Cerradura Informe

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio de Poder Popular para la Educación Superior

Universidad de Falcón

Ingeniería Electrónica

Circuitos Digitales

Roberto Ortiz

Cerradura Electrónica

Realizado por:

Leonardo Polanco

Ricardo Rodrigues

Programado de código digital

Este proyecto consiste en dos pulsadores con los que se va manipular la cerradura.

Cuando se pulse el botón PROGRAM se debe encender el led PROGRAM indicando que se va a ingresar el código de la cerradura, el resto de los leds (Abierto y Cerrado) debe estar apagado, al volver a pulsar PROGRAM el sistema debe almacenar el código elegido y salir de modo de programación para permitir ingresar un código a la cerradura.

Al pulsar el botón CODIGO se incrementa el código mostrado en los displays, si se encuentra en el modo PROGRAM vamos a almacenar el código que elijamos.

Con el led PROGRAM apagado se podrá introducir números de 2 dígitos por el pulsador CODIGO y se deberá encender el led ABIERTO y apagar CERRADO si se introduce el código programado.

Esquema del Circuito

1. Flip-Flops tipo D: 4013

Descripción:

Este integrado es un doble flip-flop tipo D, en la figura siguiente se puede observar la disposición de terminales y la tabla de verdad correspondiente, numerada de 1 a 6 para interpretar con mayor claridad el análisis de la misma

1: En este renglón las entradas están todas en "0"; la transición en sentido positivo del pulso de reloj, no tiene efecto en las salidas, por lo que la salida Q se mantiene en 0 y -Q en 1.

2: Con las entradas Set y Reset a potencial 0 y el dato a 1, si en la entrada reloj se presente un pulso de transición positiva el Flip-Flop cambia de estado y se mantiene en él, aun después de desaparecer dicho pulso.

3: Si el pulso de reloj es de transición negativa, aunque las entradas Set y Reset estén a 0, no conmutará independientemente del nivel de la entrada Dato, que puede ser 1 o 0, ya que sólo lo hace en la transición positiva.

4: En este caso x en la entrada de Reloj y Dato significan que es irrelevante el nivel que tengan ya que al estar a 1 la entrada Reset, el Flip-Flop no producirá ningún cambio.

5: No tiene importancia la polaridad de las entradas de Reloj y Dato, ya que el cambio de estado se produce llevando Set a 1, y se mantendrá en él aunque esta entrada vuelva a 0. Sólo se volverá al estado anterior (reposo) llevando momentáneamente la entrada Reset a 1.

6: Esta es una situación en la cual continúa funcionando como R-S, pero con la particularidad de ser seguidor de la señal presente en la entrada Set. Sigue sin tener importancia los niveles de Reloj y Dato. Al llevar el Set a 1, la salida -Q cambia también a 1, pero no lo hace la Salida Q, con lo que no se obtienen los estados complementarios; la salida Q se mantendrá a 1 todo el tiempo que esté a 1 la entrada Set, en cuanto esta entrada vuelva a 0 la salida Q también volverá a 0, esto es así porque la entrada Reset está a nivel 1, y como ya sabemos con positivo en este terminal el Flip-Flop se mantiene en estado de reposo.

2. Contador

Las entradas de carga de datos (Da-Dd), nos sirven para preestablecer un número de partida en las salidas, llamado preselección, tanto para el conteo ascendente como el conteo descendente ('Up/Dw'), a partir del cual se producirá la cuenta con cada pulso del reloj de entrada. Para cargar el número preseleccionado, la patilla 11 de carga ('Load'), se debe llevar por un instante al nivel L y volver al nivel H permanentemente. Por lo que se entiende que cada vez que se aplique un nivel L a esta patilla 11, se vuelve a cargar el número preseleccionado, con este comportamiento, se puede constituir un divisor de frecuencias, con solo establecer un número en la carga de preselección, aunque demostrar esto no es nuestro cometido ahora.

