M. Margarita Pérez Castellanos

FUNDAMENTOS DEL MATERIAL INFORMÁTICO Curso 2010-2011

PRÁCTICA 2: Diseño del circuito controlador del tráfico de un cruce de carreteras OBJETIVO: Diseño y montaje de un circuito que controle las luces, verde-ámbar-rojo, del semáforo que regule el tráfico en la intersección de dos vías: una Norte-Sur, la otra EsteOeste.

MATERIAL NECESARIO • •

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Placa de inserción: 2 udes. Hilos de cableado rígido de 0,28 mm2 para placa de inserción: o Color negro: 1m o Color rojo: 1m o Color azul: 1m o Color blanco: 1m o Color verde: 1m Diodos LED: o color rojo: 2 udes. o color verde: 2 udes. o color ámbar: 2 udes. Resistencias o de 10 KΩ (1/4 W, tolerancia 1%): 1 ud. o de 24 KΩ (1/4 W, tolerancia 1%): 1 ud. o de 80 kΩ (1/4 W, tolerancia 1%): 1 ud. Capacidades o de 100μF (de 25 voltios, radial): 2 ud. o de 1μF (de 25 voltios, radial): 1 ud. Circuitos integrados: o 74HC14 (6 disparadores de Schmitt): 1 ud. o 74HC221A (2 multivibradores monoestables): 1 ud. o 74HC74 (2 biestables tipo D): 1 ud. o 74HC153 (2 multiplexores de dos entradas de control): 1 ud. o 74HC00 (4 puertas NAND de 2 entradas): 1 ud. o 74HC02 (4 puertas NOR de dos entradas): 1 ud.

• OPCIONAL: se puede disponer de una pila de petaca de 4,5 V, para comprobar el funcionamiento del circuito NOTA: Las hojas de características de los circuitos integrados están disponibles en la página web de la asignatura.

ENTREGA DE RESULTADOS Con las mediciones obtenidas a lo largo del desarrollo de la práctica, se conformará una plantilla de resultados, según el modelo publicado a tal efecto. Dichas plantillas se entregarán a la coordinadora de la asignatura, en la fecha que se indicará.

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ESPECIFICACIONES El circuito controlador de los semáforos, deberá considerar que las luces correspondientes a cada dirección, conmutarán siguiendo la secuencia Verde-Ámbar-Rojo y que deberán satisfacer las siguientes condiciones: 1. La luz verde tendrá una duración de T1 segundos y la luz ámbar una duración de T2, cumpliendo la condición: T1 > T2 2. Mientras en una dirección se mantengan las luces verde o ámbar, respectivamente, en la otra dirección permanecerá siempre la luz roja. Esta condición determina la duración de la luz roja, que vendrá dada por la suma de los periodos de las otras dos luces; es decir (T1 + T2) segundos. El esquema general del controlador se muestra en la figura 1. Consta de un sistema secuencial, construido mediante un autómata de Mealy y dos temporizadores encargados de generar una señal de control, una vez transcurridos los intervalos de tiempo programados. A su vez el autómata tendrá cuatro estados y estará construido por biestables tipo D, para la memoria y multiplexores y puertas lógicas, para el circuito combinacional.

Figura 1. Esquema general del circuito de control Las señales TL y TC son las salidas generadas por los temporizadores transcurridos los intervalos de tiempo T1 y T2, respectivamente, desde que reciben su correspondiente señal de activación I_TL e I_TC. Los citados intervalos, T1 y T2, se corresponden con las constantes de tiempo asociadas a los productos R1C1 y R2C2, respectivamente, que se generarán con resistencias y capacidades de valores determinados. Para realizar la función de los temporizadores se empleará el circuito integrado 74HC221A, constituido por dos multivibradores monoestables, cuyas características y modos de operación aparecen descritos en las hojas de especificaciones. El esquema de conexión de los temporizadores se indica en la figura 2.

