset): se produce una diferencia permanente,
en estado estacionario, entre el valor deseado y el valor de
la variable controlada, lo anterior se ilustra en la figura
1.9.
26
Variable of fsetControlada i
Tsetpointvalor actual
Fig. 1.9. Error de salida en régimen permanente
tEsta acción se utiliza para control de presión,
temperatura y nivel de líquidos? cuando el offset no es
i neónveni ente.
1.4.3. Acción de Control Proporcional Integral
La acción de reajuste es, realmente, una integración de
1 a seRal de entrada al control ador p que es la señal error.
En efecto, lo anterior significa que cuando se utiliza la
modalidad integral de control el valor de la sePíal de
control u(t) se modi fica a- una rapidez de cambio
proporcional al error e<t). Asá si la desviación se
duplica con respecto a un valor previo, el elemento final de
control se mueve al doble de velocidad y, finalmente cuando
la variable controlada se encuentra a O desviación, el
elemento final de control se mantiene estacionario- Lo
antorior significa que cuando se trabaja con reajuste
automático no puede haber desviación permanente o, lo que es
27
lo mismo, el error, cuando ©e restablece el estado
estacionario, es igual a cero.
f
La modalidad integral se combina en los control adores
utilizados en la práctica (fabricados) con la modal i dad
proporcional, y la combinad ón se denomina proporcional-
integral, <PI>. La combinaci ón es favorable en el sentido
de que se combina las ventajas de ambos tipos de modalidades
de control.
TE•l
ECS)
Fig. 1.10 Seríales de entrada y salida en la acción PI
La acc i ón bási ca de control cuando se i mplementa 1 a
modalidad proporcional integral se puede representar
mediante el esquema de la figura 1.10.
Lo que está representado es la acción de un contrqlador
28
proporcional-integral cuando la sefial de error es una señal
escalón de magnitud E. La señal producida por la parte
proporcional del control ador es proporcional a la magnitud
del error E. La señal de salida producida por la parte
integral es CKc*E/TiS) proporcional al error y a la vez
función del tiempo. La señal total producida por un
controlador PI es la suma de las dos señales i ndi vi dual esc
K^ E< S >U
La 1 ey de control en el domini o del ti empos
«. ruCt> « Kc eCt) ••*• ----- \t
T- JLo interesante de resal tar en el anterior r azonami ento
es que» la acción del controlador PI persiste a través del
tiempo, mientras E sea diferente de cero, lo que explica el
por que no existe desviación permanente cuando se utiliza la
modalidad de control PI. El ajuste de la parte integral
tiene por objeto conferir, en la práctica, un valor de
tiempo integral Ti. Ti tiene unidades de (I/segundo) y en
la práctica Ti se ajusta, ut i 1 izando unidades de
r epet i <:i ones por minuto (repeats per minute). El valor de
Ti se conoce tambi en como la rapidez de cambio de reajuste
(r eset r ate) .
29
Banda Proporción*!
U (X)
100
s3s
S «lunación
Fig. 1.11. Overshoot y ciclo cuando el modo proporcional
integral esusado en el encendió del sistema.
El ajuste de un controlador PI es, naturalmenter más
difícil que el ajuste de un controlador proporcional puro ya
que an el controlador PI hay dos ajustes independientes que
se deben implementar, que corresponden a Kc y Ti.
30
EstA acción se utiliza para control de presión,
temperatura, nivel de líquidos y caudal.
Como se puede notar el modo proporcional integral
elimina el problema-del offset que tiene el controlador
proporcional. Este modo no debe ser usado en sistemas con
S grandes cambios de carga, porque debido al tiempo de
integración, el proceso debe tener relativos cambios lentos
en !L a carga para prevenir oscilaciones inducidas por la
integración cuyo efecto es el overshoot. Otra desventaja
de esite sistema es que durante el encendido del sistema, la
acci ón integral causa un considerable overshoot del error
antes, de llegar al punto de operación, esto se muestra en la
^ figura 1.11 donde se observa la banda proporcional como una
regi ón sombreada. Se debe notar que el efecto de la acción
integral puede ser observada como un cambio integro de la
banda proporcional. Otra desventaja es la de que la
integral conduce al actuador a un estado de saturación el
cual conduce luego a una considerable oscilación.
^ E!ste efecto desestabi 1 izan te del control integral se
puede apreci ar medí ante su vi sualización en el lugar
geométrico de las raíces al agregar un polo.
31
El agregado de un polo a la función transferencia de
lazo abierto tiene el efecto de desplazaar el lugar de las
raíces hacia la derecha tendiendo a reducir la estabilidad
relativa del sistema. (Recordar que la adición control
integral añade un polo al origen haciendo asi al sistema
menos estable). En la fiugra 1.12 se ve ejemplos de lugares
de la raíz que ilustran los efectos de agregar uno y dos
polos a un sistema de primer orden. De allí que la acción
integral siempre va acompañada de una acción proporcional,
dando lugar al esquema de control PI.
(a) (b) (c)
Fíg. 1.12. (a) Lugar de las raíces original; (b) lugar
geométrico añadiendo un polo; (c) lugar geométrico añadiendo
dos polos.
32
1.4.4. Acción de Control Proporcional Diferencial
Es concebible el poder disponer de una acción de
control que se basa en la rapidez do cambio de la señal de
error e(t>. Esta modalidad de control debe ser utilizada
en combinac ion con la acción proporcional, ya que si no fuese
asi, se podría confrontar una situación en la que error no
cambia su valor (rapidez de cambio igual a cero) y en la
que la acción correctiva es, consecuentemente, igual a cero.
Hay que notar que nunca se puede tener una acci ón de control
derivativa sola, porque este control es efectivo únicamente
durante periodos transitorios.
Por la razón antedicha, la acción diferencial se
utiliza en combinación con la acción proporcional.
Gbiamente tiene la desventaja de la presencia de un offset a
la salida en régimen permanente.
Lo anterior se puede describir mediante la figura 1.13.
fin este caso se ve que la sefíal de error . que actúa
sobre el controlador es una sefíal rampa, y también se puede
ver que 1 a respuesta al controlador es otra sefía1 rampa
adelantada con vrespecto a la primera en un tiempo T^, que es
33
Por lo tanto, la acción de control derivativa a vec*s
denominada control de anticipación, es cuando el valor de la
sal ida del control es proporcional a la velocidad de
34
variación de la sefíal de error actuante.
La figura No. 1.14<a) muestra la respuesta típica a un
escalón de un sistema ose i 1ator i o amorti guado; el error
correspondí ente eCt) de la seKal así como su rapi dez de
^ cambio en el tiempo están representados en las figuras®
1.14(b) y 1.14Cc> respectivamente. Considérese primero que
el sistema sólo tiene control d* tipo proporcional y
obsérvese su sobreimpulso en la respuesta a un escalón. El
sobralmpulso se debe por entero al valor excesivo de un
control proporcional al error, en el intervalo de O < t <
t j., durante el cual la sefíal de error es positiva. Para el
intervalo tx <t <tC9, la seKal de error es negativa y el
9 control cambia de sentido, este valor negativo actúa como
un frenado, dismuniyendo el sobreimpulso. Cuando t = t , el
error vuelve a ser positivo y hace crecer la respuesta a
partir del mínimo producido por el control negativo en el
intervalo t^ <t <t&.
El proceso se repite y si el sistema es estable,
£, finalmente se alcanza el régimen permanente.
Considerando la explicación que se ha dado se puede
deci r' que los factores que contri buyen a que el sobreimpulso
35
•
Bisa elevado son lo» siguientes i
- El control corrector positivo en el intervalo O < t < t
e*3 demasiado grande
- El frenado en el intervalo t < t < t^ es inadecuado.
AÍSÍ pues, una aproximaci ón lógica para reducir el
sobreimpulso en la salida, consistirá en disminuir el -valor
dol control corrector posi ti vo y aumentar el de frenado.
De manera parecida, en el intervalo de tiempo t 3 < t < t A el
control corrector negativo, deberá reducirse y el de
frenado, que ahora actúa en sentido positivo, deberá
aumentarse para mejorar el mínimo.
El control deri vat ivo si rve preci sámente para dar este
tipo de efecto. Considerse ahora que se modifica el control
de tipo proporcional de manera que esté proporcional a la
señal Ce(t) •+• Td de/dt), donde Td es constante. En otras
pal abras, además de la señal de error, se aplica también,
obra seRal proporc i onal a la var i aci ón del error respecto al
tiempo. En la figura 1.14 se aprecia que para O < t < tt
la derivada de eCt) respecto al tiempo es negativa; esto
reducirá el control positivo original debido a e <t)
sol amenté.
Para tx < t < t^, e(t) y deCt)dt son negativos, lo
cual significa que el control frenado negativo desarrollado
36
O
de todos estos efectos resultará un sobreimpulso menor
inclusive puede ser disminuido el tiempo de establecimiento.
Es fácil ver que e(t> y deCtí/dt tiene signos opuestos en el
intervalo de tiempo t . < t <t^ por tanto, también se reduce
el control negativo que originalmente contribuye al mínimo.
El control derivado es esencialmente un tipo de control
de anticipación. Generalmente , si en un sistema lineal la
pendiente de e<t> o la de c <t > es pronunciada, se producirá
un sobreimpulso elevado al cabo de muv DOCO tíemno. El
será mayor que el del caso proporcional. Por consiguiente,
de todos estos efectos resultara un sobreimpulso menor
inclusive puede ser disminuido el tiempo de establecimiento.
Es fácil ver que e<t) y de(t)/dt tiene signos opuestos en el
intervalo de tiempo t= < t <ta por tanto, también se reduce
/ el control negativo que originalmente contribuye al mínimo.
El control der i vado es esenci al mente un tipo de control
de anticipación. Generalmente , si en un sistema lineal la
pendiente de eCt) o la de cCt) es pronunciada, se producirá
un sobreimpulso elevado al cabo de muy poco ti empo. El
control derivado mide • la pendiente instantánea de e(t>
detecta por adelantado un overshoot elevado y proporciona
•- una sefíal correctiva apropiada antes de que dicho
sobreimpulso tenga lugar.
Es evidente que el control derivativo afecta sólo al
error en régimen permanente de un sistema si dicho error
var ¿a con el tiempo. Si el error en régimen permanente es
constante en el tiempo, el control derivativo no le afecta.
S
37
(0
Fig. 1.14 Formas de onda de c(t), e(t) y de/dt para mostrar
el efecto de control derivativo. (a) Respuesta a un
escalón; (b) señal de error; (c) derivada respecto al tiempo
de la señal de error.
El efecto beneficioso sobre la respuesta transitoria
del control derivativo puede ser analizado utilizando el
lugar geométrico de las raices considerando que este tipo de
control introduce un cero al sistema.
El agregado de un cero a la función transferencia de
38
lazo abierto, tiene el efecto de desplazar el lugar de la
ráiz hacia la izquierda, tendiendo a hacer el sistema más
estable y acelerar el establecimiento de la respuesta.
(Físicamente, la adcicón de un cero en la función
transferencia directa, implica el agregado de control
derivativo al sistema. El efecto de ese control es
introducir cierto grado de anticipación en el s istema y
acelerar la respuesta transistoria). La figura 1.15 (a)
muestra los lugares de las raíces para un sistema que es
estable con ganacia baja, pero inestable para ganancia
elevada. En la figura 1.15 (b), (c) y (d), se ven diagramas
del lugar de las raíces cuando se agrega un cero a la
función transferencia de lazo abierto. Nótese que cuando se
agrega un cero al sistema de la figura 1.15 (a) éste se
vuelve estable para todo valor de la ganacia.
jw 4 ;
(a)
39
•
-y o-
(c) (d)
Fig. 1.15 (a) Lugar de las raíces de un sistema de tres
polos; (b), (c) y (d) diagrama de los lugares de las raíces
que muestran los efectos del agregado de un cero a un
sistema de tres polos.
1.4.5. Control Proporcional Integral Derivativo.
La modalidad de control PID es una modalidad de control
que combina las tres modalidades ya mencionadas en una sola
unidad física y que permite un control sin error y a la vez
una acción adelantada que mejora el transitorio, es decir,
está acción combinada tiene las ventajas de cada una de las
tres acciones de control individuales. La ley de un control
con está acción de control combinada está dada por:
de(t) Kcu(t) = Kc e(t) + KcTd — +
dt Tie(t)dt
La función transferencia esa
LKS) 1— b' í" 1 j_ T O u- ____ 'i— r ^ I ~ V . L ~ l c j o n r J
ECS) T±S
Está acción se utiliza en procesos en los cuales se
desea mejorar tanto el régimen transitorio como el
permanente de la respuesta.
Se puede resumir los conceptos anteriores mediante la
Tabla 1.1.
SÍMBOLO DESCRIPCIÓN LEY DE CONTROL
P Proporcional u = K^e
I Integral Creset) u « \t
PI Proporcional Integral u = Kc (e -+• --- \)
dePD Proporcional Derivativa u = K^Ce + J& — — )
dt
1 f dePID Proporcional Integral u ==• K^ <e+ --- \ dt +Td ---- )
Derivativa T± ) dt
Tabla 1.1. Tipos de control
41
t
1.5. ARQUITECTURA DEL SISTEMA.
La arquitectura del sistema se muestra en la figura
1.16 .
El equipo está estructurado en bloques. La función de
dichos bloques esté. controlada por software desde el
mi ero procesador. Cada bloque realiza en forma
independiente una parte de la función total del equipo.
Los bloques del controlador industrial proqr amable
diseñados son: bloque de entrada, bloque de procesamiento y
bloque de salida.
La información de la estructura del controlador es
cargada mediante el f irmware , es decir mediante módulos
( circuitos integrados } que contienen los programas que
manejarán y configurarán dicho controlador. Esta
inf ormación, que caracteriza al controlador , conforma una
base de datos residente en el mismo . El controlador está
en capacidad de recibir información adicional que completa
la base de datos y permite su funcionamiento práctico. La
base de datos residente en el instrumento no puede ser
alterada, es parte de la memoria ROM (read only memo r y ) del
42
•
equipo, mientras que los datos que configuran al controla rlor
y que pueden diferenciarlo de otro instrumento similar (es
decir, diferencia un controlador de otro) pueden ser
alterados, ya que son parte de la memoria RAM (random access
memory}.
En un controlador que disponqa un icarnente de la base de
datos residente, sus bloques están en capacidad de trabajar
pero no pueden ejecutar ninquna acción conjunta porque no se
han definido los parámetros necesarios para su
funcionamiento. Mientras que un instrumento que ya ha
recibido la información necesaria y en el que su base de
datos se halla completa se convierte en un instrumento
funcional.
La separación de la base de datos en un sector
residente y la definición de otro sector que puede ser
cambiado da al controlador dos características muy
importantes : 1) Altísima versatilidad debida a la
posibilidad de cambio y 2) Facilidad de manejo, ya que al
estar estructurada una configuración básica, está puede
completarse en forma simple, con liqeras modificaciones .
ti)
AIR
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A
EN
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LIZ
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IÓN
Fig.
1.1
6.
Arq
uit
ectu
ra d
el S
iste
ma
1.5.1. Bloque de Entrada.
Por él se ingresan seríales continuas y comandos, las
señales pueden llegar de la planta o de otro instrumento.
Si llegan del exterior del microcontrolador ingresan por el
"bloque de entrada análogo" por el pórtico PO a través del
conversor A/D si son continuas y al "bloque de entrada
digital "por el pórtico P3 si son digitales. El caso de una
se Pía 1 análoga es la que -ingresa al microcontrolador
proveniente de la salida de la planta como señal de
realimentación. El caso de una señal digital es ] a que
ingresa al microcontrolador proveniente del teclado del
sistema. Toda señal que ha llegado a un bloque de entrada
puede procesarse .
Cabe anotar gue en este caso la entrada de datos se va
ha realizar a través de un teclado, razón por la cual el
bloque de entrada digital debe tener la capacidad de barrer
al teclado.
1.5.2. Bloque de Procesamiento.
Existen dos tipos de bloque de procesamiento :
principal y auxiliar. Como bloque auxiliar se puede tener
45
un bloque que permite linealizar funciones? este bloque es
especialmente útil cuando la señal que produce el sensor no
varia en forma proporcional a los cambios de la variable
mejdida. Otro bloque auxiliar es el "bloque de alarma",
este bloque debe producir señales, cuando una señal a
superado límites prestablecidos. Otro bloque auxiliar es el
bloque de visualización de los parámetros y señalización del
proceso, esto se lo hace a través de los displays que tienen
el sistema? por el pórtico P2 el microcontrolador se
encarga de realizar el barrido y cargado del dato al display
correspondiente. El bloque más importante es el bloque de
procesamiento central, este es el bloque principal, debe
procesar la señal por medio de un algoritmo matemático.
Este bloque es el centro del funcionamiento del instrumento.
Se hace notar que cualquier bloque auxi1iar podr ía quedar
inhabilitado, situación que no afecta al funcionamiento del
equipo, exceptuando el "bloque princi pal" que siempre debe
estar habilitado para que el equipo funcione.
Cabe anotar que al ser programado el bloque principal,
da la característica final del instrumento; en este, caso un
controlador programable, la programación del bloque
mencionado determina si su funcionamiento será P, PI, PID,
ON/QFF. Como se ve el mi smo i nstrumento puede fuñe i onar en
46
47
rC
ON
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ALA
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C(S
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Fig.
1.
17.
Dia
gram
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e B
loqu
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ener
al
un bloque que permite li neali zar funcíones; este bloqua es
especialmente útil cuando la serial que produce el sensor no
vari a en forma proporc ional a los cambi 05 de la variable
medida. 'Otro bloque auxi1 i ar es el "bloque de al«rma",
este bloque debe producir sefíales, cuando una seKal a
superado 1ími tes prestablee i dos. Otro bloque auxi1iar es el
bloque de vi sualización de los parámetros y seKalizaci ón del
proceso, esto se lo hace a través de los displays que tienen
el si stemap por el pórtico P2 el microcontroí ador se
encarga de realizar el barrido y cargado del dato al display
correspondiente. El bloque más importante es el bloque de
procesamiento central, este es el bloque principal, debe
procesar 1 a sería! por medi o de un al gor i tmo maternát i co.
Este bloque es el centro del funcionamiento del instrumento.
Se hace notar que cualquier bloque auxiliar podría quedar
i nhabi1 i tado, situaci ón que no afecta al funcionamiento del
equipo, exceptuando el "bloque principal" que siempre debe
estar habilitado para que el equipo funcione.
Cabe anotar que al ser programado el bloque principal,
da lacaracterística final del instrumento; en este, caso un
controlador programable, la programación del bloque
mencionado determina si su fuñe i onami ento será P, PI, PID,
QN/QFF. Como se ve el mismo instrumento puede funcionar en
46
varias modalidades razón por la cual se le denomina
Controlador - Industrial 'Programable. Se debe tener en
cuenta que el uso del micropr-ocesador permite realizar
operaciones simples o • complicadas con la misma cantidad de
hardware variando el software únicamente.
1. 5 ¿ 3 .-'Bloques «-de Salida . •
i
Las. salidas pueden ser continuas o digitales, si la
señales van al exterior del equipo deberán hacerlo a través
del "bloque análogo de salida" si son continuas, o a través
del "bloque de salida digital" si son digitales. El bloque
de salida se lo tiene en el pórtico Pl del microcontrolador.
De manera general, se puede decir, que el equipo
dispone de un microprocesador que controla: entrada y salida
de señales, indicación o registro .de señales, procesamiento
de las mismas, comunicación entre bloques y algo que es muy
importante puede realizar un autodiagnóstico, emitiendo
códigos de error que determinan el tipo de problema que
puede afectar al instrumento o al sistema.
47
1.6. DIAGRAMA DE BLOQUES GENERAL.
El-diagrama de bloques general se puede observar-en la
figura 1.17.
El módulo construido constituye el llamado bloque de
control el cual esta subdividido en los sub-bloques de
acuerdo a la arquitectura del sistema explicado en el
numeral anterior.
El sistema diseñado en esta tesis esta dirigido a
controlar una planta y para esto el controlador se encuentra
en cascada con la planta teniendo un lazo de realimentación
unitaria. Cabe anotar que la referencia se encuentra
almacenada en una localidad de memoria del microcontrolador
por lo tanto él se encarga de calcular el valor del error.
Los valores de las constantes y la referencia se ingresa a
rC
ON
TR
OLA
DO
R I
ND
US
TR
IAL
PR
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RA
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1C
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RA
/D
_J
Fig.
1.
17.
Dia
gram
a D
e B
loq
ue
s G
ener
al
CÍKT) : Señal diqital de salida de la planta.
U(s) : Señal de control (salida del módulo).
C(s) ; Señal de salida de la planta.
Ge(z) : Función de transferencia del alqoritmo de control.
G(s) : Función de transferencia de la planta.
0 También vale señalar que el bloque denominado planta se
constituye de un horno doméstico cuya variable de salida a
ser controlada es la temperatura. A este bloque se debe
incluir el hardware para medición y actuación. Si bien es
cierto que para este propósito de demostración del
Controlador Industrial Proqramable, propósito de esta tesis,
se incluye la planta térmica mencionada; también, este
& controlador esta en capacidad de controlar otra planta, de~
acuerdo con las modalidades de control indicados siempre y
cuando los niveles de señal sean compatibles con el nivel de
O - 10 V. DC.
50
CAPITULO II
2.1. Especificaciones.
2.1.1. Módulo de Control.
2.1.2. Módulo Actuadgr-Transductor
2.2. Diagrama de Bloques de los Circuitos del Controlador
£ 2.2.1. Teclado.
2.2.2. Display.
2.2.3. Bloque de Entrada.
2.2.4. Bloque de Salida.
2.2.5. Reset y Reloj del Microcontrolador.
2.3. Disefío de las Etapas de Control.
£W 2.4 ¿ Módulo Transductor-Actuador.
2.4.1. Etapa de Potencia.
2.4.2. Transductor.
2.5. Circuitos de Protección.
2.6. Alarmas y SeKalización.
2.6.1. Display de Alarma.
t2.6.2. Display de SeKalización.
2.7. Fuentes de Polarización.
2.8. Plano Eléctrico del Sistema.
51
2.1. ESPECIFICACIONES .
El equipo está constituido, como se observa en la
figura 2.1, por un módulo de control y un módulo de potencia
(actuador-transductor ) .
El módulo de control tiene posibilidad de dos rangos de
funcionamiento tanto en la entrada como en salida que son O
a +5V y O a -MOV.
El módulo actuador transductor trabaja con una señal de
control en el rango de O a +5V para el actuador y entrega
una señal de O a +5V como dato obtenido de la medición de la
salida de la planta que en este caso es un horno eléctrico.
Módulo deControl.
O a +5V O a +10V
Actuador
Transductor
Circuitode
tiristorPlanta
(Horno)
Termocupla
Fiq. 2.1. Módulos del Sistema
52
2.1.1. Módulo de Control.
En este módulo se encuentran el controlador que esta
constituido por un microcontrolador como elemento central de
desición, el mismo que esta conectado al teclado como
_ elemento de entrada de datos, los display como elementos de$
visualizacion de parámetros de control y el valor de la
señal de salida de la planta. Además, el microcontrolador,
utilizando los pórticos de entrada recibe los datos de la
planta a través del conversor A/D, y cuyo rango puede estar
entre O a 5 voltios ó O a 10 voltios. El microcontrolador
entrega los datos a la planta a través del conversor D/A en
los rangos de O a 5 voltios ó O a 10 voltios, mediante sus
& pórticos de salida.
Adicionalmente, este módulo tiene un pulsante para
resetear el microcontrolador y un selector que nos permite
escoger el rango de voltaje de entrada y salida con el que
se desea trabajar.
A Las especificaciones del módulo de control son:^S-
- Voltaje de alimentación 110VAC, frecuencia 60 Hz
- Tipos de control: on-off, P, PD, PIr PID.
- Compatibilidad con cualquier planta entre O a 10V ó O a 5V
53
- Tiempo mínimo del periodo de muestreo 100 msq.
- Corriente máxima de salida 20mA
- Tamaño:
Gonquitud 40 cm.
Altura 42 cm.
Ancho 16 cm.
9 - Peso 3.2 Kg aproximadamente.
Las características más importantes del
microcontrolador y de los dos conversores son:
Microcontrolador INTEL 8751:
- CPU .de 8 bits.
«^ -Circuitería ínter na dereloj yoscilador.„__•
- 32 líneas de entrada / salida.
- Capacidad de direccionar hasta 64 K de memoria externa de
datos.
- Capacidad de direccionar hasta 64 K de memoria externa de
programa.
- Dos contadores / temporizadores de 16 bits.
- Cinco fuentes de interrupción con posibilidad de programar0
dos niveles de prioridad.
- Un pórtico serial de comunicaciones full dúplex.
- Capacidad de procesamiento Booleano.
54
- 128 bytes de RAM interna.
- 4 kbytes de EPROM interna.
Conversor análogo digital ADC0809CCN, este es un
conversor de 8 bits con 8 canales multiplexados y tiene el
control lógico compatible con microprocesadores.
Conversor digital análogo DCA1008 de 10 bits, tiene
buffer de salida y además tiene control lógico compatible
con microprocesadores.
2.1.2. Módulo Actuador-Transductor.
Este módulo está constituido por el transductor que
se emplea para medir la temperatura y la etapa de potencia
llamada también actuador.
El transductor está constituido por una termocupla tipo
K, un adaptador de temperatura, al cual esta conectado como
señal de entrada el voltaje generado por la termocupla y
como salida entrega una señal de voltaje lineal cuya
pendiente es 1 (mV/ C). La señal que entrega el adaptador de
temperatura se amplifica 10 veces y como resultado se
obtiene una señal que varia de( 0 - 5 Voltios con un rango de
55
variación de temperatura de O - 500 C, con una resolución
de 1 grado centígrado.
La etapa de potencia está constituida por la
circuiteria de disparo del tiristor, dando un ángulo de
disparo de acuerdo al voltaje de salida que entrega el
módulo de control, es decir, el ángulo de disparo es una
función directamente proporcional del voltaje de control.
Esto se observa en la figura 2.2.
El tiristor empleado es el NTE5683 y sus
especificaciones son:
- Voltaje 200V
- ITRMS 25A
- IGT Mim. en I y III cuadrante 75 mA
- IGT Mim. en II y IV cuadrante 100 mA
- VGT Max. 3.0 V
- Isurge max 225 A
- iHold Mim. 75 mA
- Von Max 1.9 mA
- VGM ± 5 V
é - PG Av 0.75 W
- Temperatura operacional - 40 a +100 grados centigrados
56
ÁNGULO DISPARO (rad)
3.14
Vcontrol (V)
>
FIq . 2.2. Ángulo de disparo en función del voltaje de
control.
Las especificaciones del módulo actuador-transductor son:
- Tamauo:
Longitud 24 cm.
Altura 16.5 cm.
Ancho 20 cm.
— Peso 1.8 Kq aproximadamente.
El horno que se emplea para las pruebas es de carácter
doméstico y las características son las siguientes:
V = 120 VAC
P = 1400 W.
Tamaño:
- Lonqítud 37 cm.
57
m
Teclado16 Teclas Ventrada
8 lineas
Decodificadorde teclado
4 lineas
flipflop
(O - 5V)(O -10V)
A/D
71ineas
P3.0-P3.3 P3.4 ALE P3.5 P3.6
MICROCONTROLADOR
POP3.7
Pl
P2.0-P2.3 P2.5-P2.7
4 lineas
DecodificadorBCD a 7 seg.
Vsalida 0-5V)(0-10V)
3 lineas
DecodificadorDisplay
7 lineas
DISPLAY8
8 lineas
Fig. 2.3. Diagrama de Bloques de los Circuitos del Controlador
59
Partiendo de la arquitectura del sistema y del
diagrama de bloques de los circuitos a continuación se
detalla el diseño pertinente.
2.2.1. Teclado.
*w' Como se observa en la figura 2.4 el circuito esta
constituido por un teclado de 16 teclas el cual se conecta a
un decodificador especial para teclado/ el 74C922, el cual
tiene a su entrada en los pines X4 = 1, X3 = 8, X2 = 10, XI
= 11, Y 1 = 1, Y2 = 2, Y3 = 3, Y4 = 4 las 8 líneas provenientes
de la matriz 4 x 4 de interruptores que conforman el
teclado, este decodificador se encarga de eliminar los
^ rebotes debido al cierre y apertura del interruptor que9
conforma la tecla correspondiente y entrega la salida en los
pines A = 17, B = 16, C=15, D=14 el código hexadecimal de la
tecla que se tiene presionada. El control de ese
decodificador se hace a través de los pines DA= 12 y OE =
13. El momento que se presiona una tecla el pin DA (salida)
se coloca en 1 lógico y como para habilitar las salidas es
^ necesario que el pin OE (entrada) se le coloque a O lógico,
•; la salida DA se la niega y se conecta a la entrada OE para
esto se emplea una compuerta NAND 74LS132 conectada como
negador, con lo cual el decodificador queda habilitado.
60
A
FD
4 C
X4(
7)X
3(8)
X2(
10)
Y2(
2)Y
3(3)
Y4(
4)
DA
(12)
OE
(13)
D(1
4)C
(15)
B(1
6)A
(17
)
OS
C(5
)K
BM
(6)
+5V
74C
922
CTi
P3.
0(10
)
P3.
2(12
)P
3.3(
13)
P3.
4(14
)P
3.5(
15)
P3.
6(16
)P
3.7(
17)
P0,
0(39
)P
0.1(
38)
P0.
2(37
)P
0.3(
36)
P0.
4(35
)P
0.5(
34)
P0.
6(33
)P
0.7(
32)
AL
E/P
(30
)
PS
EN
(29)
EA
/VP
(31)
P2.
0(21
)P
2.1(
22)
P2.
2(23
)P
2.3(
24)
P2.4
(25)
P2.
5(26
)P
2.6(
27)
P2.
7(28
)
P1.
2(3)
P1.3
(4)
P1.
4(5)
P1.
5(6)
P1.
6(7)
P1.
7(8)
X2(
18)
RE
SE
T(9
)
8751
Fig
. 2.
4. C
onex
ión
del T
ecla
do
Es necesario que el microcontrolador sepa cuando se
tiene una- tecla presionada esto se logra conectando la
salida DA a un pin de un pórtico del microcontrolador (pin
14 = P3.4) el cual es barrido constantemente para que el
microcontrolador detecte si se desea realizar ingreso de
datos desde el teclado.
Las salidas del decodificador que tienen el código
hexadecimal de la tecla presionada se conectan a los pines
del pórtico P3 (desde el menos significativo) 10 = P3.0, 11
= P3.1, 12 = P3.2, 13 = P3.3. Además el -fabricante del
decodificador 74C922, recomienda que se conecte a los pines
OSC = 5 y KBM =8 dos condensadores, de tal forma que CKBM =
10 COSC. Por lo tanto CKBM =» 1 uF y COSC = 0*1 uF .
2 .2.2 * Display.
Como se observa en la figura 2.5 el microcontrolador
realiza el barrido de 8 displays durante cada ciclo cuando
está ejecutando cualquier subrutina de control, para lograr
esto se tiene conectado al pórtico P2 dos decodificadores,
el uno es un decodificador BCD a 7 segmentos, el 74LS48 y el
otro es un decodificador 74HC138 que en base al estado
lógico de 3 líneas diferentes una de sus 8 salidas se coloca
62
en O lógico y las demás se mantiene en 1 lógico, para
habilitar los displays. De acuerdo a esto cada vez que se
enciende un display, en el pórtico P2 del microcontrolador
se debe colocar, desde el menos significativo, P2.0 = 21,
P2.1 = 22, P2.2 = 23 y P2.3 - 24 el código BCD del número
que debe aparecer en el display y en los pines P2.4 = 25,
P2.6 = 27, P2.7 = 28 el código en base al cual el
decedificador 74HC138 habilita el display correspondiente de
acuerdo a la tabla 2.1.
P2.7
000
011
11
P2.6
001
100
11
P2.4
010
100
01
DISPLAY
Centenas (Señal deDecenas referencia )Unidades
Centenas (Señal deDecenas salida deUnidades la planta )
AlarmaSeñalización
Tabla 2.1. Código de habilitación de displays
Luego el decodificador 74LS48 se encarga de encender
los leds respectivos para tener el número correspondiente.
63
R1=
22n
P3.
0(10
)
P3.
2[12
)P
3.3(
13J
P3.
4(14
}P
3.5{
15)
P3.
6(16
)P
3.7(
1.7)
P0.
0(39
)P
0.1(
38J
P0.
2(37
}P
0.3(
36)
P0.
4(35
)P
0,5{
34)
P0.
6{33
)P
0.7(
32)
ALE
/P(3
0)
PS
EN
(29)
EA
A/P
(31)
B. B
. B. B
.
P1.
2(3)
P1.
3(4)
P 1
.4(5
}P
1.5(
6)P
1.6(
7)P
1.7
(8}
P2.
0(21
)P
2.1{
22)
P2.
2(23
)P
2.3(
24)
P2.
4(25
)P
2.5{
26)
P2.
6(27
)P
2.7(
2B)
RE
SE
J(9}
8751
Fig.
2.
5. C
onex
ión
de D
ispl
ay
cabe anotar que debido a la corriente que absorven los
displays se requiere de buffers, por lo tanto se empleo el
integrado 74LS241, para habilitar a este elemento se coloca
los terminales de habilitación 2G PIN 19 a Vcc y 1G PIN 1 a
tierra.
Para habilitar al integrado 74LS48 se colocó los
terminales BI/RBO PIN 4, RBI PIN 5 y LT PIN 3 a Vcc debido a
que al analizar la tabla de funcionamiento de este elemento
al tener estos pines en esta conexión el elemento siempre
esta habilitado.
Para habilitar al integrado 74HC138 se colocó los
terminales Gl PIN 6 a Vcc ylos terminales G2A PIN 4 y G2BJ J
PIN 53 a tierra debido a que al analizar la tabla de
funcionamiento de este elemento al tener estos pines en esta
conexión el elemento siempre esta habilitado.
En cuanto a las resistencias que' limitan la corriente
que alimenta a los led de los display y saturación del
transistorsetiene:
vcc
Rl2H QHM
DIQOE V PD
l/fti
RH470 OHM
QNPN
E-Bt
Vcc = I R 1 + V P O + Vsat
Vcc - VPD - Vsat
IRl =-
Debido a que los displays se barren a cierta frecuencia
se debe tener una corriente alta, se asume:
I = 200 mA
5 - 0 . 7 - 0 . 2Rl = 20.50 (ohm)
200 x 10
Rl = 22 (ohm)
Ib = =hfe
200
100= 2 mA
Vb = Vsat + Veb = 0 . 2 + 0 . 7 =0.9 (V)
Vb 0.9R2 = = = 450 (ohm)
Ib 2x10
R2 = 470 (ohm)
66
2 . 2.3 .• Bloque de Entrada.
Como se observa en la figura 2.6 este bloque se encarga
de recibir la señal análoga de la salida proveniente de la
planta, está señal puede tener dos rangos de funcionamiento
O a +5voltios
O a -t-lOvoltios
Está señal análoga ingresa al conversor análogo digital
ADC0809CCN/ este es un conversor de 8 bits con 8 canales
multiplexados y tiene el control lógico compatible con
microprocesadores. Se escogió este conversor debido a su
disponibilidad física, aunque se tiene presente que existe
^ un desperdicio de recursos.
El reloj del conversor se conecta al PIN ALE ( Andress
latch enable) del microcontrolador a través de un divisor
por 2 de frecuencia (flip-flop 74LS112), este flip-flop es
tipo JK, y para que funcione como divisor de frecuencia se
conecta los terminales J, K PRESET y CLEAR a Vcc = +5V, la
entrada CLK se conecta al ALE del microcontrolador, esta
& señal ALE genera una señal cuadrada de 1/3 de la frecuencia™
que tiene como reloj el microcontrolador, por lo tanto , a
la salida del flip-flop en el terminal Q tenemos una señal
cuadrada de frecuencia 1/6 de la frecuencia de reloj del
microcontrolador, por lo cual :
1/6*8 (MHz) = 1.33 (MHz)
El microcontrolador se encarqa de darle una señal de
control a través del PIN P3.6 (16) al PIN START del
M conversor para que este inicie la conversión,y al mismo
tiempo está conectado al ALE (address latch enable) del
conversor para habilitar la dirección de canal de entrada
INO, está, señal es un pulso positivo de corta duración, una
vez dada esta señal el microcontrolador espera que se
termine la conversión; la salida EOC (End of convertion) del
conversor al finalizar la conversión se coloca en 1 lóqico
está, salida está conectada al PIN P3.5 (15) del
®microcontrolador la cual al momento que se coloca en 1
lógico carga los datos que tiene el conversor en sus
salidas al pórtico PO del microcontrolador respectivamente.
Las salidas del conversor siempre están habilitadas ya que
el termina] OE (out.put ' enable) (Pin =10) está conectada a
Vcc. Con este proceso el microcontrolador obtiene el dato
necesario para calcular el valor del error. Este proceso se
w realiza en cada ciclo de control que efectúa e]
microcontrolador.
68
I M
39
4-C
N/v
vv
LM
324 -
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4 ,
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5^
74LS
112
I
I i I ¡
P3.
0[10
) P
2-0(
21)
P3.
111
P2-
K22
)P
3.21
2)
P2-
2(23
)P
3.3(
13)
P2-
3(24
)P
3.41
4 P
2.4(
25)
Pt
CM
CÍ
P2
52
6)
p3 6
M g
P
2.6{
27)
P3:
7(17
} P
2.7{
28)
P0.
1Í38
) P
1.1(
2)P
02(3
7)
P1.
2(3)
PO '3
(361
P1
3(4
}
P0*
5(34
) P
1.5{
6)P
o'6(
33)
P1.
6(7)
P07
(32)
P
1.7(
8)
ALE
/P(3
0)
A¿
pa
j
PS
EN
(29}
X
1(19
)
EA
/VP
(31)
R
ES
ET(
9)
8751
El conversor tiene 8 canales de entradas a señales
análogas multiplexadas por lo cual a las se fía les de control
del multiplexer AO(PIN 25), A1(PIN 24) y A2(PIN 23) se las
coloca en O lógico de este modo el canal cero INO (input 0)
PIN 26 siempre está habilitado.
