SISTEMAS ELECTRÓNICOSMÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIAL
Examen final(Duración: 2 horas y 30 minutos)
Nombre: Grupo:
INSTRUCCIONES
No abra el cuadernillo hasta que se le indique.
El examen consiste en un sistema electrónico que se ha dividido en dos problemas con un valor totalde diez puntos.
Se recomienda leer el enunciado completo antes de empezar a resolver el examen.
Cada uno de los problemas deberá realizarse en una hoja de solución diferente.
En la página 3 y siguientes encontrará un formulario que puede resultarle útil.
Se permite el uso de calculadora y de una hoja con anotaciones sobre acondicionamiento desensores.
No desgrape el cuadernillo. Puede utilizar las últimas páginas como borrador.
Si lo prefiere, puede resolver el examen a lápiz.
Deberá emplear máscaras para leer o escribir los bits de los registros. La única excepción son losbits asociados a las interrupciones, con los que puede utilizar el acceso a nivel de bit.
Calificación:
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FORMULARIO
Microcontrolador dsPIC33FJ32MC202
Pines
dsPIC33FJ32MC202/204 and dsPIC33FJ16MC304
DS70283G-page 6 Preliminary 2009 Microchip Technology Inc.
Pin Diagrams
dsP
IC33
FJ
32M
C2
02
MCLR
VSS
VDD
AN0/VREF+/CN2/RA0AN1/VREF-/CN3/RA1
AVDD
AVSS
PGED1/AN2/C2IN-/RP0(1)/CN4/RB0
PGEC3/ASCL1/RP6(1)/CN24/RB6
SOSCO/T1CK/CN0/RA4SOSCI/RP4(1)/CN1/RB4
VSSOSC2/CLKO/CN29/RA3OSC1/CLKI/CN30/RA2 VCAP/VDDCORE
INT0/RP7/CN23/RB7
TDO/PWM2L1/SDA1/RP9(1)/CN21/RB9TCK/PWM2H1/SCL1/RP8(1)/CN22/RB8
AN5/RP3(1)/CN7/RB3AN4/RP2(1)/CN6/RB2
PGEC1/AN3/C2IN+/RP1(1)/CN5/RB1
1
2
345
678
91011121314
28
27
262524
232221
201918171615
PWM1L1/RP15(1)/CN11/RB15PWM1H1/RP14(1)/CN12/RB14PWM1L2/RP13(1)/CN13/RB13PWM1H2/RP12(1)/CN14/RB12
PGED2/TDI/PWM1H3/RP10(1)/CN16/RB10PGEC2/TMS/PWM1L3/RP11(1)/CN15/RB11
PGED3/ASDA1/RP5(1)/CN27/RB5
28-PIN SDIP, SOIC
28-Pin QFN-S(2)
10 11
2
3
6
1
18
19
20
21
22
12 13 1415
87
16
17
232425262728
9
dsPIC33FJ32MC202
5
4
MC
LR
VSS
VD
D
AN
0/V
RE
F+
/CN
2/R
A0
AN
1/V
RE
F-/
CN
3/R
A1
AV
DD
AV
SS
PGED1/EMUD1/AN2/C2IN-/RP0(1)/CN4/RB0
PG
EC
3/E
MU
C3
/AS
CL1
/RP
6(1) /C
N2
4/R
B6
SO
SC
O/T
1CK
/CN
0/R
A4
SO
SC
I/RP
4/C
N1/
RB
4
VSS
OSC2/CLKO/CN29/RA3
OSC1/CLKI/CN30/RA2
VCAP/VDDCORE
INT
0/R
P7(1
) /CN
23/
RB
7
TDO/PWM2L1/SDA1/RP9(1)/CN21/RB9
TC
K/P
WM
2H1
/SC
L1/R
P8(1
) /CN
22/
RB
8
AN5/RP3(1)/CN7/RB3
AN4/RP2(1)/CN6/RB2
PGEC1/EMUC1/AN3/C2IN+/RP1(1)/CN5/RB1
PW
M1L
1/R
P15
(1) /C
N11
/RB
15
PW
M1H
1/R
P14
(1) /C
N12
/RB
14
PWM1L2/RP13(1)/CN13/RB13
PWM1H2/RP12(1)/CN14/RB12
PGED2/EMUD2/TDI/PWM1H3/RP10(1)/CN16/RB10
PGEC2/EMUC2/TMS/PWM1L3/RP11(1)/CN15/RB11
PG
ED
3/E
MU
D3/
AS
DA
1/R
P5(1
) /CN
27/
RB
5
Note 1: The RPn pins can be used by any remappable peripheral. See Table 1 for the list of availableperipherals.
