Introducción
Un astable es un circuito capaz de generar una señal cuadrada. Se lo utiliza en muchísimas aplicaciones digitales como relojes y generadores de pulsos.
Un monoestable, a diferencia del anterior, posee una entrada denominada de disparo o trigger. Al recibir una señal por esa entrada (señal excitadora) realiza una secuencia que consiste en cambiar de estado su salida por un tiempo determinado normalmente por un circuito RC. Al finalizar ese tiempo vuelve a su estado de reposo original.
El astable como el monoestable, dejan de ser sistemas combinacionales donde las salidas eran función exclusiva del valor de sus entradas en un momento dado, sin que intervengan en ningún caso, estados anteriores de las entradas o de las salidas. Ahora, tanto el astable como el monoestable, son clasificados como circuitos secuenciales donde los valores de las salidas, en un momento dado, dependen del estado anterior de las mismas o bien de su estado interno.
Antiguamente estos circuitos se los construia en base a transistores realimentados, más tarde con compuertas. Desde hace ya muchos años disponemos del 555, un circuito integrado (que no es el único, pero es quizás el más difundido) que según como se lo conecte se lo puede hacer funcionar de distintas maneras (de ahi su versatilidad) y entre todas ellas como astable y como monoestable.
La presición de la señal cuadrada que genera (estabilidad de frecuencia), en el caso del astable, así como la repetitibilidad de la duración en el tiempo del pulso de salida depende en gran medida de componentes pasivos resistores y capacitores (su carga y descarga). Estos componentes tienen siempre tolerancias en su fabricación por ello, en muchos casos, nos obliga a colocar un preset para ajuste de los tiempos. Hoy día se prefiere prescindir de este tipo de ajustes que complican la puesta en marcha de cualquier dispositivo. Si bien económicamente no conviene en esta actividad veremos también, cómo usando un pequeño microcontrolador podemos realizar las mismas funciones. Haremos funcionar al microcontrolador como astable y también como monoestable, sin necesidad de acudir a componentes pasivos RC que son pasibles de variar con el tiempo y con la temperatura. La diferencia fundamental ahora es que su funcionamiento dependerá exclusivamente del programa almacenado dentro de su memoria.
Parte A:
Circuito Astable:
En electrónica, un astable es un multivibrador que no tiene ningun estado estable, lo que significa que posee dos estados "cuasi-estables" entre los que conmuta, permaneciendo en cada uno de ellos un tiempo determinado. La frecuencia de conmutación depende, en general, de la carga y descarga de condensadores.
Entre sus múltiples aplicaciones se cuentan la generación de ondas periódicas (generador de reloj) y de trenes de impulsos.
Proteus es una compilacion de pogramas de diseño y simulación electrónica, desarrollado por Labcenter Electronic que consta de los dos programas principales: Ares e Isis, y los módulos VSM y Electra.
El Programa ISIS, Intelligent Schematic Input System (Sistema de Enrutado de Esquemas Inteligente) permite diseñar el plano eléctrico del circuito que se desea realizar con componentes muy variados, desde simples resistencias, hasta alguno que otro microprocesador o microcontrolador, incluyendo fuentes de alimentación, generadores de señales y muchos otros componentes con prestaciones diferentes. Los diseños realizados en Isis pueden ser simulados en tiempo real, mediante el módulo VSM, asociado directamente con ISIS.
El módulo VSM
Una de las prestaciones de Proteus, integrada con ISIS, es VSM, el Virtual System Modeling (Sistema Virtual de Modelado), una extensión integrada con ISIS, con la cual se puede simular, en tiempo real, con posibilidad de más rapidez; todas las características de varias familias de microcontroladores, introduciendo nosotros mismos el programa que controlará el microcontrolador y cada una de sus salidas, y a la vez, simulando las tareas que queramos que lleve a cabo con el programa. Se pueden simular circuitos con microcontroladores conectados a distintos dispositivos, como motores, lcd´s, teclados en matriz, etc. Incluye, entre otras, las familias de PIC's PIC10, PIC12, PIC16, PIC18, PIC24 y dsPIC33. ISIS es el corazón del entorno integrado PROTEUS. Combina un entorno de diseño de una potencia excepcional con una enorme capacidad de controlar la apariencia final de los dibujos.ARES, o Advanced Routing and Editing Software (Software de Edición y Ruteo Avanzado); es la herramienta de enrutado, ubicación y edición de componentes, se utiliza para la fabricación de placas de circuito impreso, permitiendo editar generalmente, las capas superficial (Top Copper), y de soldadura (Bottom Copper).