Para tener la entrada en el rango O- +10V se emplea los
amplificadores operacionales B,C, y D del circuito LM324 y
como se observa en la figura 2.6 el amplificador operacional
C está conectado de tal forma que tiene la función de
transferencia Ac = -1/2; el amplificador operacional D como
inversor, es decir, su función de transferencia es AD = -1 y
el amplificador operacional B como seguidor de tensión, es
decir, AB = 1. La función de transferencia total es el
producto de las tres anteriores, por lo tanto AT = 1/2. De
^ lo expuesto se obtienen que si la entrada esta conectada al
terminal Vi + 10 se trabaja con el rango de O - +10V y si la
entrada esta conectada al terminal Vi -f 5 se trabaja con el
rango de O - + 5V.
- 2.2.4. Bloque de Salida.
En la figura 2.7 se observa este bloque el mismo que
se encarga de colocar a la salida del módulo de control el"£' valor análogo de la variable de control u(t) que puede tener
dos rangos de funcionamiento.
O a +5 voltios
O a +10 voltios
70
Este bloque está conformado por un conversor digital
análogo DCA1008 y amplificadores operacionales. Este
conversor es de 10 bits/ tiene buffer de salida y además
tiene control lóqico compatible con microprocesadores. Se
~N escogió este conversor debido a la disponibilidad de esteU
elemento en el laboratorio.
El microcontrolador en cada ciclo de control (periodo)
obtiene un valor diqítal de la variable de control u(t) que
es convertido a una serial andloqa la misma que viene a
constituir la señal de salida del módulo.
f> El microcontroíador coloca en los pines del pórtico Pl
el valor digital de la variable de control y a través del
PIN P3.7 que está conectado al PIN 3 B1/H2 (byte .sequence
control) del conversor D/A, le da un pulso positivo con lo
cual se inicia la conversión, al terminar la conversión este
elemento entrega seriales de corriente como salida en los
PINES 11 y 12, para obtener la señal de voltaje se utiliza
^ el amplificador operacional NTE859 el cual se conecta a la
entrada (-) el PIN 12 del conversor y a la entrada ( +) el
PIN 11, el mismo que se conecta a tierra. A la salida del
amplificador operacional se conecta al PIN 14 del conversor
71
72
Ci
P3.0
Í10)
P3.
1(11
)P
3.2
(12
)P
3.3(
13)
P3
.41
4)
P3.
5 15
)P
3.6
16P
3.7
Í17)
P0.
0(39
)P
0.1(
38J
P0.
2(37
)P
0.3(
36)
P0.
5Í34
)P
0.6(
33P
0.7(
32)
ALE
/P(3
0)
PS
EN
(29)
8751
-o V>3
P^0
(2i)
P2.1
Í22
P2.
2Í23
P2.
4(2S
)P
2.5
(26
)P
2-6(
27)
P2.
7(28
)
P 1
.0(1
)P
l.1(2
)P
1.2
(3)
P1.
3(4)
P1.
4(S
JP
1.5
(6)
P 1
.6(7
)P
1.7
(8)
X2(
18)
RE
SE
T(9
)
Fig
. 2.7
. C
onexió
n d
el
Co
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rso D
igita
l /
Análo
go
- +1
0V
f¡
Vo
ut
O -
+
5V
conectada como seguidor de tensión por lo tanto la función
de transferencia A = 1, en cuya entrada se conecta el
terminal Vo + 5 y el amplificador operacional A del
integrado LM324 esté, conectado como amplificador cuya
función de transferencia es A = 2 . La función de
transferencia total es el producto de las dos anteriores por
lo tanto AT = 2 . Obteniendo de esta forma el rango de
salida de O - + 10V, es decir, que si se desea trabajar en el
rango de O - +10V se debe conectar la salida en el terminal
Vo + 10V.
La polarización de los dos integrados es - Vcc = -12V y
Vcc = + 12V.
2.2.5. RESET Y RELOJ DEL MICROCONTROLADOR.
Adicionalmente es necesario considerar que el
microcontrolador requiere de un reset y de un reloj , Para
el rest se emplea la compuerta NAND-B como lo muestra la
figura 2.8 que se tiene disponible en el integrado 74HC132,
está, compuerta esta conectada como inversor, es decir, el
pin 4 (entrada) se coloca a 1 lógico, mientras que el pin 5
(entrada) variable se conecta a 1 lógico a través de la
resistencia RIO de 330 ohmios y a su vez a través de un
P3.0(10)
P3.2(12)P3.3(13)P3.4(14)P3.5{15)P3.6(16)P3.7(17)
P0.0(39)P0.1(38)P0.2(37)P0.3(36)P0.4(35)P0.5(34)P0.6(33)P0.7(32)
ALE/P(30)
PSEN(29)
EA/VP(31)
8751
+5V
R10330(H)
P2.0{21)P2.1(22)P 2.2(23)P 2.3 (24)P2.4(25)P2.5(26)P2.6(27)P2.7(28)
P1.2(3)P1.3(4)P1.4(5)P 1.5(6)P1.6(7)P 1.7(8)
X2(18)
RESET(9)
22(pF)
Fig. 2.8. Reset y Reloj del Microcontrolador.
75
pulsante a tierra, esto es a O .1.0cuco, de tal. corma qne el
mornenbo que se cierra el pulsante el pin 5 se conecta a
tierra y a la salida pin 6 se tiene 1 Iónico (nivel alto)
con lo cual se resetea el microcontrolador. El momento que
el pulsante no está presionado se tiene 1 lóqico en el pin 5
por lo tanto a la salida pin 6 se tiene O lóqico con lo cual
el microcontrolador funciona normalmente. Cabe anotar que
este pulsante constituye el control del reset del
microcontrolador.
En cuanto al circuito de reloj del microcontrolador,
como se observa en la fiqura 2.8, se emplea la conexión que
recomienda el fabricante, es decir, un cristal de 8 MHz y 2
condensadores de 22 (pF).
2.3. DISEÑO DE LA ETAPA DE CONTROL.
El camino más versátil de compensación de un sistema de
control digital es usar un control ador diqital. En qeneral
el controlador diqital puede ser implementado en
computadoras cliqitales ó circuitos diqitales tal como un
microcontrolador. El controlador digital que emplea un
microcontrolador tiene la ventaja que el alqoritmo de
76
control puede ser modificado con facilidad, a bajo costo,
debido a que para un mismo hardware modificando el software
se puede obtener un tipo de control completamente diferente
cumpliendo con requerimientos de diferente plantas, con la
desventaja de las limitaciones del microcontrolador que se
este empleando como son capacidad de memoria RAM, capacidad
§de memoria ROM, longitud de la palabra, velocidad de
procesamiento. En el caso de la presente tesis debido a las
carácteristicas del microcontrolador 8751 y su
disponibilidad en el laboratorio se emplea este elemento.
Las características más importantes del
microcontrolador INTEL 8751 son:
> >> *
*- CPU de 8 bits.
- Circuitería interna de reloj y oscilador.
- 32 lineas de entrada / salida.
- Capacidad de direccionar hasta 64 K de memoria externa de
datos.
- Capacidad de direccionar hasta 64 K de memoria externa de
& programa.
- Dos contadores / temporizadores de 16 bits.
- Cinco fuentes de interrupción con posibilidad de programar
dos niveles de prioridad.
- Un pórtico serial de comunicaciones full dúplex.
- Capacidad de procesamiento Booleano.
- 128 bytes de RAM interna.
- 4 kbytes de EPROM interna.
Antes de entrar en el diseño del controlador digital se
debe verificar si es posible implementar físicamente el
algoritmo de control. Se puede representar el controlador
digital por el diagrama de bloques de la figura 2.9. La
entrada del controlador digital, es una secuencia de
números de la forma e(kT). El controlador digital efectúa
cierta operación lineal en la secuencia e(kT) y se obtiene a
la salida la secuencia u(kT).
§ e(Kt)u(Kt)
Gc(z)E(z)
Fig. 2.9. Diagrama de bloques del controlador digital.
La función de transferencia del control digital se define
como :
U(Z)Gc(Z) =
E(Z)
78
Cuando se usa un microcontrolador como un controlador
digital se. debe tomar en cuenta las limitaciones del
microcontrolador en términos de longitud de la palabra,
capacidad de memoria y velocidad de procesamiento.
El requerimiento a priori en el diseño del controlador
§digital es que la función de transferencia Ge( Z ) debe ser
físicamente realizable. La condición de un sistema para
ser fisicamente realizable es que la señal de salida del
sistema no debe aparecer antes de que se aplique la señal de
entrada. Se puede expresar la función de transferencia
Gc(Z) como un coeficiente de dos polinomios en Z,
bmzm + bm-lzm + + bOGc(Z) = -
anzn + an-lzn + + aO
— iExpandiendo Ge(Z) en una serie de potencias en z , los
coeficientes de las series representan los valores
ponderados del controlador digital. El coeficiente del
término z (k= 0,1,2,...) corresponde a los valores de la
secuencia ponderada en t=kT. Tomando en cuenta que para
que el controlador digital sea fisicamente realizable la
expansión de las series de potencias de Ge(Z) no debe
contener ninguna potencia positiva en z. Cualquier
79
potencia positiva en i, en las series de Ge (2) indica
predicción o simplemente que la salida precede a la entrada.
Esto es, para que la función de transferencia de la
ecuación anterior sea físicamente realizable, se debe
cumplir que "n sea mayor o iqual que m".
Para un control PID se tiene:
Ki U(S)Kp + Kcl S +
S E ( S )
Aplicando el método de discretización del rectánqulo
hacia adelante para la componente derivativa y el método de
discretización del trapecio para la componente inteqral se
obtiene:
§
U(Z) z-1 T z + 1= Kp + Kd + Ki —-— —
E(Z) Tz 2
2Tz (z-1) Kp + Kd (z-1)2 2 + KiT2 z (z+1
2T z2 Kp - 2Tz Kp + 2Kd z'¿ - 4zKd +2Kd +KiT2z2 + KiT2z
2 Tz2 - 2Tz
U(Z) z2 (2Tkp + 2Kd + KiT2} + Z(KiT2 - 2TKp - 4Kd) + 2Kd
E(Z) 2Tz2 - 2Tz
80
t
HacJ endo:
2Tkp + 2Kd + KiT**W Q — „„___. :___:
2T
KiT2 - 2TKp ~ 4 RdU 1 — „„, ,1JJL, ~
2T
2Kd
2T
Se t i ene :
U(Z) bO -h z -1 bl + 7, 2 b2
E(Z) 1 - z"1
U(Z) - z U(Z) = bO E(Z) + z - E(Z) bl + z E(Z) b2
U(Z) = z"1 U(Z) + bO E(Z) + z"1 E(Z) bl + z~2 E ( Z } b2
u(K)= u(K-l) + bO e(K) + bl e (K-Í) + b2 e(K-2)
La ecuación de diferencias obtenidas constituye el
algoritmo a ser imple mentad o en el mi crocon tro laclar como
algoritmo de control.
•
2.4. MODULO TRANSDUCTOR-ACTUADOR.
Este módulo está constituido por la etapa de potencia y
el transductor que entrega como señal eléctrica el valor de
la salida de la planta.
^ 2.4.1. Etapa de Potencia.
Está constituida por la circuiteria de control de
disparo del tiristor y por el tiristor mismo, que en este
caso es un TRIAC.
Este módulo funciona con el rango de O a 5 voltios que
entrega el módulo de control.
tLa circuiteria de control del tiristor lo dispara en un
determinado ángulo dependiendo del voltaje que entrega el
módulo de control, es decir, para un cierto voltaje se tiene
un determinado ángulo de disparo, de acuerdo a la
característica que se muestra en la figura 2.2.
/ En la figura 2.10. se puede observar el circuito de~
disparo del tiristor.
El circuito está constituido por un detector de cruce
por cero, un timer 555 conectado corno modulador por ancho de
pulso, Timer 1, otro timer 555 como monoestable, Timer 2 y
finalmente el triac.
El detector de cruce por cero está constituido por 4
diodos y un optoacopiador (LED-OPTOTRANSISTOR}, este
detector en cada cruce por cero da un pulso negativo es
decir, toma el valor de cero voltios por un corto tiempo.
La salida de está etapa se conecta al triqqer del Timer 1,
conectado como modulador por ancho de pulso el cual para
obtener linealidad se carqa al condensador en forma lineal a
través del transistor Ql como se observa en el circuito,
los terminales DISCHARGE y THRESHOLD están unidos y se
conectan al colector del transistor y finalmente para
obtener la modulación se conecta al terminal de voltaje de
control la serial de salida +5 voltios del módulo de
control, con lo cual se obtiene un" pulso cuyo ancho varía de
acuerdo al voltaje que entreqa el módulo de control. Como en
cada cruce por cero se dispara el Timer 1 la salida se
coloca en 1 lóqico manteniéndose en este estado hasta que el
voltaje en el condensador sea iqual a3 voltaje del terminal
CONTROL VOLTAGE, en ese momento la salida se coloca en O
lóqico y en ese instante se debe disparar el Triac, con un
control por fase directa, por lo cual la salida
83
OD
Di
D3
S\
110
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V V
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eK
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LH555
HT£
HT1
FÍ3. 2.10. Cirojito ds dispar-c del
del TIMEIR 1 el momento que se coloca en bajo dispara al
TIMER 2 que está colocado como monoestable y cuya salida Q
esto, conectada al terminal compuerta del TRJ.AC a través de
la resistencia Rll . La red RC que se coloca a la entrada de
cada TIMER esté, di se nada para evitar que el pulso de disparo
sea de mayor duración que el pulso que qenera el TIMER por
lo tanto se evita la condición prohibida del f lip-f lop RS
que es parte interna del TIMER.
Se presenta las formas de onda de los respectivos nodos
en la figura 2.11.
Los cálculos para obtener el valor de los diferentes
elementos que conforma el circuito se presentan a
continuación :
Vm: Voltaje máximo de la red = 179 voltios
Vm = 3 Vsat + IR1
V - 3VsatRl =
I
Se asume:
I = 60 (mA)
Se emplea para DI, D2, D3, DO, diodos BCG 116, cuyas
especificaciones son:
85
t
Fig. 2.11. Formas de Onda del Cicuito de Disparo del Tiristor
Vred (V)
179
-179Vo
DetectorCruce por
Cero 5
-179
25.00 t (mS)
t (mS)
t(mS)
t(mS)
l(mS)
86
- Voltaje pico reverso máximo 600V
- Corriente máxima 1 A
- Vf máximo 0.8 V a 1 A
Luego:
179 - 3(0.7)p-i — _ _ _ ; — -~) Q K.VIXJ, — — ¿ . _? ZJA.
60 x 10-3
Rl = 3K P = 10 W
Para R2 se tiene :
Vce = IR2 -i- Vce sat
Vce - Vce sat
I
Se asume:
Si I = 0.5 (vnA)
5 - 0 , 2p 9 — „. __, _ ^ — Q C if
0.5 x 10-3
R2 = 10 K
Como: RC « T entonces R3 = R4 = R8 = R9 = 10K y Cl =
O.OluP
estas redes se colocan para evitar que se de la condición
prohibida en el flip-flop RS que internamente tiene el 555.
t
Para el TIMEJR1:
O R b e cumplirse que el condensador 1 1 e n u e a :
Ve = 5V en 8.33(mS)
se limita a 5V debido a eme el volt a le de con tro] máximo es
este va 1 o r y 8.33 mS d e b i,d o a que es la el u r a c i 6 71 de un
semiciclo de la seña] de la red cuya frecuencia es 60 H z ;
además se carqa linealmente al condensador por lo cual se
emplea el transistor PNP 2 N 3702 cuyas especificaciones son: .
- BVCBO 100 V
- BVCEO 80V
- BVEBO 5V
- Ic 0.5 A
- PD máximo 0.5 W a 25 qrados cent iqrados.
- hFE 100 min .
Para el circuito de la fiqura 2 . 10 se tiene :
Vce = IV
Ve = 5V
Ve = Ve + Vce = 6V
Vcc = 12V
VR5 = Vcc - Ve = 6V
VR5R5 = ------ r si le = 6(mA) r entonces R5 = 1K
Ic
IcIb = ---- - r 3 = 10Q , entonces Ib ~ 0 . 0 6 ( m A )
B
88
t
I » Ib , entonces I = 0.6 (mA)
Vb = Ve - Vbe = 6 - 0 . 6 = 5 . 4V
VbR7 = ----- - 9K f entonces R7 = 9 , 1K
IVcc - Vb
R6 = ----------- _ 11K f entonces R6 = 10KI
T - Ic 8 .30 (ins) x 6 ( mA )C+n — __ : __ : __ :: ___ ~ __ _ _ _ _ _ _ _ __ , ____ _ _ _ __ , ____ _ — Q Q C / 1 1 tP \z ~ — _ _ _ y , j o V Ur J
Ve 5
Entonces: C2 ~ 10 ( uF )
Para el TIMER2 :
T - 1.1 RC
Si RIO = 1K y C5 = 0.01 ( uF } entonces T = 0.01CmS)
Para el disparo del TRIAC :
VQT = 2 . 5V
IGT = 75 (mA)
Vcc = IGTR11 + VGT entonces Rll = 33 ohmios
Para el acondicionamiento de la señal de entrada (voltaje de
salida O - 5V del módulo de control):
tVI = 5V - V2
R12 = R13 = R14 = 10K
89
t
2.4.2. TRANSDUCTOR
Para las pruebas del módulo de control ^ e emplea corno
.planta un horno eléctrico de 120 voltios, 140-0 vatios, por
lo tanto se tiene que medir temperatura corno parámetro que
se debe controlar/ es decir, es la se fía 1 de sal i da de la
9 planta. Para tener como una señal eléctrica la temperatura,
se emplea como transductor una termocupla. tipo K y para
amplificar y lineal i zar la señal que entreqa la termocupla
se emplea el adaptador de temperatura LUTROW DH-802C, este
elemento tiene una característica lineal cuya pendiente es 1
(milivoltio/grado centiqrado). Para que la señal de salida
del adaptador de temperatura sea compatible con la entrada
^ de O a +5 voltios del módulo de control se arnpl i f ica a la®
señal +10 veces con lo cual se obtiene una característica
completa del transductor' que resulta lineal cuya pendiente
es 10 (milivoltios/qrado centíqrado).
A continuación se presenta el "circuito amplificador
(figura 2.12} y el valor de los elementos que lo conforman;
tR2 R2
Ganancia A = + 1 = 5 entonces = ARl Rl
Si Rl = 33.K entonces R2 = 180K potenciómetro paracalibrar
90
Para lleqar a la qanancia de 10 el l:.1.3 tro oro ve e una
ganancia de + 2.
Se emplea un potenciómetro de 100K para compensar el
offset del amplificador ooeracional.
9 A la salida del amplificador se conecta en cascada un
filtro activo, corno se muestra en la fiqura 2.12, con el fin
de obtener la componente continua de la señal. Se considera
una frecuencia de corte de 1 Hz y para este valor de
frecuencia el punto debe tener su parte real iqual a su
parte imaginaria/ por lo tanto:
KlTI _ _„__„ .
•j^ 1 + SRC~
SRC = 1
JWRC = 1
2 7T f RC = 1
f •= IHz
C = 2uF entonces C6 = 2uF
1
2 TT f C
R = 79.58 entonces R19 = 82 K
R20Kl = 1 + = 2 entonces R18 = R20 = 10 K
R18
91
VCC +ÍHVO
VOLTAJE DE SOLIDAflDÍFTflDOR DETEMPERATURA
RÍ6fXr
I—V\
80K
62
*/4
VCC -Í2V
Fiq 2 .12 . A m p l i f i c a d o r y f i l t ro de la seííal de salida del
adaptador de tempera tura .
La salida del f i l t ro se conecta como entrada del
módulo de control .
2 . 5 . CIRCUITOS DE PROTECCIÓN
Considerando que la fuen te de polar izac ión puede
mane ja r una carqa de 70 W , seqán se anal iza más adelante y
como, la carqa real que debe mantener la fuen t e es de 2 , 3 8
92
(A) se tiene un fusible B'l en la alimentación de la fuente
que seqún la carqa debe ser de 3 (A). Este fusible
proteqerla a la fuente, al módulo de control y a los
ampl i f icadores del módulo actuad or ~ transe!uctor .
Adicionalmente la fuente tiene un fusible de protección
contra sobrecarga de 6 amperios.
§Para el caso del módulo actuador-transductor se tiene
un fusible F2 de'1 15 (A), colocado en el circuito de
alimentación eléctrica de la carqa. Esbe fusible es de 15
amperios debido a que la carqa absorve 12 amperios.
Además de estos fusibles r aunque no se trata de una
J- protección eléctrica, se tiene proteqido al horno contra9
sobretemperaturas que pueden dañar sus características
mecánicas, por med io de software r el cual limita el ranqo de
la salida de la planta, seqún se analiza en el capítulo 3.
En cuanto a las protecciones de- entrada y salida del
módulo de control r se tiene amplificadores operado nales que
^ en el caso de la entrada si se supera los 10 voltios estosf>
amplificadores se saturan en un valor de 10.5 volt ios.
93
En el caso cíe la sa ] ida también se tiene ampl i f icadores
operacionales. En ambos casos se debe considerar que los
amplificadores son de un costo reducido y que en caso.de un
error de conexión el costo de reemplazar estos elementos es
bajo, por lo tanto, no se coloca protecciones adicionales.
2.6. ALARMAS ¥ SEÑALIZACIÓN.
Como se, vio en el numeral 2.2.2. se tiene un display
de alarma, y un display de señalización los mismos que dan
un códiqo del estado y proceso que está realizando el módulo
de control.
A continuación se detalla la función y el códiqo tanto
del display de alarma como del display de señalización.
2.6.1. Display Alarma.
Este display muestra un códiqo de acuerdo a los
siguientes problemas:
El códiqo y tipo de problemas se observa en la tabla
2.2
94
CÓDIGO
O1234
PROBLEMA
Entrada normal del sistema.Señal de control negativa.Control ON/OFF histérisis muy qrandeSobreflujo en las operaciones.Señal de salida fuera de ranqo.
Tabla 2.2 Código para el display de Alarma.
CÓDIGO 0: El módulo se encuentra operando dentro de los
parámetros preestablecidos.
CÓDIGO 1: Mientras el microprocesador esta ejecutando las
instrucciones de la rutina de control debido a alquna
situación la señal de control puede tornar un valor negativo,
el cual no es un valor válido para el sistema, debido a que
en general se trabaja con valores positivos. Ese momento el
display de alarma se coloca en el valor 1 por un instante,
indicando de esta manera que ocurrió esta anormalidad y el
microcontrolador vuelve a la operación de control.
CÓDIGO 2: Debido a que al momento de iniciar la operación de
ingreso los datos al microcontrolador se puede cometer un
error en el valor de la histéresis que se ciñiere dar al
95
control QN-OFF, el microcontrolador analiza este valor y si
esta fuera de ranqo el clisóla y de alarma se coloca en el
valor 2, indicando de esta manera que ocurrió esta
anormalidad y al mismo tiempo detiene el proceso de conbrol,
esperando que se resetee al microcontrolador y se re inicie
el proceso de introducción de datos.
CÓDIGO 3: Para realizar el control de la planta med iante
algún tipo de acción de control es necesario introducir los
valores de las constantes y como el mieroproeesador tiene
una lonqitud de 8 bits en cada palabra, el momento que se
realiza una operación puede ocurrir que la lonqitud del
resultado sea mayor a 8 bits, por lo tanto, se pierde
información y el microprocesador el momento que detecta esta
anormalidad coloca el valor de 3 en el display de alarma.
Esto ocurre principalmente cuando los valores de las
constantes son demasiado grandes .
CÓDIGO 4: Cuando la señal de salida sale fuera de ranqo de
operación máximo establecido, el sistema va a mostrar en el
display de alarma el número 4 y a su vez el voltaje de
salida del módulo de control se coloca en cero voltios.
96
2.6.2. Display de Señalización.
Rste di sp lay muestra un o fiel á cío do ¿ICUPT rjn n 1 tr riba i o
que está realizando el módulo de control. El codicio y su
significado se observa en la tabla 2.3.
CÓDIGO PROCESO
O1234567
Inqreso valor de KpIngreso valor de KdIngreso valor de KiON-OFF o PIDInqreso valor de la referenciaCambio de referencia.Control ON-OFFControl PControl PIControl PDControl PID
Tabla 2.3 Códiqo para el display de señalización.
CÓDIGO (BÍjANCO) : Inqreso de Kpr es decir, el momento que
el display de se ría 1 iza ció n esta en blanco indica que se esta
ingresando el valor de la cosntnnte Kp en el control PID o
el valor de la histérisis Fin el control ON/QFF.
97
CÓDIGO 0: Inqreso de Kd, es decir, el momento cine el display
de señalización muestra el O, se esta inqresando el valor de
la constante Kd.
CÓDIGO 1: Inqreso de Ki, es decir, el momento que el display
de señalización muestra el 1, se está inqresando el valor de
la constante Ki.
CÓDIGO 2: ON/OFF o PID es decir, el momento eme oí display
de señalización muestra el 2 se esta inqresando el valor del
códiqo de selección del tipo de control. 000 control ON/OFF
o 001 control PID.
CÓDIGO 3: Inqreso del valor de la referencia , es decir, e]
momento que el display de señalización muestra el 3, se esta
inqresando el valor de referencia.
CÓDIGO 4: Cambio de referencia, es decir, el momento que el
display de señalización muestra el 4 r se esta realizando un
cambio en el valor de la referencia,
CÓDIGO 5: Control ON-OFF, es decir, el momento que el
display de señalización muestra el 5, se esta realizando la
acción de control ON-OFF.
98
CÓDIGO 6: Control P, es decir, el momento que el display de
señalización muestra el 6r se esta realizando Jn acción de
control proporcional.
CÓDIGO 7: Control PI, es decir, el momento que el display de
señalización muestra el 1, se esta realizando la acción de
control proporcional inteqral.
CÓDIGO 8: Control PD, es decir , el momento que el display
de señalización muestra el 8, se esta realizando la acción
de control proporcional derivativo.
CÓDIGO 9: Control PID, es decir, el momento que el display
de señalización muestra el 9, se esta realizando la acción
clfi control proporcional Inteqral derivativa.
2.7. FUENTES DE POLARIZACIÓN.
Con el propósito de que el dispositivo sea
independiente, es decir, que no requiera fuentes de
polarización adicionales,. se opta por implementar las
fuentes necesarias y que el equipo sólo requiera de un toma
de 110 VAC para su funcionamiento.
99
t
El s istema para su o aeración ñecos i ta de lar. s J. qu lentes
fuentes :
Módulo de control + 5V, -KL2V, -I2V.
Módulo antuador-transductor +5V, +12V, -12V.
Ad icionalmente el adaptador de temperatura requiere de
una polarización de +9VDC. Como de fábrica SP recomienda
conectarlo a una batería de 9V se mantiene <>sl:a condición,
de tal forma que se requiere para el funcionamiento del
sistema transductor de una batería de? 9VDC-
Para determinar la potencia necesaria que debe entregar
la fuente al sistema se analiza el consumo de los Mementos
que lo componen, seqún se ilustra en la tabla 2.'1 ,
De acuerdo a la tabla 2.4 se observa que se requiere de
una fuente cuya potencia sea de 12.04 (WJ.
Anal izando el costo de fabrí cae i ón de ]a fuente Y el
tiempo de construcción y pruebas se opto por comprar una
fuente disponible en el mercar"!o a un costo de alrededor de
80% de la fuente a construirse lo cal mente, con la venta :Ía
1ÜO
t
que la fuente cumple con los requerimientos de corriente y
vo
con
Itaje del sistema y adicionalmente está sobredimencionada
respecto a los requerimientos de potencia del sistema.
ELEMENTO
875174C92274LS132LM324NTE85974LS112ADC080974LS4874LS24174HC138D AGIO 08DISPLAYTRANSÍS .NE555MOC304LF356ZENER
Para laPara la
CANTIDAD
11121111111713112
fuente de +ífuente de +
CORRIENTE
(mA)
2502 . 61.133632. 8
54102
2000 . 6
2000.52.5
20
5V 2.3345U12V 0 . 0496U
í
CORRIENTETOTAL
(mA)
2502 . 61.163632.8
54102
14000.6
6000.52. 540
2 .38 (A)
\) P = 11.6!\ P = l.lí
>TOTAL 12.8
NIVEL DEVOLTAJE
(V)
+ 5+ 5+ 5+ 12±12+ 5+ 5+ 5+ 5+ 5+ 5+ 5
+ 12+ 5+ 5+ 5-12
5W3W
4W
Tabla 2.4. Elementos que conforman los módulos
101
A continuación se detallan las características de la
fuente de polarización adquirida.
Carácterísticas Generales.
- AC Entrada: 115 VAC 50 - 60 Hz.
- AC Entrada de Corriente: 6 amperios máximos.
- AC Salida de Corriente: 3 amperios máximos.
- Tolerancia: +- 10%voltaje total.
- Máxima Potencia de. Salida
Enfriamiento por convexión 71 vatios
Enfriamiento con ventilación 80 vatios
-Temperatura Operacional: 5 a 50 (qrados Contíqrados)
VOLTAJE
AC activo
AC neutral
Tierra
AMPERAJE
6 A ( max )
CONECTOR
TP1
TP1
TP1
SEÑALIZACIÓN DE PINS
L
N
G
ENTRADA
102
SALIDA
VOLTAJE
AC activo
AC neutral
CORRIENTE
6 A ( ma x )
CONECTOR
TP2
TP2
SEÑALIZACIÓN (PINES )
L
N
Tabla 2.5. Especificaciones de Entrada y Salida de la fuente
LINEAS DE CONTROL
NOMBRE
ACMCS*ACSSRC*
COLOR DE ALAMBRE
púrpurablanco
* ACMCS es el switch de corriente principal.
** ACSSRC es el control del relé.
Tabla 2.6. Lineas de Control.
VOLTAJE
VI = +12V
V2 = +12V
V3 = + 5V
V4 = - 12V
COMÚN
CORRIENTE
0 - 2.0A
0 - 0.5A
.5 - 7.0A
0 - 0.5A
COLOR DE ALAMBRE
ANARANJADO
AMARRILLO
ROJO
VERDE
NEGRO
Tabla 2.7. Especificaciones de Voltaje y Corriente DC de la
fuente.
103
2.8. PLANO ELÉCTRICO DEL SISTEMA.
El sistema está, constitúlelo oor dos módu] os . El ni ano
eléctrico del módulo actuador-transducbor se observa en la
figura 2.13.
En cuanto al plano eléctrico del módulo de control se.
lo presenta en la figura 2.14.
i
CAPITULO III3.1. Estructura General
3.2. Programa Principal.
3.3. Subrutinas y Diagramas de Flujo
3.3.1.3.3.2.3.3.3.3.3.4.3.3.5.3.3.6.3.3.7.3.3.8.3.3.9.3.3.10.3.3.11.3.3.12.3.3.13.3.3.14.3.3.15.3.3.16.3.3.17.3.3.18.3.3.19.3.3.20.3.3.21.3.3.22.3 .3 . 23 .
Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:Subrutina:
ESTP3BARDIS1DISPLAY1BCDAHEXGUARDATOPIDENTRADASALIDABLANCOBARDIS2DT.SPLAY2DIVREFHEXABCDONOFFPROPORALARMA1ALARMA2ALARMA3ALARMA4ALARMASALARMASMULTIDIVIDIR
3.4. LISTADO DE PROGRAMA.
107
3.1. ESTRUCTURA GENERAL.
En la figura 3.1 se tiene la estructura general del
programa, donde se observa que el microcontrolador
primeramente inicializa los punteros, luego espera el
ingreso de datos que se introducen a través del teclado, es
decir, el valor de las constantes, la selección del tipo de
control y el valor de la referencia. A la vez que se va
ingresando el valor de las constantes el microcontrolador
•muestra este valor en los displays de la referencia y espera
a que se verifique si está correcto o no, transforma el
valor de la constante del código BCD a Hexadecimal y
almacería el dato en la memoria RAM , Esto lo repite 5 veces
debido a que se ingresan 5 datos requeridos por el*
microcontrolador .
El microcontrolador de acuerdo a los datos que se
ingresaron selecciona el tipo de control que va a ejecutar.
Una vez seleccionado el tipo de control el
microcontrolador realiza las operaciones preliminares antes
de ingresar a la subrutina de control correspondiente.
Al entrar a la subrubina de control el microcontrolador
108
iniciaiizacionde
punteros
Entradade
datos
Selección deltipo de control
Ingreso del va-lor de salida dela p lanta . H-
Caloulo deerror.
Calculo del valorde la variablede control .
Sal ida del valorde la vriablede control.
SI X Canino \Ode
datos
Fig. 3.1. ESTRUCTURA GEHEBflL DEL PfiOGJlflMfl
109
primeramente ingresa el valor de la planta, esto lo hace
llamando a la subrutina Entrada que se encarga de controlar
al conversor análogo/digital y de transferir el valor de la
salida de la planta que se encuentra en el pórtico de
entrada a la memoria RAM del microcontrolador, este valor lo
transforma de código hexadecimal a BCD y lo muestra en los
displays de salida, además guarda este valor en forma
hexadecimal en la memoria RAM. Con el valor de la salida y
la referencia que tiene almacenada de los datos ingresados
al inicio, calcula el valor del error y con este valor
ejecuta el algoritmo de control correspondiente obteniendo
el valor de la señal.de control; una vez obtenido este valor
el microcontrolador llama a la subrutina de Salida, que se
encarga de colocar el valor de la señal de control en el
pórtico de salida y controlar al conversor digital/análogo
obteniendo el valor de la señal de control como una serial
análoga.
Durante el proceso se puede cambiar el valor de la
referencia sin que se altere el valor de las constantes y el
algoritmo que se esta realizando, lo único que produce es
una interrupción. Para cambiar el valor de las constantes
es necesario inicializar el proceso.
Si no se produce ningún cambio en los datos, el
110
microcontrolador espera un periodo T y realiza un salto al
inicio de la subrutina de control y se repite la operación
de control.
3.2. PROGRAMA PRINCIPAL.
Lafigura3.2 muestra el diagrama de flujo del programafe
principal.
FUNCIÓN:
- Se inicializa la salida del control de tal forma que la
planta no se altera .
^ - Se coloca en el registro R6 el número de datos que se van
ha ingresar.
- Se inicializa el puntero que indica la localidad de
memoria en que se debe guardar el respectivo dato, siguiendo
un orden determinado. Este puntero se almacena en la
localidad de memoria RAM 36H.
'A'
- Lee los datos desde el teclado, realiza las respectivas
conversiones de BCD a hexadecimal, mientras el dato en los
111
Fif f . 3.2 D I A G R A M A BE FLUJO DEL PROGRAMA PRINCIPAL
0-
NO
í II N I C I O
1 1
Se iniclallzael punteroR6 — Ü05H
i •
Se llana a lasubímtinaSñLIDA, se co-loca cero enla salida.
1 •
Se Inicializael puntero en
R8 «— '«62H
Se guarda elcódigo de latecla precio-nada en la localidad 38H
Sigue latecla
v pr-ecionada
©Hay unatecla
precionada
Se decrewentael puntero de
Hay unatecla
precionada
SI
NO
112
Fig. 3.2 Dlf lGBftMfl PE FLUJO DE PJiOGfiftMA PWHCIPftli ( con t inuac ión)
NO X Hay anatecla
precionada
Se decrenenta
EO
Sigue lateclaprecionada
Se llaMa a lasubrutina:
BfiRDISiBCDñHEXGUARDflTODISPLfiV
Se llana a lasubrutinaDISPLfiYl
teclaprecionada
113
Fig. 3.2 DlflGUnMfl BE FLUJO DE PROGRAMA P R I N C I P A L ( con t inuac ión)
Continuala teclaprecionada
Se decreMenta
R6
Se llana a laSubrutinaDIFREF
Se inicializalos datosdel controlOH/OFF
1 valor deX NOhisteresises valido
Se ll.ana a laSLibrufcONOFF
Se canhia la re-ferencia.
114
t
Fiff. 3,2 DlñfiRHMñ PE FLUJO PRINCIPAL (continuación)
T <-— Tabla
Se inicialízalos datos delcontrol PID.
Se Inicializalos datos delcontrol proporcional.
Se calcula elde los
coeficientes.Se llana a lasubrutlnaPROPOfi
Se divide acada coeficientepara 0flH
SecaMbia dereferencia/
Hayun sobre-
flujo en uncoeficiente
Se llana a lasubrutinaPID.
Secatibia dereferencia
115
displays de la referencia verifica si el dato esta correcto
y lo almacena.
- Una vez que se han ingresado los cinco datos el
mi eroprocesador verifica que tipo de control se desea
realizar llamando a la subrutina correspond iente.
*- Se debe considerar el valor del periodo de muestreo T para
el cálculo de los coeficientes de la ecuación del algoritmo
de control, por lo cual se parte de que el periodo rní nimo es
de 100 milisegundos y se emplea el valor de la constante
TABLA como factor para determinar el valor real con el cual
se va ha trabajar, por ejemplo, si se desea un periodo de
muestreo de 1 segundo, el valor de la constante TABLA debe,
ser de 10. Previamente se asigna el valor de la localidad
de memoria RAM TABLA (3EH) a la localidad de memoria RAM T
.( 5CH) .
- En el caso de tener un control PI, PD ó PID se raliza el
capiculo de los coeficientes de cada término de la ecuación
/^ del algoritmo de control, cabe mencionar que el valor de las9
constantes se ingresan multiplicadas por un factor de diez
con el fin de obtener constantes con decimales, por lo tanto
en este punto se divide para diez a los coeficientes, con lo
116
cual se recupera el valor real de cada constante; asi se
asigna:
(Kp+Kd/T+KiT/2)/OAH = TERR Localidad de la memoria RAM 4BH
(KiT/2-Kp-2Kd/T)/OAH = TER3T Localidad de la memoria RAM 4DH
(Kd/T)/OAH = KDT Localidad de la memoria RAM 48H
- Si mientras se esta realizando'el control respectivo y se
quiere cambiar el valor de la referencia se regresa al
programa principal se coloca el valor de la referencia/ se
verifica si esta correcto y se regresa a la subrutina de
control correspondiente.