2: The metal plane at the bottom of the device is not connected to any pins and is recommended tobe connected to VSS externally.
= Pins are up to 5V tolerant
= Pins are up to 5V tolerant
Timers1
TMRx: Cuenta del timer
PRx: Valor final de la cuenta
TxCON: Registro de configuración
• TON: Bit de encendido1 = Enciende el timer0 = Apaga el timer
• TCKPS: Preescalado3 = 1:2562 = 1:641 = 1:80 = 1:1
15 14 13 12 11 10 9 8
TON –
7 6 5 4 3 2 1 0
– TCKPS – –
Función de atención a la interrupción
void __attribute__((interrupt, no_auto_psv)) _TxInterrupt(void);
1x indica el número de Timer (1, 2 ó 3).
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Conversor analógico-digitalAD1PCFGL: Registro para configurar los pines como analógicos o digitales
AD1CHS0: Permite seleccionar el pin analógico que se va a convertir
ADC1BUF0: Almacena el resultado de la última conversión realizada
AD1CON3: Registro de configuración #3
• ADCS: Preescalado
– TAD = Periodo del conversor A/D
– TCY: Periodo del oscilador interno
TAD = TCY · (ADCS + 1)
• SAMC: Número de ciclos de muestreo
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– SAMC
7 6 5 4 3 2 1 0
ADCS
AD1CON1: Registro de configuración #1
• ADON: Arranca el periférico pero no empieza a muestrear1 = Enciende el módulo0 = Apaga el módulo
• SSRC: Indica cuándo comienza la conversión7 = Automáticamente al terminar de muestrear
• SAMP: Inicio del muestreo (se borra automáticamente)1 = Empezar a muestrear
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ADON – – –
7 6 5 4 3 2 1 0
SSRC – – SAMP –
Función de atención a la interrupción
void __attribute__((interrupt, no_auto_psv)) _ADC1Interrupt(void);
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Generador de PWM2
PxTPER: Permite configurar el periodo de la señal (15 bits)
PxTPER = Periodo · FCY · preescalado − 1
PxDCy: Factor de servicio de la señal del pin PWMxHy (16 bits)
• Si es igual que PxTPER equivale a un 50 % de factor de servicio
PWMxCON1: Registro de control de puertos
• PENyH: Habilita el puerto PWMxHy
1 = Salida de PWM0 = Entrada o salida digital
• PENyL: Habilita el puerto PWMxLy
1 = Salida de PWM0 = Entrada o salida digital
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–
7 6 5 4 3 2 1 0
PEN3H PEN2H PEN1H PEN3L PEN2L PEN1L
PxTCON: Registro de configuración
• PTEN: Bit de encendido1 = Enciende el módulo0 = Apaga el módulo
• PTCKPS: Preescalado para calcular la frecuencia de la señal3 = 1:642 = 1:161 = 1:40 = 1:1
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PTEN –
7 6 5 4 3 2 1 0
– PTCKPS –
2x indica el número de generador de PWM (1 ó 2) e y el pin dentro de cada generador.
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Registros de control de interrupcionesIFS0: Banderas de interrupción
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AD1IF – – – – T3IF
7 6 5 4 3 2 1 0
T2IF – – T1IF – – –
IEC0: Registro para habilitar la atención de interrupciones
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AD1IE – – – – T3IE
7 6 5 4 3 2 1 0
T2IE – – T1IE – – –
IPCx: Prioridad de interrupciones
• IPC0
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T1IP –
7 6 5 4 3 2 1 0
– –
• IPC1
15 14 13 12 11 10 9 8
T2IP –
7 6 5 4 3 2 1 0
– –
• IPC2
15 14 13 12 11 10 9 8
– –
7 6 5 4 3 2 1 0
– T3IP
• IPC3
15 14 13 12 11 10 9 8
–
7 6 5 4 3 2 1 0
AD1IP –
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Los productores de un famoso concurso televisivo de cocina está interesados en instalar un sistemade extracción de humos y extinción de incendios en el plató de cara a la próxima edición que seestrena esta Navidad. El objetivo es garantizar la calidad del aire y evitar que algún concursantemanazas calcine los estudios de la cadena en un descuido.