1) Dibujar en PROTEUS el circuito del astable con 555. (Vcc = 5V
2) Verificar su correcto funcionamiento corriendo la simulación. Medir con el osciloscopio virtual el tiempo de estado en alto y el tiempo de estado en bajo, el período, su frecuencia y la tensión de salida máxima y mínima. Calcular el ciclo de trabajo expresándolo porcentualmente. Asimismo capturar y mostrar las formas de onda de carga y descarga del capacitor responsable de la temporización, relacionándolas con el cambio de estado de la salida.
Probar que sucede a la salida cuando se pone a masa el pin de RESET. Comentarlo.
3) Calcular los valores necesarios de resistores y capacitores, para cambiar al circuito astable anterior, su frecuencia de oscilación, llevándola a 40 KHz, usando para ello fórmulas y tablas. El ciclo de trabajo queda a elección del grupo. Antes de proceder al armado simular y verificar su correcto funcionamiento.
4) Agrupar ordenadamente todas esas mediciones en un cuadro para compararlas a posteriori con el circuito armado.
5) Armar el circuito diseñado en el punto 3 por el grupo en protoboard.
6) Medir y registrar los valores de resistores y capacitores usados para la temporización del circuito con el puente RLC digital de banco.
7) Realizar las mismas mediciones efectuadas en el punto 2 y agregar al cuadro solicitado anteriormente la medición del valor medio de la tensión de salida.
8) Ordenar toda la información y explicar todos los pasos realizados para comprender el funcionamiento del circuito.
9) Diseñar (NO HACER) una placa impresa de no más de 30 mm x 30 mm (0,09 dm2) para el astable con 555. Usar molex para todos los conectores.
Aquí esta eldibujo del Circuito Astable en el Proteus
| El tiempo de estado en alto | 0,75 ms |
| El tiempo de estado en bajo | 0,26 ms |
| La frecuencia | 1 KHz |
| El periodo | 1ms |
| Vomáx | 5V |
| Vomin | 0V |
Al cargarse el capacitor el estado de la salida cambia a 0, y al descargarse éste vuelve a cambiar a 1.
La señal medida en el osciloscopio virtual del Proteus:
Y la misma señal pero medida en el osciloscopio digital (en el rigol):
Si se conecta el pin RESET a masa el circuito no funciona y por lo tanto no se logra ver ninguna señal en la salida.
