INTRODUCCIN

La electrnica digital ha alcanzado una gran importancia en nuestra vida diaria, debido a que es utilizada para operar en los dispositivos muy tiles en la actualidad, como tenemos sistemas programables, celulares, ordenadores, estos estn basados en microprocesadores, micro controladores, memorias que gracias a los circuitos digitales y al ingenio humano pueden mejorarse para cumplir con nuestras expectativas. Para lograr entender la tecnologa digital es necesario comprender sus principios bsicos, y uno de ellos es que se basa en la algebra booleana, (lgica binaria) y el sistema de numeracin binario, as se puedan realizar complejas operaciones lgicas o aritmticas. Estas basada en seales de voltaje. En nuestro presente proyecto para empezar a comprender la electrnica digital, estamos llevando a cabo la configuracin necesaria para obtener un dispositivo de sealizacin muy necesario en nuestra vida diaria aun ms si dependemos de un automvil. El semforo es usado para regular el trfico de vehculos y el trnsito de peatones. As tendremos que depender de los circuitos digitales para lograr el cambio de luces, de colores verde rojo y amarillo. Para lograr la construccin de nuestro semforo hemos puesto en practica los temas ya aprendidos en el curso de Circuitos Digitales, aplicando el algebra booleana, simplificacin de circuitos basado en compuertas lgicas, y el sistema de numeracin binaria.

OBJETIVOS:

Construccin de un semforo de doble va basado en el diseo de un circuito digital usando compuertas lgicas, algebra booleana y sistema de nmeros binarios. Diseo de una etapa de potencia que ira anexada al circuito digital para alimentar a los focos de nuestro semforo. Simulacin del circuito con compuertas lgicas en el software Proteus v.7.8. Simulacin de la etapa de Potencia usando la parte digital. Diseo del circuito digital usando compuertas lgicas en el PCB EN SOFTWARE . Ares. Vs7.8 Implementacin del circuito de compuertas en el Protoboar (semforo). Regulacin de los ciclos del Timer. TABLA DE VERDAD DEL FUNCIONAMIENTO DIGITAL DE LAS COMPUERTAS.

COMPUERTAS LGICAS Hay disponible una gran variedad de compuertas estndar, cada una con un comportamiento perfectamente definido, y es posible combinarlas entre s para obtener funciones nuevas. Desde el punto de vista prctico, podemos considerar a cada compuerta como una caja negra, en la que se introducen valores digitales en sus entradas, y el valor del resultado aparece en la salida. Cada compuerta tiene asociada una tabla de verdad, que expresa en forma de lista el estado de su salida para cada combinacin posible de estados en las entradas. Si bien al pensar en la electrnica digital es muy comn que asumamos que se trata de una tecnologa relativamente nueva, vale la pena recordar que Claude E. Shannon experimento con rels e interruptores conectados en serie, paralelo u otras configuraciones para crear las primeras compuertas lgicas funcionales. En la actualidad, una compuerta es un conjunto de transistores dentro de un circuito Integrado, que puede contener cientos de ellas. De hecho, un microprocesador no es ms que un chip compuesto por millones de compuertas lgicas. COMPUERTAS N-AND (INTEGRADO 74LS00) Cualquier compuerta lgica se puede negar, esto es, invertir el estado de su salida, simplemente agregando una compuerta NOT que realice esa tarea. Debido a que es una situacin muy comn, se fabrican compuertas que ya estn negadas internamente. Este es el caso de la compuerta NAND: es simplemente la negacin de La compuerta AND vista anteriormente. Esto modifica su tabla de verdad, de hecho la invierte (se dice que la niega) quedando que la salida solo ser un 0 cuando todas sus entradas estn en 1. El pequeo crculo en su salida es el que simboliza la negacin. El nmero de entradas debe ser como mnimo de dos, pero no es raro encontrar NAND de 3 o ms entradas. Las compuertas lgicas usando en el circuito son NAND en el cual se usan el integrado (7400).

