APUNTES Electronica Automotriz II

Organismo Público Descentralizado Federal Calle Nueva Escocia 1885 Fracc. Providencia Guadalajara, Jal. C.P 44620 Tels: 3641-32-50 y 3642-24-94

DIVISIÓN DE MECÁNICA AUTOMOTRIZ Academia de Automotriz

ASIGNATURA: ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II NIVEL: 5 SEMESTRE CLAVE: 8 2 1 D 0 3 CARRERA: TECNOLOGO EN MECANICA AUTOMOTRIZ

APUNTES Para guía de aprendizaje Realizado por: Ing. José Francisco Arredondo Anguiano Tec. Jorge Luis de Santiago Lopez Guadalajara Jalisco, México Enero del 2012

ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II

. INDICE 1. Compuertas lógicas 1.1Sistemas digital 1.1.1 lógica digital 1.1.2 sistema binario 1.1.3 sistema hexadecimal 1.1.4 código ASCII

4 4 4 5 6 6

1.2 Compuertas lógicas 1.2.1 tabla de verdad NOT 1.2.2 tabla de verdad AND 1.2.3 tabla de verdad OR 1.2.4 tabla de verdad XOR 1.2.5 tabla de verdad NAND 1.2.6 tabla de verdad NOR 1.2.7 tabla de verdad NOR-EX

8 8 9 9 10 10 10 11

1.3 Memorias 1.3.1 RAM 1.3.2 ROM 1.3.3 PROM 1.3.4 EPROM 1.3.5 EEPROM 1.3.6 FLASH

11 11 12 12 12 12 12

2. Osciladores 2.1 Circuito divisor de voltaje 2.1.1 Circuito R-C 2.1.2 Operación monoestable 2.1.3 Operación astable

13 13 14 16 18

2.2 Modulador de ancho de pulso 2.2.1 Puente “H”- puente de Wheatstone 2.2.2 Control de motores CC 2.2.3 Control de la válvula IAC 2.2.4 Conversor análogo digital 2.2.5 Contador de eventos

20 20 23 27 29 30

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2

ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II

3. Microcontroladores 3.1 Controlador y microcontrolador 3.1.1 Aplicaciones de los microcontroladores 3.1.2 Arquitectura y encapsulados

30 30 33 34

3.2 Cpu 3.2.1 Memoria 3.2.2 Puertos Entrada/Salida 3.2.3 Reloj principal

34 35 35 36

3.3Recursos especiales 3.3.1 temporizadores 3.3.2 circuito “watchdog” 3.3.3 circuito “brownout” 3.3.4 estado de reposo 3.3.5 comparador analógico 3.3.6 puertos de comunicación.

36 36 36 37 37 37 38

4. Tecnología de módulos 4.1 Fuente 4.1.1 alimentaciones 4.1.2 tierras 4.2 Etapa de potencia 4.2.1 control del combustible 4.2.2. Control de chispa 4.3 Etapa de procesamiento de información 4.3.1 circuitos integrados 4.3.2 microprocesador 4.3.3 xtal 4.4 Programación de microcontroladores 4.4.1 Software 4.4.2 lenguaje 4.4.3 instrucciones 4.4.4 Protocolo de información

38 38 38 40 40 43 43 44 44 45 50 51 51 52 53 54

5. Sistemas de seguridad y confort 5.1 Alarmas 5.1.1 Funcionamiento 5.1.2 programación 5.1.3 armado 5.2 Instalación 5.2.1 Instalación de componentes 5.2.2 relés de apertura y cierre de seguros 5.2.3 relé cortacorriente de bobina de encendido 5.2.4 relé cortacorriente de ignición

54 54 54 55 55 56 56 57 58 58

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Simbología electrónica

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1. Compuertas lógicas 1.1 Sistemas digitales 1.1.1 lógica digital Para la mayoría de las personas, el automóvil se ha convertido en un aparato de uso común. Es quizá, el más rentable y el de más fácil utilización de todos los aparatos disponibles actualmente. El progreso de la electrónica en el automóvil ha sido aplicada poco a poco, esto debido principalmente a la relación entre el costo adicional y los beneficios. Las primeras aplicaciones electrónicas en el automóvil comercial (aparte de la radio) se introdujeron a finales de la década de los 50’s. Algunas aplicaciones actuales y potenciales de la electrónica en el automóvil son: • • • • • • • •