Para evitar en gran medida que se produzcan problemas parasitarios en este tipo de dispositivos, es recomendable cargar todas las patillas del circuito integrado a un nivel predeterminado, según lo previsto para su funcionamiento y la aplicación que el proyecto requiera. Que quiere decir esto; que debemos conectar una resistencia de 10k entre la patilla que no usemos y el +Vcc si su nivel ha de ser H (Alto) o si ha de ser L (Bajo) se conectará a masa. En cuanto a las entradas de preselección, es conveniente utilizar un preselector rotativo codificado a BCD por cada dígito.

3. Comparador

Un comparador es un circuito electrónico, ya sea analógico o digital, capaz de comparar dos señales de entrada y variar la salida en función de cuál es mayor, menor o igual.

Se puede observar el esquema de 4 bits. Posee dos tipos de entradas: las de comparación (A0...A3 y B0...B3) y las de expansión (<,=, y >) para la conexión en cascada. La función que realiza el comparador anterior se puede observar en la tabla de verdad que aparece en la figura siguiente. Se puede observar que las entradas de expansión sólo afectan a las salidas cuando los datos en las entradas A y B son iguales

4. Pulsador

Un botón o pulsador es un dispositivo utilizado para realizar cierta función. Los botones son de diversas formas y tamaño y se encuentran en todo tipo de dispositivos, aunque principalmente en aparatos eléctricos y electrónicos.

Los botones son por lo general activados, al ser pulsados con un dedo. Permiten el flujo de corriente mientras son accionados. Cuando ya no se presiona sobre él vuelve a su posición de reposo.

5. Resistencia

Se le llama resistencia eléctrica a la igualdad de oposición que tienen los electrones para desplazarse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán George Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre.

6. Puerta AND

La puerta AND o compuerta AND es una puerta lógica digital que implementa la conjunción lógica -se comporta de acuerdo a la tabla de verdad mostrada a la derecha. Ésta entregará una salida ALTA, dependiendo de los valores de las entradas, siendo este caso, al recibir solo valores altos en la puerta AND. Si alguna de estas entradas no son ALTAS, entonces se mostrará un valor de salida BAJA (0). En otro sentido, la función de la compuerta AND efectivamente encuentra el mínimo entre dos dígitos binarios, así como la función OR encuentra al máximo.

7. Buffer de tres estados

En electrónica digital, la lógica triestado permite puertos de salida con valor 0,1 ó Hi-Z (High Impedance).Es este último estado el que proporciona los buffer triestado. El estado Hi-Z pone la salida en alta impedancia, haciendo que el pin ya no tenga relevancia en el circuito. Normalmente, la intención de este estado es permitir a varios circuitos compartir el mismo bus o línea de salida. O también, permitir a un dispositivo monitorizar señales sin afectar a la señal (en convertidores analógico/digital). Tri-state es una marca registrada de National Semiconductor pero normalmente se usa para describir dispositivos de este tipo hechos por cualquier fabricante.

INPUT

OUTPUT

A B A AND B0 0 00 1 01 0 01 1 1

Podemos ver un buffer triestado como un interruptor. Es decir cuando en B hay un 1, funciona como si el interruptor estuviera activado, mientras que si hay un 0, actúa como si estuviera desactivado.

Un buffer triestado se diseña normalmente de modo que el retardo de habilitación de salida (de Hi-Z a Alto o Bajo) sea un poco más largo que el retardo de deshabilitación de salida (de Alto o Bajo a Hi-Z). Así, si un circuito de control activa la entrada de habilitación de salida de un dispositivo al mismo tiempo que desactiva la entrada de habilitación de un segundo dispositivo, al tener un retardo de deshabilitación de salida más corto se puede asegurar que antes de que el primer dispositivo ponga un nivel Alto o Bajo en el bus, el segundo dispositivo se encontrará en estado de alta impedancia.

8. Jumper

En informática, un jumper o puente es un elemento que permite interconectar dos terminales de manera temporal sin tener que efectuar una operación que requiera una herramienta adicional. Dicha unión de terminales cierra el circuito eléctrico del que forma parte.