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Figura 2. Esquema de conexión de los temporizadores Para simular las luces del semáforo se utilizarán 6 diodos LED y las señales que los activan se identificarán según la tabla siguiente: LUCES DE SEMÁFOROS NORTE-SUR

ESTE-OESTE

VN (verde) AN (ámbar) RN (rojo)

VE (verde) AE (ámbar) RE (rojo)

Tabla 1. Señales de activación de los diodos

GENERACIÓN DE LA SEÑAL DE RELOJ CON UN DISPARADOR DE SCHMITT Para generar la señal de reloj, se empleará el circuito integrado 74HC14, constituido por seis disparadores de Schmitt, cuyas características y modos de operación aparecen descritos en las hojas de especificaciones y cuyo esquema de pines se incluye en la figura 3.

Figura 3. Esquema de pines del Circuito Integrado 74HC14 En la figura 4 se representa el circuito generador del reloj. Los valores de la resistencia y de la capacidad, están calculados, para que la frecuencia de la señal generada sea aproximadamente 100 Hz.

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Figura 4. Circuito generador de una señal de reloj

DISEÑO DEL AUTÓMATA Las variables del sistema son: Entrada: Salidas generadas por los temporizadores; Tiempo_Largo, TL, y Tiempo_Corto, TC. Estado: QA y QB Salida: Señales de Inicialización (activación) de los temporizadores I_TL e I_TC y Salidas que activan las 6 luces de los semáforos VN, AN, RN, VE, AE y RE La asignación de los 4 estados del autómata, se recoge en la tabla siguiente: Denominación Norte-Sur Verde N-SV Norte-Sur Ámbar N-SA Este-Oeste Verde E-OV Este-Oeste Ámbar E-OA

Código 00 01 10 11

Tabla 2. Estados del autómata de control El diagrama de transición entre los estados se representa en la figura 5.

Figura 5. Diagrama de estados

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A partir del diagrama de estados, obtenemos la tabla de transición entre dichos estados, donde se especificarán todas las salidas que generará el sistema en función de las entradas que reciba. Un esquema de la misma, se recoge en la tabla 3. Estado Actual QB Q A

N-SV

00

N-SA

01

E-OV

10

E-OA

11

Condición

Estado Futuro DB D A

Salidas Externas Luces del semáforo Inic. Temporizador VN AN RN VE AE RE I_TL I_TC

0 0 0 1 0 0 0 1

T’L TL T’C TC T’L TL T’C TC

0 1 0 0 0 1 0 0

Tabla 3. Tabla de transición entre estados

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 1.- Obtención de la tabla de transición entre estados 2.- Partiendo de la tabla de transición entre estados, se obtendrán las funciones lógicas de las variables de estado futuro: DA y DB; las señales de activación de las luces del semáforo: VN, AN, RN, VE, AE y RE; y las señales de activación de los temporizadores: I_TL e I_TC. 3.- Representación esquemática a nivel de bloque funcional y con símbolos de puertas de las funciones lógicas obtenidas en el apartado anterior: 4.- Representación general del interconexionado de los Circuitos Integrados indicando claramente los nombres de las señales conectadas a cada uno de los terminales. Para ello se deberá consultar los diagramas de conexión y tablas de verdad de los respectivos C.I. en sus correspondientes hojas de especificaciones técnicas.

5.- Montaje del circuito completo sobre las placas de inserción, siguiendo el esquema de las interconexiones obtenidas en el punto anterior; el de los temporizadores, incluido en la figura 2 y el del reloj generado. En la realización de este montaje, deben tomarse en cuenta las siguientes consideraciones: • • •

Al realizar el montaje del circuito de los temporizadores (figura 2), al conectar las capacidades C1 y C2, respétese de manera rigurosa la polaridad de sus terminales Por razones prácticas, las señales de activación de los temporizadores, y , son negadas. Se obtendrán mediante dos puertas NAND, respectivamente. Los terminales CLEAR de los temporizadores y CLEAR y PRESET de los biestables deben conectarse a VDD

6.- Conexión del circuito a una fuente de alimentación con +5 V en su salida. Medición de valores temporales.

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