-El tipo de control que se requiere realizar depende de los
valores que se coloquen en las respectivas constantes de
acuerdo a la tabla 3.1.
117
leraKp
> 0
> 0
> 0
> 0
> 0
CONSTANTES2da . 3eraKd Ki
0
0
> 0
0
> 0
0
0
0
> 0
> 0
. 4ta.T
0
Factor
Factor
Factor
Factor
5ta .Ref .
X
de T x
de T x
de T x
de T x
TIPO DE CONTROL
ON/OFF
Proporcional
PD
PI
PID
O < x < 500
>0: valor mayor que cero,
.Tabla 3.1. Tipo de control de acuerdo al valor de los datos
3.3. SUBRUTINAS
3.3.1. SUBRUTINA: ESTP3 DIRECCIÓN: 00020SH
La figura 3.3 muestra el diagrama de flujo de la
subrutina ESTP3.
FUNCIÓN: Verifica el estado del bit 4 del pórtico 3 (P3.4).
Esto se lo hace con el fin de saber si se tiene presionada
una tecla o no.
t
118
3.3 O I A G R f t H n DE FLUJO DE Lfl SUBIUJTlHft ESTP3
A . 0A, 1A . 2A . 3A . 4A , 5A. 6A . 7
-*- F3. 0P3.1P.§'1OL""'0LOLQL
F I N
119
DATOS DE ENTRADA: Ninguno.
RESULTADOS: Carga el bit 4 del pórtico 3 en el bit del carry
y resetea el bit 4 del pórtico 3.
REGISTROS QUE SE ALTERAN: A.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN: Ninguna.
3.3.2. SUBRUTINA: BARDIS1 DIRECClQ N: 000228H
La figura 3.4 muestra el diagrama de flujo de BARDIS1.
FUNCIÓN: Colocar en los bit 7, bit 6, y bit 5 los valores
lógicos adecuados de tal forma que se codifique.el display
correspondiente (centenas, decenas ó unidades} de
referencia.
DATOS DE ENTRADA: Datos que se encuentran en las
localidades de memoria RAM 30H, 31H y 32H. Estos datos
corresponden a las constantes en BCD ingresadas por el
teclado (centenas, decenas y unidades).
120
TIC. 3.4 Dl f lGRf lMf l DE FLUJO DE SUBJIUTIHfl BflRDISl
t
f In ic io )
Inicializalos
punteros
Incrementalos
punteros
0
@34 •*— elrcsultado
Increnentalos
punfceros
ft OR
0121
RESULTADOS: Se carga en las localidades de memoria RAM 33H,
34H y 35H el código BCD del dato correspondiente y ademas el
código del display que se debe encender.
REGISTROS QUE SE ALTERAN: RO, Rl Y A.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN: Ninguna.
3.3.3. SUBRUTINA: DISPLAYl DIRECCIÓN: 000250H
La figura 3.5 muestra el diagrama de flujo de la
subrutina DISPLAYl.
¿¿ FUNCIÓN: Cargar en el pórtico P2 lo obtenido en la9
subrutina BARDIS1.
DATOS DE ENTRADA: Datos que se encuentran en las
localidades de memoria RAM 33H, 34H y 35K.
RESULTADOS: Entrega los datos ingresados por el teclado
(centenas, decenas y unidades) visualizados en los display.
REGISTROS QUE SE ALTERAN: Rl.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN: Ninguna.
122
fisr. 3.5 D l f l G R ñ H f l DE FLUJO DE SUBRUTIHfi DISPLíWi
c I N I C I O
Se in ic ia l izael puntero delretardo.
R0
Se in ic ía l izael puntero delas localida-des de nenoriaBJL •* tt33ll
Se incrementa
Rl
P2-<
Se incrertenta
Bi
P2
Se incrementa.
RJ
NO
P2 (?H1
P2códigodel tipocontrol
Se decrenenta
R0
123
3.3.4. SUBRUTINA: BCDAHEX DIRECCIÓN: 000273H
La figura 3.6 muestra el diagrama de flujo de la
subrutina BCDAHEX.
FUNCIÓN: Convertir el contenido del dato decimal ingresado
por teclado a las localidades de memoria RAM 30H (centenas),
31H (decenas) y 32H (unidades), a su equivalente
hexadecimal.
DATOS DE ENTRADA: Datos de las localidades de memoria RAM
30H, 31H y 32H.
RESULTADOS: Código hexadecimal donde los bits más
significativos se encuentran en el registro R3 y los bits
menos significativos en el registro R4.
REGISTROS QUE SE ALTERAN: RO, R3, R4, R5, R7 y A.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN: Ninguna.
124
Fig. 3.6 DIAGRAMA DE FLUJO BCDAHEX
INICIO J
MOV R3, * eertou Re, * ziMOV A, eMOU R7, A
t
INC R0HOÜ A,8 R0MOU RÍ, A
MOU R4r AADD A, *eAMOU A, R4
INCHOV A, eMOU R4, A
INC B0NOU A,g ReADD AI R4HOU R4, A
125
Fig. 3.6 DIAGRflHft DE FLUJO DE SUBRUIINA BCMHEX (continuación)
O
HOU R4, AfíDD ñ,MOV ft, R4
1HC R«HOU ft, P R8HW R7, A
HOU R5, AADD A r t.MOU A, R5
12G
3.3.5. SUBRUTINA: GUARDATO DIRECCIÓN: 0002D3H
La figura 3.7 muesbra el diagrama de flujo de la
subrutina GUARDATO.
FUNCIÓN: Almacenar el valor de cada constante ingresada
desde el teclado, en código hexadecimal a partir de la
localidad de memoria RAM 371-1, cada constante requiere dos
localidades de memoria.
DATOS DE ENTRADA: Resultados de la subrutina BCDAHEX, es
decir, los datos en código hexadecimal almacenados en los
registros R3 y R4.
RESULTADOS:
Constante
PrimeraSegundaTerceraCuarta
Localidades de memoria RAM
37H y 38H39H y 3AH3BH y 3CH3DH y 3EH •
•REGISTROS QUE SE ALTERAN: RO, Rl y A.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN: Ninguna
128
*
Fig. 3.7 DIAGRAMA DE FLUJO DE SUBRUTIHA GUAHTAW)
C INICIO
Se incial ixael puntero.
RÍ4—S36H
Se carga elpuntero de la
HAN
4- A
A «— R3
PRO 4— A
Se incrementa
A ^ R4
4- A
Se increwenta
Rfi
Alnacena elpuntero de laMenoría RAM
eni 4- A
RETJ
129
3.3.6. SUBRUTINA:' PID DIRECCIÓN: 0002E9H
La figura 3.8 muestra el diagrama de flujo de la
subrutina PID.
FUNCIÓN : Obtener el valor de la señal de control en función
del error actual, errores anteriores, valor de la variable
de control anterior y valores de las constantes K p , Kd y Ki.
DATOS DE ENTRADA: Coeficientes de los términos de la
ecuación :
u(K)=m(K~l)+(Kp+Kd/T+KiT/i ) *e ( K ) + ( KiT/2-Kp-2Kd/T ) *e (K-l)+
+(Kd/T)*e(K-2)
Donde :
(Kp+Kd/T+KiT/2)/OAH = TERR Localidad de la memoria RAM 4BH
(KiT/2-Kp~2Kd/T)/OAH = TER3T Localidad de la memoria RAM 4DH
(Kd/T)/OAH = KDT Localidad de la memoria RAM 48H
u(K) = MK
u(K-l) = M(K-l)
Además el valor de salida de la planta se almacena en
la localidad de memoria RAM 47H (TC) y el valor de
referencia que se encuentra almacenada en la localidad de
memoria RAM 4-1H ( REF ) .
T
Fig. 3.8 DIflGWWfl DE FLUJO DE U) SUBRUTINfl PID
(I N I C I O
Se llawa a lasubrutinaENTRADA.
HO
Cl«- fllBHSe saca el COM-plewento 2 delvalor del error
Se multiplicael coeficientedel termno 2por el valorael error.
Se Multiplicasu coeficientedel termno 3por el valorE(K-I)
Se nultiplicael coeficientedel termno 4por el valor detXK-Z)
0131
3.8 DIf tGRAMñ DE FLUJO BE SUBBUIIHn PiD (continuación)
©i
0 HCK) =
fe)
0-0
KD
©1M(K) -
132
í°t©
133
. 3.8 DlftGHfmfl BE.FLUJO DE LA SÜBHUIIMft PID (continuación)
©-i
3 H
©j
- H(K-l)-aE(K)+bE(K-i)-cEtK-2)
H(K) -
' '
wx
M(JÍ) = M(K-i)-aE(K)-bEÍK-l)-cE(K-2)
<D
-0r©
r0
L©
s134
Fig- 3.8 DIAGRAMA DE FLUJO DE SUBRUT1NA PID (continuación}
Be 11 ana a las^uforu tí naSALIDA.
M<K-JL>C<K-2>E<K-JL>
C3C2
-*- MCIO•^t — Eí K*-JLJH|- E < H >1- C2
-«- Cl
Hay unatecl a
preci onada
NO
INICIO
135
RESULTADO: Una vez realizadas las operaciones necesarias se
obtiene el valor de la señal de control u(K) la cual se
almacena en la localidad de memoria RAM 45H (MK}. Ya
obtenido este valor se lo carga en el pórtico Pl y se
verifica si no se quiere cambiar el valor de la referencia.
REGISTROS QUE SE ALTERAN: A, B, R2, R3.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN : ENTRADA, SALIDA , ESTP3,
ALARMAS, ALARMA1, ALARMA4.
3.3.7. SUBRUTINA : ENTRADA DIRECCIÓN: 00057CH
La figura 3.9 muestra el diagrama de Elujo se la
subrutina ENTRADA.
FUNCIÓN: Realizar la lectura de la salida de la planta. El
dato pasa a través del conversor A/D e ingresa por el
pórtico PO . El control del conversox A/D se. lo realiza a
partir de los pines P3.6 y P3.5 del pórtico 3. El pin P3.6
se encarga de darle el pulso adecuado al START del conversor
A/D (PIN 6}. El P3.5 espera que el conversor A/D le de la
señal de haber terminado la conversión a través del EOC (PIN
7) esto es al colocarse en el nivel lógico alto. En este
136
Fig. 3.9 DIfiGRflMA DE FLUJO DE SÜBHUTIHft EHIHftDn
C INICIO ")
conversión de la
señal de entrada
análoga a digital
lectura del
dato digital
transformacionesde código hexade-cinal a códigoBCI) subrutinaHEXflBCD.
Becodificaion en
centennas, decenas, y uni-dades del dato para que seencuentre el display corres-pondiente subrutina BfiRDISS
Barrido de los
display.
Subrutina display 1Subrutina disvlay 2Retardo para obtenerT deseado
__
137
momento se ingresa el dato digital a la localidad de memoria
RAM 47H (TC). Este dato es convertido a su correspondiente
valor BCD y multiplicado por 2.
Además la subrutina se encarga de presentar el valor de
la referencia y el valor de la salida de la planta en los0
displays, y por último realiza el retardo necesario para
obtener el período de nmestreo deseado.
DATOS DE ENTRADA: El valor almacenado en la localidad de
memoria RAM TABLA (3EH}.
RESULTADOS: Obtenemos el valor de la salida de la planta
£ con lo cual se puede calcular el error y además se visualiza
el valor de la referencia y el valor de la salida de planta.
REGISTROS QUE SE ALTERAN: RO.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN: HEXABCD, BARDIS2, DISPLAY1,
DISPLAY2.
t3.3.8. SUBRUTINA : SALIDA DIRECCIÓN: 0005F5H
La figura 3.10 muestra el diagrama de flujo de la
subrutina SALIDA.
138
Fig. 3.10 D I A G R A M A DE FLUJO DE SUBRUT1IÍA SflLIDft
( IH1CIO
1 •
Se carga el pór-tico de salidaFI con e.l valorde la variablede control ,
1 •
Se transí orna eldato digital quese tiene en elpórtico PJ. a unaseñal análoga.
Fig. 3.U DinGRflMfl DE FLUJO DE Lfl SUIÍRUTlIlfl BLfiMCO
139
FUNCIÓN: Cargar en el pórtico Pl el valor de la señal de
control que se encuentra en la localidad de memoria RAM 45H
(MK) la misma que se obtiene como resultado de la subrutina
de control. A su vez esta subrutina realiza el control del
conversor D/A a través del pin P3.7, esto es, una vez que
se tiene el valor cargado en el pórtico Pl.se le da un pulso
al B1/B2 (PIN 3) del conversor D/A de tal forma que el
elemento inicia la conversión, una vez terminada la
conversión carga a la salida el valor correspondiente y
mantiene este valor hasta que se realice otra conversión.
DATOS DE ENTRADA: El valor de la seual de control (UK) .
RESULTADOS: Actualización del valor de la señal de control.
REGISTROS QUE SE ALTERAN: RO
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN: Ninguna.
3.3.9. SUBRUTINA : BLANCO DIRECCIÓN: 000224H
La figura 3.11 muestra el diagrama de flujo de la
subrutina BLANCO.
1.40
FUNCIÓN: Cargar el código de alarma cero, es decir, estado
normal del sistema.
DATOS DE ENTRADA: Ninguno.
RESULTADOS: Se carga el pórtico P2 con el número
hexadecimal CO con lo cual el decodificador enciende el
display de alarma con el número cero.
REGISTROS QUE SE ALTERAN: Ninguno.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN : Ninguna.
3.3.10. SUBRUTINA: BARDIS2 DIRECCIÓN: 00023DH
La figura 3.12 muestra el diagrama de flujo de la
subrutina BARDIS .
PUNCIÓN : Colocar en los bitV , bit 6 y bit 5 los valores
lógicos adecuados de tal forma que se codifique el display
correspondiente (centenas, decenas, o unidades de salida).
DATOS DE ENTRADA: Datos que se encuentran en las
localidades de memoria RAM 57H, 58H y 59H. Estos datos
141
Fiar- 3.12 DIAGRAMA DE FLUJO PE SUBRUHNA BARDIS2
INICIOJ
A «— »58H 0
A OH P57H A OH P59H
Fig. 3.12 DIAGRAMA DE FLUJO DE SUBRUTINA BflRDISZ
INICIO
A OR P57H
cargaP57H -4— el
resultado
A 4— ttBBH
A OH P58H
carga358H -4— el
resultado
A 4— f 9BH
0
A OR &9H
carga059H 4— el
resultado
0
142
Fig. 3.13 DIAGRAHA DE FLUJO DE SUBRUTIHft DISFLAY2
r IHICIO j
Se inicializael puntero deretardo.
R04— HFFH
MO
P2 -4—P57H
P2 -<- P58H
P2 ^—
Se decrerwnta
Rfl
144
planba (centenas, decenas y unidades) visualizados en los
displays de salida.
REGISTROS QUE SE ALTERAN: RO
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN: Ninguna.
* 3.3.12. SUBRUTINA : DIVREF DIRECCIÓN: 0002EOH
La figura 3.14 muestra el diagrama de flujo de la
subrutina DIVREF.
FUNCIÓN: Debido a que se trabaja únicamente con 8 bits y se
quiere temperaturas de hasta 510 grados centígrados se
& divide para dos lo que tiene en la localidad de memoria RAM
33FH y 40H.
DATOS DE ENTRADA: Datos que se encuentran en las localidades
de memoria RAM 3FH y 40H.
RESULTADOS: Se Obtiene la referencia dividida para dos
/¿ almacenada en la localidad de memoria RAM 41H.9
REGISTROS QUE SE ALTERAN: A, RO.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN: Ninguna.
145
Fig. 3.14 DIftGRAMA DE FLUJO DE SUBRUIINA DIFREF
INICIOJ
OEAR C
PR0
Se desplaza ala derecha con
fl.
— A
Se increnenta
m
Se desplaza ala derecha concarry A.
RRC A
Se incrementa
m
RET
146
3.3.13. SUBRUTINA: HEXABCD DIRECCIÓN: 0004F2H
La figura 3.15 muestra el diagrama de flujo de la
subrutina HEXABCD.
FUNCIÓN: Convertir el dato hexadecirnal ingresado por el
conversor A/D proveniente de la señal de salida de la planta
a su equivalente en el código BCD multiplicado por dos.
DATOS DE ENTRADA: Dato almacenado en la localidad de memoria
RAM 47H.
RESULTADO: Obtenemos en código BCD multiplicado por dos del
dato almacenado en la localidad de memoria RAM 47H.
REGISTROS QUE SE ALTERAN: A, Rl, R4, RO, R5.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN: Ninguna.
3.3.14. SUBRUTINA: ONOFF DIRECCIÓN: OOÜ645H.
La figura 3.16 muestra el diagrama de flujo de la
subrutina ONOFF.
147
Fig- 3.15 DlftOnftMft DE FLUJO DE SUBnUTIHft HEX OBCD
INICIO
1 t
Se carga losdatos; y se Mul-tiplica por dos
ft •« £4711
i i
Se transForMa aBCD el nuMero decentenas y se al—Macena en la lo-calidad e57ll.
''
Se transforwa aBCD el numero dedecenas y se al—wacena en la lo-calidad P5BII
i '
Se transforma aBCD el numero deunidades a se al -nacen a en la lo-cal idad P59II
RET
Fig. 3.16 DIAGRAMA DE FLUJO SUBRUTIHA OHOFF
INICIO
k
1 •
Se llana ala subrurinaENTRADA.
' •
Se calculael error EOO
NO
La variable decontrol H(K)tona el naxinovalorM(K> - *FF!«ON)
La variable decontrol M(K) tonael Hini»o valor
M(K) = «90H (OFF)
Llana a lasubrutinaSALIDA.
Hay unatecla
presionada
t149
FUNCIÓN: Realiza el control ON/OFF es decir:
Si e(K) >0 u(K) ON
Si e(K) <0 u(K) OFF
Además se le añade un valor de histéresis que se recomienda«
sea de 0.5% al 2% del valor .máximo de la salida de la
planta.
Esta subrutina se encarga también de calcular el valor
de error y verifica si no se quiere cambiar el valor de la
referencia.
9 DATOS DE ENTRADA: El valor de la referencia que se encuentra
en las localidades de memoria RAM 39H y 3AH y el valor de la
histéresis que se encuentra almacenada en la localidad de
memoria RAM 38H.
RESULTADOS: Se obtiene el valor de la señal de control que
se almacena en la localidad de memoria RAM 45H (MK).
9REGISTROS QUE SE ALTERAN: A
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN: ENTRADA, ESTP3, SALIDA.
150
8
3.3.15. SUBRUTINA : PROPOR DIRECCIÓN: 00060EH
•
La figura 3.17 muestra el diagrama de flujo de la
subrubina PROPOR.
FUNCIÓN: Realisar el control proporcional, es decir : u(K)
=Kp e(K), multiplicar al valor del error por una constante
Kp (constante proporcional) con lo cual se obtiene el valor
de la señal de control. Esta subrutina se encarga también de
calcular el valor del error y verifica si no quiere cambiar
el valor de la referencia .
DATOS DE ENTRADA: El valor de la constante Kp que se
encuentra en la localidad de memoria RAM 38H (KP).
RESULTADO: Se obtiene el valor de la señal de control y se
lo almacena en la localidad e memoria RAM 45H (MK).
REGISTROS QUE SE ALTERAN: A,B.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN : ENTRADA, SALIDA , ESTP3.
151
Fig. 3.17 DIflGRrtHA 1>E FLUJO DE SUBRUIINA FROPOR
( ' i N I C I O J
Se llana a lasubrutinaENTRAD.
Se calcula elvalor del error.
SISe carga lavariable de con-trol el Menorvalor.
Se Multiplica KPpor el valor delerror obteniendoel valor de la variable de control
SISe carga la va-riable de controlcon el Menor va-lor HK = FFH
Se llana a lasubrutinaSALIDA.
Hay unatecja
precionada
3.3.16. SUBRUTINA : ALARMAl DIRECCIÓN: 00053EH
La figura 3.18 muestra el diagrama de flujo de la
subrutina ALARMAl.
FUNCIÓN: Cargar el código de alarma uno, es decir, variable/w
de control negativa.
DATOS DE ENTRADA: Ninguno.
RESULTADOS: Carga el pórtico P2 con el número hexadecimal
Cl con lo cual el decodificador enciende el display de
alarma con el número uno.
$
REGISTROS QUE SE ALTERAN: Ninguno.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN : Ninguna.
3.3.17. SUBRUTINA : ALARMA2 DIRECCIÓN: 000561H
'm I,a figura 3.19 muestra el diagrama de flujo de la
subrutina ALARMA2.
FUNCIÓN: Cargar el código de alarma tres, es decir,
153
sobreflujo en las operaciones.
DATOS DE ENTRADA: Ninguno.
RESULTADOS: Se carga el pórtico P2 con el número
hexadecimal C3 con lo cual el decodificador enciende el
^ display de alarma con el número tres.
REGISTROS QUE SE ALTERAN: Ninguno.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN : Ninguna.
3.3.18. SUBRUTINA : ALARMA3 DIRECCIÓN: 000566H
$
La figura 3.20 muestra el diagrama de flujo de la
subrutina ALARMA3.
FUNCIÓN: Cargar el código de alarma tres, es decir,
sobreflujo en operaciones.
'0 DATOS DE ENTRADA: Ninguno.
RESULTADOS: Carga el pórtico P2 con el número hexadecimal
C3 con lo cual el decodificador enciende el display de
alarma con el número tres y el microcontrolador detiene el
proceso.
REGISTROS QUE SE ALTERAN: Ninguno.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN : Ninguna,i ^
3.3.19. SUBRUTINA : ALARMA4 DIRECCIÓN: 00056AH
La figura 3.21 muestra el diagrama de flujo de la
subrutina ALARMAD.
FUNCIÓN: Cargar el código de señalización cuatro, es decir,
Í-B- camb i o de referencia.
DATOS DE ENTRADA: Ninguno.
RESULTADOS: Se carga el pórtico P2 con el número
hexadecimal D4 con lo cual el decodificador enciende el
display de señalización con el número cuatro y el
A microcontrolador espera que se introduzca la nueva
referencia desde el teclado.
REGISTROS QUE SE ALTERAN: Ninguno.
155
>
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN : ESTP3.
3.3.20. SUBRUTIMA : ALARMA5 DIRECCIÓN: 000572H
La figura 3 . 22 muestra el diagrama de flujo de la
subrutina ALARMAS.
FUNCIÓN : Cargar el código de alarma dos, es decir, para el
control Gn-Off con histéresis fuera de rango.
DATOS DE ENTRADA: Ninguno.
RESULTADOS : Carga el pórtico P2 con el número hexadecirnal
C2 con lo cual el decod If icador enciende el display de
alarma con el número dos y el microcontrolador detiene el
proceso .
REGISTROS QUE SE ALTERAN: Ninguno.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN : Ninguna
156
3.3.21. SUBRUTINA : ALARMAS DIRECCIÓN: 000588H
La figura 3.23 muestra el diagcamn de flujo de la
íubrutina ALARMAS.
•FUNCIÓN: Cargar el código de alarma cuatro, es decir, señal
de salida fuera de rango .
DATOS DE ENTRADA: Ninguno.
RESULTADOS: Carga el pórtico P2 con el número hexadecimal
C4 con lo cual el decodificador enciende el display de
alarma con el número cuatro y el mierocontrolador detiene el
proceso.
REGISTROS QUE SE ALTERAN: Ninguno.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN : Ninguna.
157
<a
W j r* CO CS
CDo H
-
Fig. 3.19 DDIftGRArtA DE FLUJO DE ftLAfWA2
j
3.21 DinennnA DE FUÍJO
imcioh.
1
P2*— «8C3H
código de alama
Fig. 3.28 DIAGRAMA DE FLUJO DE ALARWA3
inicio
«0C3H
código de alarna
Fig. 3.22 DIAGRAMA DE FLUJO DE ALAÍWA5
c INICIO
F24— «9C2M
código de alarna
Fig. 3.H3 DIAGRAMA DE FLUJO ALORHA6
INICIO
1 '
P24—«9C4H
código de alarna
159
3.3.22. SUBRUTINA : MULTI DIRECCIÓN: 000664H
La figura 3.24 muestra el diagrama de flujo cíe la
subrutina MULTI.
FUNCIÓN: Multiplicar un número de dos bytes por un número de
un byte.
DATOS DE ENTRADA: El número de 2 bytes en las localidades de
memoria RAM RAUX2 (5FH) byte más significativo. El número de
1 byte en la localidad de memoria RAM RAUX4 (6011).
RESULTADOS: El valor obtenido del producto de la
^ multiplicación se almacena en las localidades de memoria RAM
RAUX2 (5FH) byte más significativo y RAUX3 (GQH) byte menos
significativo.
REGISTROS QUE SE ALTERAN: A y B.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN : Ninguna.
3.3.22. SUBRUTINA : DIVIDIR DIRECCIÓN: 000737H
La figura 3.25 muestra el diagrama de flujo de la
160
&9
subrutina DIVIDIR.
FUNCIÓN: Dividir un número cíe dos bytes para un nCunero de un
byte .
DATOS DE ENTRADA: El número de 2 bytes en las localidades de
memoria RAM RAUX2 (5FH) byte más significativo. El número de
1 byte en la localidad de memoria RAM RAUX4 (68H).
RESULTADOS: El valor obtenido de la división se almacena en
las localidades de memoria RAM RAUX2 (5FH) byte más
significativo y RAUX3 (60H) byte menos significativo.
m REGISTROS QUE SE ALTERAN: A y B.
OTRAS SUBRUTINAS QUE SE LLAMAN : Ninguna
161
Fisr. 3.24 DIAGRf lMf l DE FLUJO CE SUBnUTIHf t MUIJI
1 >
ÍH- MUX3B4- HfiUX4
Multipl icaciónde dos ñutierasde i hyte
fl X B
Se alahcena elresultado
RflUXS -1- BnftUX3 -4- ft(LSB)
fl X- HAUX2B -4- RftUX4
Multiplicaciónde dos nunerosde i byte
ft X B
Se alhacena elresultado en1MUX2 (MSB)
fl
)
162
Fiar. 3.25 Dlf tGRAHA DE FLUJO DE SUBRUTINA D I U J D 1 B .
c: INICIO
J n i o i a H z a c i o n
BAUXH -4- 081!Rf lUXL «- 0011
Se íncrenenta elnunero de dos bytesalnacenado en laslocalidades de HBHO-ría RftM SflUXH (73H)HSB y RHUXL (74H)LSBen una unidad.
Se alhacena
fl ^— RHUX3
HO
Se resta LSB:
El resultado sealanacena enRÍ11ÍX3*— A
Se resta el HSBJtflUX?. - BOBROH
BOHHOH tín la an-terior operación
El resultado sealhacena en
RftUXZ -4- fl
SI
Se decrehenta el nuwero dedos bytes alanacenado enlas localidades de nenoriaRñH RftüXH (73IDMSB y JíflUXL(74H)LSB en una unidad.
Se alhacena elresultado
HSBLSB
163
3.4. LISTADO DEL PROGRAMA.
CPU "8051. TBL"
MCS-51 INTERNAL REGISTERS
B:ACC:PSW:IPC:P3:IEC:P2 :SBUF:SCON:Pl:TH1 :THO:TL1:TLO:TMOD:TCON:PCON:DPH:DPL:SP:PO:
EQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQU
OFOHOEOHODOHOB8HOBOHOA8HOAOH99H98H90H8 OH8CH8BH8AH89H88H871183H82H81H80H
;B REGISTSR; ACCUMULATOR;PROGRAM STATUS WORD;INTERRUPT PRIORITY;PORT 3; INTERRUPT ENABLE;PORT 2;SEND BUFFER;SRIAL CONTROL; PORT1;TIMKR 1 HIGH;TIMER 0 HIGH;TIMER 1 LOW;TIHER 0 LOW;TIMER MODE;TIMER CONTROL; POWER CONTROL REGISTER;DATA POINTER HIGH;DATA POINTER LOW;STACK POINTER;PORT 0
;MCS~51 INTERNAD BIT ADDRESSES
C:AC:
FO:RS1:
RSO:
OV:P:PS :
PT1:PX1:
PTO:PXO:
EQUEQU
EQUEQU
EQU
EQUEQUEQU
EQUEQU
EQUEQU
OD7HOD6H
OD5HOD4H
OD3H
OD2HODOHOBCH
OBBHOBAH
OB9HOB8H
;CARRY FLAG;AUXILIARY-CARRY FLAG
;USER FLAG O;REGISTER SELECT MSB
;REGISTER SELECT LSB
;OVERFLOW FLAG;PARITY FLAG;PRIORITY SERIAL PORT
;PRIORITY TJ.MER 1;PRDIORITY EXTERNAL 1
;PRIORITY TIMER O;PRIORITY EXTERNAL O
16/1
EA: EQU OAFH /E 'NABLE ALL INTERRUPT
ES :ET1EX1ETOEXOSMOSM1SM2RENTB8RB8TI :RI :TF1TR1TFOTROI ElIT1IEOITO
POOP01P02P03P04POSP06P07
PÍOPllP12P13P14P15P16P17
P20P21P22P23P24P25
EQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQU
EQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQU
EQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQU
EQUEQUEQUEQUEQUEQU
OACHOABHOAAHOA9 HAÜ8H09FHÜ9EH09 DH09 CH09BH09AH099H09 8 HOBFH08EH08DH08CII08BH08AH08 9 HOÜÜH
080H08 1H08 2H083H08 4H085H086H08 7 H
09 OH091H092H09 3 H094H09 5H096H09 7 H
OAOHOA1HOA2HOA3HOA4HOA5H
; ENABLE SARTAL IMTERRUPT; ENABLE TTMER 1 INTERRUPT; ENABLE EXTERN AL 1 INTERR; ENABLE TIMER 0 INTERRUPT; ENABLE EXTERMAL 0 INTERR; SER I AL MODJS 0; SERIAL MODE 1; SERIAL MODE 2/SERIAL RECPTION ENABLE; TRANSMITT BIT 8;RECEIVE BIT 8;TUANSMIT INDTEREÍUPT FLAG/RECEIVE INTERRUPT FLAG;T1MER 1 OVISRFLOW FLAG;TIMER 1 RUN CONTROL BIT;TIMER 0 OVERFLOW FLAG;TIHER 0 RUN CONTROL BIT;EXT INTERR. 1 EDGE FLAG;EXT INTERR. 1 TYPE FLAG;EXT INTERR. 0 EDGE FLAG;EXT INTERR. 0 TYPE FLAG
; PÓRTICO 0 / PIN 0; PÓRTICO 0 / PIN 1; PÓRTICO 0 / PIN 2; PÓRTICO 0 / PIN 3; PÓRTICO 0 / PIN 4;PORTICO 0 / PIN 5; PÓRTICO 0 / PIN 6;PORTICO 0 / PIN 7
; PÓRTICO 1 / PIN 0; PÓRTICO 1 / PIN 1/PÓRTICO 1 / PIN 2/PÓRTICO 1 / PIN 3/PÓRTICO 1 / PIN 4/PÓRTICO 1 / PIN 5/PÓRTICO 1 / PIN 6/PÓRTICO 1 / PIN 7
/PÓRTICO 2 / PIN 0/PÓRTICO 2 / PIN 1/PÓRTICO 2 / PIN 2/PÓRTICO 2 / PIN 3/PÓRTICO 2 / PIN 4/PÓRTICO 2 / PIN 5
165
P26P27
P30P31P32P33P34P35P36P37
EQUEQU
EQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQU
OA6HOA7H
OBOHOB1HOB2HOB3HOB4HOB5HOB6HOB7H
; PÓRTICO; PÓRTICO
;PORTICO/PÓRTICO/PÓRTICO/PÓRTICO/PÓRTICO/PÓRTICO/PÓRTICO/PÓRTICO
2 /2 /
o /
3 /3 /3 /3 /3 /3 /3 /
PINPIN
PINPINPINPINPINPINPINPIN
67
01234567
;LOCALIDADES DE MEMORIA RAM UTILIZADAS EN EL PROGRAMA
MIS :KP:REFOO:KD:KIM:KI :TABLA:REFB:REFA:REF:EK :EK1;EK2:MK:MK1:TC:KDT:KIT2 :KDT2:TER2 :TER3:TER3T:Cl:C2:C3 :C4 :C5:TER2T:TER3TT:TER4T:C6:CENT :DECE:UNID:
EQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQU
37H38H39 H3AH3BH3CH3EH3FH4 OH41H42H43H44H45H46H47H48H49H4AH4BH4CH4DH4EH4FH501151H52H53H54H55H5 6 H.57H58H59 H
166
•
X
REFM :TI CON:T:RAUX:RAUX1:RAUX2:RAUX3 :KDTM:KITM:KIT2M:KDT2M:TER2M:TER3M;TER3TM:RAUX 4 :RAUX5:RAUX6 :TDIEZ:KPT2M:KPT2:TE2M:TI32:RAUX7RAUX8RAUX9RAUXMRAUXLRAUXPRAUXT
EQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQUEQU
5AH5BH5CH5 OH5EH5FII6 OH61H62H63H64H65H66H67H68H69H6AH6BII6CH6DH6EH6FH7 OH71H72H73H74H75H76H
PROGRAMA PRINCIPAL
NI CIO:
ORGCLRMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVLCALLMOVMOVMOVMOVMOVACALLACALL
0 0 0 0 HP37T7 ftOlHTICON,#OCOHRAUX1, ttOl'HRAUX7,ttOOHRAUX8, tfOOHRAUX9, ftOQHMK, ifOOHSALIDA .R6, ÍÍ05HRO, #36H@RO,ft37HRl, ¡Í30HRO, #02HBLANCOESTP3
167
ERROR:
ESPERAS
ESPERA2
ESPERA3
ESPERA4:
SIGA1:
SINC:
JCAJMPCJNEMOVDECDECACALLJCAJMPMOVINCACALLNOPJCACALLNOPJMC .DJWZMOVACALLNOPJCACALLACALLACALLACALLACALLJMCCJNEAJMPACALLJCMOVORLINCCJNEDECMOVDJNZMOVACALLMOVMOVADDJMZMOVCLRSUBBJNC
ERRORINICIOA, ÍJOEH, LECTURARO, D36I1@RO(OROESTP3ESPERASINICIOORÍ, ARlESTP3
ESPERA1ESTP3
ESPERA2RQ,ERRÜR@R1,AESTP3
ESPERA3BARDIS1BCDAHEXGUARDATODISPLAY1ESTP3ESPERA4A, ítOEH, SIGA1ERRORESTP3SIGA1A, ÜODOHA,TICONAR6rfl05H,SINCATI CON, AR6, INICIORO, D-3FHDIVREFA, TABLAT, TABLAA, IÍOOHSPID20A,REFCA,KPADE03
•160
ADE03
ADE02
SPID20
SIGP 4 :
NOPRO:
STIC01
STIC02
LJMPMOVMOVMOVMOVLCALLMOVACALLACALLJCMOVMOVMOVLCALLAJMPMOVADDCJNZMOVADDJNZCLRCLRMOVACALLMOVACALLACALLJCMOVMOVMOVLCALLAJMPMOVMOVADDJNZMOVMOVADDJNZMOVMOVMOVMOVNOPLCALLNOP
ALARMASREFM, ATICON, ftODSHA,REFRAUX,AONOFFMK, frQOHSALIDASSTP3ADE02RO, ÍÍ36H@RO, Ü3FHR67 ÍÍ01HALARMADIMICIOA,KDA, ftOOHNOPROA,K IA, jtüOHNOPROP36P37TI CON, ftODGHPROPORMK,ílOOHSALIDAESTP3SIGP4RO, ÍÍ36H@RO, ÍÍ3FHR6JÍ01HAL ARMA 4INICIOTI CON, IÍOD9HA,KDA7fíOOHSTIC01TICOM, ÍÍOD7HA7KIA, ÍIO OHSTIC02TI CON, !f OD8I!RAUX2,R33FOORAUX3,KDRAUX4,T
DIVIDIR
169
MOV KDTM/RAUX2MOV KDT,RAUX3MOV A,TMOV . B,TMUL ABMOV RAUX2,KIMMOV RAUX3,KIMOV RAUX4,AACALL MULTIMOV RAUX4,ft64HLCALL DIVIDIRMOV KIT2M7RAUX2MOV KIT2,RAUX3MOV RAUX2,REFOOMOV RAUX3,KDMOV RAUX4,tf02HACALL MULTIMOV KDT2M,RAUX2MOV KDT2.RAUX3MOV A,TMOV B,ttü2HMUL ABMOV RAUX4,AMOV RAUX2,HISMOV RAUX3,KPACALL MULTIMOV RAUX4,flOAHLCALL DIVIDIRMOV KPT2M,RAUX2MOV KPT2,RAUX3CLR CMOV A,KDT2ADD A;KPT2MOV TE2,AMOV A,KDT2M .ADDC A,KPT2MMOV TE2M7ACLR CMOV A7TE2ADD A.KIT2MOV TER2,AMOV A,TE2MADDC A/KIT2MMOV TER2M,AMOV A, TMOV B,ft02MMUL ABMOV TDIEZ,AMOV RAUX27TER2M
170
•
CALC1
SIGA3
MOVMOVNOPLCALLMOPMOVMOVMOVADDJZAJMPNOPMOVMOVMOVACALLMOVMOVCLUMOVADDMOVMOVADDCMOVCLRMOVSUBBMOVMOVSUBBMOVMOVJNCMOVCLRMOVSUBBMOVMOVSUBBMOVMOVMOVMOVNOPLCALLNOPMOV
RAUX3,TER2RAUX4,TDJE'Z
DIVIDIR
TER2M,RAUX2TER2,RAUX3A,TER?.MA, II O OHCALC1ALARMA2
RAUX2,KDT2MR A U X 3 , K D T 2R A U X 4 , ÍÍ02HMULTIT E R 3 M , R A U X 2T E R 3 , R A U X 3CA,TER3A , K P T 2T E R 3 7 AA/PER3MA , K P T 2 MT E R 3 M / ACA ; K I T 2A/PER3TER3T,AA , K I T 2 MA ; T E R 3 MTER3TM,AC4JÍ0011SIGA3C4 , H Ü 1 I ICA,TJER3A / K I T 2TER3T,AA , T E R 3 MA , K I T 2 MT E R 3 T M , AR A U X 2 , T E R 3 T MR A U X 3 7 T E R 3 TRAUX4,TDIEZ
D I V I D I R
TER3TM,RAUX2
171
•
CALC2 :
SIGPIDl:
/r
ESTP3 :
///BLANCO:
MOVMOVADDJZAJMPMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVCLRCLRACALLMOVACALLACALLJCMOVMOVMOVLCALLAJMP
SETBSETBSETBSETBSETBMOVCLRRLCCLRRLCCLRRLCCLRRLCSWAPRET
MOVRET
TER3T,RAUX3A,TER3TMA, tfOOHCALC2ALARMA2EK1, frOOHEK2,tfOOHMK, tfOOHMK17 flOOHClx tfüOHC2, tfOOHC3, ÍÍOOHC5, N O OHP36P37PIDMK, 110 OHSALIDAESTP3SIGPIDlRO, ft36H@RO, U3FHR6; ÍÍ01HALARMA4INICIO
SUBRUTINA ESTP3
P30P31P32P33P34A,P3CACACACAA
SUBRUTINA BLANCO
P2, ÍÍOCOH
iv:
r
r
BARDIS1:
r
r
BARDIS2 :
MOVMOVMOVORLMOVINCINCMOVORLMOVINCINCMOVORLMOVRET
MOVORLMOVMOVORLMOVMOVORLMOVRET
SUBRUTINA BARDI
RO, tf30HR1,Ü33HA, ffQOHA,@RO(§ R 1 , ARORlA, ftlOHA,@RO@R1,ARORlA, H40HA, @RO@R1, A
SUBRUTINA BARDI
A,tf5QHA, CENTCENT, AA,tf80HA,DECEDE CE, AA, ft90HA7UNIÜUNID, A
SI
S2
; SUBRUTINA DISPLAY1
DISPLAY1:VISUAL1:
/
MOVMOVMOVINCMOVINCMOVMOVDJNZRET
RO, tfOFFHRl, ft33HP2,(§R1RlP2, @R1RlP2,@R1P 2, TI CONRO, VISUAL1
SUBRUTINA DISPLAY2
DISPLAY2 MOV RO,#OFFH
173
V1SUAL2:
/r
BCDAHEX:
SALTO:SALT1:LAZO:
SALTO :LAZ01:
MOVMOVMOVMOVDONZRET
MOVMOVMOVMOVXRLJblZINCMOVMOVXRLJNZINCMOVMOVXRLAOMPAJMPMOVDECMOVXRLMOPMOPMOPozMOVADDMOVAJMPMOVDECMOVXRLJZMOVADDMOVJNCINCCLR
P 2, CENTP2,ÜECEP2,.UNIDP2, 1IOCOHRO, VI SU AL?.