Control electrónico de motor (minimizar emisiones) Instrumentación para medir parámetros de rendimiento y diagnóstico del vehículo Control del sistema de transmisión Control del movimiento del vehículo Seguridad y comodidad Entretenimiento Comunicación Navegación

A partir de circuitos binarios se desarrollaron los circuitos digitales, incluyendo las computadoras digitales. Los circuitos digitales binarios son circuitos cuya salida solo puede ser uno de dos estados diferentes. Cada estado está indicado por un voltaje o nivel de corriente particular. Un ejemplo de un sistema digital binario sencillo es un indicador de apertura de la puerta de un automóvil. Cuando se abre la puerta, se enciende la luz interior (on) y cuando se cierra surte efecto la acción inversa, es decir, la luz interior se apaga (off). Las señales digitales son llamadas también señales discretas, es decir, están bien identificadas, por lo que un nivel se llama estado alto (high) ó uno lógico y otro estado bajo (low) ó cero lógico. Podemos suponer que las señales eléctricas con que trabaja un sistema digital son 0 voltios y 5 voltios, por lo que podemos determinar que los 5 voltios es el estado alto ó uno lógico y 0 voltios es el estado bajo ó cero lógico. LOGICA NEGATIVA

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Se representa el “estado 1” (High), con los niveles más bajos de voltaje y al “estado 0” con los niveles más altos de voltaje.

LOGICA

NEGATIVA

5 volts 0 LOGICO 3.5 2.5

LOW

Voltaje de histéresis 1 LOGICO

HIGH

0 volts

archivos de Arredondo

7

LOGICA POSITIVA Se representa el “estado 1” (High), con los niveles más altos de voltaje y al “estado 0” con los niveles más bajos de voltaje. Cuando la señal de voltaje no está bien definida se le conoce como “voltaje de Histéresis” por lo que es necesario conocer los límites de voltaje para cada señal. Por lo general se suele trabajar con lógica positiva.

LOGICA

POSITIVA

5 volts 1 LOGICO 3.5 2.5

HIGH

Voltaje de histéresis 0 LOGICO

LOW

0 volts

archivos de Arredondo

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5

ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II

1.1.2 Sistema binario El sistema de numeración utilizado habitualmente es la base 10, es decir consta de 10 dígitos (0-9) de los cuales hacemos grupos con diferentes combinaciones, ordenándolos de izquierda a derecha y de menor a mayor, con el primer dígito representando el valor de las unidades (10º), el segundo dígito en lugar de las decenas (101) … y así sucesivamente. El sistema binario es utilizado por las computadoras digitales, el cuál tiene dos dígitos 0 y 1. Un dígito binario se denomina un bit. La información está representada en grupos de bits. Utilizando diversas técnicas de codificación los grupos de bits pueden hacerse de tal modo que representen no solamente números binarios sino, también otros símbolos discretos cualquiera, como su equivalencia en el sistema decimal o letras del alfabeto. Los grupos de bits pueden utilizarse para desarrollar conjuntos completos de instrucciones para realizar diversos tipos de cálculos. DECIMAL (BASE 10) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 … 255 256

BINARIO (BASE 2) 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 1 0000 … 1111 1111 1 0000 0000

HEXADECIMAL (BASE 16) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 10 …

La información binaria se representa en un sistema digital por cantidades físicas denominadas señales. Las señales eléctricas como voltajes existen a través del sistema digital en cualquiera de dos valores reconocibles y representan una variable binaria igual a 1 ó 0. BIT Es la cantidad más pequeña en la cual se puede dividir un número binario el cual puede tomar el valor de 0 ó 1 BYTE MATERIAL DE APOYO DE ARREDONDO