Especificaciones de hardwareLos sensores y actuadores del sistema (véase la Figura 1) se conectarán a un microcontrolador
dsPIC33FJ32MC202 de la siguiente forma:
Pines 2 y 3: Sensores de temperatura RTD (convenientemente acondicionados) para medir latemperatura en cada una de las dos zonas (A y B, respectivamente) en que se divide el plató.
Pin 6: Un detector de humo que mida la obscuración3 en un rango del 0 al 2 %.
Pin 7: Un pulsador que permite reiniciar el sistema una vez sofocado un incendio grave al que sólopueden acceder los bomberos.
Pin 21: Un ventilador de corriente continua alimentado a 24 V para evacuar el humo.
Pin 22: Una luz LED para indicar la salida de emergencia.
Pin 23: Un altavoz para hacer sonar una señal de alarma en caso de incendio.
Pines 24 y 25: Rociadores para pulverizar agua sobre las zonas A y B, respectivamente, cuando sedetecte fuego. Se controlan a través de unos relés integrados en los dispositivos, de modo que sumanejo será mediante señales digitales (se activan a nivel alto).
Especificaciones de softwareEn ausencia de fuego, si la obscuración es inferior al 0,2 %, el ventilador permanecerá apagado.
A partir de ese umbral, el ventilador girará a una velocidad proporcional al valor medido. Por ejemplo,con una obscuración del 1,1 % girará a la mitad de su velocidad máxima y con una obscuracióndel 2 %, se moverá a máxima velocidad.
Si la temperatura supera los 50ºC en cualquiera de las zonas significará que se ha declarado unincendio y se activarán los rociadores de ese sector para intentar sofocarlo.
Los rociadores son independientes, lo cual implica que aunque ya se haya disparado el rociador deuna zona, si se supera el umbral en el otro sector, también deberá activarse su rociador.
Si la temperatura desciende por debajo de 35ºC antes de que transcurra un minuto, el fuego seconsiderará bajo control, se continuará refrescando durante otro minuto y después se apagará elrociador de la zona correspondiente.
En caso contrario, se iniciará el protocolo de evacuación: se encenderán las luces de emergencia,arrancarán los rociadores de la otra zona para refrescarla (si no lo habían hecho anteriormente) y sehará sonar una alarma bitonal (un segundo a 1 kHz, un segundo a 200 Hz).
Una vez declarado el estado de emergencia, sólo los bomberos podrán desactivar el sistema deextinción (rociadores, luz de emergencia y altavoz apagados) accionando el pulsador del pin 7.
3La obscuración es una unidad que indica la reducción de visibilidad. A mayor obscuración, más concentración de humo.
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05:49 02:17
Detector de humo
Ventilador
Altavoz
Rociador B
Temperatura A Temperatura B
Zona A Zona B
Rociador A Luz deemergencia
Figura 1. Diagrama del plató una vez instalado el sistema.
Problema 1. Acondicionamiento de sensores (4 puntos)
1.1. Sensor de temperatura RTD (2 puntos)Para la medida de temperatura se han escogido sensores RTD del tipo Pt100 cuya curva de calibración
es la siguiente:
R(T ) = R0 ·(1 + α · ∆T ) , ∆T = T−T0 R0 = 100 Ω, α = 3, 85·10−3 ºC−1, T0 = 0 ºC, Imax = 1 mA
a) (1,5 puntos) Diseñe un circuito de acondicionamiento que permita medir temperaturas entre15ºC y 65ºC con la mayor sensibilidad posible. Puede emplear amplificadores operacionales,amplificadores de instrumentación de ganancia 10 V/V, fuentes de tensión de valores razonablesy las resistencias que necesite. Suponga que ambos tipos de amplificadores son ideales y puedenalimentarse con tensión simple (entre 0 y 3,3 V) o simétrica (entre −3,3 y 3,3 V); deberá indicarlas tensiones de alimentación de cada amplificador que utilice.
b) (0,5 puntos) Justifique su solución en base a la característica del sensor.