TIMER O TEMPORIZADOR (INTEGRADO 555) El timer 555 es un circuito integrado , el cual es usado como un multivibrador o Controlador de voltaje oscilatorio. Este circuito consiste bsicamente en dos Comparadores, resistencia divisora de voltaje, un flip flop y descarga al transmisor, Estos dos estados dividen de quien los pueda manejar un alto voltaje o bajo voltaje. El estado de salida puede ser controlado por sus propiedades en seal de entrada y reloj controlador de los elementos que contienen a este. Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada (o rectangular) continua de ancho predefinido por el diseador del circuito para la regulacin de este integrado o timer se utiliza una frmula que depende de las resistencias y el condensador electroltico.

T RA,RB C

= tiempo en segundos. = Resistencias =Condensador electroltico

CONTADOR (INTEGRADO 7493).El contador 7493 utilizan 4 flip-flops JK en modo de conmutacin, con entradas de reloj P0 y P1 en donde P1 es la entrada de reloj del segundo flip-flop por lo que para formar un contador de 4 bits mod-16 hay que conectar la salida del primer flip-flop de manera externa (puente) con la entrada P1, quedando P0 como la entrada de reloj del contador. Tambin tiene dos entradas de reset (MR1 y MR2) las cuales no se deben dejar desconectadas (flotando) porque, como estas se activan en ALTA, al estar flotando toman un nivel ALTO lo que mantendra en reset al contador.

SEMFORO

Los semforos son dispositivos de seales que se sitan en intersecciones de calles, pasos de peatones y otros lugares para regular el trfico de vehculos y el trnsito de peatones.SEMFORO SEGN EL MTC CAPITULO5 5.2.1.2. ESTUDIOS NECESARIOS DE INGENIERIA DE TRNSITO Se debe efectuar previamente una investigacin de las condiciones del trnsito y de las caractersticas fsicas de la interseccin para determinar si se justifica la instalacin de semforos y para proporcionar los datos necesarios para el diseo y la operacin apropiada de un semforo. 5.2.1.3. SIGNIFICADO DE LAS INDICACIONES 5.2.1.3.1. COLOR Las lentes de los semforos para el control vehicular debern ser de color rojo, amarillo y verde. Cuando se utilicen flechas, stas tambin sern rojas, amarillas y verdes sobre fondo negro. Las lentes de las caras de un semforo debern preferiblemente formar una lnea vertical. El rojo debe encontrarse sobre la parte alta, inmediatamente debajo debe encontrarse el amarillo y el verde de ltimo. 5.2.1.3.2. SIGNIFICADO Y APLICACIN DE LOS COLORES La interpretacin de los colores de los semforos es como sigue: A)VERDE 1. Los conductores de los vehculos, y el trnsito vehicular que observe esta luz podr seguir de frente o girar a la derecha o a la izquierda, a menos que alguna seal (reflectorizada o preferentemente iluminada) prohiba dichos giros. 2. Los peatones que avancen hacia el semforo y observen esta luz podrn cruzar la va (dentro de los pasos, marcados o no) a menos que algn otro semforo indique lo contrario. B) AMARILLO 1. Advierte a los conductores de los vehculos y al trnsito vehicular en general que esta a punto de aparecer la luz roja y que el flujo vehicular que regula la luz verde debe detenerse. 2. Advierte a los peatones que no disponen de tiempo suficiente para cruzar la va, excepto cuando exista algn semforo indicndoles que pueden realizar el cruce.

3. Sirve para despejar el trnsito en una interseccin y para evitar frenadas bruscas. Algunas condiciones fsicas especiales de la interseccin, tales como dimensiones, topografa (pendientes muy pronunciadas), altas velocidades de aproximacin o trnsito intenso de vehculos pesados requieren un intervalo o duracin mayor que el normal para despejar la interseccin. En tal caso, se emplear un intervalo normal de amarillo seguido de la luz roja en todas las direcciones durante otro intervalo adicional para desalojar totalmente la interseccin. En ningn caso se cambiar de luz verde o amarilla intermitente a luz roja o rojo intermitente sin que antes aparezca el amarillo durante el intervalo necesario para desalojar la interseccin. Sin embargo, no se emplear en cambios de rojo a verde total con flecha direccional, o al amarillo intermitente. C) ROJO FIJO 1. Los conductores de los vehculos y el trnsito vehicular debe detenerse antes de la raya de paso peatonal y, si no la hay antes de la interseccin, y deben permanecer parados hasta que vean el verde correspondiente. 2. Ningn peatn frente a esta luz debe cruzar la va, a menos que est seguro de no interferir con algn vehculo o que un semforo peatonal indique su paso. Nunca debern aparecer simultneamente combinaciones en los colores de los semforos, excepto cuando haya flechas direccionales con amarillo o con rojo, o cuando se use el amarillo con rojo para alertar a los conductores del prximo cambio a verde.