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Se forma por un conjunto de 8 bits y es la unidad de medida más pequeña en un número binario. Normalmente es manejada por paquetes de 8 bits es decir: 3 BYTES = 24 bits NIBBLE Es la separación de 1 BYTE en grupos de 4 bits. 1.1.3 sistema hexadecimal Por su importancia y utilidad, es necesario conocer otros sistemas de numeración como lo es el “sistema hexadecimal” de base 16. En éste último tenemos además de los números del 0 al 9, letras en mayúsculas de la “A” a la “F” con las cuales similar al sistema decimal, hacemos combinaciones como por ejemplo: El número 16 en decimal le corresponde el número 10 en hexadecimal. El número AA en hexadecimal le corresponde el número _____en decimal. 1.1.4 código de caracteres ASCII La manipulación de los números por las computadoras se puede extender a la manipulación de las letras. Además de tener una representación y manipulación de los números, es necesario tener una representación de letras y de caracteres adicionales. El código binario estándar para los caracteres alfanuméricos es el llamado código ASCII (AMERICAN STANDARD CODE FOR INFORMATION INTERCHANGUE). Este código utiliza una longitud de palabra de 7 bits, lo que permite representar 128 caracteres diferentes. Estos incluyen letras minúsculas, mayúsculas y caracteres de puntuación. Los primeros 33 caracteres (incluyendo el 0) y el 128 son de control por lo que no son caracteres imprimibles. El código ASCII se representa con 7 bits, pero las computadoras manejan una palabra mínima de 8 bits, llamada Byte. Este bit extra se utiliza para otros fines, es decir para dar indicaciones a la impresora. ACTIVACION DE CARACTERES EN UN PC. Si quieres escribir un caracter de la tabla a ASCII, puedes pulsar la tecla ALT + el número en DECIMAL Ejemplo: • si pulsas la combinación de teclas ALT+126 se escribirá el caracter ~ • si pulsas la combinación de teclas ALT+64 se escribirá el caracter @ DEC 0 1 2 3 4 5 6

HEX 0 1 2 3 4 5 6

CAR NUL SOH STX ETX EOT ENQ ACK

DEC 32 33 34 35 36 37 38

HEX 20 21 22 23 24 25 26

CAR ! “ # $ % &

DEC 64 65 66 67 68 69 70

MATERIAL DE APOYO DE ARREDONDO

HEX 40 41 42 43 44 45 46

CAR @ A B C D E F

DEC 96 96 98 99 100 101 102

HEX 60 61 62 63 64 65 66

CAR

7

ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

7 8 9 A B C D E F 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1A 1B 1C 1D 1E 1F

BEL BS TAB LF VT FF CR SO SI DLE DC1 DC2 DC3 DC4 NAK SYN ETB CAN EM) SUB ESC FS GS RS US

39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

27 28 29 2A 2B 2C 2D 2E 2F 30 31 32 33 34 35 36 36 38 39 3A 3B 3C 3D 3E 3F

‘ ( ) * + , . / 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 : ; < = > ?

71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95

47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 5A 5B 5C 5D 5E 5F

G H I J K L M N O 80 Q R S T U V W X Y Z [ \ ] ^ _

103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127

67 68 69 6A 6B 6C 6D 6E 6F 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 7A 7B 7C 7D 7E 7F

1.2 Compuertas lógicas 1.2.1 tabla de verdad NOT (74LS04 ó 74HC04)

Las computadoras digitales pueden realizar muy fácilmente manipulaciones de dígitos binarios empleando tres circuitos lógicos básicos o compuertas: NOT, AND, OR. Las compuertas digitales operan sobre variables lógicas que puedan tener uno de dos valores posibles (verdadero/falso, saturación/corte, encendido/apagado, 1/0). Las compuertas lógicas son bloques de hardware que producen señales en binario 1 ó 0 cuando se satisfacen los requisitos de entrada lógica. Cada compuerta se representa por un símbolo gráfico diferente y su operación puede describirse por medio de una función algebraica y las relaciones de entrada salida pueden representarse en una “TABLA DE VERDAD”. La compuerta NOT es un inversor lógico. Si la entrada es un 1 lógico, la salida es un 0 lógico. Si la entrada es un 0 lógico, la salida es un 1 lógico. a

s

0

1

1

0

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II

1.2.2 tabla de verdad AND (74LS08 ó 74HC08)

Cada compuerta tiene dos variables de entrada designadas por “A” y “B” y una salida designada por “S”. La salida tiene un nivel alto (1) solo cuando ambas entradas tienen nivel alto (1). Si cualquiera o ambas entradas tienen nivel bajo (0), la salida tiene nivel bajo (0). Pueden tener más de dos entradas y por definición, la salida es 1 si todas las entradas son 1. El símbolo de operación algebraica de la función AND es el mismo que el símbolo de la multiplicación de la aritmética ordinaria (*) a b

S

0 0

0

0 1

0

1 0

0

1 1

1

1.2.3 tabla de verdad OR (74LS32 ó 74HC32)

La compuerta OR tiene por lo menos dos entradas y una salida. La salida tiene nivel alto (1) siempre que una (cualquiera) o ambas entradas tengan nivel alto 1. La salida tiene valor bajo (0) sólo cuando ambas entradas tienen nivel bajo (0).