SUBRUTINA BCDAHEX
R3,tfOQHROJO OHA7@ROR7,AA, í i O O l lSALTOROA,@ROR7,AA, UO O l lSALT1ROA,@ROR4,AA7 ítOOHCOMPARA1SALTOR4, ftOAHR7ArR7A, flOOH
SALT3A,R4A,ttOAHR4,ALAZOR47ÍI64HR7A/R7A, HOQHSALT4A,R4A, II64HR4,ALAZ01R3C
174
•
SALT4 :
LAZ02:
SALT7 :
SALT3;
COMPARA1:
;GUARDATO;
;DIVREF:
AJMPINCMOVMOVXRLJZMOVDECMOVXRLJZMOVADDMOVAJMPMOVADDMOVJNCINCCLRINCMOVADDMOVCLRCLRRET
MOVMOVMOVMOVMOVINCMOVMOVINCMOVMOVRET
CLRMOVRRC
LAZ01ROA, @ROR7,AA, fíOOHSALT3R5, ifOAHR7A; R7
A, itOOHSALT7A,R5A, flOAHR5,ALAZ02A,R5A,R4R4, ASALT3R3CROA, @ROA , R 4R4, ACA
SUBRUTINA GUARDATO
Rl, í(36HA, @R1RO, AA, R3@RO,AROA,R4@RO, AROA,RO@R1, A
SUBRUTINA DIVREF
CA, (§ROA
175
/
/
PID:
SIGA2:
SPID1:
SIGA4 :
SPID2:
SIGAS :
INCMOVRRCINCMOVRET
ACALLMOVCLR 'SUBBMOVMOVJNCMOVMOVGPLAÜDMOVMOVMOVMULMOVMOVADDJNZAJMPACALLMOVMOVMOVMULMOVMOVADDJNZAJMPACALLMOVMOVMOVMULMOVMOVADDJZACALL
ROA,@ROARO@RO,A
GUBRUTLMA PID
ENTRADAA,R£FCA,TCEK, ACl, ÍÍOOHSIGA2Cl, flOlHA,EKAA, H01HEK,AA,EKOFOH,TER2ABTER2T, AA, OFOHA, ftOOHSPID1SIGA4AL ARMA 3TER2T, ttOFFHA,TER3TOFOH,EK1ABTER3TT, AA, OFOHA, ffO OlíSPID2SIGA5ALARMA3TER3TT, ftOFFHA,KDTOFOH,EK2ABTER4T, AA, OFOHA, ííOOHSIGA6ALARMAS
176
SIGA6
SIGA7
SIGAS
SPID3
OP1:
ADEL2OP2 :
MOV TER4T, tiOFFHMOV A,C4RRC AJNC SIGA7AJMP OPERMOV A,C3RRC AJNC SIGASAJMP OP5G78MOV A,C2RRC AJNC SPID3AJMP OP34MOV A,C1RRC AJNC OP1AJMP OP2MOV A,MK1CLR CADD A,TER2TMOV R2,ACLR ARLC AMOV C5,AMOV . A,R2ADD A,TER3TTMOV R2,ACLR AADDC A,C5MOV C5,ACLR CMOV A,R2ADD A,TER4TMOV R2 , AMOV A,C5ADDC A,ttOOHJZ ADEL2MOV R2, fíOFFHAJMP CONTROLMOV A,MK1CLR CADD A,TER3TTMOV R2,ACLR ARLC AMOV C5, AMOV A,R2y\DD A, TER4TMOV R2,A
177
SIGAS:
ADEL3:OP34 :
OP3 :
ADEL4:OP4 :
CLRADDCMOVCLRMOVSUBBMOVMOVÍÍUBBJWCAJMPJZMOVAJMPMOVRRCJMCAJMPMOVCLRADDMOVCLRRLCMOVMOVADDMOVCLRADDCMOVCLRMOVSUBBMOVMOVSUBBJNCAJMPJZMOVAJMPMOVCLRADDMOVCLRRLCMOV
AA,C5C5,ACA,R2A,TER2TR2,AA,C5A, JtOOHSIGA9ALARMA1ADEL3
CONTROLA,C1AOP3OP4A,MK1CA,TER2TR2, AAAG57AA,R2A,TER4TR27 AAA,C5C5,ACA,R2A; TER3TTR2, AA,C5A, ft-OOHSIGA10ALARMA1ADEL4R2, KOFFHCONTROLA7MK1CA7TER4TR2,AAAC5, A
178
SIGA11
ADEL5:OP5678
SPI06:
.OP5:
U
SUBBJNCAJMPJZMOVAJMPMOVRRCJNCAJMPMOVRRCJNCAJMPMOVCLRADDMOVCLR
A, CSSIGA11ALARMA1ADELSR2, JíOFFHCONTROLA,C2ASPIDGOP78A,C1AOP5OPÍSA, MK1CA,TER2TR2,AA
SIGA11
ADEL5:OP5678
SPID6:
OP5:
SIGA12
ADEL1:
MOVADDMOVCLRRLCMOVMOVCLRSUBBMOVMOVSUBBJMCAJMPJZMOVAJMPMOVRRCJNCAJMPMOVRRCJMCAJMPMOVCLRADDMOVCLRRLCMOVMOVADDMOVCLRADDCMOVCLRMOVSUBBMOVMOVSUBBJMCAJMI?JZMOVAJMP
A,TER2TA,TER3TTR3, AAAC6,AA,R2CA,R3R2, AA,C5A,C6S1GA11ALARMA1ADEL5R2, ífOFFHCONTROLA,C2ASPID6OP73A,C1AOP5OP6A, MK1CA,TER2TR2> AAA
Á,TER3TTR2,AAA, C5C5; AC
A,C5A7 ftÜOHSIGA12ALARMA1ADEL1R2, ftOFFHCONTROL
179
OP6 :
SIGA13
ADEL6:OP78 :
OP7 :
MOVCLRADDMOVCLRRLCMOVMOVADDMOVCLRRLCMOVMOVCLRSUBBMOVMOVSUBBJNCAJMPJZMOVAJMPMOVRRCJNCAJMPMOVCLRADDMOVCLRRLCMOVMOVADDMOVCLRRÍ.CMOVMOVCLRSUBBMOVMOVSUBBJNCAJMP
A,MK1CA/TER3TTR2,AAAC5,AA,TER2TA, TER4TR3,AAACS, AA,R2CA7R3R2,AA,C5A,C6SIGA13ALARMAlADEL6R2, HOFFHCONTROLA,C1AOP7
. OP8A,MK1CA,TER2TR2,A.AAC5, AA,TER4TA,TER3TTR3,AAAC6, AA,R2CA,R3R2, AA, C5A, C6SIGA14ALARMAl
180
SIGA14:
ADEL7:OP8 :
SIGA15:
A.DEL 8 :OPER:
SPID8:
SIGÁIS:OPE12:
SIGA17:OPE7856
JZMOVAJMPMOVCLRADDMOVCLRRLCMOVMOVADDMOVMOVADDCMOVCLRMOVSUBBMOVCLRRLCMOVCLRSUBBJNCAJMPJZMOVAJMPMOVRRC,JCMOVRRCJNCAJMPMOVRRCJNCAJMPAJMPMOVRRCJNCAJMPAJMPMOVRRC
ADEL7R2, fiüFFHCONTROLA,TER2TCA,TER3TTR3, AAAC5rAA,R3A,TER4TR3, AA,C5A, flDOHC5,ACA,MK1A,R3R2,AAAC6, ACA, C5SIGÁISALARMAlADEL8R2, líOFFHCONTROLA, C3AOPE7856A,C2ASPID8OPE12A,C1ASIGA16OP4OP3A,C1ASIGA17OP2OP1A,C2A
181
SPID9 :OPE56 :
SIGA18 :CONTROL :
ADELANTE:/r
HEXABCD:
RESTA:
SIG1:
JCMOVRRCJNCAJMPAJMPMOVRRCJMCAJMPAJMPMOVMOVACALLMOVMOVMOVMOVACALLJCAJMPRET
MOVCLRRLCMOVCLRRLCMOVMOVCLRMOVMOVSUBBMOVMOVSUBBMOVJCINCAJMPMOVADDMOVCLRMOV
OPE56A,C1ASPID9OP8OP7A,C1ASIGÁISOP6OP5MK1,MKMK,R2SALIDAEK2;EK1C3,C2EK1,EKC2,C1ESTP3ADELANTEpro
SUBRUTINA HEXABCD
A,TCCARl, AAAR4,A ,R0f ft64HCR5, ftOOHA,R1A,RORl, AA,R^A,ffOOHR4 f AS1G1R5RESTAA,R1A,ROCENT, R 5CR5, ftüOH
182
•
UJ5STA1 :
SIG2 :
SIG3 :
SIG4 :
/
ALARMA1 :
/
ALARMA2 :
/ ' "
SUBEJCI N CAJMPADDMOVCLRMOVSUBBJMCCLRMOVS U B BI N CM O VMOVMOVCLRSUBBJNCCLRMOVSUBBI N CMOVRET
MOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVCLRCLRAJMP
MOVAJMP
I A , l í O A I ISIG2R5RES TAIA, JíOAHU N I D , ACA, «0911A , R 5SIG3CA,R5A, ÜOAHCENTDECE, ADECE,R5A, ft09HCA, UN IDSIG4CA, U N I DA, l íÜAiíDlüCfíU N I D , A
S U B R U T I N A ALARMA1
P27 f tOClHH!K1, f f O O I IE K 2 , í f O O HM K . í l O O HMK1, ftOOHR 2 , H O O I ÍC l 7 í f - O O HC 2 J Í O O HC3, ff-OOHC5, í f O O HP36P37CONTROL
S U B R U T I N A ALARMA2
P2, ÍÍÜC3HALARMA.2
S U B R U T I N A ALARMAS
183
e
ADDCMOVMOVDJNZ
A, ífOOHRAUX7,ARÜ,RAUX1RO,ADENTRA
;RAUX7=MSB
184
MOVMOVMOVNOPCLRMOVRRCMOVMOVRRCMOVNOPMOVMOVMOVACALLACALLMOV
DENTRA: MOVMOVADDMOVozMOV
ERI2: MOVMOV
ERI1: MOVACALLACALLMOVDJNZMOVDJNZMOVRET
RAUX2,RAUX7.RAUX3,RAUX8RAUX4,H02H
CA, RAUX2ARAUX2, AA,RAUX3ARAUX3, A
TC,RAUX3RAUX7, HOOHRAUX8,iíOÜHHEXABCDBARDIS2R07 ft02HRAUXl^ROA, TABLAAf ftOOHRO, ttOLHPER12RO, TABLARAUXP,RORO, ÍÍOBHRAUXT/RÜDISPLAY1DISPLAY2RO,RAUXTRO,PERI1RO.RAUXPRO,PERI2TC,RAUX9
•
SUBRUTINA SALIDA1SALIDA:
SALM20 :
RETRA1 :
MOVMOVCLRSUBBJNCMOVSETBMOVNOPNOPNOP
CUKtT
P 1 , M KA , M KCA, tfl4HSALM20p 1 H 1 A Htr o. , tt -L d ri
P37R O , liOFFH
p^TeT1
DJNZCLRRET
RO,RETRA1P3V
• SUBRUTIMA PROPOR
PROPOR: ACALLMOVCLRSUBBMOVMOVJMCMOVMOVCPLADDMOVMOVAJMP
SIGP1: MOVMOV1-1 U LMOVMOVADDJZMOV
SIGP2: ACALLACALLJCAJMP
SPID10: RET
ENTRADAA,REFCA,TCEK, ACl, IIOOHSIGP1Cl r ftOlIIA7EKAA, »01HEK, AMK, ííOOHS1GP2A, EKB,KPABMK , AA, BA, ft 001.1SIGP2MK, ifOFFHSALIDAESTP3SPID10PROPOR
; SUBRUTINA OWOFF
ONOFF: ACALLMOVCLRSUBBMOVMOVMOVJNCMOVMOVMOV
ADE01: ACALLLCALL
ENTRADAA,RAUXCA,TCMK, ÜQFOHA, REFRAUX,AADE01MK, (Í16HA,REFMRAUX, ASALIDAESTP3
186
;
MULTI :
MSALT1:
MSALT2:
;DIVIDIR:
SIGDIV:
JHCRET
MOVMOVMULMOVMOVMOVMOVMULMOVMOVADDJZAJMPMOVMOVADDMOVJNCAJMPMOPRETORG
MOPMOVMOVMOVADDMOVMOVADDCMOVCLRMOVSUBBMOVMOVSUBBMOVJNCCLRMOV
GNOFF
SUBRUTINA MULTI
A,RAUX3B, RAUX4AB p;-r f 0RAUX5,BRAUX3, AA,RAUX28,RAUX4ABRAUX2,AA,BA, flOOHMSALT1ALARMA2A.RAUX5Af RAUX5A,RAUX2RAUX2, AMSAI.T2ALARMA2
073711
8UBRUTINA DIVIDIR
RAUXM, ifOOHRAUXL, ftOOHA, RAUXLAJÍ01HRAUXL , AA, RAUXMA, IÍOOHRAUXM, ACA,RAUX3A,RAUX^1RAUX3, AA,RAUX2A, ftOOHRAUX2, ASIGDIVCA, RAUXL
HVT 187
MOVRETE M D
RAUX2,A
188
*
CAPITULO IV
4.1. Esquema Mecánico.
4.2. Pruebas Realizadas y Resultados obtenidos
4.3. Análisis de Costo.
4.4. Conclusiones y Recomendaciones.
4.1. ESQUEMA MECÁNICO.
El esquema mecánico esta constituido por doís cajas que
contienen los módulos de control y actuado): transcluctor, la
disposición física de las tarjetas electrónicas que
const ituyen los respectivos módulos y el horno eléctrico que
se emplea como planta para realizar IBS pruebas.
En la figura 4.1 se observa la caja que constituye el
módulo de control con sus respectivas dimensiones,
adición al mente se tiene que el peso de este rnó dulo es de 3.2
Kq aproximadamente.
En la figura 4.2 se observa la caja que consti tuye el
módulo actúador transductor con sus respectivas d imens iones,
aciicionalmente se tiene que el peso de este módulo es de 1.6
Kg aproximadamente.
En la figura 4.3 se observa una fotografía del horno
empleado en las pruebas. Las d imens iones de este horno
eléctrico son:
- Longitud 37cm.
- Altura 19.5cm.
- Ancho 20.5cm.
- Peso 1.8 Kg. (aproximado)
En la figura 4.4 se observa una fotografíci de la parte
del módulo de control en su forma global.
190
-42.0cm-
-25.0cr
euo
CMco
Euoo
eoo
ESCALA: N.T.E. ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Controlador Industrial Programable
Dibujado por: Humberto Guardaras
Módulo de Control
Ingeniería Eléctrica Fecha: 1990/06 Fig.4.1.
191
-24cm-
uLO
£ooC\
ESCALA: N.T.E ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Controlador Industrial Programable
HTALIK3 U li—iM1—.MV
Dibujado por: Humberto Guardaras
Módulo Actuador - Transductor
Ingeniería Eléctrica Fecha: 1990/06 Fig. 4.2.
192
Fig. 4.3. Fotografía del Horno
Fig. 4.4. Módulo de Control
193
En la figura 4.5 se observa una fotografía de la
disposición física de las tarjetas electrónicas en el módulo
de control, en esta se aprecia el os tarjetas, la que se
encuentra a la derecha es la tarjeta que contiene básicamente
el módulo de control, mientras que la tarjeta que se encuentra
a la izquierda contiene las fuentes de polarización.
En la figura 4.6 se observa una fotografía del panel
del módulo de control, con todos los elementos que lo
conforman .
En la figura 4.7 se observa una fot:ocjr*n?i clf- IR parte
posterior del módulo de control, en donde tenemos los puntos
de conexión del módulo.
En la figura 4.8 se observa una fotografía del módulo
actuador transductor, donde se puede distinguir el adaptador
de temperatura en la parte superior derecha . Adlcionalrnente
se observa los puntos de conexión del módulo.
En la figura 4.9 se observa una fotografía que mués tra la
disposición física de la tarjeta electrónica que constituye el
módulo actuador transductor.
•
Fig. 4.5. Tarjetas electrónicas del modulo de control
Fig. 4.6. Panel de control del módulo de control
195
Fig.4.7. Parte posterior del módulo de control
Ficj . 4 , 8 . Modulo actuados --t:r anñdnr.f:or
196
Flg . 4 . 9 . Tar je ta electrónica del módulo acbuador-bransduc tor
4.2. PRUEBAS REALIZADAS Y RESULTADOS OBTENIDOS.
Durante la construcción del prototipo se fueron
realizando las siguientes pruebas parciales.
Comprobar que el teclado esbá siendo debidamente
decod i f icado.
Comprobar el adecúa el o ingreso de la seííal análoga
proveniente del transductor verificando la conversión de
análogo a digiLal.
Comprobar la adecuada decodificación de los displays,
considerando una visual i zacIon aceptable de los datos
desplegados en los displays-
197
Comprobar una adecuada salida del valor cíe la serial de
control verificando la conversión de digital a análoga.
Verificar el adecuado funcionamiento de cada una de las
subrutinas que conforman el programa del rnicrocontrolador,
i ncluyendo las subrutinas de control. Para comprobar las
subrutinas de control se empleó una red RC que simule las
características cíe un sistema de primer orden.
Una vez terminada la construcción del aparato se
realizaron diversas pruebas de laboratorio; a continuación, se
presentan algunas de ellas.
4.2.1. Planta de Primer orden
Como planta de primer orden se empleó el circuito RC de
la figura 4.10, donde:
R = 40 Kilo ohmios
C = 100 uF
RA. A S,
40K
Vin .x-.r^ C VO
100uF
Fig. 4.10. Planta de primer orden
198
Vo(s)
Vi(s)= G(s) =
SRC -t- 1
TI = RC = 4 segundos, para esbe caso, se puede trabajar
con un per í odo de maestreo de 1 segando.
G(s1 0.25
4S+1 S -f- 0.25
Con realimentación unibaria, H(s) ~ 3.
El lugar geométrico de las raices se lo observa en la
figura 4.11 y la respuesta a una referencia de 200 unidades de
máquina, esto es, 4 voltios se encuentra en la figura 4.12.
"*•
-C3.2ST
Fig. 4.11. Lugar geométrico de las raices del sistema de
primer orden con reala mentación unitaria.
199
A la planta se le. anarlo una acción de control PI , por lo
tanto, se tiene:
Kiq j. ,
Ki Kp -S -í- Ki Kp
S S SGc(s) = Kp
Fig. 4.12. Respuesta del sistema cíe primer orden con
realimentación unitaria a una entrada escalón.
200
R ( s ) 4-Gc(s)
C C s )
Fig. 4.13. Diagrama de bloques del sistema compensado
' KpGl(s) - Gc(s) G(s) *
A
H(s) - 1
Se considera:
Kis + = S + O.25
Kp
KiS -i-
Kp
S ( S + 0.25)
= 0.25 por lo tanto -Gl(s) =Kp
O . 25Kp
S
El lugar geométrico de las raices de la planta con
compensación se observa en la figura 4.14, donde el polo en
lazo cerrado se desea en S = -1, aplicando la condición de
magnitud se obtlene:
- 1 p o r l o b a n t o Kp = 4 y Ki = 1
G ( s ) H ( s ) ] = 1
O . 25Kp
— *1
Partiendo de los valores calculados, se realizaron en el
laboratorio ajusbes/ dp ta] forma que se obtiene la respuesta
de la planta de primer orden con una compensación PI y una
20Ü
realimentación unitaria, para un Kp = 5 y un Ki = O.5 con un
período de maestreo de 1 segundo y una referencia de 200
unidades de máquina. Esto se observa en la figura 4.15.
De Gl(s) se observa que es un sistema tipo uno, la respuesta
está dada a una entrada escalón por lo hanho el error en
estado estable es cero.
JU
T
Fig. 4.14. L.G.R. de la planta de primer orden con acción de
control PI
Para la misma planta y con la misma acción de control se
obtuvo la respuesta del sistema a diferentes perturbaciones.
Una respuesta típica se observa en la figura 4.16.
•202
•
t
Fig. 4.15. Respuesta cíe la planta de primer orden con acción
de control PI a una entrada escalón
Fig. 4.16. Respuesta a perturbaciones de la planta de primer
orden con acción de control PI .
203
Corno última prueba para la planta de primer orden, se
aplica una acción de control ON-OFF, con la referencia de 4
voltios y una bis teresis de dos unidades, la respuesta
obtenida se observa en la fiqura 4.17.
íiíí
;J!2 •1.8, ! 2'fr i 30.'j
•
Fig. 4.17. Respuesta de la planta de primer orden con una
acción de control ON-OFF.
204
4.2.2. Planta de Segundo Orden
Como planta de segundo orden se empleó el circuito de la
figura 4.18.
Rl R2
20K
Vin
20K
Cl C2 Vo
Fig. 4.18 Planta de Segundo Orden
Se tiene que:
Vo(s ) 1G ( s ) = = :
V i ( s ) (R1C1S + 1) (R2C2S + D+R1C2S
V o ( s ) 1
V i ( s ) , (2S-I-1) ( 2 S + 1) + 2S
V o ( s ) 1G ( s ) = = ^
V i ( s ) 43 + 43 + 1 + 23
1G / \ _ _ _-.__.„_.__
( S ) - y4S + 63 + 1
0 . 2 5 0 . 2 5f~< ( r~ \ __ : _ _ _ _ _ , . — — • — , . — •— — — — — •—•
S2 -!- 1.5S + 0 . 2 5 (S + 0 . 1 9 ) (S + 1.31)
205
-~U±^_ - • ^ =-• ' I " "
Fig. 4.19 L.G.R, del sistema de segundo orden con
realimentación unitaria.' • : . I ' j : ' , - | i- / : • ' • . : . ' . : • ' <
; ; ' : : : ¡ : ¡ : : i ; ; ; t - : : ; • : ; : ; : ; ; : : = • !-I-
•t(t) '
•3
Ju
-1.3 -1 -0.2
•
Fig. 4.19 L.G.R. del sistema de segundo orden
realimentación unitaria.
con
Fiy. 4.20. Respuesta del sistema de segundo orden con
realimentación unitaria a una entrada escalón.
206
Con realimentación unitaria el lugar geométrico de las
ra ices se observa en la figura 4.19 y la respuesta con una
referencia de 200 unidades de máquina, esto es 4 voltios, se
observa en la figura 4.20.
Con una acción de control PID:
Ki— K n
Gl = Ge G
SKp + Ki + Kd S'__ — ____ ~ ______ — -
S
•h S
Gl = 0.25 Kd
Kp Ki
Kd Kd
S(S + 0 .19} (S-l-1. 31)
Ki ?
= S + 1.5S -f 0.25
•, haciendo
KpS + S
Kd Kd
Igualando :
Kp Ki= 1,5 y = 0.25
Kd Kd
El lugar geométrico de las raíces de la planta con
compensación es igual a la de figura 4.14, donde el polo en
lazo cerrado se desea en S - -1, aplicando la condición de
magnitud se obtiene:
G(s) H(s) = 1
0.25Kd= 1 por lo tanto Kd = 4
207
Reemplazando: Kp = 6 y Ki - 1
De acuerdo a la planta se trabaja con un período cíe
maestreo T = 1 segundo.
Partiendo de los valores calculados, se realizaron en el
laboratorio ajustes, de tal forma que se obtiene la respuesta
de la planta de segundo orden con una compensación PID y una
realimentación unitaria, para un Kp = 6, Kd = 0.1 y un Ki =' 2
con un período de rnuestreo de 1 segundo y una referencia de
200 unidades de máquina. Esto se observa en la figura 4,21.
Fig. 4.21. Respuesta del sistema de segundo orden con acción
de control PID a una entrada escalón.
208
•
Para la misma planta y con la misma acción de control se
obtuvo la respuesta del sistema con perturbación. La
respuesta se observa en la figura 4.22.
—4-
3-Ki
_ .
Fig. 4.22. Respuesta de la planta de segundo orden con acción
de control PID con perturbación.
Como última prueba para la planta de segundo orden, se
aplica una acción de control QN-OFF, con una referencia de 200
unidades de máquina, esto es 4 voltios y una histéresis de dos
unidades, la respuesta obtenida se observa en la figura 4.23.
209
• Fig. 4.23. Respuesta de la planta de segundo orden con
acción de control OH-OFF.
una
4.2.3. Horno eléctrico como planta
Como resultado de la modelación (apéndice D) realizada
210
sobre el horno se obtuvo la siguiente función de
transferenc i a:
1.7G(s) =
121.5 S + 1
Para este caso se puede trabajar con un periodo de
muestreo de 2 segundos.
Entonces :
1.7 0 .014p / c \ __________ —t_7 ( S ) — — -
121.5S-H S + 0 . 0 0 8 2
El lugar geométrico de las raíces de la planta con
realimentación unitaria se lo observa en la figura 4.24 y la
respuesta a una referencia de 80 grados centígrados se
encuentra en la figura 4.25.
A la planta se le añade una acción de control PI por ]o
tanto :
KiC J. __ _ „ _
Ki Kp S -h K i Kpf*4 n ( es 1 — V r~t -U _ _ _ _ — _ — _-—._-_ — *_^,-_ _„-, — !/'r-\ _ _ _ _ _ _ _ ___ _O L - ^ O J — t X J J t — — ív^J
S S S
KiS + -----
KpGl(s) = Gc(s) G(s) = 0.014 Kp
S ( S + 0.0082)
211
H(s)
Haciendo:
Kis + = S •!• O . 0082
Kp
Ki= 0.0082
Kp
El lugar geométrico de las raices de la planta con
compensación se observa en la figura 4.26, donde el polo en
lazo cerrado se desea en S = - 0.3, aplicando la condición de
magnitud se obtiene:
I G ( s ) H ( s ) 1 - 1
O.014Kp= 1 por lo tanto Kd = 21.44
-0.3
Reemplazando: Ki = 0.18
Partiendo de los valores calculados-, se realizaron eri el
laboratorio ajustes, de tal forma que se obtiene la respuesta
del horno con una compensación PI y una realimentación
unitaria, para un Kp = 20 y un Ki ~ 3 con un per iodo de
maestreo de 2 segundos y una referencia de 80 grados
centígrados. Esto se observa en la figura A.21.
212
-0.2
Fig. 4.24. Lugar geométrico de las raices del horno con
realirnentación unitaria -
Fig. 4.25. Respuesta del horno con realimentación unitaria a
una entrada escalón.
213
•
T
Fig. 4.26. L.G.R. del horno con acción de control PI
Fig. 4.26 L.G.R. del horno con acción de control Pl
t (min)
Fig. 4.27. Respuesta del horno con acción de control PI a una
entrada escalón
De Gl(s) se observa que es un s istema tipo uno, la
214
respuesta está dada a una entrad* «ycu Ion por lo tanto el
error en estado estable es cero.
Para el horno y con la misma acción de control se obtuvo
la respuesta del sistema a diferentes perturbaciones, las
mismas que se obtienen abriendo la puerta del horno y variando
la referencia. La respuesta la observamos en la figura 4.28.
Fig. 4:28. Respuesta del horno con acción de "control PÍ a
perturbaciones .
Como última prueba para el horno, se aplica una acción de
* 215
control ON-OFF, con una referencia de 80 (grados centígrados)
y una histéresis de dos unidades, la respuesta obtenida se
observa en la figura 1.29.
Fig. 4.29. Respuesta del horno con una acción de control OW-
OFF.
4.3. ANÁLISIS DE COSTO.
216
En la tabla 4.1 se detalla la lista de elementos que se
emplearon; el costo unitario y el costo total, obteniendo como
resultado el costo directo global del proyecto.
Adicionalmente a los elementos indicados se emplearon en
las pruebas componentes adicionales, por lo tanto debe
entenderse el costo presentado como del prototipo
exclusivamente, sin contar con los gastos adicionales que el
desarrollo de un prototipo conlleva.
DESCRIPCIÓN
Caja de módulo de controlCaja de módulo actuador-tranñductorAcrllico módulo de controlTarjeta vector 3677 9.6"Tarjeta vector 3677 6.5"Tarjeta displayTeclado Stack Pole (19 teclas)PostesSeparadoresTerminal dobleAdaptador de temperaturaHorno Eléctrico 120V 1400WFuente de polarización ASTEC 70WPulsanteInterruptorPorta fusible y fusibleTriac NTE 5683Res j s tencias8751MM74C92274LS132LM324NTE85974LS112ADC0809
CAWT.
11111119
1221
• 111221
381112111
COSTOUNT.
30 .50015.00015. 00013.00010.0002.50021.400
450138550
45. 00042 . 00015.800
600600400
12. 43856
33 . 0006.3021. 0001.4303.339
5005. 000
COSTOTOTAL
30.50015.00015. 00013.00010 . 0002.50021. 4204. 0501.6561.10045.00042.00015.800
6001.200
80012 .4382.128
33 . 0006 .3021 . 0002. 8603 . 339
5005 . 000
217
SN74LS40NTCG74LS24174HC130DAC1008DisplayTransistores 3707Transistores 3702NE555MOC3041LF356ZEMERBornerasEnchufe polarizadoNTE 5304'Interface MAX232CPETerrnocupla OHEGACristal 8MHzToma corr i ente simple polar izad oSocket 28 pinesSocket 24 pinesSocket 16 pinesSocket 14 pinesSocket 40 pinesCable plano 20 hilosCapaci tor 0 . 1 uFCapacitor 22 pFCapacitor 2 uF
111188í.011o
2211111125211421
„
3.1501.8993 . i no6 .000
500160160500
3. 5703.208
801.2003.2001.4306 .000
10. 528804700
1.4961.186
590800
1.8701.292102128405
3.1501.899?. . 1 f. 06.0004.0001.280
3204.0003.5703 .208176
2. 4003. 2001. 4306 .000
10. 528804700
1. 4962 . 376
5901. 6001. 8701.292
408256405
TOTAL S/. 352.301,00
Tabla 4.1. Elementos empleados en el prototipo
4.4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.4.1. Conclusiones
En este numeral se recogen los aspectos más importantes
encontrados en la fase de diseño y construcción del equipo.
Algunos de ellos se explican en el desarrollo de la tesis y
otros se resumen a continuación.
218
-> El sistema utiliza con bajo costo el microcontrolador INTEL9
8751.
- Debido a que el control es digital se presenta el llamado
período de mnestreo, que en el caso del controlador industrial
programatale es variable dependiendo del algoritmo de control
que ejecute el rnicrocontr olador, en cualquier caso el mínimo
periodo de rnuestreo admisible es de 100 (rus).
mEl sistema debido a la realimen tac ion unitaria que tiene
siempre tiende a obtener un valor de error igual a cero, con
el apropiado control/ a pesar de . que el módulo de control
tiene cierto grado de error, posiblemente, debido a las
conversiones que se real izan de análogo a digital y de digital
a análogo. Además se debe considerar que para las operaciones
£ ' en el microcontrolador se tiene un grado de aproximación dado
especialmente por la longitud de la palabra que tiene en este
caso el microcontrolador 8751.
La construcción del controlador industrial programable
permite experimentar las múltiples ventajas de la utilización
del micro procesador como elemento central de decisión. .Una cié
^ las más sobresalientes es la que se refiere a la mod i J; i cae ion9
del programa hasta obtener el óptimo funcionamiento del
equipo. c:abe mencionar que se pueden realizar ajustes
pegueuos del programa de tal forma que se acople de mejor
manera con un actuador y/o transductor específico.
219
•
En las pruebas realizadas se observó claramente el efecto
del período de maestreo. Debido a que, para los mismos
valores de constantes, var iando únicamente el período de
maestreo varía la respuesta obtenida, es decir, se observó que
el período de muestren afecta a la respuesta transitoria.
El controlador industrial programable permi te visualizar de
forma práctica la aplicación de divnrsos tipos de acciones de
control sobre una misma planta, visualizando el efecto de cada
parámetro sobre la respuesta.
Con respecto a los resultados obtenidos de las pruebas
realizadas se puede establecer que estos son satisfactorios,
pero como se observa se tiene cierto ruido que puede deberse
principalmente al error de quantización que conlleva la
conversión análoga - digital.
- Para el caso del horno corno planta con una acción de
control On-OfC, se obtiene una respuesta aceptable, con la
única desventaja que rio se puede controlar la amplitud del
sobre impulso. Esto ocurre principalmente debido a que la
planta en este caso es demasiado lenta y una a ce: ion de control
On-Off es suficiente para controlarla.
4.4.2. Recomendaciones
- Como se observó en las pruebas se tiene en la respuesta una
oscilación debido principalmente al efecto de quantización
•7A inherente de la conversión análoga - digital, por lo tanto,
para d ismi nú ir este efecto se recomienda emplea r un conversor
análogo - digital cuyo número de bits en la longitud de la
palabra sea mayor.
Para obtener una mayor precisión,, se puede emplear un
microprocesador que trabaje con mayor número de bits en la
^ longitud de su palabra.9
- Cabe mencionar que se pueden realizar ajustes pequeños en
el s o £ twa re. de tal forma que se acople de mejor nía ñera con un
actuador y/o transductor específico.
APÉNDICE A
Hojas de Datos de los Elementos Utilizados
222
coLL
NationalSemiconductor
LF147/LF347 Wide Bandwidth Quad JFETInput Operational Amplif iersGeneral Descriplion Features
'Operational Amplifiers/Buffers
BI-FET IIIM Tochnology
The LF147 !s a low cost, high speed quad JFET inputOperational ampllfief with an ¡nternally trimmed ínputoffset voltage (BI-FET II™ technology). The devicefequíres a low supply currení and yet maintains a largegain bandwidth product and a fast slew rate. In addition,well matched high voltage JFET input devices próvidavery low input bias and offset currents. The LF147 ¡spin compatible with the standard LM148. Thís featureallows desígners to immedíately upgrade the overall per-formance of exísting LF148 and LM124 designs.
The LF147 may be'used ¡n applications such as highspeed Integrators, fast D/A converters, sample-and-holdcircuits and many other circuíts requiríng low Ínputoffset voltage, low input bias current, h!gh input imped-ance, high slew rate and wide bandwidth. The devicehas low noíse and offset voltage drift.
Internally tnmmed offset'voltage ' 2 mVLow Ínput bias current 50 pALow input noise current ' 0.01 pA/\/HzWide gain bandwidth • . 4 MHzHigh slew rate 13 V/jusLow supply current 7.2 mAHigh ínput impedance ' 10l2fjLow total harmonio distortion AV = 10, <0.02%
RL= 10k, VO= 20 Vp-p, BW = 20 Hz-20 kHz
Low 1/f noise córner 50 Hz
Fast settüng time to 0.01% 2¿<s
Simplified Schematic1/4 Quad
Connection DiagramDual-ln-Line Package
OUT4 |N<- IH<+ V~ 1N3* IN3" OUT3
Order Number LF147D or LF347DSee NS Package D14E
Order Number LF347BN or LF347NSee NS Package N14A
INI" O U T I
3-14
223
bsolute Máximum Ratings
LF147
uply Voltage i22V
ferential Input Voltage ±38V
ut Voltage Range *19V
LF347B/
LF347
tISV
±30V
±1SV
LF147 LF347B/LF347
Power Dííslpation 900 mW 500 mW
(Note 3)
Tjmax 150°C 115°C
r™
-TICO
(Note 1)
Output Short Circuit
Duratlon (Note 2)
Contlnuous Contlnuous«¡AOperatlng Temparature
Ranga
Storage Temperature
Ranga
Lesd Temperature
(Solderíng, 10 seconds)
10GaC/W 150°C/W
(Note 41 . (Note 4)
-65°C<TA< 150"C
DC Electrical Characteristics (Note 5)
SYMBO
vos
-WOS'-iT
'OS
'3
fllH
AVOL
VQVCM
CMHH
?SRR
'5
Input Offset Voliage
Average TC of Input Olíiel
Vollagc
Input Oííset Cuirent
Inpiít Siai Cuirent'
Inpui Reilslance
l.arge Signal Voltage Gaín
Output Voliaqe Swing
Input Common-Mode Voltage
Ranga
Common-Mode Rejectlon Ralio
Supply Voliage Rejectlotí Rallo
Supply Current
COHDITIONS
Rs- 10kn,TA-25'c
Over Temperaiuie
Rg- lOkíí
T]-25X INoieiS.G)
0«er Tcmperaiure
T¡-25°C. (Moles 5. 6]
Over Temperatura
Tp25°C
VS- t!5V, TA-25 C C
Over Temperatme
Vs = ±I5V,RL-10kn
Vs- ¿15V
R S < tO*n
[Nota?)
