MECA-TRNICA AUTOMATIZADASISTEMAS DIGITALES

Nombre de Alumnos del equipo:

Julio Cesar Reyes Aguilar

Proyecto Final

Practicas de la IV Unidad

Profesor: Ing. Vctor Manuel Mora Romo

16 de agosto de 2013, Aguascalientes, Ags.CUBO DE LEDS 3X3X3

Un cubo de leds puede estar formado por matrices de leds de 2x2, 3x3, 4x4, 5x5, etc.Pero a continuacin veremos cmo realizar un cubo con una matriz 3x3, es decir empleando 27 leds; se requieren conocimientos bsicos de electrnica para realizar este proyecto.Materiales Para La Construccin Del Cubo 27 leds difusos del color que los prefieran 9 resistencias de 330 ohms Microcontrolador PIC 16F628A Un quemador de microcontrolador Un capacitor cermico de 100 nf Un capacitor electroltico de 100 F/ 16V Un regulador de voltaje 7805 Base para circuito integrado de 18 pines Un interruptor Una base para armar la matriz de los leds (icopor, plastilina, madera) Cable utp #5 Cautn Soldadura

LEDLa palabra espaola led proviene del acrnimo ingls LED (Light-Emitting Diode: diodo emisor de luz).

Los leds se usan como indicadores en muchos dispositivos y en iluminacin. Los primeros leds emitan luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta.Debido a sus altas frecuencias de operacin son tambin tiles en tecnologas avanzadas de comunicaciones. Los leds infrarrojos tambin se usan en unidades de control remoto de muchos productos comerciales incluyendo televisores e infinidad de aplicaciones de hogar y consumo domstico.

Los LED son muy llamativos y de muy bajo consumo de energa en comparacin con la bombilla, mientras una bombilla puede consumir 100watts hora, el LED consume 92% menos, adems pueden durar hasta 20 aos lo que los hace realmente sorprendentes.

Formas de determinar la polaridad de un LED. Existen tres formas principales de conocer la polaridad de un led:

1. La pata ms larga siempre va a ser el nodo.

2. En el lado del ctodo, la base del led tiene un borde plano.

3. Dentro del led, la plaqueta indica el nodo. Se puede reconocer porque es ms pequea que el yunque, que indica el ctodo.

Existen diversos tipos de Leds, Ultra lumnicos o de Alta luminosidad, dobles o bicoloreados, matrices, SMD, COB, etc. Led Difuso O Estndar

Son los led clsicos de toda la vida. Tienen forma cilndrica, abovedada y se presentan en tamaos de 3 y 5 mm de dimetro. Se caracterizan por tener el encapsulado teido del mismo color que la luz que emiten. Es frecuente encontrarlos en color rojo, amarillo y verde. Adems pueden encontrarse con formas variadas (rectangular, triangular, de punto) para adaptarlos a diferentes necesidades. Se usan principalmente como sealizadores para indicar el funcionamiento de algn dispositivo, aunque tambin cumplen una funcin esttica

Para realizar el cubo, empleamos 9 leds difusos rojos, 9 verdes y 9 amarillosEs recomendable tener una docena de cada color, por si se nos quema o daa alguno tener repuestos.

LED ROJOIntensidad Luminosa: 1700 3500 mcdLongitud de Onda: 618 ~ 630 nmVoltaje: 1.8 ~ 2.4 v.Potencia: 150mW - 20mA

LED VERDEIntensidad Luminosa: 4000 - 7000mcdLongitud de Onda: 514 ~ 520nmVoltaje: 2.8 ~ 4.0 VPotencia: 120mW - 20mA

LED AMARILLOIntensidad Luminosa: 1700 - 3500mcdLongitud de Onda: 586 ~ 596nmVoltaje: 1.8 ~ 2.2v.Potencia: 150mW - 20mAResistenciasSe denomina resistencia o resistor (en lenguaje tcnico) al componente electrnico diseado para introducir una resistencia elctrica determinada entre dos puntos de un circuito. Esto quiere decir, generar una cada de potencial en un circuito dado. Las resistencias se utilizan en los circuitos para limitar el valor de la corriente o para fijar el valor de la tensin; en otras palabras podramos decir que una resistencia es un elemento que se opone al paso de la corriente elctrica y produce cada de tensin entre sus terminales.

Las resistencias se clasifican en dos grandes grupos, las resistencias fijas y las resistencias variables, cada uno de estos grupos se divide en grupos ms pequeos.

