Download pdf - Semaforo en una Interseccion con maquina de estados

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL

PERÍODO ACADÉMICO: OCTUBRE/2014 –MARZO/2015

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial

“Proyecto de Final de Parcial de Digitales II”

I. PORTADA

Título: Implementación de un circuito que muestre el

funcionamiento de dos semáforos en una intersección con

máquina de estados.

Carrera: Electrónica y Comunicaciones

Área Académica: Física y Electrónica

Línea de Investigación: Sistemas Electrónicos

Ciclo Académico: Octubre 2014 – Marzo 2015

Paralelo: Quinto “A”

Alumnos participantes: Olivares Toapanta Cristian Andrés.

Módulo y Docente: Electrónica Digital II. Ing. Collantes Santiago.



II. INFORME DEL PROYECTO

2.1 Título

Implementación de un circuito que muestre el funcionamiento de dos semáforos en una

intercesión los cuales deben poseer control de tráfico y máquinas de estado.

2.2 Objetivos

Objetivo General:

Ensamblar un circuito que muestre el correcto funcionamiento de dos semáforos los

cuales poseerán un control de tráfico con máquinas de estado y estarán ubicados en una

maqueta didáctica para mejor comprensión del observador.

Objetivos Específicos:

Diseñar la tabla de verdad con los estados actuales y siguientes y un punto de

control para controlar el tráfico de los mismos.

Ensamblar el circuito del semáforo con su respectivo control de tráfico el cual será

previamente simulado en Proteus.

Realizar la maqueta correspondiente que demuestre el correcto funcionamiento de

los mismos.

2.3 Resumen

La investigación está centrada en la simulación e implementación de un circuito con

dos semáforos en una intersección el cual va hacer controlado por un DipSwitch de dos

variables, es decir tendremos cuatros opciones de la control la primera será normal, la

segunda se da prioridad de a la avenida principal, la tercera prioridad a la calle

secundaria y la cuarta se basa en el funcionamiento en la noche. Para la configuración

de cada estado se usaran máquinas de estado y serán implementados con un MOD-8, un

CI 7493, un aestable (555) y varias compuertas básicas (AND,OR,NOT).

2.4 Palabras clave:



Semáforo, Proteus, estados, control, máquina

2.5 Introducción

[1]La teoría de máquinas de estado es el nombre con el que se conocen los métodos de

Análisis y Diseño de Circuitos Secuenciales Sincrónicos.

Las máquinas de estado son circuitos secuenciales que se encuentran constituidos por

una etapa combinacional y una etapa de memoria, relacionadas de tal forma que

conforman un sistema secuencial para algún propósito especial. Los registros y

contadores con entradas asincrónicas son ejemplos de este tipo de sistemas

secuenciales.

2.6 Materiales y Metodología

MARCO TEÓRICO

Diagramas de Estado

[2]Un diagrama de estados es una representación gráfica que indica la secuencia de los

estados que se presentan en un circuito secuencial, teniendo en cuenta las entradas y

salidas. El diagrama se forma con círculos y líneas. Los círculos representan los estados

del circuito secuencial y cada uno de ellos contiene un número que identifica su estado.

Las líneas indican las transiciones entre estados y se marcan con dos números separados

por un (/), estos dos números corresponden a la entrada y salida presentes antes de la

transición. A manera de ejemplo observe la línea que une los estados 00 y 01 en el

diagrama de estado de la figura1. Esta línea marcada como 1/0 indica que el circuito

secuencial se encuentra en el estado 00 mientras la entrada X=0 y la salida Y=0, y que

después de que ocurra una transición en la señal de reloj el estado cambia a 01.



Figura1. Representación de los diagramas de estado

Las líneas que salen y regresan al mismo círculo indican que no hay cambio en el estado,

cuando se presentan la entrada y salida indicadas.

Tablas de Transición de flip-flops

Las tablas de transición se usan en conjunto con las de estado y representan la tabla de

verdad de los flip-flops con los cuales se desea implementar el circuito secuencial. La tabla

contiene los estados actuales y siguientes según el estado de las entradas de los flip-flops.

La tabla 7.1.3 corresponde a la tabla de transición del flip-flop JK.

Transiciones de Salida Entradas al flip-flop

Qi Qi+1 J K

0 0 0 X

0 1 1 X

1 0 X 1

1 1 X 0

Tabla 1. Tabla de transición del flip-flop JK

En la tabla, Qi corresponde al estado actual y Qi+1 al estado siguiente, J y K son las entradas

de los flip-flops. La información sombreada en la tabla se interpreta de la siguiente forma:

cuando el estado presente de la salida Q=0 y las entradas J=1 y K=X (X indica una



condición de no importa, 1 o 0), después de un pulso de reloj en el flip-flop la salida cambia

al estado siguiente Q=1.

Mapas de Karnaugh

Los Mapas de Karnaugh se emplean para definir la lógica de las entradas de los flip-flops y

se debe hacer uno para cada una de las entradas. La figura 7.1.5 corresponde al Mapa de

karnaugh de la entrada J1. de la tabla de estado 7.1.4.