LF147
MIN
V
50
25
±12
±11
"80
ao
TYP
1
10
25
SO
10 1?
100
±13.5
+15
-12
100
100
7.2
MAX
5
8
100
25
200
50
11
LF347B
MIN
50
25
±12
±11
SO
80
TYP
3
10
25
50
1012
100
±13.5
+15
-12
100
too7.2
MAX
5
7
100
4
200
8
U
LF347
MIN
25
15
¿12
±11
70
70
TYP
5
10
25
50
1012
100
±13.5
US
-12
100
100
7.2
MAX
10
13
100
4
200
8
11
S
mV
mV
jíV/°C
pA
nA
pA
nA
nV/mV
WmV
V
V
V
daIÍB
mA
AC Electrical Characteristics (Note si .
WMBOL
SH
GBW
«n
'n
PARAMETER -
Amplíüer ta Amplifler Coupllog
Slew Rale . . )
Ga!n-Bandwld!h Producí
Eqútvalent Input Moíse Voltagí
Equliíalent Inpul Nalse Current
CONDIT10NS
TA • 25° C,
f - 1 Hi-20kHz
(Input Re [erre di
VS-±15V,TA-25°C
VS»±15V,TA'- 25°C
TA- 25"c, RS- ioon.f - 1000 Hi
T|-25°C, 1- 1000 Hi
LF147
MIN TYP
-120
13
4
20
0.01
MAX
LF347B
MIN TYP
-120
13
4
20
0.01
MAX
LF347
MIN TYP
-120
13
4
20
0.01
MAX
U
UNITS
dB
VIHí
MHi
nVA/HÍ
pA/VÍU
"°** 1: Unleii btherwhe specífled the absolute máximum negativa input voltage js equal lo the negatíve power supply voltage.
^ot« 2: Any of tha ampIHIer outputs can bfl shorted to ground indaíinltBly, hovyever, more than one should not be slmultaneausly shorted BJ the
m»xímum Junctlon temperature will be axceeded.' • ' • - ' ' . . •
NQ!« 3: For Operatlng at alevated temperatura, thess devícea must be deratad based on a thermal resistance of fl¡A. '
Nnt, 4: The LF147 Is available in tho milltary temperature range — 55°C < TA < 125DC, whllo the LF3478 and the LF347 are avallabls In the
c<rnmercÍ8l temperatura ranga 0°C < TA < 70°C. ' • ,- . • '
Nolfl 5. Unless otherwlse speclfíed tha speclílcations apply over tha full temperatura ranga and for Vs - ±20V for the LFH7 and for Vg - ±1SV
'Of the LF347B/LF347, VQS. 16.""^ 'OSf^ maasured at VCM - O.Wo
« from junctlon to smbiant. Use of a haat ilnk Ii recommanded If ínput blas currant It lo ba kept to a mínimum.
7; Supply voltage ra|ectlon ratto íi measurad for both supply magnitudes Increaslng or decreaslng slmuhaneoujly In accordance vyith common
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224
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Posltrve Common-Mode Neoativp rnmmn«.M«i_
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— RISING
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3-16
225
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Undistorted Output Valtage Open Loop Ftequency
Distortion vj Frequency Swing Response
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Output mpedance - nverter Settling Timé
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LF147/LF
347 •
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ta~
226
Pulse Responso RL = 2kn,cL= ÍOPF
Small Signal Inverting Small Signa! Non-lnverting
TIME(D.Zfii/DIV)
Large Signal Invertin
: TIME (0.2 fii/DIV)
Large Signal Non-lnverting
Current Limit ÍR^- 100fÍ)
TlMElSfii/DIV)
Application HintsThe LF147 is an op amp with an ¡nternally trimmedÍnputoffsetvoltageandJFETÍnputdevices(8l-FETM™).These JFETs have large reverse breakdown voltages fromgate to source and drain eliminating the need for clampsacrosi the inputs. Therefore, large difíerentíal inputvoltages can easíly be accommodated without a largeíncrease ¡n input current The máximum dífferentialínput voltage is independent of the supply voltages.However, neíther of the input voltages should be
allowed to exceed the negative supply as this will causelarge currents to flow which can result ín a destroyedunit.
Exceeding the negative common-mode límit on eitneinput will cause a reversal of the phase to the oütpuand forcé the amplifier output to the correspondrnghígh or lowstate. Exceeding the negative common-molimit on both ¡nputs will forcé the amplifier output ¡o
3-18
22?
Application HÍntS(Continued}
high state. In neíther case does a latch occur sínceraisíng the input back within the common-mode rangeagaín puts the input stage and thus the amplifier ¡n anormal operatíng mode.
Exceeding the posítíve common-mode limit on a singleinput will not change the phase oí the output; however,¡f both inputs exceed the límít, the output of ihe ampli-fier wíll be forced to a high state.
The amplifiers wil! opérate with a common-mode ínputvoltáge equal to the posítive supply; however, the gainbandwidth and slew rate may be decreased in this condi-tíon. When the negative common-mcde voltage swingsto within 3V of the negative supply, an íncrease in inputoffset voltage may occur.
Each amplifier is Individually biased by a zener referencevvhich allows normal círcuit operation on ±4.5V powersupplies. Supply voltages Jess than these may result inlovver gain bandwidth and slew rate.
The LF147 witl drive a 2 kfi load resistance to ±10Vover the full temperature range. If the amplifier is forcedto drive heavíer load currents, however, an ¡ncrease ininput offset voltage may occur on the negative voltageswing and finally reach an active curren! limit on bothposítive and negative swings.
Precautions should be tafeen to ensure that the powersupply for the integrated circuít never becomes reversed!n polaríty or that the unit ís not inadvertently ¡nstalled
backwards in a socket as an unlímited current surgethrough the resulting forward diode within the ICcouldcause fusing of the internal conductors and result in adestroyed unit.
Because these amplifiers are JFET rather than MOSFETÍnput op amps they do not require special handling.
As with most amplifiers, care should be takenwhh leaddress, component placement and supply decoupling inorder to ensure stabilíty. For example, resistors from theoutput to an input should be placed with the body cióseto the input to mínímize "pick-up" and maximize thefrequency of the feedback palé by minimizing thecapacítance from the input to ground.
A feedback pole is created when the feedback aroundany amplifier ís resistivo. The parallel resistonce andcapacitance from the input of the devíce {usually theinverting input) to AC ground set the frequency of thepote. In many Instances the frequency of this pole ismuch greater than the expected 3 dB frequency of theclosed loop gain and consequently there is negligibleeffect on stabilíty margin, However, if the feedbackpole Ís less than approximately 6 times the expected3 dB frequency a lead capacitor should be placed fromthe output to the input of the op amp. The valué of theadded capacitor should be such that the RC tíme con-stant of ihis capacitor and the resistance ¡t parallelsis greater than or equal to the original feedback poletime constan!.
TI
DetailedSchematic
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3-19
228
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-3 dB-4 dB
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-6dB
-7dB
W — i—.— OFf1 I :DN
ATUMMIION ItKCI
Acoirncy of better than OA% wíth standard 1% walue resíilorsNo offset adjustment neceisaryExpandable to any number oí stagesVerv hlgh input Impedanco
Long Time Integrator with Reset, Hold and Starting Threshold Adjuitment
IHRESHDLD
• VOUT !tarts f rom zero and íi equal lo the integral of the input voltsge with respect to the threshold vollage:
1 /•'
RC J o
• Ouiput starts when V¡fj > Vj¡_(• Swltch SI permits stopping and holding any output valué• Swllch 52 retéis svitem to íero
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229
AppMcátionS (Continued) 3!-p»
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Universal State Variable FHter
i—Vv^-*
HIGH FASSOUTFUT
For circuít shown:
• Q -3 ,4Passband galn:
Híghpass — 0.1Sandpass — 1Lowpasi — 1Notch - 10
• Í0 x Q < 200 kHz• 10V peak sinusoidal output swlng wlthout jlew limitlng to 200 kHz• Sea LM148 data sheet for desígn equatlons
NOTCHOUTFUT
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Application Hínts
The LM124 seríes are op amps which opérate with onlya single power supply voltage, have true-differentialínputs, and remaín in the linear mode with an inputcommon-mode voltage of O VDC. These amplifiersopérate over a wíde range of power supply voltage wíthlittle change in performance characteristics. At 25°Camplifier operation is possíble down to a mínimumsupply voltage of 2.3 VDC.
The pínouts of the package have been desígned tosimplify PC board layouts. Inverting inputs are adfacentto outputs for all of the amplifiers and the outputs navealso been placed at the corners of the package (pins 1,1, 8, and 14).
Precautions should be taken to insure that the powersupply for the ¡ntegrated circuí! never becomes reversed¡n polarity or that the unit is not inadvertently installedbackwards in a test socket as an unlimíted current surgethrough the resulting forward diode wíthin the IC couldcause fusing of the ínternal conductors and result ¡n adestroyed unít.
Large differentíal input voltages can be easily accom-modated and, as input differentíal voltage protectiondiodes are not needed, no large input currents resultfiom large differenííal ¡nput voltages. The differentialinput voltage may be larger than V+ wíthout damagingthe devíce. Protection should be províded to prevent theínput voltages from going negative more than-0.3 VDC
{at 25°C). An Ínput clamp diode with a resistor to theIC input termina! can be used.
To reduce the power supply current drain, the amplifiershave a class A outpuí stage for small sígnal levéis whichconvertí to class B in a large signal mode. This allows theamplifiers to both source and sínk large output currents.Therefore both NPN and PNP exiernal current boosttransistor! can be used to extend the power capabilíty ofthe basíc amplifiers, The output voltage needs to raiseapproximately 1 diode drop above ground to bias theon-chip vertical PNP transistor for output current sinkingapplícatíons.
For ac applicatíons, where the load ís capacítívelycoupled to the output of the amplífier, a resistor should
Galn
10 70
V^-SUPPLY VOLTAGE (V,*
be used, from the output of the amplifier to ground toincrease the class A bias current and prevent crossovsrdístortíon. Where the load Ís directly coupled, as in deapplicatíons, there Ís no crossover dístortíon.
Capacitive loads which are applíed directly to the outputof the amplifier reduce the loop stability margin. Valueiof 50 pF can be accommodated usíng the worst-case non-inverting unity gaín connectíon. Large closed loop gainjor resístive ¡solation should be used if larger loadcapacitance must be driven by the amplifier.
The bias network of the LM124 establíshes a draincurrent which is independen! of the magnhude oí thepower supply voltage over the range of from 3 VDC to30 VDC.
Output short círcuíts either to ground or ío the positivepower supply should be of short time duratíon. Unitscan be destroyed, not as a result of íhe short circuiicurrent causíng metal fusing, but rather due to the lartjsincrease in IC chip dissipation whích will cause eventualfailure due to excessive function temperatures. Puttingdírect short-circuíts on more than one amplifier at a timewill ¡ncrease the total [C power dissipation to destructivelevéis, íf not properly protected with external dissipationlimiting resistors in series with the output leads of theamplifiers. The larger valué of output source currentwhich Ís avgilable at 25°C provides a larger output cur-ren! capabiüty at elevated temperatures (see typica'performance characteristics) than a standard IC op amp.
The circuits presented in the sectíon on typical appÜca-tions emphasize operation on only a single power supplyvoltage. If complementary power supplíes are available,all of the standard op amp circuits can be used. I"general, introducing a pseudo-ground (a bias volta?6
reference of V+/2) will allow operation above and belowthis valué ín single power supply systems. Many sppfic3'tion circuits are shown which take advantage oí the wiacinput common-mode voltage range whích inducesground. In most cases, ¡nput biasing Ís not requíred anainput voltages which range to ground can easily "*accommodated.
3-176
235
Single-Supply Applications (v^,
Non.lnv«¡n,DCG.In(OVlnpUt-OVO«tpüt)
lypical Single-Supply Applications (v'*-5.ovoc)
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"BI.QUAD" RC Activa Bandpan Filtor
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3-177
236
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Pul» Generator Hígh Complísnc* Curranl S¡n
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Ground Relerencing A DÍHerentifll Inpul Signal
3-17B
237
Typical Single-Supply Applications /* - 5.0 VD C)
Vollago Controlled Ojclllfllor Circuit Photo Voltaic-Cell AmpMfier
AC Couplad Inuorting Amplllier AC Coupleri Non-lnvcrting Amplifler
DC Coupled LowPaw HC Active Fílter High Input^Z, DC Diílerential Amplifíer
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3-179
238
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II Rl • Bu 4 Hl • Rl « Bí * Rf ItURR ÍIP.KÍS on nuKM
Brídge Curren! Amplifíer
Bandpass Active Ftller
3-180
239
9
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NationalSemiconductor
A to D, D to A
ADC0808, ADC0809 8-Bit ¿<P Compatible A/D ConvertersWith8-Channel Multiplexer .General DescriptionThe ADC0808, ADC0809 data acqulsltion componen! Is amonollthlc CMOS devlce wlth an 8-blt analog-to-dlgltalconverter, 8-channeI multlplexer and microprocessorcompatible control loglc. The 8-blt WD converter uses suc-cessíve approxlmation as the conversión technique. Theconverter (eatures a hlgh Impedance chopper stablllzedcomparator, a 256R voltage divlder wlth analog swltch tresand a successive approximatlon register. The 8-channelmultiplexer can dlrectíy access any of 8-slngle-ended ana-log signáis.
The devlce elimínales the need for external zero and full-scale adjustments. Easy Intertacing to microprocessors!s provlded by the latched and decoded multiplexer ad-dreas inputs and latched TTL TRl-STATE® outputs.
The design oí the ADC0808, ADC0809 has been optlmlzedby Incorporatlng the most deslrable aspects of severalA/D conversión techniques. The ADC0808, ADC0809 ol-lers high speed, hlgh accuracy, mínima! temperaturedependence, exceílent long-term accuracy and repeatabl-llty. and consumes mínima! power. These features makeIhis devlce Ideallysuiled toapplicatlonsíromprocessandmachine control to consumer and automotlve applica-llons. For 16-channel multiplexer wlth common output(sample/hold port) see ADC0816 data sheet. (See AN-247lor more Information.
Features , .• Resolutlon —8-btts• Total unadjusted error — ± 1/2 LSB and ± 1 LSB• No missing codes« Conversión time —-100 /is• Single supply — 5 VDC
• Opérales ratlometrically or wlth 5 VDC or analog spanadjusled voltage reference
• 8-channel multlplexerwith latched control loglc• Easy Intertace to all microprocessors, or opérales
"stand alone"• Outpuls meetT2Lvollagelevel speclflcatlons• OV lo 5V analog Input voltage range wlth single 5V
supply• No zero or íull-scale adjusl required• Standard hermetlc or moldad 28-pln DIP package• Temperature range -40'C to -í-85'C or ~55'C to
+ 125°C• Low power consumptlon—15 mW• Latched TRI-STATE® outpul
Block Diagram
l MALOG INPUTS -
J íll ADDUESS
ADORES;UICH ENAELE
ENO GF CONVERSIÓN(IHTEflRUFIt
REFI-1 OUTPUTENABLE
8-GO
240
**-Absoluto Máximum Ratings(Noteaiand2) Opera ting Ratlngs (Notes 1 and 2)
0lyVoll8Qe(Vcc)(N°t83) •• 6.5V Tflmp8raturaRsnge(Note 1) " ' TMIM*TASTM/O()|(Jfl Bt Any Pin . -0.3V to [Vcc + 0.3V) ADC0806CJ -55'Cs TAS + 125'C
£»e«pl Conliol Inpula ADC0808CCJ, ADCOaOBCGN,. . KJH al Control Irrpula -0.3V lo + 15V ADCOB09CCN - 40'CsTAs +BS"C" TART. OE, CLOCK, ALE, ADD A, ADD B, ADD C) Rano» oí Vcc (Mote 1) - <5 VDCtoS.OY0C
^,fle Temperatura Rango -85"Cto +150'C
.ft.x,aeDls5lpatlonatTA = 25'C 875 mW
,.ltjT«mparaliJr8(Soldcflno, lOaocands) 300 'C
Électrical CharacteristicsCanvflrt^r Sp^clflcatlons: VQQ= 5 VQQ = Vp^pf+i, Vpgp/_)=: GND, Tf^¡fjSTA¿Tf^Aj( and ÍCLK^ 640 kHz.flless otherv/ise gtaled.
Parameter
ADC0808
Total Unadjusted Error(Note 5)
ADC0809Total Unad]uated Error(Note 5)
Input Realslance
Analog Input Voltage Range
^REF(+) Voltage, Top of Ladder
''p£F( + ) + VREF<-) Vnllan« Hpntor nf 1 aHHpr
2
VflEF(_] Vollage, Bottom o( Ladder
Comparator Input Current
Condltlona Mln Typ Max
25'C ±1/2
TMIHtoTMAX ±3'4
0*Cto70'C ' ±1
TM|NtoTMAX ±11/4
FromRel(+)toRef(-) 1.0 2.5
(Note 4) V( + ) or V(-) GND-0.10 Vcc+0.10
Measured al Reí(+) Vcc Vcc+0.1
Vcc/2-0.1 Vcc/2 Vcc/2+0.1
Measured at Re[(-) -0.1 0
fc= 640 kHz, (Note B) - 2 ± 0.5 2
Unlts
LSB
LSB
LSB
LSB
kO
VDCV
V
V
&
Electrical CharacteristicsWgllíl Laváis and DC Speclflcatlons: ADC0808CJ 4.5V£Vccs5.5V, -55*C^TA¿ + 125°C unless otherwiso noted
'DCOSOBCCJ, ADC08Q8CCN, and ADC0809CCN 4.75£VCC£5.25V, - 40°CrsTAs +85"C unless otherwise noted
Parameter . Condltions . Mln Typ Max Unlts
ANALOG MULTIPLEXER . '.
W(fj OFF Channel Leakage Current• í • ' . ' '
• ' • • ' ' • . - .
WFV) OFF Channel Leakage Current
^_
Vcc = 5V,VlN = 5V, .TA=25°C • • - - 10
TM|N to TMAJC •" , .
VCc=5V,V|N = 0,TA=25'C " ' -200 -10TMIHI°TMAX ' -1-° '
200
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nA•líA
^NTROLINPUTS
•ti) Logical "1" Input Voltagev"Voi Logical "0" Inpul Voltagei*i'J Logical "1" Input Current
(The Control Inputs)I^ Logical "0" Input Current
(The Control Inputs)
^ Supply Current
Vcc-1.5
V1N = 15V
V|t, = 0 ' -1.0
[CLK=B40kHz ' 0.3
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ooooOO-^oo"o00oOO
Parameter Conditions Mln Typ Max
DATA OUTPUTS ANO EOC (INTERRUPT) '•
VQUT(1) Loglcal "1" Output Voltage
VOU7{0) Loglcal "0" Output Voltage
VOUT[0) Loglcal "0" Output Voltage EOC
1OUT TRi-STATE* Output Current
I0=~360MA
I0=1.6 mA
!0 = 1.2mAV0 = 5V
v0=o .
Vcc-0.4
•— 3
0.45
0.15
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UnHt
' — • —V
V
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¿*A
Electrical Characteristics (Continuad)Digital Levéis and DCSpecIMcatlons: ADC0808GJ í.SV^Vcc^S.SV, - 55'C^TAs + 125°C unless otherwlse notedADC0808CCJ, ADC0808CCN, and ADC0809CCN 4.75 £ VCC¿5.25V, - 40'C sTA<; + 85°C unless olherwlse noted
Eléctrica! CharacteristicsTlmlng Speclllcatlon»: VCC = VREF(+) = 5V, VHEF(_,= GND, tr=l,= 20 ns andTA=25°C unless otherwlse noted.
Symbol
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Mínimum Start Pulse Wldth
Mínimum ALE Pulse Wldth
Mínimum Address Set-Up Time
Mínimum Address Hold Time
Analog MUX DelayTImeFrom ALE
OE Control to Q Logic State
OE Control toHI-Z
Conversión Time
Clock Frequency
EOC DelayTíme
Input Capacltance
TRI-STATE® OutputCapacitance
Conditions
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(Figure 5)
(Figure 5)
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Rs = 0fl (Figure S)
CL=50 pF, RL=10kfFífft/re 8)
CL=10 pF, RL=10kfF/ot;reSJ-
fc=640 kHz, (Figure 5) (Note 7).
(Figure 5)
At Control Inputs
At TRI-STATE® Outputs, (Note 12)
Mln.
90
10
0
Typ100
100
25
25
' 1
125
125
100
640
10
10
Max
200
200
50
SO
2.5
250
250
116
1280
B-í-2/is
15
15
Unta
ns
na
na
ns
*'
ns
ns
t*
kHr
Petioüi
pP
PF
Not» 1: Absoluta máximum rallngs are those valúes beyond whlch the IIIHot» 2: All voltagas «f9 measuted wlth résped io GND, Unless othenvlse
rrent varíes dlreclly wlth clock frequency »^voltages can bg adfustad lo achlave thls. Sea Figure 13.
HoU a: Comparator Input curranl la a blas curren! Inlo orouí of the chopper slablllisd comparsIor.The blas cuihas llltla lemponture dapendence ¡Figure 6). See psragtaph 4.0.Nati 7: Tne outputa oí the data reglater are updaled one clock cycle balore the rlslng edge oí EOC.
8-62
242
purictlonal Descrlptlon,,|p|exon The devlca contalna an 8-channel slngle-j-4 analog slgnal multlplexer. A particular Input chan-lis selactad by ualng the addresa dacoder. Tabla I
"VW3 ¡ha Input atalas lor the address Unas lo aalect any!hiflnel. The address Is latched Into the decoder on the
.|o-hlgh translllon oí the addrass latch enable slgnal.
TABLEI
SELECTED
, ANALOQ CHANNEL
I NO
INI
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
ADDRESS LINE
C
L
L
L
L
H
H
H
H
B
L
L
H
H
L
L
H
H
A
L
H
L
H
L
H
L
H
CONVERTER CHARACTER1STICS
His haart of thls singla chlp data acqulsltlon system ¡a lisi-bll analog-to-dlgllal converter. Tha converter la designad
to glve fast, accurata, and repeatabla converslons ovar awlde ranga of temperaturas. The converter Is partttlonedInto 3 ma|or sactlons: the 256R laddar network, the auc-cesslve approxlmatlon reglsler, and tha comparator. Theconverter'a digital outputa are positivo trua.
Tha 256R ladder network approach (Figure 1) was chosenover the conventlonal R/2R ladder bacause o[ lis Inherentmonotonlclty, whlch guáranteos no mlsslng digital codes.Monotonlcily ia partlcularly Importan! Inclosed loop [eed-back control systema. A non-monotonlc relatlonshlp cancause oscillations that wlll be cataatrophlc for thesystem. Additlonally, (he 256R natwork does not causeload varlatlons on the reíerence vollage.
The bottom resistor and the top resistor of Ihe laddsrnatwork In Figure 1 are not the same valué as Iheremainder of the network. The dlíference in thesereaistors causes the output characteristlc to be sym-metrlcal wlth the zero and [ull-scale poinls of the transfercurve.The tlrst oulput transltlon occurs when the analogslgnal has raached + 1/2 LSB and succeedlng outputtransltlons occur every 1 LSB later up to full-scale.
The successlve approxlmation raglsler(SAR) performs 8Iteratlona to approximale Ihe Input volt age. ForanySARtype converter, n-Ileratlons are requlred for an n-bit con-verter. Figure 2 shows a typical example of a 3-blt con-verter. In tha ADC0808, ADC0809, the approxlmationtachnlque Is extended lo 8 bits using the 256R network.
Oooooo
OOooooto
CONTROLS FROMS.A.R.
R E F Í +
REF(-)
FIGURE 1. Resistor Laddar and SwItchTraa
8-63
L
243
oGOOOQ
ocoooooQ
Functlonal Descrlptlon
The A/D converter's successlve approxlmatlon reglster(SAR) Is reset on the positiva edge of the start conversión(SCJ pulse. The conversión la begun on the falllng edge ofthe start conversión pulse. A conversión In process wll] beInterrupted by recelpt of a new start conversión pulse.Contlnuous conversión may be accompllshed by tylng theend-of-converslon (EOC) output to the SC Input. If used Inthls moda, an external start conversión pulse should beapplíed after power up. End-of-converslon wlll go low be-tween O and 8 clock pulses after the rlslng edge of startconversión.' • ' - ' . "• : •• "
The most Importan! section of the A/D converter Is thecomparator. It Is this section which is responsible for theultímate accuracy of the entire converter. U Is aíso the
i—FULL-SCALEERROR-1 /2 LSB
-NDNUNEAR1TY-1/ZLSB
-NONLINEAHITY--1/ZLSB
-ZERO ERROR--1/iJLSB
"o/fl 1/B 2/B 3/B Alt S/B 6/8 7/8 'N
V|fj AS FRACTION OF FULL-SCALE
'T?.
comparalordrlít which has the greatest Iníluenceom^repeatablllty o[ the devlce. A chopper-slablllzaa -^parator próvidas the most effectlve method otsalls|v¡ail the converter réquirements. . ^
The chopper-stablllzed comparator converts the Dcintysigna! into an AC signa], Thls slgnal Is then fedhigh gain AC ampllfier and has Ihe DC level restored.technlque llmlts the driít componen! of the amplifierslrv,the drlft Is a DC componen! which Is not passed by the amplltler. Thls makes the entire A/D converter exlrerDtSInsensitivo to temperatura, long lerm drlít and Input o|{^errors.
Figure 4 shows a typlcal error curve for the ADC0808 umeasured using the procedures outllned in AN-179.
INFINITE RESOLUTIO»PERFECTCDNVEñIEíl
IDEAL3.3ITCONVERTER
. D/S 1/8 Z/B 3/B 4/B S/B 6/8 7/1
VIH AS FRACTION OF FULL-SCALE
FIGURE 2. 3-Blt A/D Transfar Curve FIGURE 3. 3-Blt A/D Absoluto Accuracy Curve
HEFERENCELINE
FIGURE 4. Typical Error Curve
8-64
244
AD
C08
08,
AD
C08
09LJ
E 03 w,
O)
5 c Ü Q
E
TS,
1co O C
J) c
T;
>*<
51 II
.-9
AD
C08
08,
AD
C08
09 Typlcal Performance Characterlstlcs
1.5
1
tc- UQOkH
c -640VHt
UQDkHi -
0 1.25 2.S 3.75 5.
FIGURE 6. ComparatorIIHvfl V,N
O US I.S 3.75 B
FIGURE?. MulllplexerROHV8 V[
TRI-STATE® Test Circuits and Timing Diagrams
OUTPUTENABLE O—
l.
T
H. CL=10pF
OUTPUTENABLE
90%-X50%
tHl,CL=50PF
l H O ,C L =50pF
T-T
9DS
SOS
FIGURES
246
Applications InformationOPERATION
jO Rallometrlc Conversión
0,8 ADC080S, ADC0809 Is deslgned as a complete Dataicqulsitlon System (DAS) for ratlometrlc conversiónlysiems- In rallometrlc systems, the physlcal variable•fllnfl measured Is axpressed as a percentage oí íull-scale'.nlch Is not necassarily related to an absolute standard,
voltage Input to the ADCQ808 is expressed by the
DMAX~ DM!H
V|H= Inpul voltage into Ihe AOC0808V(1s= Full-scale voltageVz=Zero voltageDx== Dala polnt being measured
DMAX= Máximum data llmitDM,N= Mínimum data limit
Aijood example of a ratlometrlc transducer is a poten-tometer used as a posltlon sensor. The posltion of the«[per Is dlrectly proportlonal to the output voltage whichja rallo of the íull-scale voltage across it. Since the dataj represented as a proportlon of full-scale, reference•tquirements are greatly reduced, elimlnatlng a largewurce of error and cost for many appllcations. A rriajoridvantage of the ADC0808, ADC0809 Is that the Inputoltage range Is equal to the supply range so thesansducers can be connected directly across the supply»nd Iheir outputs connected directly into the multlplexernputs, (Figure 9).
Ratlometrlc transducers such as potentiomelers, straingauges, thermlstor bridges, pressure transducers, etc.,are auitable [or measurlng proportlonal relatlonships;however, many types of measmements musí be referredto an absolute standard such as voltage or currenl. Thlsmeans a system reference must be used which relatesthe full-scalevoltageto the standard volt. For example, Ifvcc= VnEF= 5.12V, then íhe full-scale range Is divlded In-to 256 standard steps. The smallest standard step Is 1LSB whlch is then 20 mV.
2.0 Resistor Ladder Umltatlons
The voltages from the resistor ladder are compared to theselected input 8 times In a conversión. These voltages arecoupled to thecomparaíorvla an analog swítch tree whlchIs referenced to the supply. The volíagesat the top, centerand bottom of the ladder must be controlled to maintainproper operatlon.
The top of the ladder, Ref( + },should not be more posítlvethan the supply, and the bottom of the ladder, Heí(-),should not be more negative than ground. The cenler ofIhe ladder voltage must also be near the center oí thesupply because the analog swítch tree changes fromN-channel sv/itches to P-channel switches. These limita-tions are automatlcally satisfled in ratlometric systemsand can be easlly met in ground referenced systems.
Figure 10 shows a ground referenced system wíth asepárate supply and reference. In this system, the supplymust be trimmed to match the reference voltage. For In-stance, if a5.12V Is used, Ihe supply should be adjusled tothe same voltage wiihin 0.1 V,
ooooooCO
uoooooto
REF(t)
W
QOUT
HEF(-) LSB
GND
DIGITALDUTPUTPROPOBTIONALTD AflALDG1NPUT
VCC
Hatlometrlc Iransducers
" FIGURE 9. Rallomstrlc Conversión System
8-67
247
O)oooooo
oooooooo
Applications Information (continuad)
The ADCOB08 needs less trian a mllllamp of supply curran!ao developlng Ihe supply from the reference Is readilyaccompllshed. In Figure 11 a ground relerenced system Isshown whlch generales Ihe supply from Ihe reíerence.Thebufíer shown can be an op amp' of sufflclent drlvé tosupply the mllllamp of supply current and the deslred busdrlve, or íf a capacitiva bus (s drlvén by the outputs a largecapacitor wlll supply the transían! supply cúrrenlas seenIn Figure 12. The LM301 is overcompensated to Insurestablllty when loaded by the 10>F output capacitor.
The top and bottom ladder voltages cannot exceedyand ground, respectlvely, bul they can be 3ymmetr|Cl?less than Vccand gréaterthan ground.The cenlerofi¿ladder v'oltage should always be near the center oí ¡supply. The sehsltlvlíy of the converter can be IncreajM(I.e., slze of the LSB steps decreased) by usíng a ayff,metrical reference system. In Figure 13, a 2.5V refere^Is symmetrlcally centered about Vcc/2 slnce the sí!r.current flows In identlcal reslstors. Thls system wiii2.5V reíerence allows the LSB bit to be hall t5V reference system.
VCG
REFW
"n7
REF(-) LSB
GHD
FIGURE 10. Ground RelerencedConversión System Uslng Trlmmnd Supply
DIGITAL GUTPUTREFERENCEDTOGROUND
°OUT- VREF
FIGURE11. Ground Releranced Conversión Systsm wlthRelerenca Generatlng Vcc Supply
8-68
248
^
^—Applications Informalit
V
DH (Contlnued) io-]svDC0
ik
>R1
1 ,4^LMJ¿aa P * •( <-x. >R2
V \" \h^R3
IDCQpF
Hhi *vcc
-f IDfF' "SULIU~~r~ TANTALUM
1 + REFH
AD
C0808, A
DC
0809
FIGURE 12. Typlcal Referencs and Supply Circuit
sv
/£r* — vV.'"'iNSU
Z.5VREFERENCE
1<<
LM13S 1
^\^ yJ
»•
.
fl_A^
"
U^
Av\ * —
3.75V
T
U5V
10\/^_« ,
VCG
REFW MSB
°DUT
LSB
GND
DIGITAL OUTPUTPRaPORTIONALTOAfJALOG INPUT
• Ratlomolrlc Uansducera
F1OURE13. Symmelrlcally Centerod Releronca
Converter Equatlons
^« Iranalllon between adjacent codes N and N+1 IsFuen by:
(2)
*REF(-)
• center of an output code N is glven by;
VIH= (VnEF+_vREF )["--256
(3)
^ output code N for an arbitrar/ Input are the Integers -'n the rango: • i ; ' '
•R^FtJ— x 256 ±AbsoluteAccuracy (4)
'»: V]f í = Voltage at comp'arator Input
^flEF(-)= Voltage at Ref(—)
VTUE=Total unadjusted error voltage (typlcally
8*69
4.0 Analog Compnrator Inputa
The dynamíc comparator input current Is caused by theperiodlc swltchlng of on-chip stray capacitances. Theseare connecled allernately to the output of the resistorladder/swltch tree network and to the comparator Input aspart of the operatlon oí the chopperslabillzed comparator.
The average valué of the comparator Input current varíesdirectly with clock frequency and wlth V^ as shown In-Figure 6.
If no flitar capacttors are usedatthe analog Inputsand theslgnal source Impedancés are low, the comparator inpulcurrent should not Introduce converter errors, as the tran-sient created by the capacltance dlscharge will die outbeíore the comparator output Is slrobed.
If Inpul fllter capacltors are deslred [or nolse reductionand slgnal condltloning they wlll tend to average out thedynamlc cornparator Input current. II wlll then take on thecharaclerlstlcs of a DC bias current whose effect can bepredicted convenllonally.
249
O)o00ooQ*í
co"ooo
OO
<
Typlcal Application
(. REAS —
DEübdÉL 1(AD4-AD15)'
wmr? —
•
r— L/0 ' •
>o.ooov —
~r^a rAOO —
AD1
ADZ —
SVSUPPLYO
1
I_LGHOUHO —
V.
CLK • OE
VREFH
' . 2-1
START . ;-2
ALE _ : 2-3
A i~5ADCOBO!
B ADCOBOS 2~b
C z-7
2~B
.
vcc in?GND .
•
;• IBD
Üf\H >o HFÍTElímiPT
P^iriTcnnurT^-DB7 MSB
^-DBS
(í-003,
^-DB2
^DHl '
^-DBD LSB
— V I N « "
0-5V
AMALO GINPUTHANGE
* Addteas latches needed lot 8085 and SC/MP Inlarlaclno Ihe ADC080B lo a mlcroproceasor
MICRQPROCESSOR INTERFACETABLE
PROCESSOR
8000
8085
Z-BO
SC/MP
6600
READ
MEMR
noHD
NRDS
VMA-42-FVW
WRITE
MEMW
WH
WR
NWDS
VMA-42-ñm
IHTERRUPT (COMMEHT)
IHTRfThru RST Clrcull)
INTRtThruRSTCIrciill)
TÑT (Thru RST Clreull, Mode 0)
SAfThruSense A)
1ROA or IROB (Thru PÍA)
Ordering Information
TEMPERATURERANGE
±1/2B¡tLJnadjusted
±1 BitUnadJusted
Package Outllne
~40°C to +85'C
ADC0808CCN
ADC0809CCN
N28A Molded DIP
ADC0808CCJ
J28AHermeticDIP
-55"C to +125"C
ADCOB08CJ
J28AHermeticDIP
8-70
250
National 'Semiconductor
A to D, D to A
MICRO-DAC:™DAC1000/1/2 and DAC1006/7/8, /aP Compatible,Double-Buffered D to A ConvertersGeneral DescriptionThe DAC1000/1/2 and DAC1006/7/8 are advanced CMOS/Sl-Cr 10-, 9- and 8-bit accurate multlplylng DACs whlchare designad to Interface dlrectly wlth the BOBO, 8048,8085, Z-80 and other popular mlcroprocessora. TheseDACs appear aa a memory locatlon or an I/O port to the\i? and no Interíacing loglc is needed.
These devices, comblned with an external ampllfler andvoltage reference, can be usad as standard O/A conver-lers; and they are very atlractive for multlplylng appllca-tlons (such as dlgltally controlled gain blocks) slnceIhelr llnearlty error la essentlally Independant o( thevoltaga relerence. They become equally attractlve Inaudlo slgnal procesalng equlpment as audio galn con-trola or as programmable attenuators whlch marry hlghquallty audlo slgnal processIng to dlgltally basedsystems under microprocessor control.
All of these DACa are double buffered.They can load all10 bits or two 8-blt bytea and the data formal can beelther rlght justlfled or left Justlfled.The analog sectlonof these DACs la eaaentlally the same aa that of theDAC1020.
The DAC1000 serles are the 10-blt membera of a famllyof mlcroprocessor-compatlble DAC's (MICRO-OAC's™).For appllcatlona requlrlng other resolutlons.the DACQ830serles (B bita) and the DAC1208 and DAC1230 (12 bita)are avallable allernatlves.
Features• Uses easy to adjust END POINT specs, NOT BEST
STRAIGHTLINEFIT
• Low power consumptlon
• Dlrect Inlerface to all popular mlcroprocessors.
• Integrated thln film on CMOS stfucture
« Double-buffered, slngle-buffered or ilov/ throughdigital data inputs.
• Loada two 8-blt bytes or a single 10-bit word.
• Logic Inpuls whlch meet T2Lvollage level specs (1.4Vlogíc threshold).
• Works with ±10V reference — ful! 4-quadrant multi-pllcaílon.
• Opérales STAND ALONE (without \t?) ií deslred.
• Available In 0.3" standard 20-pln and 0.6" 24-pin pack-age.