Los resistores fijostienen dos contactos entre los cuales existe una resistencia fija, estos se dividen en resistores de carbn y resistores metlicos

Las resistencias variablestienen tres contactos, dos de ellos estn conectados con los extremos de la superficie resistiva y el otro est conectado a un cursor que se puede mover a lo largo de la superficie resistiva.Cdigo de Colores De Las ResistenciasPara caracterizar un resistor hacen falta tres valores: resistencia elctrica, disipacin mxima y precisin o tolerancia. Estos valores se indican normalmente en el encapsulado dependiendo del tipo de ste; para el tipo de encapsulado axial, el que se observa en las fotografas, dichos valores van rotulados con un cdigo de franjas de colores.Estos valores se indican con un conjunto de rayas de colores sobre el cuerpo del elemento. Son tres, cuatro o cinco rayas; dejando la raya de tolerancia (normalmente plateada o dorada) a la derecha, se leen de izquierda a derecha. La ltima raya indica la tolerancia (precisin). De las restantes, la ltima es el multiplicador y las otras indican las cifras significativas del valor de la resistencia.El valor de la resistencia elctrica se obtiene leyendo las cifras como un nmero de una, dos o tres cifras; se multiplica por el multiplicador y se obtiene el resultado en Ohmios (). El coeficiente de temperatura nicamente se aplica en resistencias de alta precisin o tolerancia menor del 1%.

Como Calcular La Resistencia Adecuada Para Un Led

EJEMPLO PARA UN LED ROJO

Corriente del Led:20mA corriente nominalVoltaje del Led:2.4 VAlimentacin:12V

CAIDA DE TENSIN PARA CALCULAR LA RESISTENCIA Frmula ------> Cada Tensin=Alimentacin Voltaje Led Cada Tensin=12 V 2.4 V Cada Tensin= 9.6 V

LA RESISTENCIA Frmula -----> Resistencia="Cada Tensin"/"Corriente Led"

NOTA:Hay que tener presente que la corriente del led est dada en mA (Miliamperios) y para calcular la resistencia debemos realizar una conversin para que la corriente quede expresada en Amperios.

Un Amperio equivale a 1000 Miliamperios.Miliamperio significa un A cada 1000 mA.

1mA = (1 A)/(1000) =0.001 -------> 20mA = (20 A)/(1000) =0.02 Resistencia = (9.6 V)/(0.02 A)

Resistencia= 480 Ohms

Las resistencias que utilizamos en el cubo de leds son resistencias de carbn aglomeradas de 330 (naranja, naranja, caf, dorado) para los led rojos y amarillos; para los leds verdes utilizamos resistencias de 300 (naranja, negro, caf, dorado) para que pasara ms corriente y el led se iluminara un poco ms, ya que si le conectbamos las resistencias de 330 pasaba menos corriente y la intensidad luminosa del led era casi nula.Micro controladorUn micro controlador (abreviado C, UC o MCU) es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las rdenes grabadas en su memoria. Est compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea especfica. Un micro controlador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y perifricos de entrada/salida.

El diagrama de un sistema micro controlado sera algo as

Los dispositivos de entrada pueden ser un teclado, un interruptor, un sensor, etc.Los dispositivos de salida pueden ser leds, pequeos parlantes, zumbadores, interruptores de potencia u otros dispositivos como rels, luces, en fin lo que se quiera poner como dispositivo de salida

El siguiente grafico es una representacin en bloques del micro controlador, para dar una idea ms clara, est adaptado tal y cual es un ordenador, con su fuente de alimentacin, un circuito de reloj y el chip de micro controlador, el cual dispone de su CPU, sus memorias, y por supuesto, sus puertos de comunicacin listos para conectarse al mundo exterior.

Memoria ROM (Memoria de slo lectura) Memoria RAM (Memoria de acceso aleatorio) Lneas de entrada/salida (I/O) Tambin llamados puertos Lgica de control Coordina la interaccin entre los dems bloques

CaractersticasCPU de alto rendimiento RISC:Velocidades de operacin de DC 20 MHZCapacidad de interrupcinPila de 8 nivelesModos de direccionamiento directos, indirectos y relativo

Caractersticas especiales micro controlador:Opciones de oscilador externo e interno: precisin de fbrica del oscilador interno de 4 MHz calibrada a 1%.Modo de ahorro de energa en modo sueo.Temporizador Watchdog con oscilador independiente para un funcionamiento fiable.Proteccin de cdigo programableAmplio rango de tensinAlta durabilidad de la memoria Flash40 aos de retencin de datos

De baja potencia:Corriente en espera: 100 nA / 2.0 VCorriente de funcionamiento: 12 A / 32kHz / 2.0 VTemporizador watchdog: 1 A / 2.0 VDoble velocidad del oscilador interno: entre 4 MHz y de 48kHzTipos de Memoria Del PICMEMORIA FLASHEsta memoria es de tipo no voltil, en esta memoria ira el programa que el usuario realice. El PIC 16F628A tiene una capacidad de 2084 palabras esto se podra atribuir a 2084 lneas de cdigo.