MATERIALES: y PARTE DIGITAL: 01 TIMER (555) 01 CONTADOR (7493) 04 COMPUERTAS N-AND (integrado 74ls00) 01 FUENTE DE 5V.-DC 01 Condensador 10uf a 16v. 01 Resistencia 6.8k ohmios. 01 Resistencia de 60k ohmios.

y

PARTE (ETAPA DE POTENCIA) 06 Rel de 12v -10A 5patas. 06 Transistores BC547-NPN. 06 focos 25watt-220v. Cable automotriz. Fuente 12v.-DC Fuente de 220v-AC

y ADICIONALES: 01 Placa de fibra de vidrio. 01 Acido frrico. Cautn y estao. Papel celofn (rojo, amarillo, verde) Papel fotogrfico.

DESIGNACION DEL CIRCUITO PARA UN SEMAFARO El circuito digital que hemos elaborado corresponde al funcionamiento de un semforo de doble va. El cual trata de dos semforos donde su funcionamiento de luces es una secuencia lgica ya que en un semforo debe estar rojo mientras que en el otro debe estar verde un cierto tiempo. El segundo semforo que est en luz verde deber cambiar amarillo y luego a rojo mientras que el primer semforo que est en rojo va a cambiar directamente a verde y eso sucesivamente pues los focos de colores de los semforos har el cambio cada cierto tiempo y as cumplir con su funcionamiento y para lo que esta echo.

FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO:

El funcionamiento de este circuito corresponde con un timer (integrado 555) el cual tiene que regularse y en este caso lo regulamos con resistencias de 6.8k y 60k los cuales van conectados a las patas (2 y 7) , la pata ( 2) va unida con la pata (6) y los cuales van

conectados con un condensador 10uf y la pata 01 va conectado a tierra y las patas 08 y 04 son salidas de voltaje en CC. En este caso alimentamos con una fuente de 5v. La pata 03 del timer es la salida la cual va ir conectado con el contador (7493) en la pata (14) y la pata (01 y 12) va unidas o puenteadas, la pata 02 va ir conectado a una fuente de voltaje de 5V-CC y la 03 va ha conectado a tierra. Las patas del contador (09, 08, 11) van conectadas con las compuertas lgicas NAND (7400) las cuales se utilizan para la lgica que vamos a dar segn nuestra tabla de verdad. Una vez regulado el timer y conectando con l , contador y las compuertas lgicas NAND pues la salida se le va a acoplar la etapa de potencia que consiste en la activacin de los rel los cuales funcionan como un interruptor con la ayuda del transistor (BC547-NPN) para la activacin de los focos de 25watt-220v AC. Los rel van a ir conectados al colector del transistor con una fuente de 12v el cual nos va ayudar a excitar la bobina del rel y as activar el rel para el prendido de los focos. La resistencia va conectada a la base del transistor ya que el voltaje de salida de la compuerta es (5vcc) y el colector va ir conectado con el rel para el funcionamiento del prendido y apagado de los focos 25watt-220v AC.

La salida digital va ir conectado a la resistencia y como el timer con el contador ya estn configurados para cada ciclo es decir cada tiempo de que va ha durar el prendido y apagado de cada foco. Cuando se mande la seal o pulso entonces el foco se va activar y desactivar de la misma forma va ha pasar con los seis focos. Los focos van conectados en serie con los rels y a la fuente de corriente alterna pues esta fuente de alterna es de 220v-AC. Tambin hemos agregado los led s para darnos cuenta de que el circuito ( parte digital) est funcionando correctamente. Y as tener seguridad de que las conexiones lgicas es decir las compuertas, timer y contador funcionen segn lo simulado y de paso trabajar con una corriente baja y no tener que estar probando el circuito con los 220v. De acuerdo a la simulacin y a los diagramas nos hemos orientado como disear el circuito digital que en si trata de un semforo doble va con etapa de potencia.