• Dlfferentlal non-iinearity selection available as spec-ial order. . .-
Pltt •DAC100Q
DAC1001
DAC1CO!
DAClOOfl
DAC1007
DAC1008
Accuncy(bit.)
10
e8
10
9
8
Pin
2*
20
Ducrt pilón
H»s >llloóle
. ÍSSlUtfS
For líll-
juitllladdi!.
Key Specifications• Output Current SettIIngTIme
• Resolutlon
" Linearity
500 ns
10 bits
MICRO-DACTM |a a trtdemBrk o) National Semiconductor Corp.
• GainTempco
• Low Power Dlsslpatlon(includlng ladder)
• Single Power Supply
10,9, and 8 bits(guaranteed over temp.)
-0.0003% of FS/0C
20mW
5to15VDC
Typical Application
DAC1006Í1007/1008
8-151
ooo
D)Da.O>OooO5
25
/I251
coh-5oo
QTJCOJ
Oooo<Q
Absolute Máximum Ratings(Notesiand2) Operating Ratings ,v •Supply Voltage(Vcc) . 17VDC
Vollageatany digital input VcctoGNDVoltageatVREF¡nput _ ±25VSlorage lemperature range -65°C to +15U°CPackage disslpation at TA = 25'C (Note 3) 500 mWDO voltage appüed to 1OUT1 or loirra ~1°° mV to Vcc
(Note 4) , : . ' " • • *..Lead temperatura (solderlng, 10 seconds) 300°C
Temperature Range . ., ,Part nurnbers wlth 'LCN1 sufflxParí numbers with 'LCD' sufflxPart numbers wlth 'LD'SufMx
Voltage at any dígita! input / . . , _ •
0 "Cto7Q- c
-40°Cto-fB5'c-55°C to+125'Q
General Electrical Characteristlcs TA=25'c, vREF=io.ooovDCuniessotherwisenQted
Parameter
ResolutlonLInearlty Error
_
DlfferentlalNonlinearlty
Monotonlclty
Galn Error
Galn Error Tempco
Power SupplyRejeclion
Reference InputReslstance
Output FeedthroughError
Output IQUTCapacitance IOUT
'OUTIOUT
Supply Curren!Draln
Outpul LeakageCurren! IOUT
IOUT
Digltal InputVoltages
Condltlons
Endpolnt ad]ust onlyTMIN < TA < TMAX-10V< VREF< -MOV
DAC1000 and 1006DAC1001 and 1007DAC1002and 1008
Endpoint adjust only
TMIN < TA < TMAX-10V< VREF< +10V
DAC1000 and 1006DAC1001 and 1007DAC1002and 1008
TMIH < TA < TMAX-10V< VREF<+10V
DAC1000 and 1006DAC1001 and 1007DACl002and 1008 •
Uslng Interna! R(b
-10V< VREF< +10V
TMIN < TA < TMAXUslng Internal Rlb
All digital Inputslatched high
VCC = 14.5V to 15.5V11.5Vto 12.5V4.75V to 5.25V
VREF = 20Vp.P( f = 1 00 kHzAll data inputs
latched low'D PackageN Package
All data Inputslatched low
All data ínputslatched high
TMIN < TA < TMAX
TMIN < TA < TMAXAll data Inputs
latched lowAll data inputs
latched high
TMIN < TA < TMAXLow level
LO sufflxLCD or LCN sufflx
High level (all parts)
SeaNote
4,765
4,7
6
5
4,6.5
5
69
6
6
10
6
to 15VDC±5%
Mln.
1098
-1.0
10
2.0
Typ.
i
±0.3
-0.0003
0.0030.004
15
13090
. 6025025060
0.5
Max.
10
0.05
0.10.2
0.10.20.4
1.0
-0.001
O.OOB
0.010
20
2.0
200
200
0.8O.B
VCC = 5VDC±5%
Mln.
.
1098
-1.0
10
2.0
Typ.
±0.3
-0.0006
0.033
15
13090 .6025025060
0.5
Max.
10
.
0.050.10.2
0.10.20.4
1.0
-0.002
0.10
20
2.0
200
200
0.60.8
•
UnlU
bits
% of FSR% oí FSR% oi FSR
N
% oí FSR% oí FSR% o[ FSR
bitsbitsbits
% oí FS
% oí FS/'C
% FSRfV% FSR/V%FSR/V
kS
mVp.pmVp.p
pFpFpp
mA
_ ApA
n
\l ~VpCVDc
_^H5^
-— -
252
,-—general Electrical Characteristics TA=25->GlvREF=io.ooovDcuniessotherwi3e notad- — — —
parameter
Digital InputCurrents
current Settllng ts
Timetfrlte and XFlR tw
Pulse Wldth
Dita Set Up Time tDS
Dita Hold Time tDH
Control Set Up tesTima
Control Hold Time tCH
Condltlons
TMIN TA < TM^Digital lnputs<0.8VDigital lnputa> 2.0V
V|L = OV, V|H=5V
TA = 25°CTMIN < TA < TMAX
TA = 25°CTMIN < TA < TMAX
V'L=TAV=V25'C5V
TMIN < TA < TMAX
TA = 25°C•TMIN < TA < TMÁX
' TA = 25°CTMIN < TA < TMAX
SeeNote
6
89
9
9
9
9
to15VDC±5%
Mln.
150320
150320
200250
150320
1010
Typ.
-401.0
500
60100
80120
100120
60100
00
Max.
-150+10
VCC = 5VOC*5%
Mtn.
320500
320500
320500
320500
1010
Typ.
-401.0
500
200250
170250
220320
180260
00
Max.
-150+10
Unlts
fíAocp ADC
ns
nsna
nsns
nsns
nsns
nsns
O>oooo
roCu3Q.
O>oooen"5oo
üotí I: "Absolute Máximum Ratlngs" are trióse valúes beyond which the safety oí ths devlce cannot be guaranteed.These speclflca-!oos are not meant to Imply that the devicea should be operated at these "Absoluta Máximum" limita.•oii 2: All vollages are measured wlth respect to GMD, unleas otherwlss apeclded.*W» 3: Thls 500 mWspecidcatlonapplleaforallpackagea.The lowlntrlnslcpowerdlsslpatlonof thls part (and the fací that there Is no•tf to slgnlllcantly modlíy íhe power dlsslpatlon) removea concern for heat alnklng.»ot» í: Forcurrant swltchlng appllcatlons, both IOUTI and loUT2must go to groundorthe "Virtual Ground"o[an operational ampllíler.fíi* llnearlly error Is degraded by approxlmately VOS-*-VREF. For example, If VpEF = 1°vlhen a 1 mV oílset, VQS, on IOUTI °r loUT2w"ldtoduca an additlonal 0.01% llnearlty errof."Mi 5: Guaranteed at VREP = ±IOVDC and VHEF = *I VDc-*rtifl: TM|tj = 0'C and TMAX =:70'c for "LCN" sufdx parts.
TM|f( = -40*CandTMAX = 05'cfor "LCD" sufílx parts.TMijj=-55'C and TMAx = 125'C for "LD" aufflx parts.
*o1« T: The unlt "FSR" atands for "Full Scale Range." "Llnearlty Error" and "Power Supply Rejectlon" specs are baaed on thls unit ta"mínate dependence on a particular V^^p valué and to Indícate the true performance o[ the part. The "UneaMty Error" apeclflcatlon o[f* DAC1000 ls"0,05% of FSR (MAX)." Thla guáranteos that after performing a zero and lull scale ad|uslment (See Sectlons 2.5 andl*),lha plot of the 1024 analog voltáge outputs wlll each be wlthln 0.05% xVR Ecof a atralght Une which passes throughzero and full«cile.*et* B: Thla apeclflcatlon Implles that all parta ara guaranteed to opérate with a wrlte pulse or transíer pulas wldih (tw) oí 320na. A"roical part wlll opérate wlth lw°( °n1y 100na.The entlra wrlta pulse must occur wlthln the valld datalnterval forthe specllled tw. 'DSt'W, *ntl ts to apply."««9: Guaranteed by dealgn bul not lested. . . . . . , .**• 10: A 200nAleakage current wlth R|b = 2Qkand VRPF = 1°V corresponda to a zero error of (200x10~9x2Qx103)x100-f-10 which«O.WV, o(FS.
Switching Waveforms
253
DA
C10
00/1
/2 a
nd D
AC
1006
/7/8
Typical Performance CharaErrors vs. Supply Vollago
*, -.OZ5
§ -.OM
~ .075
le.
u
i iAmtr ERROR
'
Xy—/ -A QAtH
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^
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0 B 10 15
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Control Setup Time, tcs
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SX
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5V
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S5-35-15 5 Í5 45 Si IS 105 125 15S_3S_1S 5 25 45 ES B5 105 in
AMBIEHT TEMPERATURE ( "C) . AMBIEHT TEMPERATUBE ['CJ
Data Setup Time, tDS Data Hold Time, IDH
"
V
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\VV-
-55-35-15 5 Z5 45 G5 85 105125 -55-35-15 5 25 45 E5 BS 105 1Í5
TA, AMBIEHT TEMFEHATURE ('C] T*. AMBIEHT ItMPERATtlflE ('C)
Dígita InputThresholdvs.Temperalure
0.0 S 10 15 .
SUPFLY VOLTABE Vcc (V)
Block and Connection DiagramsDAC1000/10D1/1002(24-P1n Parts)
(MSB) Olí 11ola 10D¡7 9oís iDls 7OU 21DI] ZODI; 1!DI] IB
(LSI) Dio 17
f-N-*-*-^-*~*-»-*-»-
10-BITINPUTLATCH
— k>
— *-
DACREGI5TER
__»-
0
MSB
10-BITMULTIPLYIHG/A CONVERTE
LIS
>
t t t1i1 Zntí XFER
BTTE BYTE STflOBE
!TROBE STfiaBE CONTROL LOGIC
? í T ?i| >| s| .|Cí WR1 WflZ XFER
t4 «I
BTTE M U/
BYTE z w
i i>s ^^5
--• — '
-v.
-55-35-1S ! 25 45 65 15 105125
TEMpERATUflE|'CJ
OAC1000/1001/1002(24-Pln Parts)
15
TT" , * "— «-IDUT1 LJ/JU
: . WRÍByll l/BríTz
-11-RFB *^XFÉR
Dr •
U Dlj
T"VCC DlB
— — BHD U S K ) D > B
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S DAC 10001001,1002
7
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.Dli
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Dlg \&
ífl
.VjlEf
DUll
TOP V1EW
— - •"
254
/&
njock and Connection Diagrams (oont'dj
DAC100B/1007/10Q8 (20-Pln Parta) OAC100B/1007/1008(20-PIn Parts)
C5
Wfl
Byli '
fFEK-Dl¡-
Dlfl-
OlT-
Dlg-
(M3B) Dlg-
QNO-
12
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U
DAC1005DAC 1007DAC1D03
zo19
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1716
IS
14
13
i:11
-vcc-Dl4
-013
-Dli
-Dio (LSB)
-RFB-VREF-lOUTi
-lOUTz
T+T f
O>oooo
roQ)uo.O>Ooo2
SUSEOAC100S/l007/1Mfl
CS WH XFÉR BYTE1/ FOR LEFT JUST1FIED DATA
BYTEZ
OAC1000/1001/1002 — Simple Hookup for a "Quick Look"
9 -f 1SVDC O-MSVDC
1 A TOTAL OF 10INPUT SWITCHES4 1KRESISTOSS
1 Pof VREF= -10.240Voc 'he oulput voftage steps are approxlmately lOmV each.! Operallon Is set up (or flov-í Ihrough — no lalchlng oí digital Inpul data.1 Single polnt ground Is slrongly recommended.
DAC1006/1007/1008 — Simple Hookup for a "Quick Look"
9+15VOC 0-M5VDC
•A TOTAL OF 10INFUT SWITCHES41KRESISTORS
13 1 13 |1
''- I .. _1_
° -YnEF ~
DAC10Q6DAC1007 !OP1NSDAC1008
F°r VREF= -10.240VDc the oulput voilage steps ara approxlmalely 10mV each.Sv/l is a normally closed swltch. Whlle SW1 Is closed, Ihe DACreglsler Is lalched and new data can be loaded inlo Ihe Input lalch¡''Mhe 10SW2swltches. When SWI is momenlarilyopened thenewdata [s Iransf errad Icom thelnpul latch lo the DACreglsler and's ^Iched when SWI agaln closas.
255
t
1.0 Deflnitlon of Package Pinouts1.1 Conlrol Sígnala (All control signáis are level
1 _ , _ actuated.) '
CS: Chlp Select — active low, It wlll enabie WR(DAC1003-1008)or WR, (DAC1000-1002). ; . •
WR or WRt: Wrlta — TTie active low WR (or WR-, —DAC1000-1002) Is used to load the digital data bits (D|)Into the Input latch. The data In the Input latch Islatched when WR (or WR,) is hlgh.The 10-blt Input latchIs spilt Into two latches; oneholds 8 bits and the otherholds 2 bits. The Byte1/Byte2 control plnjs used .toselect both Input latches when Byte1/Byte2=1 or tooverwrlte the 2-blt Input latch when In the low state.
WFfe Extra Wrlte (DAC1000-1002) — The active lowWR2 !s used to load the data (rom the Input latch to theDAC reglater whlle XFEfl is low. The data In the DACreglster la latched when WR2 Is hlgh. , -
Byle1/Byle2: Byte Soquence Control — When thlacontrol Is hlgh, all ten locatlons of the input latch areenabled. When low, only two locatlons of the Input latchare enabled and these two locatlons are overwrltten onthe SBCond byte wrlte. On the DAC10Q6, 1007, and 1008,'the Byte1/Byte2 musí be low to transfer the 10-blt datain the Input latch to the DAC regiater: . . : ";
XFÉK: Transfer Control SIgnal, active low— Thls signal,In comblnatlon wlth others, Is used to transfer the 10-bUdata whlch Is avallable In the input latch to the DACreglster — see tlmlng dlagrams.
LJ/FO: Left Justlfy/Rlght Justlfy (DAC1 000- 1002) —When LJ/EU Is hlgh the parí Is sel up for left justlfled(fractlonal) data formal. (DAC1CO6-100B have thls doneInternally.) When LJ/Rl is low, the partís set up for rlghtjustlfled (Integer) data.
1.2 Other Pin Functions
Dl| (l = 0 lo 9): Digital Inputs — DI0 Is the leastsignifican! bit (LSB) and Dlg Ís the rnost signlficant bit(MSB).
|QUTI: °AC Current Output 1 — IOUTI ls a máximum for adigital input code of ali 1s and is zero for a digital Inputcode of all Os.
S: DAC Current Output 2 — lOur2 Is a constan!'minus IOUTI, or
1023 VREFR
where R = 15kD.
Vi LSE ERROR
DIGITAL IHPUT
• . End Polnl T««t Allnr Z«ro and FS Ad|.
RPB- Feedback Resistor — This Is provided on the trchlp for use as the shunt faedback resistor whanexternal op amp Is used to provide an oulput vol(age [._the DAC. This on-chlp resistor should always be USM(not ' an external resistor) because U matches ih»reslstors used In the on-chip R-2R ladder and IracV»these reslsíors over temperature.
F: Reference Voltage Input — This is the connecllor,for the external precisión voltage source whlch dr1y«the R-2R ladder. Vñ0p can range from -10 to +10voluThis Is also the analóg voltage input for a 4.quadrif,|multlplylng DAC appllcation.
VCc= Digital Supply Vollage — This Is Ihe powerpin for the part. Vcc can be from +.5 to .Operatlon is optimum for +15V. The input thresholtjvoltages are nearly independen! o! VCG- (See TyplciiPerformance Characterisllcs and Description InSectlon 3.0, T2L compatible logic Inputs.)
GND: Ground — the ground pin for the part.• i
1.3 Delinitlon of Terms
Resolutlon: Resolution Is direclly related to the numbwof switches or bits withín the DAC. For example, IhiDAC1000 has 210 or 1024 steps and therefore has 10-bilresolutlon.
Llnaarlty Error: LInearlty error Is the máximum devlaílonfrom a slraíghí Une passing through the endpoints oí¡he DAC transfer criaracfer/sl/c. It Is measured altoradjustlng for íero and lull-scale. LInearlty error Is iparameter Inlrinsic to Ihe device and cannot b*exlernally adjusted.
Natlonal's llnearlty test (a) and the "best straight Une"test (b) used by other suppllers are lllustrated below.The "best straight Une" requires a speclal sero and FSadjustment for each part, whlch Is almosl imposslbl*for the user to determine. The "end polnt test" uses istandard zero and FS adjustment procedure and ls imuch more stringent test for DAC llnearlty.
Power Supply Sensltlvlty: Power supply sensiíivity ls *measure of the ef fect oí power supply cnanges on trieDAC full-scale oulput (whicn ls the worst case).
DIGITAL IHNIT
b. B«it Slralght Un»
8-156
256
Supply Sensltlvlty: Power supply sensitlvlty Is a9 e*'ect °* P°wer aupply changes on the
íull-3cale °utPut (which is the worst case).
Tima: Settllng time Is the time required from atransltion untll the DAC output reaches wlthln
rt LSB oí the final ouíput valué. Full-scale settling' raquires a zero to full-3cale or full-scale to zeroNiput changa.
Error: Fu|| scale error Is a measure of the out-error betv/een an Ideal DAC and the actual device
Ideally, for the DAC1000 series, full-scale is-l LSB. For VHEF:=-10V and unipolar operatlon,
= 1 O.OOOGV - 9.8 m V = 9.990ZV. Full-scaleadjustable to zero.
loootorticlty: If the output of a DAC increases for In-ytislng digital Input code, then the DAC Is monotonic.1 10-blt DAC wlth 10-blt monotonlclty wlll produce anrctsasing analog output when all 10 digital inputs areoKcIsed, A 10-blt DAC wlth 9-bIt monotonicity wlll be-onotonic when only the mosí slgniflcant 9 bits arenwclsed. Slmilarly, B-blt monotonlciíy is guaranteed•fien only the most slgnlficant 8 bits are exerclsed.
3.0 T2L Compatible Logic InputsTo guaranlee T2L vollage compatlblllty of Ihe logicInputs, a novel bipolar (NPN) regulator clrcull is used.Thls makes the Input logic thresholds equal to theforward drop of two dlodes (and also matches thetemperature varlatlon) as occurs naturally In T2L. Thebaslc circult is shown in Figure 1. A curve of digitalinput threshold as a functlon of power supply voltage ¡sshown In the Typical. Performance Characleristlcssection.
4.0 Application HintsThe DC stabillty of the VREF source Is the most impor-tan! factor to malntain accuracy of Ihe DAC over timeand temperature changes. A good single polnt groundfor (he analog signáis Is next in Importance.
These MICRO-DAC™ converters are CMOS producísand reasonable care should be exerclsed in handlíngthem prior to final mountlng on a PC board. The digitalInputs are protected, but permanenl damage may occurIf the part Is subjected to hlgh electrostallc fields. Storeunused parís In conductivo foam or anti-stalic ralis.
o
roO)DQ.
D>O
co
2.0 Double BufferingTiese DACs are double-buffered, microprocessor com-Mtibleversionsof the DAC1020 10-blt multiplying DAC.nw addlílon of the buffers for the digital input data notsnly allows for storage of Ihls data, but also provides aoy [o aasemble the 10-blt input dala word ¡rom two«lia cycles when uslng an 8-bít data bus. Thus, the-<il data update for (he DAC output can be made wlthTV« complete new set of 10-bit data. Further, the doublehitlerlng allows many DACs In a system to storearreot data and also the next data. The updating oí the*w data for each DAC Is also not time critlcal. When allDACs are updated, a common strobe slgnal can then bened lo cause all DACs to switch to their new analog>Jtpul levéis.
4.1 Power Supply Sequenclng & Decoupling
Some IC ampllflers draw excessive curren! from IheAnalog Inputs to V- when íhe supplies are flrst turnedon. To prevent damage to ihe DAC — an externalSchottky dlode connected from IQUTI or Ioui2 to groundrnay be required to prevent destructiva currents In IQUTI°r Ioui2- If an LM741 or LF356 is used — these dlodesare not required.
The standard power supply decoupling capacítors whlchare used for the op amp are adequate for the DAC.
4.2 Op Amp Blas Current & Input Leads
The op amp blas current (IB) CAN CAUSE DC ERRORS.BI-FET™ op amps have very low blas current, and there-
Rgur» 1. B»slc Uoglc Throshold Loop
8-157
257
oo
a•ac(O
CM
Ooo7—
O<a
fore the error introduced Is neglig'lble. BI-FET™ op ampsare strongly recommended lor these DACs. .
The distance from the IQUTI pin of the DAC to the inverí-Ing input of Ihe op smp should be kept as short as pos-sible to prevent Inadvertent nolse pickup.,
5.0 Analog Applications 'The analog sectlon oí these DACs uses an R-2R ladderwhich can be operated both In the current switchingmode and in the voltage switching mode. . . .-
The major producl changes (compared wilh the DAC1020)have been made in the digital functloning of the DAC.The analog functioning is reviewed here for complete-ness. For-additional analog appllcations, such as mullí-pllers, atlenuators, dígltally controlled amplifiers andlow frequency slne wavé oscillators, refer to the DAC1020data sheet. Some basic clrcuit ideas are presentad in thlssection In addftion to complete appllcations circuits.
5.1 Qperation In Currenl SwHching Mode
The analog circuítry, Figure 2, conslsts of a sllicon-chromium (Si-Cr) Ihln film R-2R ladder which isdeposited on the surface oxide of the monollthlc chip.As a result, there is no parasitic diode connected to theVREF pin as would exlst if diffused resistors were used.The reference voltage input (VREF) can Iherefore range[rom -10Vto -MOV.
The digital input code to the DAC simply controls theposition of the SPOT current swltches, SWO to SW9. Alógica! 1 digital input causes the current switch to steer.
the available ladder current to the IOUTI outpul núThese MOS swilches opérale In Ihe curren! mode wi|h.small voltage drop across them and can therelo-,switch currents of elther poladty. Thls Is the basls li>the 4-quadrant multlplying feature of thls DAC.
5.1.1 Provldlng a Unipolar Output Valloge wlth theDAC in the Curren! Switching Mode
A voilage output is provided by making use of »nexternal op amp as a current-to-vollage converter, ib»Idea Is lo use the Internal feedback resistor, RFB, (rtXT1
the output of the op amp to the invertlng (-) Inpul.No*.when current Is entered al thls invertlng inpul. i 'feedback action of the op amp keeps that Inpul r.ground potential. Th¡s causes the applied input curren!to be diverted to the íe'edback resistor. The outputvoltage of the op amp is forced lo a voltage given by:
VOUT = -{IOUTIXRFB)
Notlce that the sign of the output voltage depends onthe dlrectlon of current flow through the íeedbacVresistor.
In current swilchlng mode applications, both currenloutput pins (IOUTI and IOUTZ) should be operated i!OVrjc- This is accomplished as shov/n In Figure 3. Ttwcapacitor, CG, is used to compénsale for the outputcápacltance of the DAC and the Input capacitante o1
the op amp. The requlred feedback resistor, RFB. ''available on the chip (one end Is ínternally tied to lourt1and must be used since an external resistor wíll noíprovide the needed malching and temperature tracklngThls clrcuit can therefore be simpllfled as shown Ir.
DIGITAL INPUT CODE
(MSB) ILSB)
TEHMWW10HR
O IOUT;
n »15 ka
Figure 2. Current Mode Switching
(INTERNA!.) fiFB IOUT 1
+VREF VOUT= -
OP AMPLF356Lf351LF357
t$jLn!410
RlDO
00
1.4*
tlyti4
1.5
Figure 3. Convertlng IOUT lo VOUT
B-15B
258
. u[e 4, where the slgn of the reierence voltage hasiíñ changad lo provide a positiva output voltage. Note'-jl íhe output curren!, IOUTI. now flows íhrough the%ípln.
^1,2 Providlng a Bipolar Output Voltaga wlth IheDAC In the Current Swltchlng Moda
•\ addltfon of a second op amp to the circult of FigureKan be used to genérate a bipolar output voltage fromillxed reference voltage (Figure 5).Thls, In effect, givespqn signifícanos to the MSB of the digital Input word lo^w two quadrant mullipllcaíion of the referenceo'tage. The polarity of the reference can also berversed to realize the full four-quadrant multipllcatlon.
-\t applied digital w'ord Is offset blnary whlch Includesicode to output zero volts wlthout the need of a large•»!ued resistor common to exlstlng bipolar multiplying^Ccircuits. Offset binary code can be derlved from 2'sOTpIemenl dala (most common for signed processorrthmetlc) by Invertlng the state of the MSB in eithercltware or hardware. Afler doing this the output then-nconds In accordance to the following expression:
where VREF can be positive or negatlve and D is the signeddecimal equivalen! of the 2's complament processor data.(-512 < Os; +511 or 1000000000 < D< 0111111111). Ifthe applied digital input la interpreled as the decimalequivalen! of a true blnary word, VOUT can be found by:
) — VnD-512
512 1023
WHh thls conflguraüon, only the offset voltage of ampli-fier 1 need be nulled to preserve linearity of íhe DAC. Theoffset vollage error of the second op amp has no effecton linearity. U presents a constan! output voltage errorand should be nulled only if absolute accuracy is needed.Another advanlage of this configuratlon is that íhe valúesof the external resistors requlred do nol have to matchthe valué of Iheinternal DACresIstors;they need onlytomatch and íemperature track each other.
A thin film 4 resistor network avallable from BechmanInstruments, Inc. (part no. 694-3-R10K-D) Is Ideallysuited for this applicatlon.Two of the four available 10kQresistor can be paralleled to form R in Figure 5 and theother two can be used separalely as the reststors la-beled 2R.
Operation is summarized In íhe table below:
Ti Comp.D»clmal)
2's Comp.(Blnary)
AppliedDigital Input
AppliedTrue Blnary VOUT
(Decimal) +^REF "VREF
'511
•256
1
-1
.-256
i-512
0111111111
0100000000
0000000000
11111111111100000000
1000000000
11111111111100000000
1000000000
0111111111
0100000000
0000000000
1023
768
512
511
256
O
VHEF-1 LSB
O
-1 LSB
-VREF/2
-vREF
-IVREF| + 1 LSB
-IVREF|/2
O
+ 1 LSB
+ lVREFl/2
O>oooo
roQ>rjo.O>ooo
oo
512
-VREF o—
Figure 4, Providlng a Unipolar Output Voltago
VOUT
Figure 5, Providlng a Bipolar Oulput Vollage wlth iho OAC In Irte Currant Swllchlng Modo
___
259
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10 Digital Control DescriptionN DAC1000 seríes oí producís can be used !n a wideívisly oí operatlng modes. Most oí the optlons arei-own In Table I. Also shown In this lable are thewcllon numbers oí this data sheel where each of theí«al¡ng modes is discussed. For exampte, If yourmninterest ísinterfaclng io a y? with an B-blt data bus«wwlll be direcled to Sectlon 6.1.0.
N flrst conslderallon !s "wlll the DAC be Interfaced toi.Pwith an 8-bIt or a 16-btt data bus or used !n theíind-atone mode?" For the 8-bit data bus, a secondw'ectlon Is made on how the 2nd digital data buffer {the^C Lalch) Is updaled by a transfer from the Ist dlgllalsi» buííer (the Input Latch). Three optlons arentfded; 1) an automatlc transíer when the 2nd data^e la wrilten to the DAC, 2} a transíer whlch la underf« control of the fjp and can include more than one3*Cln a simultaneous transíer, or 3) a transfer whlch isr(iír the control oí external loglc. Further, Ihe data^rnat can be elther left Justified or rlght Justlfled.
^«n Interfacing to a P wlth a 16-blt data bus only two*«clions are avallable: 1) operatlng the DAG with a*^'e digital data bufíer {the transfer oí one DAC does^have to be synchronized wlth any other DACs in theWem). or 2) operatlng with a double digital dala buffer
for simultaneous transfer, or updating, of more than oneDAC.
For operating withoul a pP in the stand alone mode,three optlons are provided: 1} uslng only a single digitaldata buffer, 2} using bolh digital data buífers — "doublebuffered," or 3) allowing the input digllal data to "flowthrough" to provlde íhe analog output wlthout the useof any data latches.
To reduce the required readlng, only the appllcablesecllons of 6.1 through 6.4 need be considered.
6.1 Interfacing to an 8-Blt Data Bus
Transferrlng 10 bits of data over an 8-bil bus requlrestwo wrlte cycles and provldes four posslble combina-liona which depend upon two basic data formal andprotocol declsions:
1. Is Ihe data to be left ¡ustlíled (considered as frac-liona! blnary dala wilh the binary polnt to the íeft) orrlght Juslifled {considered as binary welghted datawllh the binary poinl to Ihe right)?
2. Which byte will be transferred flrst, the mosl signifi-can! byte (MS byte) or the least significan! byle (LSbyle)? . • .
Tablo 1.
\0peratlng Mode
^fiua ^" \ ^
ltoala Bus (6.1.0)
^h' Justlfled (6.1.1)
¡ÜLí tnied (6.1.2)
^ °ata Bus (6.3.0)
^ Alone (6.4.0)
Automallc Transfer
Secllon
6.2.1 .
6.2.1
Figure No.(24-Pln) (20-Pln)
• 16 ,
17 18
Single Buffered
6.3.1 19 20
Single Buffered
6.4.1 19 20
^P Control Transfer
Sectlon
6.2.2
6.2.2
Figure No.(24-Pln) (20-Pln)
18 :, 17 '18
Double Buffered ' .
6.3.2 19 ' 20
Double Buffered
6.4.2 19 20
Extemal Tranaler
Sectlon
6.2.3
6.2.3
Figure No.(24-Pln) (20-PIn)
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17 18
Flow Through
Not Appllcable
Flow Through
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ÜXMC is sHtrwK FDKiiwTnwH ÜXMC is sHtrwKU/EUl-LEFT JUSTIFICO
Flgur» 17. Inpul Connectlons and Control» lor DAC1000-1002 L»(t Justllled Diti Opllon
DAC1006/1007/1006 (20-Pln Pirt» lor Ull Ju»ll(l«d Dalí)
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AKO THE ÍITE COKTML CAN IE PEJItYED F«D« THE ADORÉIS BU: I1GKAUÍ
G.2,3 Transler Using an External Strobe
This is similar to the previous operallon except Ihe XFER signal is noi provided by the y?. The timing diagram for thisis
DAC1000/1001M002(24.p|n París) DAC1006/1007/1008 (20-Pln Parts)
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j interfaclng to a 16-BIt Data Bus
- [eflace to a 16-bil data bus is easily handied by connectlng to 10 oí the available bus lines.Thls allows a wiring~* "led right ¡ustitied or lefl justifled data formal.This is shown In the connectlon diagrama of Figures 19 and 20, where^ B oí D86 to DB15 gtves left ¡ustllled dala operalion. Note that any parí number can be used and the Byte1/Byte2^JolshouldbewIredHI.
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Figure 20. Inpul Connacllons and Uoglc lor DAC1006/1007/10oa wllh 16-Blt Dat» Bus
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82
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00Three óperallng modes are possible: (low Ihrough, single bulfered, or double buffered. The tlmlng diagrams for these at(
shown below: . . ' . - . ' . . " . , • .
6,3.1 Single Buflered
DAC1000MQOlf1u02(24-P1n Parla) DAC1006M007/100B (20-Pln París)
wTi i WSi. - ,Iftt 1/Sjí( !-1
TFtlUo
ANHDSDUIFUIUrDATED-
„\S DAT* IH
N DAC «GISTE*L/ \INPUI DATÁIS
N
LOAD IMPUT UICH
6,3,2 Double Buffered •
DAC100U/10Q1/1002 (24. Pin Parts) DAC1006/1007/1008 (20-Pin Parts)
n
IHPUT DMA!! UTCHEO
\. LOAD 1NFÜT UíCH
6.4 Stand Alone Operatlon
For appllcalions lor a DAC which are not under yP control (stand alone) there are two basic operatlng modes, singlebuffered and double buflered. The Hming diagrams lor these are shown below:
6.4.1 Single Buffered
DAC1000/10Q1/1002 (24-PÍn Parle) . DAC1006/10Ó7/1008 (20-PÍn Parts)'
IFEKIODACKECISItU
UTCH ixrtiT UTCH
LOAD IMPUI UTCH
6.4.2 Double Buffered
DAC1000M001MOOZ (24-Pin Parla}
UTCHES D»TA )H 0««='Jiinrui OAIA MUSÍ «tV11*UMIIL IHIS IIMEI
DAC1006M 007/1006 (20-Pín París)*
LOAD INpinUTCH,
^V,UICHDAC
'Fot a connection diagram of Ihis operaling mode use Figure 18 for Ihe Logic and Flguie 20 ior Ihe Dala Inpul connecllons.
8*168
268
(13 Through
rating mode causes the 10-blt Input word to direclly créate Ihe DAC output without any lalching Involved.
DAC1000/1001/1002 (2<-Pin París)
BylB l
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7.0 Microprocessor Interface->ie loglc funclions oí the DAC1000 [amlly have been•í.enied lowards an ease oí Inlerface wllh all popular'r^, The (ollowing sections dfscuss In detall a fewjelul Interface schemes.
f.| DAC1000/1/2 to 1NS8080A Interface
rpure 21 (Ilústrales the slmpllcily o( interfacing'the;AClOOO to an INS8080A based mlcroprocessor syslem.
The clrcult wlll períorm an automallc transfer oí Ihe 10bits oí output data (rom the CPU to the DAC reglster asoutllned in Section 6.2.1, "Controlllng Data Transfer foran 8-Blt Dala Bus."
Slnce a double byte wrlle is necessary to control theDAC with the INSB080A, a posslble Instrucllon loachieve Ihis ís a PUSH of a register palr onlo a "stack"in memory. The 16-bil register pair word will conlain the10 bits of the eventual DAC Inpul data in the proper
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AunADifl,
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CONTROL BUS
MOTE: DOUBU fllTE STORES CAN BE ISED.i.o. THE IHSTfiUCTIQN SHLD F*«1 STORES THE LBEG INTO fll ANO THE H «EG 1NTO BZ ANOTflANSFEñS THE RESULT TO THE DAC ÍIEGISTEB.THE OPERAHO OF THE SHLD INSTRÜCTIOH MUSTBE AN 000 AODfiESS FOR. PROFER TRANSFER.
Figure 21. Inlerlacing Iha DACIOOO lo Ihe INSB080Á CPU GroUp
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CMT—
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sequence lo conform !o both Ihe requlremenls oí theDAC (wlth regard to rlght or left justifled data) and thefmplementalion of Ihe PUSH Instructlon whlch wllloutput the hlgher order byte o[ the register paír (Í.e.,register B oí the BC palr) flrsl. The DAC wlll actuallyappear as a two-byte "stack" in memory to the CPU.The-aulo-decrementlng o( Ihe slack polnter during a PUSHaüows usln_g address bit O oí the stack pointer as IheByte1/Byle2 and XFER strobes ÍÍ bit O oí the stackpolnter address-l, (SP-1), Is a"1" as presented to theDAC. Addillonal address decodlng by the DM8131 wil!genérale a unique DAC chip select (CS) and synchronlzethis CS to the two memory write strobes oí the PUSHinstructlon. '•» *.* " * • • • . : •' • . .
To reset the stack pointer so new data may be output toIhe same DAC, a POP instruction followed by instruc-tions to insure Ihat proper dala Is In Ihe DAC dalaregisler palr before It Is "PUSHED" to the DAG shouldbe executed, as the POP Instrucllon wlll arbitrarlly alterthe contenls of a regisler palr. ' ' - .- • *-
Another doubie byle write Instruction Is Store H and LDirecl (SHLD), where the HL register palr would lempo-rarily conlain the DAC data and Ihe two sequentialaddresses for the DAC are speciíied by the Instructlonop code. The auto Incrementing oí the DAC address byIhe SHLD Instruction permits the same simple schemeoí using address bit O to genérate the byte number andtransler strobes.
7.2 DAC1000 to MCB820/1 PÍA Interface
In Figure 22 the DAC1000 Is Interíaced to an M6BOOsyslem through an MC6820/1 Perlpheral InterfaceAdapter (PÍA). In this case the CS pin of the DAC-lsgrounded slnce Ihe PÍA Is already mapped In the 6800syslem memory space and no decodlng Is necessary.Furthermore, by using both Ports A and B of the PÍA the10-bjt data transíer, assumed rlght ]ustlfled again In two8-blt bytes, Is greatly slmpllíled. The HIGH byte Is
loaded Into Output Reglster A (ORA) o[ the PÍALOW byte is loaded Into ORB.Tne 10-blt
program control. The 10-blt data word In the ¿vregister wlll be latched (and henee VOuy wlll be fu
. when CB2 Is brought back HIGH. ^
If both output ports oí Ihe PlA are nol avallable \\\.posslble to Interface the DAC1000 through a singló tx«
' wllhout much eííort. Howevef, addltlonal loglc t\^lCB2 (or CA2) Unes or access to soma oí the 6800 ayit»,control Unes wlll be requlred. - • .
7.3 Nolse Conslderatlons
A typlcal digltal/mlcroprocessor bus environmenl U t
tremendous potentlal source of hlgh frequency nol*whlch can be coupled to sensitiva analog clrcullry.TNf asi edges of the data and address bus signáis genwi¡iírequency'componenla oí 10's of megahertz and CMcause nolse splkes to appear at the DAC outpul.Thwtnolse splkes occur when the data bus changes stali ywhen data Is transferred between the latchea oí th»devlce.
In low .frequency or DC appllcatlons, low pass IIHorlr^can reduce Ihese nolse splkes. This Is accomptlshedbjover-compensallng the DAC output arnpllliar by Kcreaslng the valué oí the íeedback capacitor (Cc V.
• Figure 3). - " . ' .
In appllcatlons requlrlng a fast translent response frc^the DAC and op amp, flllerlng may not be íeaslble. M>Ing a latch, DM74LS37-1, as shown In Figure 23 Isolainthe devlce (rom the data bus, thus ellmlnallng noiwsplkes that occur every time the data bus changas alinAnother method for ellmlnatlng nolse splkes Is to add isample and hold aíter Ihe DAC op amp, This also hnthe advantage of ellmlnatlng nolse splkes when chsníing digital codes.