MEMORIA RAMEsta memoria sirve para guardar datos y variables, esta memoria es de tipo voltil, es decir, perder la informacin cuando desaparezca la alimentacin. La memoria RAM que posee el micro controlador es de 224 bytes.

MEMORIA EEPROMEs una memoria de tipo no voltil de poca capacidad, sirve para guardar datos, aun cuando deje de recibir alimentacin la informacin no se perder. La memoria EEPROM que posee la PIC es de 128 bytes.Quemador de PICPara pasar el programa del PC al PIC necesitamos de un quemador de micro controlador, es decir un dispositivo que conecte el PC con el PIC y queme toda la informacin en l; para esto es necesario que el cdigo este en un archivo Hexadecimal para que el PIC lo entienda.

Muchos de los clsicos programadores de pic y memorias eeprom realizan su comunicacin con la pc, a travs del puerto serie, o algunos por el puerto paralelo, son circuitos muy sencillos de unos pocos componentes, pero hay un problema y es que cada vez se hace ms difcil conseguir algunos de estos puertos en un pc, ms difcil o imposible en una porttil sumado a los problemas que se pueden tener al necesitar fuente externas o que las tensiones del puerto serie no sean correctas para la programacin. Es por esto que surge la necesidad de tener un programador usb.

Un clsico entre los programadores usb es el PICKIT 2, y ms an los clones de este. Muy famosos por ser de Microchip, y por encontrarse a disposicin de cualquier tanto el circuito esquemtico como el como el cdigo fuente del firmware. Lo que posibilita que muchos usuarios realicen modificaciones y puedan crear su propio programador.

El PICKIT 2 es reconocido como un dispositivo HID, por lo que no es necesario drivers extras, los sistemas operativos modernos cuentan ya con los driver necesarios. Se puede usar tanto en LInux, Mac como Windows. En la pgina de Microchip se encuentran programas especficos como ser la interfaz de programacin, analizador lgico, adems con los IDE MPLAB X y MPLAB se lo pude utilizar como debugger

Capacitores CermicosEl dielctrico utilizado por estos capacitores es la cermica, siendo el material ms utilizado el dixido de titanio. Este material confiere al capacitor grandes inestabilidades por lo que en base al material se pueden diferenciar dos grupos:

Grupo I:caracterizados por una alta estabilidad, con un coeficiente de temperatura bien definido y casi constante.

Grupo II: su coeficiente de temperatura no est prcticamente definido y adems de presentar caractersticas no lineales, su capacidad vara considerablemente con la temperatura, la tensin y el tiempo de funcionamiento.

Las altas constantes dielctricas caractersticas de las cermicas permiten amplias posibilidades de diseo mecnico y elctrico.Las especificaciones de estos Capacitores son aproximadamente las siguientes:

Capacitancias en la gama de 0,5 pF hasta 470 nF Tensin de trabajo desde 3 V. a 15.000 Volts o ms. Tolerancia entre 1% y 5% Relativamente chicos en relacin a la Capacitancia. Amplia banda de tensiones de trabajo. Son adecuados para trabajar en circuitos de alta frecuencia. Banda de tolerancia buena para aplicaciones que exigen precisin.

Capacitores electrolticosEn estos capacitores una de las armaduras es de metal mientras que la otra est constituida por un conductor inico o electrolito. Presentan unos altos valores capacitivos en relacin al tamao y en la mayora de los casos son polarizados.

Podemos distinguir dos tipos:

Electrolticos de aluminio:la armadura metlica es de aluminio y el electrolito de tetraborato armnico.

Electrolticos de tntalo: el dielctrico est constituido por xido de tntalo y nos encontramos con mayores valores capacitivos que los anteriores para un mismo tamao. Por otra parte las tensiones nominales que soportan son menores que los de aluminio y su costo es algo ms elevado

Capacitor electroltico:Tiene polaridad, normalmente se marca el negativo con el signo.

El terminal negativo es el de menor longitud. Hay que asegurarse de no conectar el capacitor entre dos puntos del circuito cuya tensin supere la mxima que soporta el capacitor.

Regulador de Voltaje 7805

78xx es la denominacin de una popular familia de reguladores de tensin positiva. Es un componente comn en muchas fuentes de alimentacin. Tienen tres terminales (voltaje de entrada, masa y voltaje de salida) y especificaciones similares que slo difieren en la tensin de salida suministrada o en la intensidad. La intensidad mxima depende del cdigo intercalado tras los dos primeros dgitos.

