Yulie.Cuellar[1], .Sebastian. Perez[2], John A. Ordóñez[3]

RESUMEN

El presente laboratorio tiene como objetivo principal la familiarización con la implementación de lógica booleana en software, la cual se realiza con el uso de una placa arduino uno, además de entender los métodos para compara los niveles de voltaje, en donde se usan funciones analógicas y digitales y también mediante la implementación de hardware con el uso de un transistor 2N3904, diodos 1N914, resistencias de 1 y 10 K ohmios, protoboard y cables de conexión

CUERPO DEL TRABAJO

Para el desarrollo de este laboratorio fue fundamental el uso de la placa ARDUINO, esta tiene un entorno de desarrollo diseñado para facilitar el uso de la mecatrónica, y se puede usar en proyectos multidisciplinares ya que esta puede controlar motores, sensores actuadores etc, También cuenta con su propio software que se puede descargar de su página oficial que ya incluye los drivers de todas las tarjetas disponibles lo que hace más fácil la carga de códigos desde el computador.

Arduino es una plataforma de hardware libre, que consta de un microcontrolador, la placa tiene 14 pines digitales de los cuales 6 son usados como salidas PWM, el cual es un pulso de modulación de ancho para obtener

resultados análogos con medios digitales,

además de 6 entradas análogas,

Foto tomada de la página de arduino [1]

Después de entender el funcionamiento de las compuertas lógicas se realizo el montaje de unos circuitos, en donde se evidencio el funcionamiento de algunas compuertas como lo fueron la AND y NAND.

Pare realizar el primer circuito se necesitaron algunos elementos como:

Un transistor 2N3904 el cual es muy comúnmente usado para amplificación, además está diseñado para funcionar a bajas

intensidades.

COMPARACION ENTRE HARDWARE Y SOFTWARE

Figura 1 imagen del transistor [2]

Otro elemento que se utilizo fue el diodo 1N914 el cual está hecho de silicio y este posee una característica particular y es que tiene una alta conductividad para señales pequeñas, el máximo voltaje es de 100 Volts y una corriente máxima de 200 mA, y solo permite el flujo en una dirección.

Figura 3 Diodo 1N914 [3]

También se utilizaron dos resistencias una de 1KΩ y 10KΩ, con estos elementos se realizo el montaje del primer circuito utilizando un protoboard y algunos cables de conexión, en donde se pudo observar mediante un led la configuración del circuito el cual se comportaba como una compuerta AND ya que al variar las entradas A y B se podía ver cuando el led estaba en alto o bajo dependiendo de las conexiones en A y B

También se realizó el siguiente circuito en la placa arduino:

Circuito a

Fuente elaboración propia

Diagrama de flujo compuerta AND

Fuente elaboración propia

INPUT B

INPUT A

D11N914

D21N914

D31N914

OUTPUT

5VDC

En este circuito se implemento el siguiente código:

Código compuerta AND{pinMode(4, OUTPUT); //Inicializa el pin 4 como una salida:}void loop() {// Lee los pines de entrada:int A = digitalRead(2);int B = digitalRead(3);//determina el valor de salida:int Z = (AxB);// Prende o apaga el LEDdigitalWrite(4, Z);delay(200); //retrasa el programa por 0.2 segundos.}Al correr este código en el circuito anterior se pudo completar la tabla de la verdad, la cual nos arrojo una compuerta AND:

Tabla de verdad compuerta AND

A B Z

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tabla 1

Fuente elaboración propia

El código funciono perfectamente y se pudo realizar la misma función pero con una gran ventaja y es que se podía variar el tiempo de espera.

Circuito 2

Circuito integrado [4]

Para el siguiente circuito se implemento un circuito integrado 7400 y cuenta con cuatro NAND, el cual basa su funcionamiento en el algebra de Boole para implementar funciones, este circuito permite invertir una señal o generar una señal lógica para activar otro circuito

Figura 4 Circuito integrado 7400 [5]

En este circuito se va a repetir el procedimiento anterior solo que se va a utilizar un circuito integrado 7400, al que se va a conectar un led entre la salida del puerto 3 para poder verificar el comportamiento de este a la hora de variar las entradas.

¿Cómo es el comportamiento de este circuito comparado con el circuito anterior?

Para este circuito se pudo ver que el comportamiento es opuesto al anterior, por lo cual se pudo verificar que el circuito actuaba como una compuerta NAND se realizo un código para poder repetir el mismo procedimiento pero esta vez con la placa arduino.

Tabla de verdad 2

A B Z

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Fuente elaboración propia

Repita el paso (c) para su programa de Arduino.