-Í-15V
Rgure 22. DAC1000 to MC6820/1 PlA lnt»rf»c«
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oT3COJ
5<Q
Flgur» 25. Digital lo Synchro Con»«rtw
Ordering Information
1. All Logic Features — 24-pin package.
Tamparalure Rango
Accuracy
0.05% (10-bIl)
0.10% (9-bIt)
0.20% (B-bit)
Package Oulllne
-40°C lo +8S°C
DAC1000LCD
DAC1001LCD
DAC1002LCD
D24C
-55°C to +125*C
DAC1000LD
DAC1001LD
DAC1002LD
D24C
0°lo +70*C
DAC 1000LCN
DAC1001LCN
DAC1002LCN
.y24
2. For L«ft Ju»l l l led Dal» — 20-pIn package. (See package outl ine D20C.)
Temperatura Range
Accuracy -40°C lo +85°C -55CC to +125*C 0°to +70*C
0.05% (10-blt) DAC1006LCD DAC1Ó06LD DAC1006LCN
0.10% (9-bIt) DAC1007LCD DAC1007LD DAC1007LCN
0.20% {B-bitJ DAC100BLCD DAC1008LD DAC1008LCN
Package Oull lne D20C D20C N20
8-172
272
NationalSemiconductor
LM555/LM555C TimerGeneral DescriptionThe LM555 is a híghly stable devíce íor generatingaccurate time delays or oscillatíon. Addítional termináisate. provided for triggering or resetting if desired. In thelime delay mode of operation, the time is precísely con-uolled by one external resistor and capacitor. For astableoperatíon as an oscíllator, the free running frequency andduiy cycle are accurately controlled with two externalíesisiors and one capacitor, The circuít may be triggeredand reset on falling waveforms, and the output circuitcan source or sink up to 200 mA or drive TTL circuits.
Features• Direct replacement for SE555/NE555
• Tíming from microseconds through hours
• Opérales in both aslable' and monostable modes
Industrial Blocks
Adjustable duty cycle
Output can source or sink 200 mA
Output and supply TTL compatibleTemperature stability better than 0.005% per °C
Normally on and normally off output
ApplicationsPrecisión timing
Pulse generatíon
Sequential tíming
Time delay generation
Pulse wídth modulationPulse positíon modulation
Linear ramp generator
Oíenen
oíoíenO
Schematic Diagram
Connection Diagrams
Order Number LM555H, LM55SCHSen NS Pscknga H08C
Ordor Numbflf LM555CNN08B
Ordiir Numb«r LMSS5J or LMES5CJ5«a NSP»cka9« JOSA
9-33
273
mmLO
Supply Voltaje .;Power Díssipatíon (Note 1)Operating Temperature Ranges
LM555C '.LM555
Storage Temperature RangeLead Temperature (Soldering, lOseconds)
+ 18V /.600 mW
0°C to+70°C-556Cto+125°C-65°Cto+i50°C
300°C
CharaCteristiCS (TA-=25°C,Vc c=+5Vto-f15V(un|e Ss otherwise speclfied)
•PARAMETER
Supply Vollape
Supply Current
Tíntrng Error, MonoitableInitfal AccuracyDrill with Temperature
Accurscyower TemperatureDtHtwilh Supply
)
CONDITIONS
' : . • .
V C C -5V .R L Í~
V C c- 1SV,RL.-(LowSlale) (Note 2)
'
RA- RB * 1k 'o lOOk.C-O.l^F. (ÍJote3)
L1MITS
LM5S5
MIN
4.5
TYP
310
0.530
1.50.05
MAX
18
5
12
LM555C .
MIN
4.5
TYP
310
150
1.50.1
.MAX
• 16
615
Uí
oLOLOLO
LOLOLO
Absolute Máximum. RatingsSupply Voltage .. +18V
Power DIssipation (Note 1) 600 mW
Operating Temperature Ranges
LM555C ' 0°C to+70aC
LM555 __ -55°Cto+125QC
Storage Temperature Range ~65°C to •H50°C
Lead Temperature (Solderíng, 10 seconds) . " 300°C
0~A;= 25°C, Vcc = lo +15V, unless otherwise speciíied)
PARAMETER
Supply Volta&e
Supply Current
Timmg Error, MonostableImtlal AccuracyDilft wllh Temporatuíe
Accutacy ower TemperatureDiill wiih Supply
Tltnlnpj Enor, AitahleInlilal AccufacyDríft wiih TempsratureAccuracy overTemperature
Drill with Supply
Ttiieihold VoUagc
Tiiggíf Voltaje
Tiigger Currenl
Reiet Voltagí
Resel Cutteni
Thtcihold Curiínl
Contlol Voltage Level
Pin 7 Leakagí Ouipul Hlgh
Pin 7 Sai (Note 5)Outpul LowQutput Low
Oulput Voltag? Drop [Low]•
Outpul Voltape Drop IHigh)
Rite Time oí Outpui
FillTimeol Outpul
)COHDIT1ONS
VCC-SV.RL'- ' -
Vc c - 1SV, R L - -
(LowStaie) (Nole 2)
i
RA. RB " ¡k to 10° k,C- O.luF. [Note 3)
Vcc - 15V
Vcc ' 5V
(Nole4) .1
Vcc - 15VVcc - 5V
i
Vcc - 15V,I7 • 15 mA
Vcc-d.5V. [, -4.5mA
Vcc - 15V
ISINK " IQrnA
'SIM« " 50 mA
ISINK " 100 mAls i f J K-2DOmA
Vcc - 5V
ISIMK • 8 mAISXJK " 5 mA
'souncE -200mA.Vcc-15V
Isouflce ' IDOmA, Vcc - isvVcc ' 5V
: LIMITS
LM555
MIN
4.5
*
4.81.45
0.4
9.62.9
'
133
TYP
310
0.530
1.5
0.05
1.5902.5 -0.15
O.G67
51.67
0.01
0.5
0.1
0.1
103.33
1
15070 .
0.10.4
12.5
0.1
12.5
13.3
3.3
100
100
MAX
18
512
5.2'1.9
0.5
1
0.4
0.25
10.4
3.a-
100
100
0.1S
0.52.2
0.25
LM5S5C .
MIN
4,5
0.4
9
2.6
12.752.75
TYP
310
150
1.50.1
2.25
1503.00.30
0.667
S1.67
0.5
0.5
0.1
0.1
10
3.33
1
18080
0.10.4
22.S
0.25
12.5
13.3
3.3
100
100
MAX
16
615
0.9
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04
0.2 S
114
100
•3
200
0.25
0.75
2.5
0.35
UNÍ
r
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pcm''
X
PD'n''
\ V
r
Note 1: For operatíng at elevated temperaturas the devlce musí be dcrated based on a +150"C máximum junction lempletliiance of -t45"C/W junction tocase for TO-5 and + 150°CAV Junction to »mbíent for boiti pnckajjes.
Noi» 2: Supply currenl yvhon output hlqh typicolly 1 mA ICK at VQQ - 5V.
Note 3: Tested at Vcc - 5V end Vcc " 15V.
Not« 4: Thit will determine Ihe máximum valué oí R^ + RB fot 15V operaiíon, The máximum tola! (R/\• Rrjl !i 20 MH.
Non 5: No proiectíon againit excessíve pin 7 currenl ls necossery ptovlding the pockage disilpation ratlng wlll not be exceedi_
arature and fl I
274
LM55
5/LM
555C
a- c
H
-.33
*2 ] A
V1
30
NQ
UV
3V
JOH
J
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oLOLOLO
LOLOLO
Applications Information
MONOSTABLE OPERATION
In thís mpde óf operátion, the tímer functions as aone-shot (Figure }}. The externa! capacitor Is initíallyheld discharged by a transistor ¡nside the tímer. Upon ap-plicatíon of á negative trigger pulse of less than 1/3 Vcc 'to pin 2, the flip-flop is sel which both releases the shortcircuit across the capacitor and drives the output hígh.
{ REStI
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OCCHAHGE
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CONIflOl
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FIGURE 1. Monoitable
The voltage across the capacitor then lacreases exponen-tially for a period of t = 1.1 RAC, at the end of whichtime the voltage equals 2/3 Vcc. The comparator thenresets the flíp-flop which in turn discharges the capacitorand dríves the output to íts low state. Figure 2 showsthe waveíorms generated ín thís mode of operátion.Since the charge and the threshold level of the com-parator are both directly proportional to supply voltage,the timing interna! is ¡ndependent of supply.
FIGURE 2. Monostahle Waveformt
During the timing cycle when the output is high, thefurther application of a trigger pulse will not effect thecircuit. However the circuit can be reset duríng this timeby the application of a negative pulse to' the resetterminal (pín 4). The output will then remain Ín the lowstate untíl a trigger pulse ¡s again applied.
When the reset functlon Ís not in use, it Ís recommendedthat it be connected to Vcc to avoid any possibilíty offalse triggeríng.
Figure 3 is a nomograph for easy determinaron of R, Cvalúes for various time delays.
NOTE: In monostable operation, the trigger should bedriven high before the end of timing cycle,
ASTABLE OPERATION
lf the circuit Ís connected as shown ín Figure 4 (pins 2and 6 connected) it wül trigger ¡tself and free run as a
1 mi IDmitOOmt li 10i IDO i
tj-TIMEDELAY
FIGURE 3. Time D«|nV
mulíivibrator. The external capacitor charges throughRA + RB and discharges through RB. Thus the dutycycle may be precisely set by the ratio of these tworesístors. ;
FIGURE 4. Astsbla
In this mode of operation, the capacitor charges anddischarges between 1/3 Vcc and 2/3 Vcc. As in thetríggered mode, the charge and díscharge times, and there-fore the f requency are independen! of the supply voltage,
Figure 5 shows the waveforms generated in thís modeof operation.
FIGURE 5. Aitablfl WBveforim
The charge time {output high} Ís gíven by:t, «0.693 (RA + RB) C
And the discharge time (output low) by:ta =0.693 (R8J C
Thus the total period Ís:T-t! +t2 =0.693 (RA +2RB) C
9-36
2?6
I
Applications Information (Continuad)
Th« frequency of oscillation is: _
1 1.44
6 may be used for quick determination of these
RC valúes.
r,b< duty cycle is: O =
0,1 ] 10 100 U 10k ION
J- FREE-aUNNIHG FREQUENCY (Hil
FIGURE 6. Freo Running Fraquency
FREQUENCY DIVIDER ;;
The monostable circuit of Figure / can be used a? a(rcquency divider by adjusting the length of the timingcvcle. Figure 7 shows the waveforms generated in adivide by three circuit.
H"E • 10-t/OIV. M.J
X, • 1.1 III
t'HI.F
FIGURE?. Fr«quincy Dividir
PULSE WIDTH MODULATOR
^hen the timer ¡s connected in the monostable mode•"d Uiggered with a continuous pulse train, the outputcultf width can be modulated by a signal applíéd to pin". Fiyjre 8 shows the circuit, and in Figure 9 are some*»veform examples.
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DUCHAR GE
THBtJHCtÜ
MOOIÍIAIIO-"inrui
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FIGURE B. Pulía Wldth Modulator
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enenenO
TIME • 0.1 n/DIV.
N. • t.l III
C* t C1HF
FIGURE 9. Pul» Wldth Modulator
PULSE POSITION MODULATOR
Thís application uses the timer connected for astableoperation, as in Figure JO, with a modulating signalagaín applied to the control voltage terminal. The pulseposítíon varíes with the modulating signal, since thethreshold voltage and henee the time delay is varied.Figure 11 shows the waveforms generated íor a tríanglewave modulation signal.
FIGURE 10. Pulí» Politlón Modulator
• FIGURE 11. Pulió Politlón Modulator
LINEAR RAMP • • . .
When the pullup resistor, RA, in the monostabte circuit¡s replaced by a constant current source, a linear ramp ¡s
9-37
277
oLOtnm
LOLO
Applications Information (Continuad)i ' • '. •
generated. Figure ¡2 shows a circuit configuraron thatwill perforrn thls function.
x FIGURE 1-2.
Figure 13 shows waveforms generated by the linear ramp,
The time interval is given by:
; ' ' 2/3 Vcc RE (R! -f R2) CT =
,-f Ra)
FIGURE 13. Linoar Ramp
50% DUTY CYCLE OSCILÍ-ATOR
For a 50% duty cycle, the resistors RA and RB may beconnected as in Figure 14. The time period for the out-
put high is the same as prevíous, t-i = 0.693 RA c.por the output low it ís t2 =
CLn2R B -R
Thus the frequenc.y of oscíllatían is f = •
FIGURE 14. 50% Duty Cycle Oscillator
Note that this circuit will not oscülate íf RB is greaterthan 1/2 RA because the ¡unction of RA and RB cannotbring píh 2 down to 1/3 Vcc and trigger the lowercomparator.
ADDITIONAL INFORMATION "
Adequate power supply bypassing ¡s necessary to protectassociated circuitry. Mínimum recommended is O.ljjp inparallel with IfiF electrolytíc.
Lower comparator storage time can be as long as 10 :.when pin 2 Ís dríven fully to ground for tríggering. Thislimits the monostable pulse width to IQ/is mínimum.
Delay time reset to output is 0.47us typical. Mínimumreset pulse width must be Ü.3íis, typical.
Pin 7 current switches within 30 ns of the outpui(pin 3) voltage.
9-38
278
National;!Semiconductor
MM54C922/MM7AC92216-Key bncoderMM54C923/MM74C923 20-Key Encoder
general description
Thüsu CMOS kuy tincoüiMt puj'/ide.aM ih«: nuccstarylogic to iully uncodi: an airay oí SPS T s-.viicliL-i. Th«kcybüdid sean cao Lo ¡mplL-incniod by eilhci an uxiüiniílclock or externa! capacitor. Thcst uncodors also havo on-chip puIKip dovices which p'.-rmit v.viichei ivlh tip loíiU kií on lesistancu 10 bo useii. ÍJo diodo: in th«j 5.-<itcliatray are- ncudcd tt: uliniin.ilc (jhnn sv/uchos. riieinturnal Otjbuunco cuculí neuds anly .1 iinylu ''!>.l-.:rnalcapacito; and can be «Jclualcü by onituing Ihc capácitui.A Data Avaílabltí ouiput tjoes tu a hiíjh lisvel wh'jo avaliü küyboard cnuy has beun made. The üata Availahleauipui (eiufiis lu a Io%v levul v.-!ii;t) ihc L'ntciud ki:y ¡5fL'íL-aied. üvcn if anutliur kcy ís <k'prussud. The OjtaAvoilable v/ill rülurn Miyh lo indícale occoptancu ul ihcn«w kt¡y aíter a normal debouncii puriod; ibis twu ktyroll over ís providoü Ijetvvuen .iny two s\vitch«.
An interna! rcyistcr reniümbuís ihü last kuy iJrussedevcn aí ter ihu kcy is rt-luasud. Thu Tfíl-STATE'"' ouíputs
pioviii1.1 luí *Miv lí^p.iiiMun .'iiid !iui oíL P T T L tuiJipatiblí!. '
fnntures
u f)í) r.i¡ in.ixinuiPii sivil.'h un n;>i',U!ii;i
u On ur ulf i:hi;) clock
u Ou fliip KIW piill-iiiJ tl.¡''ii;i.";
" 2 Küy íoll-ovtír
u i - i ' V iioiincü i!linii.iaii*)'i '.viili siiiijlt! ca
" L.i-it ki:y Ji;i|isicf .it iiutpulí
u Tf l l -STATE ouuuiis LPVTL conipatí
f '.Vuk- suppiy (aiují!
« Low POVJLT uoniumpiioii
3V lo 15V
S
en
Otohoro
Otoroto
en
Otoco
OcoCO
connection diagrams
Dual-lii-Lini; I'ack.iyi; Oiin l - I t i -L . i ie t
ROA t< -
DiciitAion-
COLUMH XI —
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Loi)Íi:;iI "U" wr Loyícal "1"
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COUT TRI-STATÍ: Oulput Capsoitance t
COMDITIOWS
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ECG3045
EC03081
ECQ3082
ECQ3083
ECG30B4
ECQ3086
ECG3088
OutputConftgUrntlon
NPN Transistor
NPN Transistor
NPN Transistor
NPN Transistor
NPN Darllngton
NPN Darlln0ton
NPN Transistor
NPN barllngton .
NPN barlington •
NPN Darllngton
NPN DualTransistor
NPN Translator
Totn
InolatlonVollngo
VisoSurga |V|
7500
7500
7500
3550
7500
7500
6000
6000
7500
7500
7500
7500
DavlcB tlntlnga
TolalPowor
Pt (mW)
250
250
250
260
300
300
250
250
250
250
4oo
300
DCCurront
TrensfarRallo% '
20
100
20
70
300
500
20
400
200
100
50
• 20
LED Max Ratina*
NorwnrdCurrentIpImAl
80 .
60
60
. 8°
80
BO
60
.-60
60
60
60
60
RovoríeVoltagéV R 1 V J
•3'. V
6 '
•3 .
3 • • •
3
3
: 3
3
3
3
-. 3
6
photolranalslor ffnllno*
Collnctorto
BnaflVóltagñ
BVCBOlVJ
70 '
70
70 '
70
--
30
30
30
65 . '
30
300
Collectorto
EmttterVoltnps
BVCEOIV]
30
30
30
80
BO -
.80
30
30
30 '
55
30
300
(BVCER)
ColloctorCurrnntlc ImAl
3.5 Typ
100 Max
BO MaX
50 Max
150 Max
150 Max
100
ioo100
100
30
100
TypFraqKHt
300
150
150
100
75
75
loo75
75
' 75
200
200
cM.Dlafl,
A
A '
, Á 'A
;B
;*>íib-..0
feE
F
A
- r
Fifl.No.
•/'« .
5.1JAP28
X '':*T-
i'1 ." •i
>JÍ?
P28
P29
P28
DC Current Transfor natío Is tho oulput transistor collgctor curront dlvldsd by the LED forward current - hpE= IC/!F
Dlag.A- . ' Flg. P28
3040 AHODE (T)
30413042 CATHODE d;
30433088 (T)
* .
1 ?
\^C^
(G) BASE
¿) COLLECTOR
í
3) EMITTER
í-
284
DESCRIPTION — Tho SN51LS/74LS132 cnnlnins íniir 2-InpulNAND (iiilnn wliJch ni:t:iipi nlniuliud III. Inpiil nlunnlii uní! pnwliln¡iliindíirfi 1IL nulput Itwnta. Ihny nrn cninihln oí iiniisínrniítio ülnwlychanglng input signáis Into sharply deílneri, ¡¡ttcr-íree outpul signáis.Addílionally, tíiny linvn nrnalor noir.n nuirtjin llinn convnnlional MANÍ)Gnlon.
EnGlicircuíl contaíns n 7.-inpui Schmitl lriij(¡i;r lollowiídhyíi DarliTijjlonlevnl sliiftor and a phase splillñr driving a TTL tolnin poln outpul. TheSchmitl trlgger uses positiva leedback lo etíectivñly specd-up slowInpul transitions; and provide dífícrenl input threshold voltngcs forposítíve and ncgalíve-going transilions. This hysieresis betwecn tfieposiliva-going and negative-going input IhrGsíialrísdypioally 800 niV) is
SN54LS132SN74LS132
QUAD 2-INPUTSCHMITTTRIGGER NAND GATE
LOW POWER SCHOTTKY
MOTOROL.A
DESCRIPTION — Thn Stt54Í.S/~?<\LS'\3?. citnlnins íoiir 2-IninMNAND (ínlun whlcli fii:t:ii|)l nliindnnl MI lupul iiljiMiiI» niiil pmulilnBlmidiirtl III. milpiM luvols. fhity nrn cnpnhln til iitinsfrirniliic) slfiwlychanging Input signáis ínto sharply deíineri, jitlGr-lroc outpul signáis.Acltlilionnlly, tliny hnvti grnalar notan marflin tluin r.cmvnnlinmtl NANOGuión.
Eoch circuit contnins n J.-inpnt Schmill Uiggcir followm! by a Díirlinglonleva! shillor nnd n phaso splillor driving n TTL tolcín |ioln oulpul. ThnSchmili trlgger uses posítive (ecdback lo GffGctivBly specd-up slowInput Iransilions; and providc dltfarenl inpul thresfiold voliagcs (orposilive nnd negntivc-going transitions. This hysicrcsls brítwcün UIGpositíve-going and nogalive-goíng inpul thrcsholds[iypionlly 800mV]Ísdotnrminod inlornally hy rosislor rnlios nnd ¡s assoniinlly inKnnñilivii íntomporaturo nnd supply voltngn vnrialíons. As lonj] as ono inptitremuins at a more positivo vollage than Vy-j- (MAX), the gale wlllrespond to the transitions of the other ínput as shown in Figure 1.
SN54LS132SN74LS132
QUAD 2-INPUT
SCHMITTTRIGGER NAND GATE
LOW POWER SCHOTTKY
LOGIC AND CONNECTION DIAGRAMDIP (TOP VIEW)
vr.n
I1"1 ni i?| l'í "i r.","i i i i » i1 H 1 a 1 1 ñ 1
1 L5n>J L )J
L r-LLL»0-
U ÜU UJ L
JSnlllx - -N Siilllx
r^J üü LiJ LJ
GHO
CíifínG32 07{Cnrmiiln)cuso fi-in or> (Pinr-iii:)
_
V|N vriIIIANSI'E
Vcc 5 0 V
'A
__
—
= 25 C
—
—
_
fiUS VQ| J y
1 rUNCIION
1
_
—
—
—
—
-
—
—
-
—
01 t)'J!i 1.2 I í¡ í O
vt(( - ntt'Ut VOI.TARE - V O L T S
Fio. 1
MOTOROLA SCHOTTKY TTL DEVICES
4-95
285
SN54LS/74LS132
GUARANTEED OPERAT1NG RANGES
SYMBOL
VGC
TA
'OH
IOL
PARAME7En
Supply Voltage
Oporating Ambíent Temperatura Rango
Outpul Cinrenl — Hlo,h
Output Current — Low
5474
5474
54 , 74
5474
MUJ
4 54.75
-550
1YP
5U5.0
252f>
MAX
5.55.25
12570
-0.4
4.08.0
UNÍ 1
V
•c
niA
mA
DC CHAflACTERISnCS OVER OPERAT1NGTEMPGRATURE RANGE (unless olherwisii specilied)
SYMBOL
VT+VT~
VT+-VT_
VIK
VOH
VOL
1T+
IT-
IIH
IlL
'os
'ce
PARAMETER
Positive-Golng Threshold Voliage
Negative-Going Threshold Voltage
Hysteresis
Input Clamp Diode Volla
Output H1GH Voltage
Outpul LOW Voliage
ge54
74
54.74
74
Input Cufient al
PositivB-GoIng Threshold
Input Current at
Negativo-Going Threshold
Inpul H1GH Gummi
Input LOW Current
Oulput Short CircuitCurrent
Power Supply CurrantTotril, Output HIGH
Total, Output LOW
MIN
1.5
0.6
0.4
2.5
2.7
-20
LIMITS
"TYP
0.8
-O.G5
3.4
3.4
0.25
0.35
-0.14
-0.1B
5.9
8.2
MAX
2.0
1.1
-1.5
0.4
05
70
0.1
- 0.4
-1OO
1114
UN1TS
V
V
V
V
V
V
V
mA
mA
//A
tnA
rnA
mA
mA
mA
TF-STCONDiriONS
VCC = 5.0V
VCC=5.0V
VCC=5.0V
VCC^MIN, l][j--18mA
VCG = MIN. IOL =4.0 mA. V[N ~ 2.0 V
VCC" MIN, loL^S.OmA.VíN" 2.0 V
vCC^5.0V,V|(j- V].|.
VCC=5.0V, Vit,i = VT._
vc:i: MAX. V|N ? 7 vVCG;= MAX.VI N- - 7.0 vVGC " MAX, V|t,j = 0.4 V
VC C=MAX.V0 u r=TOV
VGC MAX. V]N ovVCC-MAX. V|rJ = 4.5 v
AC CHARACTÍ R1ST1CS: TA - 25"C
SYMBOL
'PLH
IpHL
PARAMETSR
Turn Oíf Delay, Input to Output
Turn On Delay, Input lo Ouiput
LIMITS
MIN TYP MAX
22
22
UNITS
ns
ns
TEST CONDITIONS '
VCG - r».o vCL-15pF
-f- 1 6 V
/
MOTOROLA SCHOTTKY TTL DEVICES
28b
SN54LS/74LS132
nuil un ni n voi TAHI AND i muí iirnmVPIISUR
l 'CJWI'n HUI'F'LY VOU AGE
r tS -175 50 525
VC(- I'OWI II stirPl Y V01.1 A(1E VOI IS
FIg.2
THRESHOLD VOLTAGF. AND HYSTERES1SVERSUS
TEMPERATURE
ü 7•\
-55" O"75' 75- 125"
TA - AMBIErJI TEMPERATURE - °C
Fig.3
MOTOROLA SCHOTTKY TTL DEVICES
2ü'Y
-2^
DESCRIPTION T]inLSTTL/M.SlSNMl.S/7'll.S13niriiihli|liiipmid1-oí-B Dncmlnr/Dnimilliplnxur. Ihla (Invino Is Idnnlly sulind Itir hl(¡lispeed bipolar momory chlp Sfilocl addrnsH dncodinj). Tha nuilllplo inputenables allow parallel expansión la n l-oí-24 decoclcr usinfl just thrueLSI38 davlcos or lo a l -of-32 docodor Usinfl lour LS138S and onninverter. Tha LS138 is labricaled with (he Scholtky barrícr diadaprocesa for high speed and is Completely compatible wilh all MotorolaTTL famHies.
DEMULTIPLEXING CAPABIL1TYMÚLTIPLE INPUT ENABLE FOR EASY EXPANSIÓNTYPICAL POWER DISSIPATION OF 32 rnWACTIVE LOW MUTUALLY EXCLUSIVE OUTPUTSINPUT CLAMP DIODES LIM1T HIGH SPEED TERMINATIONEFFECTS
PIN ÑAMES
AO — A 2.E1 (E2
&300-07
LOADING (Noie a)
Address InputsEnable (Active LOW) InputsEnabln (Activo HIGH) InputActive LOW Outpuls (Molo b)
HIGH
05 uL
] 0 u.L.
LOW
0.25 U.L.0.25 U.L.0 25 U L.5(2.5) U.L.
NOTES:n. 1 TTLUnll Lonrl(UL) - -10//A HIGÍ1/1 O mA LOWb. Tho Oillput LOW ilrlvn Inclor lü 7.5 U.L for Mllllnry (54) (ind fi U L. Inr
Cornmorciol |74)Temporalure Rangas.
LOGIC DIAGRAM
i", I2E3 VCC' Pin 16
GIJD-Pi-i S
« Pin Numbcrs
SN54LS138SN74LS138
1-OF-8-DECODER/
DEMULTIPLEXER
LOW POWER SGHOTTKY
LOGIC SYMBOL
1 7 3 4 56
mnTTT15 M 13 17 1 1 1 0 0 7
CONNECTION DIAGRAMDIP(TOPVIEW)
J SuHix — Case 620-08 {CeramicíH Suffix — Case 648-05 (Plástic)
SN54LS/74LS138
F U N C T I O f O A L D E S C I I I P T I O N - "Uní Lü l l l l l Is n hl||lt s | t i in t l 1 - n l - I l D i i r a i i l i i i / l l i u m i l l l p I t T i c i i i l i i l i i l c i i i n i l whh Un* luwpowm íicluillky b m i i u r dludir pti t i tür.r . . T l m dw:ndni nci 'npls l l ium l i l i i ü i y wn iü l i lod I i i | M i l s lA(j , A[ , Ay) i i iu l whmiCMiibled próvidos ni í j l i l miMiiaUy exclusive! :it:liv[¡ LOW milp i i l s (Or) O?)- Tli i i LS13B loaiur t is thn¡n Enablí! ín|HMs, Iwnactive LOW ( E i , £2) nn(I t)nc "dive H I G H (£3). All mi ipuis wil l bu H I G H unltiss ÉI and É? nrn LOW ¡md £3 isHIQM. This miilliplc nnaliln tunclfon nllows niisy parallnl RX]}¡insínn oí ihn dcvícn to n l-of-32 (G lífms lo 37. IÍIHÍS)dccodcr wíih Jusl íour LS13Ss and oriR inven or. (Seo Figuro a.)
The LS138 can be used as an 8-oulput domultiplexer by using onc oí ihc active LOW Enahlc inputs as the dota inpuiand the other Enable ínpuls as strobes. The Enable inputs whích are not usud must be permanently tied to ihoirappropríate active HIGH or active LOW statc.
INPUTS
E( £2 ^3
H X
X H
X X
L L
L L
L L
L 1.
L U
L L
L U
L L
X
X
L
H
H
H
H
M
M
H
H
Ag AI A2
X
X
X
L
H
1.
H
t.
H
1.
H
X
X
X
L
L
H
H
1.
I.
H
H
X
X
X
L
L
L
L
II
M
U
H
OUTPUTS
00
H
H
II
1.
H
H
H
II
II
H
H
ST
H
M
1!
H
L
H
H
M
M
H
M
02
H
H
11
H
H
L
H
II
M
H
H
03
H
H
11
H
H
H
L
11
II
H
H
o<
H
H
M
H
H
H
H
1
11
H
H
05
M
H
U
H
H
H
H
H
1
íl
H
OG o7
H H
H H
M M
H M
H H
H H
M II
M II
II II
L M
H L
II - 1IIGII Vnllanc LnvnL. - LOW Vn mili Lnuní
X - Don't Cure
A
A
A
'
A,, f
1
i A
(Ví
h
1
1 H
lilTí]
-, )I
LS13B
o0 Oj o, oJ 0, Ds 06 D,
'll A
o0 u, i
1 *
- tít
.. O1 '
LSI 38
7 °3 "< Oj 06 0,
.„ A
"o ", o
pT
\-/i i
LSI 38
í "3 n< ns or, o,
-
1 S!M
->»-|
•O¿u
*« "i *.• '
LS 1 Ü13
i»u o, Oj iij o, os o6 o,
Fíg. a.
290
SN54LS/74LS138
GUARANTEED OPERATING RANGES
SYMUOU
VGC
TA
'OHIOL
PA RAM ÉTER
Snpply Vollaga
Operntíng Anibíent Temperatura Rango
Oulpill Cunniil — HI(|h
OiHpiii Cutranl — Low
5474
5474
64.74
5474
MIN
4.54.75
-550
TYP
5.05.0
2525
MAX
5.55.25
12570
-0.4
4.0B.O
UNIT- . -V
°c
mA
mA
DC CHARACTERISTICS OVER OPERATING TEMPERATURE RANGE (unless otherwise specifled)
SYMBOL
VIH
VIL
VOH
VOL
IIH
IILlosIGC
PAR AM ÉTER
Input HIGH Voltage
InpulLOW Voliuge54
74
Input Glump Dlode Voltage
Outpul HIGH Voltage
Output LOWValtflgti
54
74
64.74
74
Input HIGH Curren!
Input LOW Current
Slinrt Clrcuil Ctinrml
Pownr Siipply Currunl
LIMITS
MIN
2.0
2.5
2.7
-7,0
TYP
~-o.es"3.5
3.5
025
0.35
MAX
0.7
0.8
' -1.5
0.4
0.6
20
0.1
-0.4
• 1OO
10
UNITS
V
V
V
V
V
V
V
/JA
mA
mA
mA
mA
TEST CONDITIONS
Guaranteed Input HIGH Voltage íorAll Inputs
Guaranteed Input LOW Vollage forAll Inpuis
Vcc = MIN, IIN =—18 mA
Vcc = MIN, IQH = MAX, V|fj = VIHor VIL per Truih Table
IOL = 4,0 mA
l0L = B.OmA
Vcc ~ MAX, V|
VGC = VCG MIN,V|N-V|L°rV|H
per Trulh Table
N = 2.7 V
VCC = MAX,V|N=7.0 V
Vcc = MAX, V|^ = 0.4 V
Ver,' MAX
VGC - MAX
AC CHARACTERISTICS: TA =
SYMHOL
IPLH<PHL
<PLHtpHU
. 'PLHtpHL
iPLH<PHL
PARAMETER
Propagation DelayAddress to Output
Propagation DelayAddress lo Output
Propagation DelayEnable to Output
Propagation DelayEnable to Output
LEVEL OFDELAY
22
33
22
33
LIMITS
MIN
.
TYP
1327
1826
1221
1725
MAX
2041
2739
1832
2638
UNITS
ns
ns
ns
ns
TESTCONDITIONS
VCC = 5.0 VcL = is PF
ACWAVEFORMS
VIH
Flfl. 1 Flg. 2
4>A j*
&* I
i, 291
DESCRIPTION—The SN54LS/74LS11 2AdURlJKfl¡p-flop fémuresIndjvJdunl J, K, dock, nnd jinynr.hrrmrMifl nnl nnrl cilnnr Inpuln in nm:hlljp-dop. Wlion iho clock goes HIGH, Ihn Inpnls me onnblntl muí díilnwill ba accepted. Tho lorjic lovel o( iha J and K Inputs may bñ allowad lochango whon the clock pulse is HIGH nnd iho blstnhlo will pnrfortnaccordino, to Ifio truth labia fls long as mínimum sot-up nnd hold limoare observad. Input dala is iransferred lo the outputs on the negative-going edge of ihe clock pulse.
SN54LS112ASN74LS112A
DUALJK NEGAT1VEEDGE-TRIGGERED FLIP-FLOP
LOW POWER SCHOTTKY
LOGIC SYMBOL
ia
Vcc - Pin IBGND - Pin B
J Sníllx — CnñQ 620-Oñ ICornmit:)M Sufíix ~ Cnno IJ-1H 06 [Plimtln)
LOGIC DIAGRAM(EACH FLIP-FLOP)
DC CHARACTERISncs OVER OPERATtNG TEMPeRATURE RANGE (unless otherwise spBCÍtied)
SYMBOL
VIH
VIL
VIK
VOH
VOL
IIH
IIL
'os'ce
PARAMETER
InpulHIGH Vollage
Inpul LOW Vollage54
74
Inpul Clamp Diodo Voltagn
Oulput HIGH VnltnRii
Outpui LOWVoltage
Input HIGH Currenl
Inpul LOWCiirrnni
54
74
54,74
74
J. KSnt, CloarClock
J, KSfit, ClearClock
J. KClenr,S(il,Clk
Short Circuit Curren!
Power Supply Current
LIMITSMIN
2.0
2.5
2.7
í
-20
TYP
-0.65
3.5
3.5
0.25
0.35
MAX
0.7
O.B
-1.5
0.4
0.5
206080
010.30.4
• 0.4o.a
-ICO
6.0
UNITS
V
V
V
V
V
V
V
//A
mA
niA
mA
mA
TEST CONDITIOMS
Guaranteed Inpul HIGH Vollage forAll Inriuls
Guaranleuri Inpul LOW Vciliage forAll Inputs
VQQ = MIN, 1|M- - 1 B mA
VHC ' MIN. |Q|¡ MAX. V|fj " V|||oí V|[_ por Irtilli Tjililo
IQL ~ 4.0 mA
IQL ~ 8.0 mA
VCG == VCG MIN,
per Truth Table
VCC^- MAX. V|jj 2.7 V
VCC=MAX.VIN = ,OV
vcc MAX- vi N 0.4 V
VCC = MAX
VC C=MAX
292
, feu
SN54LS/74LS112^'
MODE SELECT - TRUTH TABLE
OPERATING MODE
Sel
Reiet ICIeafl
"Und«l«[frilni>d
Toggl*
Load "0" (ñeiet)
Load "t" ISel)
Hold
INPUTS
SDL
H
L
H
H
H
H
CDH
L
L
H
H
.H
H
J
X
X
X
h
I
h
1
K
X
X
X
h
h
1
1
OUTPUTS
Q
H
L
H
"qL
H
q
Q
L
H
H
qH
L
«"
•Both ouiputi will b« HIGH whlle boih SQ and CD_are LOW. bulthn Qiitput itatei are unpredictable U Sp and CQ 90 HIGHitmulianeouily,
H.h-HlGHVoltaga LívelU- LOWVolt>(j« LtvB|X - Don'l C»r«I, h (q) - Lowor c«t* leiien lndic»(í lh« mío ot lh« teforonced
Inptn (or outpui) eme jet-up limo prior to the HIGH toLOW clock tranillíon.
GUARANTEED OPERAT1NG RANGES
SYMBOL
VCG
TÁ ;toH '
"OL;
PARAMETER
SUpply Voltage
Otiurulint) Áinbluní Turnporature Ronyo
Oulpüt Curreht — Hígh
Outpui Currení -— LoW
5474
6474
54,74
B474
M1N
4.54.75
-5S0
TYP
6.0B.O
2525
MAX
5.55.25
12670
-0.4
4.08.0
UNIT
V
•c
mA
rriA
HHí*.J*P*í >' v&apf í;,mh
AC CHÁRACTERISnCS: TA - 25°C. VCC= 5-Q
SVMBOL
'MAXipLHfpHL
PARAMETER
MaXirrium Clock Frequéncy
Propagallon Delay, ClockClear, Sel to Outpui
LIMITS
M1N
30
TYP
45
1515
MAX
2020
UNITS .
MHz
nsns
TESTCONDITIONS
CL=l5pF
AC SETUP REaÜIREIVIErJTS: TA - 25°C, VGC = 5.0 V
SYMBOL
tw .íW¡3
th
PAR A METER
Clock Pulse Widih Hlgh
Cluur, Sul Pulso Witith
Stitnp Timo
Hold Time
LIMITS
MlN
20
2!5
20
0
TYP MAXUNITS
ns
nsnsns
TESTCOND1TIONS
235
DESCniPTION -- Thn SNB4LS/7«ll.S'tn nnd SNfi'tLS/7'tl Sin mnBCD to7-Sn(]inntil Dntnidnrn mnaistlnn ni NAND (iiilnn. inpnl buflniK niii!sovon AND-OR-INVERT gnlns. Tho LS4Q otfnra anlivo HIGH upnn-collactor oulputs lor curronl-sourcing applications to ríriue IOEJÍC clrcuilsor discrele, acllvs componenls. Soven NAND gales anrí onn driver areconnoctncl In paírs to mnkrj BCD rlnln nnd iis complonionl avallabln lo ihoseven decodlng AND-OR-INVERT gales. Tlie remaining NAND gale andthree Inpui buffers próvida lamp tesl, blankíng ínput/ripple-blankingInput for Ihe LS48. Four NAND gales and [our Input buffers províde BCDdata and its complement and a buffer provides blankíng input (or theLS49.