A partir de esta formula:
f = 1,44 z
(Ra+2Rb).C
a
Donde : Ra es nuetra R1 , Rb es nuestra R2 y C es nuestro Capacitor y los valores que nos quedan para nuestras resistencias y para el capacitor serán:
Con R1=100 Ω
R1+R2.2 = 2,6 K Ω
2,6 KΩ / 2 = R2
1,3 KΩ = R2
R1 = 1 KΩ
C = 10 nF
T = 0,7. (R1+2R2).C1
Este es el circuito que nosotros desarrollamos en el protoboard con los componentes que especifica el dibujo hecho en el PROTEUS:
Estas son las medidas de las resistencias que usamos para diseñar nuestro circuito con los valores medidos por el puente RLC , y además los valores que vienen de fábrica. A partir de esto, para nuestro circuito, las medidas de nuestras resistencias son:
Resistencia valor de fábrica: 1,5 K
Resistencia medida por el puente RLC: 1,475 K
Y a continuación las medidas del capacitor por puente RLC y las medidas que vienen de fábrica:
Capacitor valor de fábrica: 10 nF
Capacitor medido por puente RLC: 18,66 nF
Despues de haber realizado el circuito en el protoboard pasamos a medirlo con el osciloscopio y estos son los valores:
Tiempo de estado en alto 28.8 us
Tiempo de estado en bajo 12 us
Frecuencia 36.7 Khz
Periodo 27.24 us
Ternsion de salida maxima 5 V
Tension de salida minima 0 V
Parte B:
CIRCUITO MONOESTABLE
1) Dibujar en PROTEUS el circuito del monoestable con 555. (Vcc = 5V)
Material de consulta:
Video del Timer 555 Modo Monoestablehttp://www.youtube.com/watch?v=v5-FZbORV2o&feature=fvwrel
Video del Timer 555 Modo Monoestablehttp://www.youtube.com/watch?v=v5-FZbORV2o&feature=fvwrel
2) Verificar su correcto funcionamiento corriendo la simulación. Medir con el osciloscopio virtual y el contador de tiempo la duración del estado en alto al generar el disparo de entrada. La tensión de salida máxima y mínima. Capturar y mostrar las formas de onda de carga y descarga del capacitor responsable de la temporización, relacionándolas con el cambio de estado de la salida.
3) Calcular y modificar los valores necesarios de resistores y capacitores del circuito monoestable anterior para llevar el tiempo de activación a la salida a 5s, usando para ello las fórmulas y tablas disponibles. Antes de proceder al armado simular y verificar su correcto funcionamiento.
4) Agrupar ordenadamente las mediciones de tiempo en un cuadro para compararlas a posteriori con el circuito armado.
5) Armar el circuito diseñado en el punto 3 por el grupo en protoboard.
6) Medir y registrar los valores de resistores y capacitores usados para la temporización del circuito con el puente RLC digital de banco.
7) Realizar las mismas mediciones efectuadas en el punto 2 usando solamente el osciloscopio digital. Capturar la señal de salida agregar los cursores y mostrar en pantalla las mediciones.
8) Ordenar toda la información y explicar todos los pasos realizados para comprender el funcionamiento del circuito.
9) Diseñar (NO HACER) una placa impresa de no más de 30 mm x 30 mm (0,09 dm2) para el monoestable con 555. Usar molex para todos los conectores.
3) Calcular y modificar los valores necesarios de resistores y capacitores del circuito monoestable anterior para llevar el tiempo de activación a la salida a 5s, usando para ello las fórmulas y tablas disponibles. Antes de proceder al armado simular y verificar su correcto funcionamiento.
4) Agrupar ordenadamente las mediciones de tiempo en un cuadro para compararlas a posteriori con el circuito armado.
5) Armar el circuito diseñado en el punto 3 por el grupo en protoboard.
6) Medir y registrar los valores de resistores y capacitores usados para la temporización del circuito con el puente RLC digital de banco.
7) Realizar las mismas mediciones efectuadas en el punto 2 usando solamente el osciloscopio digital. Capturar la señal de salida agregar los cursores y mostrar en pantalla las mediciones.
8) Ordenar toda la información y explicar todos los pasos realizados para comprender el funcionamiento del circuito.
9) Diseñar (NO HACER) una placa impresa de no más de 30 mm x 30 mm (0,09 dm2) para el monoestable con 555. Usar molex para todos los conectores.
Tiempo de estado en alto 1,1 S
Tension de salida maxima 4,95 V
Tension de salida minima 0 V
Los datos anteriores fueron medidos desde el osciloscopio virtual del protel.
Ahora nesecitamos que el tiempo de activacion en la salida sea de 5s para eso vamos a cambiar la R1 de 10K por una de 47K
Al medir los valores de resistores y capacitores con el puente RLC nos dio los siguientes valores:
COMERCIALES RLC
Capactor de 100uf 106,05uf
Resistencia de 10K 9,870K
Resistencia de 330 325,2