El 7805 entrega 5V de corriente continua. El encapsulado en el que usualmente se lo utiliza es el TO220, aunque tambin se lo encuentra en encapsulados pequeos de montaje superficial y en encapsulados grandes y metlicos (TO3).La tensin de alimentacin debe ser un poco ms de 2 voltios superior a la tensin que entrega el regulador y menor a 35 volts. Usualmente, el modelo estndar (TO220) soporta corrientes de hasta 1 A aunque hay diversos modelos en el mercado con corrientes que van desde los 0,1A. El dispositivo posee como proteccin un limitador de corriente por cortocircuito, y adems, otro limitador por temperatura que puede reducir el nivel de corriente. Estos integrados son fabricados por numerosas compaas, entre las que se encuentran National Semiconductor, Fairchild Semiconductor y ST Microelectrnics.El ejemplar ms conocido de esta serie de reguladores es el 7805, que provee 5V, lo que lo hace sumamente til para alimentar dispositivos TTL.Paso a Paso Construccin del LedYa que tenemos conocimiento sobre todos los materiales que emplearemos en la construccin del cubo pas a paso

Ese es el grfico que seguiremos para armar nuestro cubo de leds, ah vemos como estn conectados todos los leds, las resistencias, el PIC, los condensadores y el interruptor

Los materiales se pueden conseguir en cualquier tienda de electrnica.

Recomendacin: a la hora de comprar los materiales, sera bueno tener materiales de repuesto, en caso de daar alguno de los instrumentos.

Se necesitan 27 leds, se pueden comprar de diferentes colores o de un solo color como prefieran. Es recomendable comprar 12 leds de cada color para tener repuesto por si alguno falla o se nos quema.

Lo mismo deberamos hacer con los condensadores y las resistencias, el caso no es tener que parar en la construccin del cubo por falta de materiales.

Ya estamos listos para armar nuestro cubo

1. En una hoja de papel hacemos una cuadricula que nos servir de gua para perforar la base donde pondremos los leds para soldarlos y trabajarlos con mucha ms facilidad. Se deja una distancia de 2.5 cm entre agujero y agujero.

2. Identificamos el nodo y el ctodo del led, para conectarlos en paralelo, es decir el nodo (pata ms larga) va conectado con el nodo del otro led, y el ctodo (pata ms corta) se conecta con el ctodo del otro led. Hay que tener mucho cuidado para que al soldar los ctodos y los nodos no queden haciendo contacto entre s, ya que estaramos haciendo un corto circuito.

Repetimos el proceso 3 veces para hacer los tres pisos que harn parte del cubo.

3.Despus de tener los tres pisos armados, procedemos a soldar los ctodos de los tres pisos entre s.

4. Despus de tener el cubo armado lo ubicamos en la vquela para proceder a soldar las resistencias y el resto de componentes del cubo

Seguimos el diagrama para soldar las resistencias correctamente, debemos tener presente que el piso de los led verdes lleva la resistencia de 300 para que se ilumine ms, el resto de los pisos si lleva la resistencia de 330.Es recomendable usar cables de diferentes colores, para no confundirlos a la hora de soldar, ya que es una tarea bastante tediosa y se debe tener mucho cuidado.

5. El siguiente paso es quemar el programa en el PIC para despus conectarlo a nuestro cubo. Para quemar el PIC usamos un Quemador PiCkit2. Estos quemadores tienen un valor alrededor de 100.000 o 120.000 pesos. No es necesario comprarlo, basta con tener el cdigo listo y acudir donde un elctrico que tenga un quemador de PIC para que nos haga el favor, estos seores cobran alrededor de 5.000 o 10.000 pesos.

6. El siguiente paso es conectar el PIC, para conectarlo ubicamos el zcalo en la vquela y despus ponemos el PIC sobre el zcalo, hay que tener precaucin en el momento de soldar los cables con los pines del zcalo porque no pueden quedar haciendo contacto, ya que quedar haciendo corto.

4. Ahora conectaremos el regulador de voltaje, debemos tener presente que el regulador tiene 3 paticas, hay que tener claridad donde van conectadas cada una, para eso nos basamos en el diagrama.

8.Ahora vamos a conectar los capacitores, estos van conectados en serie con el regulador de voltaje

9. Cuando tengamos lista la conexin de los capacitores con el regulador del voltaje estaremos listos para conectar el interruptor y la pila que es la que alimentara todo el circuito.

10. Ya tenemos listo nuestro proyecto, ahora solo tenemos que mover el interruptor, y nuestro cubo debe funcionar perfectamente.

Materia: Sistemas Digitales Ing. Vctor Manuel Mora Romo