9. Diodos LED´s

ENTRADA

SALIDA

A B C0 0 Z0 1 01 0 Z1 1 1

Los ledes se usan como indicadores en muchos dispositivos y en iluminación. Los primeros ledes emitían 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 operación son también útiles en tecnologías avanzadas de comunicaciones. Los ledes infrarrojos también se usan en unidades de control remoto de muchos productos comerciales incluyendo televisores e infinidad de aplicaciones de hogar y consumo doméstico.

10. Display

El visualizador de siete segmentos (llamado también display) es una forma de representar números en equipos electrónicos. Está compuesto de siete segmentos que se pueden encender o apagar individualmente. Cada segmento tiene la forma de una pequeña línea. Se podría comparar a escribir números con cerillas o fósforos de madera.

El display de 7 segmentos o visualizador de 7 segmentos es un componente que se utiliza para la representación de números en muchos dispositivos electrónicos debido en gran medida a su simplicidad. Aunque externamente su forma difiere considerablemente de un diodo LED (diodos emisores de luz) típico, internamente están constituidos por una serie de diodos LED con unas determinadas conexiones internas, estratégicamente ubicados de tal forma que forme un número 8.

11. Puerta NOT

La puerta NOT o compuerta NOT es una puerta lógica digital que implementa la negación lógica -se comporta de acuerdo a la tabla de verdad mostrada a la derecha. Cuando su entrada está en 0 (cero) o en BAJA, su salida está en 1 o en ALTA, mientras que cuando su entrada está en 1 o en ALTA, su SALIDA va a estar en 0 o en BAJA.

Se puede ver claramente que la salida X solamente es "1" (1 lógico, nivel alto) cuando la entrada A está en "0" o en BAJA, mientras que la salida X solamente es "0" (0 lógico, nivel bajo) cuando la entrada A está en "1" o en ALTA.

Esta situación se representa en álgebra booleana como: X = (-A)

La representación circuital es con un solo pulsador normal cerrado, conectado en circuito simple. Una proposición lógica que corresponde a una compuerta NOT es la siguiente: Las compuertas Lógicas NOT o INVERSORA se fabrican de una sola entrada.

Resumen de todos los componentes

Componente Representación Proteus

Cantidad Valor, color y/o tipo

INPUT

OUTPUT

A NOT A0 11 0

Flip-flop 9 Tipo d4013

Contador2

74LS192

Comparador 2 74LS85

Pulsador 2 Switches

Resistencia 2 1kPuerta AND 1 Puerta

Buffer de 3 estados 3

Modelling Primitives

Jumper 1 Switches

LED´s3

Rojo, Verde, Azul

Display2

7 segmentos

BCD

NOT 1 Puerta

Funcionamiento General de la Cerradura Electrónica

Lo más básico de este circuito es entender lo que se quiere: Colocar un código con un led que indique la programación e indicar a través de otros 2 led´s si la cerradura está abierta o cerrado, dependiendo del código introducido, si este código coincide con el guardado en el estado de program la cerradura abrirá, de lo contrario permanecerá cerrada.

Comencemos con la programación del código.

Para poder mostrar un código de 2 dígitos, se utilizan dos display los cuales deben estar conectados a 2 contadores de la siguiente manera

Podemos ver la conexión en cascada de los contadores y la unión con cada uno de los bits a los display. El Pulsador está conectado directamente con UP en el contador 1 de arriba, esto quiere decir que cuando lo presionemos el pulsador, como esta en UP aumenta en 1 el nivel de ALTO en y el el código binario pasando de 0000 a 0001, y así hasta llegar al 9 (1001). Se puede apreciar en la imagen que la salida del contador adelante del contador de arriba (TCU) esta conectado al UP del contador de abajo, esto es para el momento de reinicio del display de arriba comienza el conteo en el display de abajo, es decir, cuando el display superior pasa de 9 a 0, el inferior para de 0000 a 0001, formando asi la unidad y la decena hasta llegar a 99.

Ya tenemos los números de 2 dígitos en funcionamiento ahora, lo que nos importa es guardar el código de la cerradura a través del pulsador PROGRAM:

Para almacenar la información de los visualizadores de 7 segmentos BCD se necesitan un total de 8 flip-flop tipo d, esto se debe a que los flip-flops solo pueden almacenar un bit tiempo indefinido en ausencia de perturbaciones.