Para poder realizar el mismo circuito que se implementó con el circuito integrado mediante el uso de una protoboard y cables de conexión se necesita utilizar la función lógica NAND,

Diagrama de flujo compuerta NAND

Fuente elaboración propia

Código compuerta NAND

{pinMode(4, OUTPUT);// inicia el pin 4 comosalida:}void loop() {//Lee los pines de entrada:int A = digitalRead(2);int B = digitalRead(3);// Determina el valor de salidaint Z = !(A&&B);//Prende o apaga el LED:digitalWrite(4, Z);delay(200); // retrasa la ejecución por 0.2 segundos:}

Identifique dos ventajas y desventajas para la implementación hardware.

Ventaja No es necesaria una programación Es de fácil y rápida implementación

Desventajas Es necesario conocer

detalladamente el funcionamiento de cada elemento

Tiene limitación de entradas y salidas

g) Identifique dos ventajas y desventajas de la implementación software.

Ventajas

Permite realizar códigos para cualquier operación

Permite tener control, como por ejemplo variar el tiempo de ejecución

Desventajas

Necesita amplio conocimiento en algún lenguaje de programación

Es sensible a cualquier cambio brusco de intensidad

2. Alarma de Fuerza-Sensible en hardware y software

Para este último circuito se necesitó un (FSR) Force sensing resistor, que está compuesto de un polímero conductivo el cual cambia su resistencia cuando una fuerza o presión es aplicada en un rango de fuerza de 0.2 a 20 N, para proporcionar una fuente de resistencia variable entre 3 a 100 KΩ, en donde se deberá identificar cuando una fuerza critica ha sido alcanzada, está alerta se realiza mediante un LED

Resistencia FSR

Figura 6 (FSR) [6]

Se realizo el montaje del circuito en la protoboard y para poder ejecutarlo se realizo el siguiente código en el cual se utilizo comunicación serial entre el arduino y el computador para poder visualizar los datos que leía la placa.

int led = 4;// EL LED estaconectado al pin 4int pin=0;//Se usa el Puerto analogicoint rest;//Almacenalosvalores de “pin”

void setup() {Serial.begin(9600);// Iniciacomunicacion seral con el computadorpinMode(led, OUTPUT);// Inicializa el pin comounasalida}void loop() {rest = analogRead(pin);Serial.print(rest);if ( rest > 60){digitalWrite(led,HIGH);}else{digitalWrite(led,LOW);}delay(1000);}Diagrama de flujo Alarma de fuerza

El código indica que hay un pin digital conectado al LED declarado como una salida

y otro pin análogo conectado a (FSR), el cual funciona de tal manera que si el arduino lee que la resistencia es mayor a 50 prenda un LED para que el usuario pueda ver que el límite de fuerza a sido excedido.

Identifique dos ventajas y desventajas de la implementación hardware.

Ventajas

Permite una comprensión practica y de fácil entendimiento para entender el circuito

Facilita el uso e implementación de diferentes sensores

Desventajas

Se necesita un conocimiento básico en la implementación de circuitos

No permite ver errores, solo cuando se quema algún componente

Identifique dos ventajas y desventajas de la implementación software.

Ventajas

Con la resistencia FSR permite conocer y detectar cuando se presenta algún cambio en el circuito

Se puede aplicar cuando se necesite conocer si se está aplicando una fuerza.

Desventajas

Difícil configuración de la comunicación seria

Perdidas en la lectura del sensor

ANEXOS

Circuito compuerta AND con diodos

Fuente elaboración propia

Circuito Compuerta AND y NAND

Fuente elaboración propia

Circuito integrado compuerta NAND

Fuente elaboración propia

Circuito Fuerza

Fuente elaboración propia

CONCLUSIONES

El uso de compuertas lógicas, facilitan el desarrollo de un circuito.

Los circuitos integrados permiten utilizar compuertas lógicas para implementarlas en algún proceso.

Sistemas de control se pueden usar con plataformas tales como arduino.

Las compuertas lógicas se pueden realizar mediante hardware y software

La facilidad de realizar compuertas con software es que se puede usar cualquier función lógica, haciendo un pequeño ajuste al código

Bibliografía

[1] [En línea]. Available: www.arduino.cc.

[2] [En línea]. Available: https://goo.gl/d22RP8.

[3] [En línea]. Available: https://goo.gl/uNpazu.

[4] PDF, Artist, Lab-3. [Art].

[5] [En línea]. Available: https://goo.gl/gVXnby.

[6] [En línea]. Available: https://goo.gl/TNZ2SX.