Figura 2. Representación de un mapa K

Materiales:

Maqueta:

Madera

Circuito:

C.I 7493

Un 555

Un 7004

Cinco 7408

Tres 7432

Dos 7411

Potenciómetro de 100KΩ



Capacito electrolítico de 100uF

Capacitor 0,1uF

Siete resistencias de 220Ω

6 diodos led de varios colores (verde, amarillo y rojo)

Protoboard

Fuente de alimentación

Dip Switch de 2 variables

Procedimiento

1. Primeramente debemos realizar la tabla de verdad teniendo en cuenta todas las

variables que utilizaremos al momento de simular el circuito en Proteus para su

respectiva implementación.



Fig3. Tabla de verdad que utilizaremos para la implementación del circuito

2. Como segundo pase vamos a sacar las ecuaciones de las entradas de nuestros

integrados para lo cual utilizaremos mapas K.

Semáforo Principal

Verde

𝑉𝑃 = ( ∙ 𝑄2 ∙ 𝑄1 ∙ 𝑄0 ) + ( ∙ 𝐵 ∙ 𝑄1 ) + ( ∙ 𝑄2 )

Fig4. Circuito que resulta de la simplificación de la ecuación 𝑉𝑃

Fig5. Mapa K de 𝑉𝑃

Amarillo



𝐴𝑝 = ( ∙ ∙ 𝑄2 ∙ 𝑄1 ∙ 𝑄0 ) + (𝐵 ∙ 𝑄2 ∙ 𝑄1 ∙ 𝑄0) + (𝐴 ∙ 𝑄2 ∙ 𝑄1 ∙ 𝑄0) + (𝐴 ∙ 𝐵)

Fig6. Circuito que resulta de la simplificación de la ecuación 𝐴𝑃

Fig7. Mapa K de 𝐴𝑃

Rojo

𝑅𝑝 = ( ∙ 𝑄2 ∙ 𝑄0) + (𝐴 ∙ ∙ 𝑄1) + (𝐴 ∙ ∙ 𝑄2) + ( ∙ 𝑄2 ∙ 𝑄1)

Fig8. Circuito que resulta de la simplificación de la ecuación 𝑅𝑃

Fig9. Mapa K de 𝑅𝑃



Semáforo Secundario

Verde

𝑉𝑠 = ( ∙ 𝑄2 ∙ 𝑄1 ∙ 𝑄0) + (𝐴 ∙ ∙ 𝑄2 ∙ 𝑄1) + ( ∙ 𝑄2 ∙ 𝑄1 ∙ 𝑄0 ) + (𝐴 ∙ ∙ 𝑄2 ∙ 𝑄0 )

Fig10. Circuito que resulta de la simplificación de la ecuación 𝑉𝑠

Fig11. Mapa K de 𝑉𝑠

Amarillo

𝐴𝑠 = ( ∙ 𝑄2 ∙ 𝑄1 ∙ 𝑄0) + ( ∙ 𝑄2 ∙ 𝑄1 ∙ 𝑄0)



Fig12. Circuito que resulta de la simplificación de la ecuación 𝐴𝑠

Fig13. Mapa K verdad de 𝐴𝑠

Rojo

𝑅𝑠 = (𝑄2 ∙ 𝑄1 ) + ( ∙ 𝑄1 ∙ 𝑄0 ) + ( ∙ 𝑄2 ) + (𝐴 ∙ 𝐵)

Fig14. Circuito que resulta de la simplificación de la ecuación 𝑅𝑠

Fig15. Mapa K de𝑅𝑠



3. Simulación en Proteus



Fig16. Implementación en Proteus

4. Implementación

Con la simulación ya implementada y comprobada en Proteus reducimos las

expresiones a su valor más mínimo, luego adquirimos todos los materiales previstos

y primeramente polarizamos todos los integrados y ubicamos el Dip Stwich

seguidamente armamos el generador de señas como aestable que va estar controlado



con un potenciómetro de 100KΩ para variar la frecuencia, seguidamente

ensamblamos el MOD-8 al cual vamos a cortocircuitar las dos salidas de reposición

R1 y R2 conjuntamente con la salida QD para así obtener el valor requerido.

Finalmente nos guiamos con las ecuaciones previamente simplificadas y armamos

el diagrama.

5. Finalizada la revisión realizamos las respectivas pruebas correspondientes

previa presentación.

2.8 Conclusiones

La máquina de estados es de mucha ayuda ya que nos ayuda a resumir mucho el

diagrama o circuito a implementar incluyendo la ayuda de los mapas K.

Se necesita verificar que todos los elementos estén funcionamiento

correctamente previa utilización ya que no podría funcionar el circuito como se

requiere.

Usar software de implementación es de mucha ayuda previo ensamble del

circuito en este laboratorio se usó el software Proteus.

Se concluye que una maquina secuencial necesita de una señal síncrona de reloj

y además un Contador y un control el cual nos permitió controlar los valores

previstos.

2.9 Referencias bibliográficas

[1] http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/sistemas/ssl/marciszack/ghd/T-M-MaqSec.htm

[2] http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/sistemas/ssl/marciszack/ghd/T-M-MaqSec.htm