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1.2. Detector de humo (2 puntos)Se ha decidido hacer un detector de humo por reflexión difusa. Este tipo de dispositivos consta de
una fuente emisora de luz (normalmente un diodo LED infrarrojo) y de un fotorreceptor (por ejemplo,un fotodiodo) colocados dentro de una cámara opaca, que permite la entrada de humo, pero no de luzexterior. Además, el emisor y el receptor están separados por un cuerpo negro que impide que la luzdel emisor llegue directamente al receptor. A medida que aumenta la concentración de humo en lacámara, la luz del emisor se empieza a reflejar en las partículas en suspensión haciendo que parte deella llegue al receptor.
Como el plató es grande se quiere medir la concentración de humo en dos puntos y obtener unasalida proporcional a la media, para lo cual se va a emplear el circuito de la Figura 2. Los fotodiodosP1, P2 y P3 son todos iguales, tienen una corriente de oscuridad de 0,5µA y una sensibilidad de3 nA/lux. Además, P1 está situado en una cámara que garantiza oscuridad total, se sabe que Rg = 1 MΩ
y que 25 lux equivalen al 1 % de obscuración. Puede suponer que los amplificadores operacionales sonideales y que sus tensiones de saturación coinciden con las de alimentación.
Rg
R1
R2
R4
R3
vo
+
_
+3,3V
+3,3V_
Rg
+
_
+3,3V
+3,3V_
P1
+
_
+3,3V
270
270
P2
P3
+3,3V_
+3,3V_
+3,3V
+3,3V
+3,3V
v1
v2 vx
Figura 2. Detector de humo.
a) (1 punto) Determine el valor de R1 y R2 para anular el efecto de la corriente de oscuridad.
b) (1 punto) Calcule R3 y R4 para obtener la máxima sensibilidad posible a la salida en el rango del0 al 2 % de obscuración media.
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Problema 2. Sistema digital (6 puntos)a) (0,5 puntos) Dibuje el esquema del sistema electrónico siguiendo las especificaciones de hardware.
Deberá incluir los circuitos de acondicionamiento de las entradas y salidas (sin especificar losvalores de los componentes), así como su conexión con el microcontrolador. Como ya ha diseñadopreviamente los medidores de humo y temperatura, puede tratarlos como cajas negras, al igual quelos rociadores, que vienen listos para usar de fábrica.
b) (0,5 puntos) Dado que necesita medir varias señales analógicas, programe un driver para realizarconversiones analógico-digitales a 500 ksps más fácilmente. No hace falta que permita gestionartodos los pines analógicos; basta con que pueda manejar los que necesita.
c) (1 punto) Describa brevemente cómo piensa resolver el problema: dibuje una máquina de estados,indique cuántos timers necesita, de qué periodo. . .
d) (4 puntos) Escriba un programa para que el sistema funcione según las especificaciones de software.Utilice el driver que se adjunta a continuación para controlar el ventilador.
motor.h#ifndef _MOTOR_H
#define _MOTOR_H
#define PWM_L1 0 // Pin 26
#define PWM_L2 1 // Pin 24
#define PWM_L3 2 // Pin 22
#define PWM_H1 4 // Pin 25
#define PWM_H2 5 // Pin 23
#define PWM_H3 6 // Pin 21
/**
* Configura un pin como salida de PWM.
*
* @param pin Emplear las constantes [PWM_L1 , PWM_H3 ].
*/
void configurarPinMotor(unsigned char pin);
/**
* Inicializa el generador de señales PWM a 24,743 kHz.
*/
void inicializarMotor(void);
/**
* Establece el factor de servicio de una señal de PWM.
*
* @param pin Índice del pin PWM [1, 3].
* @param dc Factor de servicio ( %).
*/
void dcMotor(unsigned char pin , unsigned int dc);
#endif
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