ENTRDAS DE VOLTAJE MEDIDAS EN CIRCUITO DIGITAL Y ETAPA DE POTENCIA.

ENTRADAS TIMER COMPUERTAS LOGICAS RELE FOCOS

VOLTAJE 5V-CC 5V-CC 12V-CC 220V AC

DIAGRAMA LOGICOy TABLA DE VERDAD VARIABLES SEMAFORO 1 A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 VERDE AMARI 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 ROJO 0 0 0 0 1 1 1 1 SALIDAS SEMAFORO 2 VERDE AMARI 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 ROJO 1 1 1 1 0 0 0 0

DESARROLLO POR METODO DE CARNOT _ _ A.B _ C _ C _ _ __ V1= AC+ AB 1 1 _ AB 0 0 _ AB 0 0

AB 0 0

_ _ A.B _ C _ C 0 0

_ AB 0 1

AB 0 0

_ AB 0 0

_ A1= A.B.C

_ _ A.B _ C _ C 0 0

_ AB 0 0

AB 1 1

_ AB 1 1

R1=A _ _ A.B _ C _ C 0 0 _ AB 0 0 _ AB 1 1

AB 1 0

_ _ V2= CA +AB _ _ A.B _ C _ C 0 0 _ AB 0 1 _ AB 0 0

AB 0 0

A2= ABC _ _ A.B _ C _ C _ R2= A 1 1 _ AB 1 1 _ AB 0 0

AB 0 0

y

DIAGRAMA LGICO DE COMPUERTAS:

CONVERSIN A TODAS LAS COMPUERTAS A N-AND PARA USAR EL INTEGRADO 74LS00 DE 4 COMPUERTAS N-AND.

SIMULACION EN PROTEUS

SIMULACION EN 3D

DISEO DE LA PISTA EN ARES-PROTEUS

PISTA EN 3D

OBSERVACIONES

y

La placa se pudo hacer en una baquelita de doble cara para evitar los puentes y se vea mejor presentable y no las conexiones con alambre las cuales vendran hacer los puentes.

y

En el diseo de la pista podemos observar que las lneas rojas son los puentes hechos los cuales en lo fsico vienen hacer las conexiones que estn con alambres.

y y

Se hiso el cambio del transistor 2N5551 por el BC547. Ya que no se activaba el rel. Se remplazaron las resistencias por led`s para ver el funcionamiento lgico y as no trabajar con los focos de 220v.

y

La pista echa se pudo haber hecho en dos placas , una para la parte digita y otra para la etapa de potencia que vendra hacer los focos de 25watt-220v.

CONCLUSIONES

y

La configuracin del timer se hiso de acuerdo al data ship y aplicando la formula con la cual encontramos en su hoja tcnica.

y

Las conexiones se hicieron primero en Protoboar para comprobar que las conexiones del circuito digital estn correctas, de acuerdo al diagrama de la simulacin echa en proteus-vs.7.8.

y y

Se hicieron uso de las compuertas N-AND segn nuestros diagramas de compuertas. Se agregaron algunos puentes dems debido alguna falla implcita en el diseo de la pista.

y

Los componentes se han usado guindonos por su hoja de datos de cada componente, por la experiencia personal de cada uno de los integrantes.

y y

Se agreg una fuente de 220v para el encendido de los focos con ayuda de los rels. Tener un poco de cuidado a la hora te conexin de los focos ya que es la etapa de potencia y podramos quedar electrocutados por estar trabajando con corriente alterna.

y

Los aprendizajes de los primeros captulos del curso Circuitos digitales, han sido aplicados en su totalidad.

y

La lgica booleana funciona correctamente, usada en los integrados 74ls00 que internamente es compuesto de compuertas N-AND.

y

El semforo quedo terminado en su totalidad encendiendo correctamente la secuencia de luces y ha quedado configurado para ser usado en cualquier cruce de doble va de transito.