Se conectadores cada una de las entradas D de los flip-flops y el CLK al pulsador de program esto con el fin de que se cumpla la condición de la labra de la verdad

D CLK Salida0 0 No hay cambio1 0 No hay cambio0 1 Q=01 1 Q=1

Teniendo esto en cuenta: ¿Para que colocamos el CLK al pulsador?

R: La salida Q es igual a la entrada D cuando la entrada de control (CK) está a nivel alto. Al presionar el pulsador circula el corriente y pasa de estar en un nivel bajo (0) a un nivel ALTO (1) almacenando así el condigo de bits en los display.

El Master Reset (MR) esta conectado con el pulsador PROGRAM, en los dos contadores para que en el momento de pulsarlo, se reinicie el conteo, evitando así que permanezca el código que se supone es secreto.

Ya tenemos el funcionamiento de los display y el código almacenado, expliquemos ahora como comprobar que el codigo que se coloca al momento de abrir la cerradura es correto o no.

Para esto se colocaron 2 coparadores 74LS85, llevamos a tierras las condiciones que se utilizan en este circuito que son: A<B y A>B y suministramos voltaje en la que nos importa A=B ya que lo que nos interesa es que el codigo que se coloque al querer abrir la cerradura sea igual. Cuando se cumple esta condicion el compardor deja pasar el voltaje para que este en estado de alto llegando a la compuerta AND, que solo dejara pasar el voltaje si se cumple la siguiente tabla de verdad

x y Resultado

1 1 1

1 0 0

0 1 0

0 0 0

Es decir, que si uno de los dos comparadores detecta diferente código, al llegar a la compuerta AND el resultado seria 0, dejando así cerrado el circuito, pero si ingresamos el mismo código programado dando 1 en los dos comparadores, la salida del AND será 1 y se abrirá dicha cerradura.

Todo esto sucederá luego de presionar el Jumper claro está, que funciona como un switches en este circuito.

Po ultimo estudiaremos el comportamiento de los diodos LED’s.

Debido a ;a sincronización que deben tener los LED’s en el circuito, utilizamos buffers de tres estados, que fueron fundamentales para dicha sincronía. Con la tabla de la verdad ya especificada, explicaremos cada uno de los LED’s:

ENTRADA

SALIDA

A B C0 0 Z0 1 01 0 Z1 1 1

LED Program: Al iniciar el circuito ya el led de PROGRAM esta encendido debido a que se cumple lo escrito en la tabla de la verdad, en la primera entrada A está conectada a la compuerta NOT, es decir, que como esta en 0 al inicio, en ese nodo se encuentra en 1. La otra entrada C está conectada en la salida negada de un Flip-flop tipo ve que aparece en la figura mas adelante, siendo al principio entonces 1, cumpliéndose asi el estado 1,1=1. Cuando ya se presione el pulsador program nuevamente pasara entonces de 1 a 0 y se apagara dicho led.

LED Cerrado: El LED cerrado se enciende cuando al presionar el pulsador de program almacena un dato. En la entrada A del tribuffer está en la compuerta NOT, siendo entonces 1 hasta que se de con el codigo correcto, ya que la compuerta NOT esta conectado con la compuerta AND. La entrada C esta conectada a la salida el flip-flop del principio que se ve en la imagen. Entonces el LED cerrado permanece apagado al momento de programar y cuando se escribe el código correctente.

LED Abierto: El led abierto solo se encenderá cuando se escriba el mismo código que se almaceno en los flip-flops, de resto dicho led permanecerá apagado. Como se puede apreciar en la imagen del principio de la expicacion de los leds, el tribuffer deja pasar voltaje en la entrada A cuando la compuerta AND cumple la condición de igualdad y en la entrada C cuando el código está ya almacenado. Dicho esto se cumple 1,1=1 ENCENDIDO.

Diagrama de Bloques de la Cerradura electrónica