The clrcuils accept 4-bit blnarv-coded-decímal (BCD) and, dopnndin¡j nnIhe statc of Ihe auxillary inpuls, decodns this dala -lo drive olliorcompononls. The rnlativo posilivn lorjic niitput lovolñ, as woll ascondlllons rnquircd at Iho auxilfary inpnln, aro shown in thn Irulh Inblus.
The LS48 circuil Incorporales automaiic Icadlng and/or traitincj edgezero-blanking control (RBI and RBO}. Lamp Test (LT) may br¡ aclivated anylimo whon thn Rl/RBO nocln ¡s HIGH. Bolh dnvicns r.nntníu nn ovnrririinfiblnnklng Input (Bl) which can be usnd to control ihn lamp íntonsíly or to¡nhiblt the outpuls.
LAMP INTENSITY MODULATION CAPABILITY1NTERNAL PULL-UPS ELIMÍNATE NEED FOR EXTEnNAURESISTOnS ON SN54LS/74LS4BOPF.N COLLECTOH OUTPUTS ON SNG1I.3/71LS49INPUT CLAMP DIODES ELIMÍNATE UIGH-SPEEDTERM1NATION EFFECTS
LOGIC DIAGRAM
•íLANKINO INPUT ORRIPRLE- BLAHKIHOOUTPUT
IMPUT
•Mol Inclui1i.il wllh Ih- SNB1LS/7->LS'1fl
SN54LS/74LS48SN54LS/74LS49
BCDTO7-SEGMENTDECODER
LOW POWER SCHOTTKY
LOGIC SYMBOL7 1 3 6 3 5' • • • aA n c u i.i unt
SN54LS/74LS48MI.
n ll r 1 - 1 (I [1110
1 I13 1? U 10 3 1S 11 4
Vcc - Pin 16GND - Pin B
A ii i: [i ni
SN54LS/74LS49
n ll C d B 0
11 In 11 n n i ! 17VJ.Q - Pili 1-í
GNU - Pin 7
DIPfTOPVIEWlSN54LS/74LS48
J Sulfíx — Case 620-08 (Cenimlc)N Sulfix — Case 648-05 (Plaülic)
SN54LS/74LS49
'C
3C
"LC
D"
J"
J SuHix — Cann 632-07 (Ceramlc)N Sulíix — Claso 646-05 (Plnsiíc)
294
Sr\J54L_S/74LS48
GUARANTEEC
RYMIIOI
TA
ION'on'OL
IOL
OPeRATING RANGES
tíiipply ViílUi(jii
Opuraling Ambiunt Tumperalure Range
Ouipul Oiimint Ihfjli íi lo í¡
Oulpiil Cnrrmil Iliuli ÍM/ÍÍDO
Outpui Currenl — Low a lo g
Output Currenl — Low Bl/RBOm/RSO
!J474
5474
61.7-1
54,74
54
5474
MIN
4.54.75
-550
TYP
6.05.0
2525
MAX
6,55.25
12570
-100
-50
2.06.0
1.63.2
UNIT
V
DC
MM
mA
mA
DC CHARACTERISTICS OVER OPERATING TEMPERATURE RANGE (unless otherwise specifled)
HYMI10I
VIH
V|K
VOH
'0
VOL
VOL
IIH
IILIIL•ce
I'AIIAMI II'll
Input HIGH Voliagí;
InnnlOWV.In54
1111111 " '''"'' 1 ~M . .Inpul Clitnip Diodu ViilNriju
Outpul IIIGM Voltíifjc
Oulput Ciirtonl n lo [¡
Oiiljiul 1 ()W Viilliifju
á to g
Olílput LOW Voltarje
Bl/RBO
Inpul IIIOH Ciimim
(Excupl BÍ/HBO)
7-1
51,74
74
Input UOW Currenl JExcepl Bl/RBO)
Input LOW Curren! Bl/RBO
Power Supply Clifront
MIN
2.0
2.4
-2.0
LIMIIS
" TYP "
4-2
-1.3
25
MAX
0.70-B
--1.5
~04~'
0.5
0.4
0.5
20
0.1
-0.4
-1.2
38
UNITS
V
V„
//A
mA. _
V
V
V
/'A
mA
mA
mA
mA
TESTCONDITIONS
Guarsnteed Input HIGH Voltaga forAll Inputs
Guaranteed Input LOW Voltage (orAll Inpuls
VCc = MIN, lffj = -18mA
VjN - VIH or L
VCG == MIN, vInput Coridilio
IQL — 2.0 mA
IOL == ^-0 mA
|QL= 1-6mA
l0U = 3.2mA
.L. perTruthTable
3 = 0.85 Vier as lor VQH
X/CC-MIN, V||-(— 2.0 V
VIL = VIL MAXVCC=MAX. V|H=2.0 VVIL - VIL MAX
VCC = MAX, V|N a 2.7 V
VGC = MAX, V|fj = 7.0 V
VGC - MAX VIN - 0.4 vvcc = MAX, vIN = 0.4 V
VGC - MAX
AC CHARACTERISTICS: VCC = 5.0 V TA = 25DC
SYMUOL
IPHL
IPLH
IPHL
If'LH
fAHAMETER
Propafjatíon cJolay tiriie. HIGH-lo-LOW level oulpui from A Inpul
Propatintjon delay time, LOW-to-HIGH levt-l oiilpui from A Inpul
Propngaiion dolny limo. HIGH in-LOW lüviil oiitpiíl ffoin ÍU3I Input
P([i|ii)(i¡i(i«it ílulíiy Itiinj, LOW lo-HIGH lüvtíl oiilpti! Iraní R'B] Inpti!
LIMITSMIN__ TYP _MAX_
100
100
100
100
UNITS
ns
ns
ns
ns
TESTCONDITIONS
CL= 16 pp, RL= 6.0 kn
295
iSN54LS/74LS49
GUARANTEED OPERATING RANGES
SYMBOL
VGC
TÁ
VOH"OL
PARAMETER
Supply Voltaga
Operating Ambíént Tomparature Ranga
OulpUlVoltnga— HI0h
Outpui CUrrent — LoW
54- 74
5474
64 ,74
5474
MIN
4.54.75
-550
TYP
5.05.0
2525
MAX
5.55.25
12570
5.6
4.08.0
UNIT
V
C C,
V
mA
DC CHÁRACTERISTICS OVER OPERATING TEMPERATURE RANGE (unless ótherwlse specifíed)
*0H
»•
' - i'
V I H • • . •
VIL * -VIK ' .
loH
VOL
IlU
IIL, •'ce
InpUtHlGHVoltage
InpUtLOWVoitaga
Input Clamp Dloda Valias
Outpui HIGH CUrrent
Oüiput LOW Voltago
Input Current LOW
Powar Supply Curren!
54 •
74
e
54,71
74
MIN
2.0
ÜMITS
TYP
8.0
MAX
0.7
0,8
-1.5
250
0.4
0.5
20
0.1
-0.4
15
V
V
V
V
//A
V
V
/JAmA
mA
mA
Guaranteed Input HIGH Voltage
Vcc=MlN,l|N = -18mA
VCC=MIN, VIH = 2.0 VVIL =" VIL MAX. VQH ~ 5,5 vlOL* 4.0 mA Vcc= MIN, V|H « 2.0 V
loL'fl-OmA V][.-V||_MAX
Vcc ~ MAX, V|fj " 2.7 V
VGC = MAX, VIN = 7.0 vvcc = MAX, VIN = o.4 vVCG - MAX
AC CHÁRACTERISTICS: VCG *= B.O V, TA = 25°
SYMBOL
tpHL
«PLH
•tpHL ' ' • . . .
'PLH • •
PARAMETER
Propagatton delayttme, HlGH-to-LOW level output írom A Input
Propagallon delay time, LOW-to-HIGH lavet ouiput from A Input
Propagallon delay lime, HlGH-lo-LOW level output from R~§l Input
Propagatinn dalay tima, LOW-lo-HIGH lovol outpul (rom ÍÍH] Input
LIMITS
MIN TYP MAX
100
100
100
loo
UNITS
ns
ns
ns
ns
TESTCONDITIONS
296
MOTOROLA
DESCRIPTION - - T h u SNS41.S/741S240. 241 oml 244 ora OclnlÜuIIciü uní] 1 uní üilviü!, (jiiüiiiiiud ID hn iinipliiyinl n:¡ iniuiiDiy inldiiiy-!tlui/iMíi, i:Im:k iliivniü nuil luis unutitiid l!im:¡millurs/rm:»iv[irs whicli¡iiovidí) MII|)|OVIM| PC Ixuird dciiüily
• HYSTERESIS AT INPUTS TO IMPROVE NOISE MARGINS
• 3-STATE OU1 PUTS ORIVE BUS LINES OR BUFFER MEMORY
ADDRESS REGISTERS
• INPUT CLAMP DIODES LIMIT HIGH-SPEED TERMINATIONEFFECTS
SN54LS/74LS240SN54LS/74LS241SN54LS/74LS244
OCTAL BUFFER/LINE DRIVERWITH 3-STATE OUTPUTS
LOW POWER SCHOTTKY
LOGIC AHD CONNECTIOM D1AGRAMS DiPÍTOPVIEW)
SN541.S/74LS2'10 SN54LS/74LS241 SN54LS/74LS244
TRUTH TABÚES
SNti4l.K/7<1lS2in SNB4LS/74LS244
•
IHPUTS
1G.2G
LLH
D
LHX
OUTPUT
HL
(Z)
INPUTS
ÍG.2G D
L L LU H HH X (2)
SN54LS/74L5Z41
INPUTS
1G D
L LL uH X
IHPUTS
2G D
L H L LH H H H(2) L X (2)
H - MIOH VallnU" LiwrlL • l.OW Vollnuo L.OVOX « ImmaiurlM J Sulllx — Cnse 732-03 (Coramic)Z - HIDH Impedonco jj SU|J¡K _ Coso 738-01 (Plasílc)
2S7
SN54LS/74LS240 * SN54LS/74LS241 * SN54LS/74LS244
GUARANTEED OPERATING RANGES
SYMtJOL
VCG
TA
IOH
IOL
PAIlAMI-ir.ll
Supply Voliagn
Operaling Amhicnt Tenipnrnlurn Rnnflti
Output Cutronl — Hlgh
Qutput Current — Low
5474
5474
54,74
5474
547-1
MIN
4.54.75
550
!YP
505.0
252¡>
MAX
5.ÍÍ5-25
12570
3.Ü
-12-15
1224
UNÍ I
V
"C
UlA
mA
mA
DC CHARACTERISTICS OVER OPERATING TEMPERATURE RANGE (unless otherwlse
SYMBOL
VIH
VIL
VT i - VT •VIK
•VOH
VOL
IOZHIOZL
IIH
IILIQS
'ce
PÁRAMETE R
nput HIGH Vollage
npul LOW Vollnge
lyslmnsln
54
74
npul Clainp Diodo Volfngo
Oulpul HIGH Vollage
Oulptil LOW Volinsjn
54,7454,74
64.74
74
OuipulOff.CurrenlHIGH
Oulput Oíí Currenl LOW
Input HIGH Curmnt
Inpul LOW Curren!
Oulput Shorl Circuit Current
Power Supply CurrenTolnl, Oulpul HIGH
Total, Oulpul LOW ~
Total al HIGH Z
t
.5240
.5241/244
-S240
_S241/244
MÍÑ
2.0
0.2
2.4
2.0
-40
LIMITSTYP
04
--O.G5
3.4
025
0.35
MAX
0.7
O.B
-1 5
04
0.5
20
-20
20
0.1
-0.2
-225
27
4446
50
54
UNITS
V
V
V
V
V
V
V
V
;/A
//A
/'A
mA
mA
rnA
mA
TESTCONDIT10NS
Guaraniecd Inpul HIGH Voltage forAll Inpuls
Guaranleed Input LOW Vollage (orAll Inpuls
Vfx MIN
VCG ~ MIN, i|VCQ= MIN. 1
VGC " MIN.IQL 12 mAÍOL ' 24 inÁ
VCC = MAX, \" IBinA
OH ~ -3.0 mAQH 7 MAX
VIN VIL oí VIHper Trulli Tabla
7OUT = 2.4 VVCC = MAX, VOUT « 0.4 V
VCG " MAX, v/IH - 2.7 V
VCG" MAX.V|tg 70 V
VCC^MAX.VIH 0.4 vVGC=r MAX
VCG ~ MAX
290
SN54LS/74LS240 • SN54LS/74LS241 * SN54LS/74LS244
AC CHARACTERISTICS: TA ?Í)"C..
'PLM'PUL
'Pili'cniiivii'P2L
"PLZ
IPUZ
Pnipnijíilirm Dníay, DÍIÜI lo ÜiH/nJlI.S2/IO
Pnijni||iilmn H i '!¡ii-, D.'ilíi ID Onljmli;;7'll -}-\'\l I-iinhli: Iitihi Id ÍIIUH Liivnl
OutpiH Ennljlü Time lo 1.0W Lovtil
Oiiljint DisnWti Time (rom 1 OW Lcvel
Ouiimi Diü.ihlo IIIIH- lutin HIHII 1 uvnl
MIN
LIMITSTYP
9.012
121?
15
20
15
10
MAX
1410
101U
23
30
25
IB
ns
ns
ns
ns
Ci =• 46 »FHL- 007 rí
CL«S.OpFRL -- G67 0
AG WAVEFORMS
FIg.1
Fio-2
Flfl. 3
Flfl.
SWITCH POSITIONS
SYMBOL
tpZH'PZL
IPLZIPHZ
SW1
Opon
Closed
Closeri
Clniori
SW2
Cloiüd
Open
ClosedClDíCfí
Flg.s
APÉNDICE B
Manual de Operación y Mantenimiento del Equipo
300
Apéndice B: Manual de Operación y Mantenimiento del Equipo.
B.l. OPERACIÓN.
Para operar el equipo es necesario seguir los
siguientes pasos:
1. Conectar el módulo de control a la red de 110V, 60 Hz.
2. Seleccionar el ran'jo do voltaje con el que se va ha
trabajar O a -t-5 V ó O a -1-10 V, esto se lo hace mediante el
selector que se encuentra en el panel del módulo de control.
3. Conectar las señales de control (corriente máxima de salida
20 inA), es decir/ el voltaje de salida del módulo de control
como señal de control para la planta a través de un actuador y
el voltaje de entrada al módulo de control la señal de salida
de la planta a través de un transductor . Estas señales de
control deben estar de, acuerdo ni rango de voltaje
seleccionado.
4. Encender el módulo de control.
5. Resetear el módulo de control para asegurar que se a
in icialisaclo el microcon trolador, esto se lo hace presionando
por un corto instante el pulsante denominado RESET.
301
6. Se espera que el display de alarma se cologue en cero.
7. Para ingresar los datos al microcontrolador se debe
presionar las tres teclas que conforman los dígitos centenas/
decenas y unidades/ para cada dato,
8. Se tiene que ingresar 5 datos para que el microcontrolador
termine la etapa dé ingreso de datos.
Dependiendo del t ,Í p o de control que se desee realizar se
debe cons i ¿1 erar el 1 nqr nno de da Los de acuerdo a la tabla B.l.
leraKp
> 0
> 0
y o
> 0
> 0
CONSTANTES2da . 3eraKd Ki
0
0
> 0
0
> 0
0
0
0
> 0
> 0
4ta .T
0
Factor de
Factor de
Factor de
Factor de
5ta.Ref .
X
T x
T x
T x
T x
TIPO DE CONTROL
ON/OFF
Proporcional
PD
PI
PID
'; O < x < 500
t.V >0: valor mayor que cero.
•j-¡'-
-.-. Tabla B.l. Tipo de control de acuerdo al valor de los datos./'» ; •
r.,'»-1
•3:£|: Para el caso de control On-Off se ingresa como primera
30:
constante el valor de la histeres is.
Para el caso de control P i: , Pü ó PID el valor de las
constantes Kp, Kd y Ki se ingresan multiplicadas en un factor
de 10, de esta manera se obtiene los decimales en las
constan tes.
Para las acciones de control, P, PI, PD Y PIÓ, el valor
que se ingrese en la cuarta constante da el factor con el que
se multiplica al período de maestreo mínimo (100 ms) de tal
manera que se obtiene el valor del período de maestreo con el
cual se va ha trabajar.
9. Después de ingresar los tres dígitos correspondientes de
cada dato, estos se muestran en los clisplays de se.Fíal ización y
dando el código de esta constante. Si el valor esta correcto
y se quiere ingresar el siguiente dato se presiona la tecla
"C". Si el valor esta incorrecto se presiona la tecla "E" y
se repite el Ingreso del dato.
10. Una vez que se ingresa el quinto dato al presionar la
tecla "C" se inicia la operación de control correspondíen te.
11. Si durante la operación de control se desea cambiar el
valor de la referencia se presiona cualquier tecla y se espera
que en el display de señalización aparezca el cuatro, en ese
303
momento se ingresa el nuevo valor de referencia/ si este valor
esto, correcto se presiona la tecla "C" y se re inicia la
operación de control/ si el valor esté, incorrecto se presiona
la tecla "E" y se repite el ingreso del valor de la.
referencia .
w12. Si se desea cambiar el valor de las constantes ó cambiar
el tipo de acción de control se debe presionar el pulsante
RESET, y se repite la operación desde el numeral 6.
13 . En el caso de que se emplee el horno corno planta se debe
utilizar el módulo transductor-actiiñdor , mediante los
siguientes pasos:W
13.1. Realizar el paso del numeral 1
13.2. Conectar las fuentes de polarización.
13.3. Seleccionar el voltaje de trabajo en el rango O a 5 V.
13 . 4 . Realizar el paso del numeral 3 .
13.5. Colocar el adaptador de temperatura en el módulo
actuador-transductor , en este paso se debe chequear que la
bateria del adaptador de temperatura esté ins talada y
O verificar que este en buen estado.
13.6. Conectar la termocupla al adaptador de temperatura.
13.7. Conectar el enchufe del horno al tomacorr iente del
módulo actuador-transductor .
13 . 8 . Conectar el módulo actuador-transductor a la red de 110V
60 Hz.
304
B.2. MANTENIMIENTO.
Para realizar tanto un mantenimiento preventivo como
correctivo se debe seguir los siguientes pasos:
- Chequear los fusibles :
2 en el módulo de control (1 se encuentra en la fuente de
polar ización) .
1 en el módulo actuador-transductor.
- Chequear los niveles de voltaje de la fuente de polarización
(referirse al capitulo II - Fuente de Polarización).
- Chequear la polarización de todos los circuitos integrados
(referirse al capítulo II - Planos Eléctricos y al Apéndice
A ~ hojas de datos de los elementos utilizados).
- Chequear el adecuado funcionamiento del circuito de reloj y
reset del rnicrocontrolador.
- Verificar el funcionamiento de los bloques del módulo de
control de acuerdo a las explicaciones que se dan en el
capitulo II ~ Módulo de Control,
Verificar el funcionamiento del módulo actuador-transductor
de acuerdo a la explicación que se da en el capitulo II -
306
3 0 8
[ u Q D ¡ I C Ó N
IV 1 I ínr \-
I h l E H H U P IyOri I A N L J I
M C H L U l H l L l l . — ./
PHOI . I IAUC O U h ! t R
C.l. DESCRIPCIÓN DEL MICROCONTROLADOR INTEL 8751
r -UUltlí.
0p o « r iUUCH
Ü^OHf 1
/\
f O H Í )u A l C r l
tí*— Ni ^OH! í
ni tfl Ü-PJ /
_J
Fig. C.l. Arquitectura del 8751
309
constante el valor de la histeresis .
Para el caso de control P i; , PD ó PIÓ el valor de las
constantes Kp, Kd y Ki se ingresan multiplicadas en un factor
de 10, de esta manera se obtiene los decimales en las
constantes.
Para las acciones de control, P, PI, PD X PIÓ, el valor
que se ingrese en la cuarta constante da el factor con el que
se multiplica al periodo de rnue.streo mínimo (100 ms) de tal
manera que se obtiene el valor del periodo de rnueatreo con el
cual se va ha trabajar.
9. Después de ingresar Ins tres dígitos correspondientes de
cada dato, estos se muestran en los dlsplays de sefial izad ón y
dando el código de esta constante. SI el valor esta correcto
y se quiere ingresar el siguiente dato se presiona la tecla
"C". Si el valor esta incorrecto se presiona la tecla "E" y
se repite el Ingreso del dato.
10. Una vez que se ingresa el quinto dato al presionar la
tecla "C" se inicia la operación de control correspondiente.
11. Si durante la operación de control se desea cambiar el
valor de la referencia se presiona cualquier tecla y se espera
que en el display de señalización aparezca el cuatro, en ese
303
momento se ingresa el nuevo valor de referen cía, si este valor
está. correcto se presiona la tecla "C" y se re Inicia la
operación de control, si el valor esté, incorrecto se presiona
la tecla "E" y se repite el ingreso del vcilor de la
referencia .
w12. Si se desea cambiar el valor de las constantes ó cambiar
el tipo de acción de control se debe presionar el pulsante
RESET, y se repite la operación desde el numeral G.
13 . En el caso de que se emplee el horno como planta se debe
utilizar el módulo transductor-actnsáor , mediante los
siguientes pasos:
W13.1. Realizar el paso del numeral 1
13.2. Conectar las fuentes de polarización.
13. 3. Seleccionar el voltaje de trabajo en el rango O a 5 V.
13 . 4 . Realizar el paso del numeral 3 .
13.5. Colocar el adaptador de temperatura en el módulo
actuad or -transductor,, en este paso se debe chequear que la
batería del adaptador de temperatura esté instalada y
^=¿ verificar que este en buen estado.
13.6. Conectar la termocupla al adaptador de temperatura.
13 . 7 . Conectar el enchufe del horno al tomacorr iente del
módulo actuador-transductor .
13.8. Conectar el módulo actuador-transductor a la red de 110V
60 Hz.
304
horno, debido a que este no tiene un buen aislamiento térmico
por lo tanto la carcaza se calienta a temperaturas que pueden
causar quemaduras en una persona o dañar objetos que se pongan
en contacto con el mismo.
305
B.2. MANTENIMIENTO,
Para realizar tanto un mantenimiento preventivo como
correctivo se debe seguir los siguientes pasos:
- Chequear los fusibles :
2 en el módulo de control (1 se encuentra en la fuente de
polar ización) .
1 en el módulo actuador-transductor.
~ Chequear los niveles de voltaje de la fuente de polarización
(referirse al capitulo II - Fuente de Polarización).
- Chequear la polarización de todos los circuitos Integrados
(referirse al capítulo II - Planos Eléctricos y al Apéndice
A - hojas de datos de los elementos utilizados).
O
~ Chequear el adecuado funcionamiento del circuito de reloj y
reset del rnicrocontrolador .
- Verificar el funcionamiento de los bloques del módulo de
control de acuerdo a las explicaciones que se dan en el
capitulo II - Módulo de Control.
Verificar el funcionamiento del módulo actuador-transductor
de acuerdo a la explicación que se da en el capitulo II -
306
APÉNDICE C
B.2. MANTENIMIENTO.
Para realizar tanto un mantenimiento preventivo como
correctivo se debe seguir los siguientes pasos:
- Chequear los fusibles :
2 en el módulo de control (1 se encuentra en la fuente de
polarización}.
1 en el módulo actuador-transductor.
- Chequear los niveles de voltaje de la fuente de polarización
(referirse al capitulo II - Fuente de Polarización).
- Chequear la polarización de todos los circuitos integrados
(referirse al capítulo II - Planos Eléctricos y al Apéndice
A - hojas de datos de los elementos utilizados).
Chequear el adecuado funcionamiento del circuito de reloj y
reset del rnicrocontrolador .
Verificar el funcionamiento de los bloques del módulo de
control de acuerdo a las explicaciones que se dan en el
capitulo II - Módulo de Control.
Verificar el funcionamiento del módulo actuador-transductor
de acuerdo a la explicación que se da en el capitulo II -
306
Módulo acbuador-transductor.
- Si no se resuelve el problema se recomienda volver a grabar
la memoria RAM del microcontrolador, antes de realizar un
chequeo más detenido.
307
APÉNDICE C
Características del Microcontrolador INTEL 8751
308
C.l.l. Terminales del microcontrolador
PI.O CP 5 . 1 C
Pi.J CP1.3 C
Pl.< CPl.S C
Pt.i CPt .7 C
PST C
flXD P3.0 C
T X O PO.l C
ÍHIO PD.7 C
ÍÑTT P3J C
10 P3.1 C
TI PJ.5 C
WH P3.fi c;MU P3,7 C
X1AU C
XTAU C
vss C
1 ^-
I
J
»
5
1
9
10
! 1
13
U
H
13
1S
17
•U
19
70
J ío
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Figura C-2. Diagrama de terminales del 8751.
Vcc
Vss
PO
Pl
P2
P3
RST
ALE/PROG
PSEN
Voltaje de alimentación (+5 voltios).
Terminal de tierra (O voltios).
Pórtico de entrada / salida (8 bits).
Pórtico de entrada / salida (8 bits)."
Pórtico de entrada / salida (8 bits).
"Pórtico de entrada / salida (8 bits).
Entrada de reset.
•Salida de habilitación de retenedores
de dirección para que se retenga el byte
inferior de direccionamiento cuando se usa
memoria externa. También se usa esta terminal
cuando se programa la memoria Interna del
inicroconbrolador .
Habilitación de lectura de la memoria de
programa externo. Cuando se lee una localidad
310
EA/Vpp
interna de memoria permanece inactivo.
Cuando EA se mantiene en alto, la CPU ejecuta
las instrucciones de la memoria de programa
interna.
EA/Vpp
XTAL1
XTAL2
interna cié me mor J a permanece inactivo .
Cuando EA se mantiene en alto, la CPU ejecuta
las instrucciones de la memoria de programa
interna.
En caso de que se coloque EA a nivel bajo, la
CPU ejecuta el programa almacenado en la
memoria de programa externa. Este terminal
también se usa cuando se programa la EPROM
interna.
Enbrada la circuito oscilador.
Salida del circuito oscilador.
C.2. CARACTERÍSTICAS
Las características más importantes del microcontrolador
INTEL 8751 son:
- CPU de 8 bits.
- Circuitería interna de reloj y oscilador.
- 32 líneas de entrada / salida .
- Capacidad de direccionar hasta 64 K de memoria externa de
datos.
- Capacidad de direccionar hasta 64 K de memoria externa de
programa.
- Dos contadores / temporizadores de 16 bits.
- Cinco fuentes de interrupción con posibilidad de programar
i 11
dos niveles de prioridad.
- Un pórtlco serlal de
- Capacidad de procesamiento Booleano.
- 128 bytes de RAM interna.
- 4 kbytes de EPROM interna.
dos niveles du prioridad,
- Un pórtico serial de comunicaciones full dúplex
- Capacidad de procesamiento Booleano.
- 128 bytes de RAM interna.
- 4 kbytes de EPROM Interna.
C.3. ORGANIZACIÓN DE MEMORIA.
U
El microcontrolador 8751 tiene espacios diferentes para
'memoria de programa (EPROM) y memoria de datos (RAM). La
memoria de programa puede ser máximo de 64 K, pero la zona
inferior de 4 K puede ser la" interna del integrado.
FFFF
GO KB.
Memor laExterna
1000 -OFFF
0000
4 KBEPROM INTERNA
OPCIÓN 1
FFFF
0000
64 KB
MemoriaExterna
OPCIÓN 2
Fig. C.3. Memoria de Programa del 8751.
La memoria de datos externa del 8751 puede ser de máximo
64K.. Además de que internamente se dispone de 128 bytes de
31:
(*)P1(*)P2
Registro del pórtico 1
Registro del pórtico 2
313
(*)P3
(*)IP
(*)IE
Registro del pórtico 3.
Control de prioridad de las Interrupciones.
Control de habilitación de las interrupciones
RAM interna más una cantidad adicional de registros de uso
especial (SFR). Es simultáneo el uso de RAM interna y
externa ya que su acceso es diferente.
FFFF
SFRDIRECCIÓNAMIENTODIRECTO
DIRECCIÓNAMIENTODIRECTO/INDIRECTO
FF
80
7F
00 0000
Fig. C.4. Memoria de Datos del 8751
C.4. REGISTROS ESPECIALES.
64 KbytesEXTERMO
(*)ACC
(*)B
(*)PSW
SP
DPTR
(*)PO
(*)P1
(*)P2
Acumulador de uso general.
Registro que se usa durante la multiplicación y
división ó como un registro adicional.
Registro que contiene la información del
estatus del programa.
Stack pointer (puntero de pila).
Data Pointer, es un registro de 16 bits
compuesto por DPH (Data Pointer High Byte) y
DPL (Data Pointer Low Byte).
Registro del pórtico 0.
Registro del pórtico 1.
Registro del pórtico 2.
313
(*)P3 Registro del pórtico 3.
(»')IP Control de prioridad de las interrupciones.
(*)IE Control de habilitación de las interrupciones.
TMOD Control de modo de funcionamiento de los
contadores /temporizadores.
(*)TCON Control de los contadores/temporizadores.
THO Byte superior del temporizador/contador O.
TLO Byte inferior del temporizador/contador 0.
TH1 Byte superior del temporizador/contador 1.
TL1 Byte inferior del temporizador/contador 1.
(*)SCON Control del pórtico de comunicaciones seriales.
SBUF Buffer del pórtico de comunicaciones seriales.
PCOM Control de la alimentación al integrado.
Los registros marcados con un (*) son accesibles como
byte completo, o a nivel de bit.
C.5 CIRCUITO OSCILADOR Y RELOJ.
Para el funcionamiento del rnicrocontrolador, es necesario
colocar externamente un cristal, que puede ser máximo de 12
MHz.f los circuitos oscilador y de generación de señales de
reloj soii internos .
314
8051XTALi- ->XTAL2-
Cl /r/m C2
CRISTAL DE CUARZOU OSCILADOR CERÁMICO
Fig . C.5. Conexiones del cristal/oscilador cerámico.
Un ciclo de máquina consiste en 6 estados que equivalen a
12 oscilaciones del reloj. La mayoría de las instrucciones
del 8751 se ejecutan en un ciclo de máquina, una menor
cantidad de instrucciones requieren 2 ciclos de máquina y sólo
dos instrucciones necesitan 4 ciclos de máquina (la
multiplicación y la división).
C.6. PÓRTICOS DE ENTRADA/SALIDA.
Todos los 4 pórticos en el rnicrocontrolador 8751 son
bidireccionales, cada uno de los cuales consiste en un
retenedor (laten) que corresponde a un SFR, una etapa de
salida y un buffer de entrada.
Es importante hacer notar que algunos pórticos tienen
otra función a más de la anteriormente descrita, así:
Para manejar memoria externa, se usan los pórticos O y 2,
315
en este caso el pórtico O envia el byte inferior de la
dirección de memoria, muítiplexado en el tiempo con el byte
que se va ha leer o escribir en la memoria mientras el pórtico
2 envía el byte superior de la dirección.
_ En el caso del pórtico 3, sus terminales tienen ahora
funciones especí ficas que son las siguientes:
P3 . O RXD Pórtico de comunicación serial.
P3.1 TXD Pórtico de comunicación serial,
P3.2 INTÜ Xnterupcción externa 0.
P3.3 INT1 Interupcción externa 1.
P3.4 TO Entrada externa del contador/temporizador 0.
P3.5 TI Entrada externa del contador/temporizador 1.
P3.G WR Habilitación de escritura a la memoria externa
de datos.
P3.7 RD Habilitación de lectura a la memoria externa de
datos.
Las funciones alternativas pueden ser sólo activadas si
en el correspondiente retenedor en el registro especial se
tiene un "1".
Los pórticos O y 2 pueden ser internamente conmutados
hacia los buses de direccionamiento/datos por una señal
interna de control para usarse en el acceso de la memoria
externa.
316
Los pórticos 1,2 y 3 tienen internamente un circuito pulí-
up, el pórtico O no dispone de estos elementos y al colocar un
111" en este pórtico, se comporta como una entrada de alta
impedancia.
La conformación de los pórticos es la siguiente:
ADOR/DATA
CONTROL
(A) PORTO BIT [ O J P O R T 1 B I T
|C)PORT2 BIT (D) PORT3 BIT
Fig. C.6. Estructura de los Pórticos de Entrada/Salida .
Todos los pórticos pueden ser usados como una linea
317
general cíe entrada/salida de datos; para ser usados como una
• entrada, se debe colocar en el registro interno del pórtico un
"1", esto hace que el pull-up coloque un estado alto a la
salida y puede ser colocado a un nivel bajo por algún elemento
externo.
áEn el caso del pórtico cero, el pull-up interno sólo se
activa cuando se va lia tener acceso a memoria externa, en modo
de funcionamiento general de entrada/salida actúa como entra
de alta impedancia y es necesario un pull-up externo para
usarlo como salida.
_ C.7 TEMPORIZADOR/CONTADOR.
Í
El 8751 dispone de dos contadores/temporizadores de 16
bits. En el modo de temporizador, el registro se incrementa
con cada ciclo de máquina y en el modo de contador el
incremento se realiza en la transición de O a 1 de las séllales
TO ó TI respectivamente para cada contador/temporizador.
La función del dispositivo se controla con el registro
TMOD.
Es importante indicar que se pueden seleccionar cuatro
modos de funcionamiento lo que les da la versatilidad en su
uso .
I318
C.8. PÓRTICO DE COMUNICACIONES SERIAL.
I
El pórtico serial de comunicaciones tiene la capacidad de
trabajar "full dúplex" esto es recibir y trasmitir
simultáneamente. Existe la posibilidad de seleccionar uno de
cuatro modos de funcionamiento, el registro de control gue
selecciona el modo es el SCOM.
La velocidad de trasmisión de datos es La definida
principalmente por el cris tal que se usa en el circuito de
reloj del 8751, en el caso de tener un cristal de 12 MHz., se
llega a una tasa de transmisión máxima de 1 Mbit/seg, con la
opción de escoger algunas velocidades menores.
Se puede también programar el número de bits a
transmitirse y el modo de transmisión.
Los valores de velocidad de transmisión más usados
constan en el siguiente cuadro:
TASA
MODO O Máximo 1 MHzMODO 2 Máximo 375 KHzMODO 1, 3 62.5 KHz
110
fose
12 MHz12 MHz12 MHz12 MHz
319
C.9. INTERRUPCIONES
El microcontrolador 0751 provee cinco fuentes de
interrupciones :
- Dos entradas externas de interrupción INTO y INT1, que
pueden ser programadas para activarse por flanco ó por estado
variando el registro interno de control TCON.
- Los contadores / temporizadores internos generan también una
señal de interrupción. Como internamente se dispone de dos
contadores / temporisadores, constituyen dos fuentes
adicionales de interrupciones.
El por tico serial de comunicaciones puede generar también
una señal de interrupción.
Es importante indicar que el efecto que tienen todas
estas interrupciones es el de cambiar el estado de un bit en
su respectivo registro, y que este registro a su vez es
accesible a cambios desde el programa. Esto hace que sea
posible generar interrupciones ó cancelarlas, todo mediante
software con resultados iguales a los que se obtendría si
estas operaciones fueran realizadas por hardware del sistema.
320
Cada una de las interrupciones puede habilitarse ó
deshabilitarse independien teniente ó en conjunto.
El microcontrolador 8751 ofrece la fácil idad de programar
cada fuente de interrupción a uno de dos niveles de prioridad.
Una interrupción de . baja prioridad puede ser a su vez
interrumpida por una de alta prioridad pero no por una de
igual nivel. Las fuentes de interrupción de alta prioridad
no pueden ser interru mp idas por ninguna otra fuente de
interrupciones.
En caso de haber dos pedidos de interrupción, de icjual
nivel, simultáneos se los atiende de acuerdo a esta secuencia:
INTO mayor prioridadCont/temp O
INT1Cont/temp 1Pórtico serial menor prioridad
321
APÉNDICE D
MODELO DEL HORNO ELÉCTRICO
322
Partiendo cíe la característica estó.tica del horno, se
calcula el valor cíe la ganancia, está característica se
obtiene, al medir la temperatura en función del tiempo,
conectando directamente el horno a la red de energía
eléctrica. La característica se observa en la figura D.l. El
valor de la ganancia es igual al valor de la pendiente de la
recta que presenta la característica en su parte lineal; por
lo tanto:
120 - 29K = Pendiente = = 1.7
6 0 - 6
IBü -
13D -
1-10 -
ff -130 -
8« -iso -og -110 -
8 ino-
5 ?0 -
1 m -
40 -
30 -
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CARACTERÍST ICA ESTÁTICA DEL HORNOTEwerwium - r cviri*^
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Tirvro espínete
sX
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x"'
X
BD
Fig. D.l. Característica estática del horno
El horno tiene la forma de un sistema de primer orden,
323
por lo tanto :
K 1.7._
S a -i- 1 S a + 1
En lazo cerrado con H(s) = 1
1.7
G(s) S a + 1T r ,-, \ „\ ; - — — _ .
1 + G(s) H(s) 1.71 H-
S a + 1
1.7 0.63n i f ~ \M s j - -
S a + 2 . 7 S ao. n
2 . 7
Haciendo:
S a- 5 entonces a - b * 2.7
2.7
O .63r p / c - ^ — „ „„
S b + 1
De la respuesta del horno con realimentación unitaria H(s)
y con una constante Kp = 1, figura D.2, se obtiene:
Valor inicial = c(t=0) = 1.85 voltios
Valor final = c(t=infinito) = 2.5 voltios
c(t = b) = Valor inicial -H [ 63.2% - (Valor final- Valor inicial)]
c(t=b) = 1.85 + 0.41 = 2.26
324
De la figura D.2:
c(t) = 2.26 se tiene t = b = 45 segundos
Por lo tanto:
a = 45 * 2.7 = 121,50 segundos
La función de transferencia del horno sería:
1.7
6;3:
Fig. D.2. Respuesta del horno con realimentación unitaria
y Kp = 1
325