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II

a b

S

0 0

0

0 1

1

1 0

1

1 1

1

1.2.4 tabla de verdad XOR ó OR-EX (74LS86 ó 74HC86)

Es OR Exclusiva con dos entradas (puede tener más) y hará una suma lógica de A por B invertida y A invertida por B. Al ser O Exclusiva su salida será 1 si una y solo una de sus entradas es1. a b

S

0 0

0

0 1

1

1 0

1

1 1

0

1.2.5 tabla de verdad NAND (NOT AND) (74LS00 ó 74HC00)

Se pueden generar otras funciones lógicas combinando estas compuertas básicas. Se puede colocar un inversor después de una compuerta AND para producir una compuerta NOT AND. Cuando el inversor es parte integral de la compuerta, ésta se denomina compuerta NAND.

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10

ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II a b

S

0 0

1

0 1

1

1 0

1

1 1

0

Esta compuerta responde a la inversión del producto lógico de sus entradas. Las salidas de la tabla de verdad para la compuerta NAND son las inversas de las salidas correspondientes para la compuerta AND. 1.2.6 tabla de verdad NOR (NOT OR) (74LS02 ó 74HC02)

Se pueden generar otras funciones lógicas combinando estas compuertas básicas. Se puede colocar un inversor después de una compuerta OR para producir una compuerta NOT OR. Cuando el inversor es parte integral de la compuerta, ésta se denomina compuerta NOR. Las salidas de la tabla de verdad para la compuerta NOR son las inversas de las salidas correspondientes para la compuerta OR.

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a b

S

0 0

1

0 1

0

1 0

0

1 1

0

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II 1.2.7 tabla de verdad NOR-EX (74LS266 ó 74HC266)

Es simplemente la inversión de la compuerta OR-EX, los resultados se pueden apreciar en la tabla de verdad. a b

S

0 0

1

0 1

0

1 0

0

1 1

1

BUFFER (74LS245) Una compuerta relativamente parecida al inversor es el compensador (buffer), es un circuito no inversor que aisla las compuertas de otros circuitos o permite controlar cargas más grandes de lo normal. No produce ninguna función lógica particular puesto que el valor binario de salida es el mismo de la entrada. Se utiliza para amplificación de señal, por lo que un separador que utiliza 5 voltios para el binario 1, producirá una salida de 5 voltios cuando la entrada es 5 voltios. Sin embargo, la corriente producida a la salida es muy superior a la corriente suministrada a la entrada de la misma. a

s

0

0

1

1

1.3 Memorias 1.3.1 RAM RAM son las siglas de random access memory, un tipo de memoria de ordenador a la que se puede acceder aleatoriamente; es decir, se puede acceder a cualquier byte de memoria sin acceder a los bytes precedentes. La memoria RAM es el tipo de memoria más común en ordenadores y otros dispositivos como impresoras.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Hay dos tipos básicos de memoria RAM •

RAM dinámica (DRAM)

•

RAM estática (SRAM)

Los dos tipos de memoria RAM se diferencian en la tecnología que utilizan para guardar los datos, la memoria RAM dinámica es la más común. La memoria RAM dinámica necesita actualizarse miles de veces por segundo, mientras que la memoria RAM estática no necesita actualizarse, por lo que es más rápida, aunque también más cara. Ambos tipos de memoria RAM son volátiles, es decir, que pierden su contenido cuando se apaga el equipo. Coloquialmente el término RAM se utiliza como sinónimo de memoria principal, la memoria que está disponible para los programas, por ejemplo, un ordenador con 8M de RAM tiene aproximadamente 8 millones de bytes de memoria que los programas puedan utilizar. 1.3.2 ROM La memoria ROM, (read-only memory) o memoria de sólo lectura, es la memoria que se utiliza para almacenar los programas que ponen en marcha el ordenador y realizan los diagnósticos. La mayoría de los ordenadores tienen una cantidad pequeña de memoria ROM (algunos miles de bytes). Puesto que la memoria ROM también permite acceso aleatorio, si queremos ser precisos, la memoria RAM debería llamarse memoria RAM de lectura y escritura, y la memoria ROM memoria RAM de sólo lectura. 1.3.3 PROM PROM (memoria inalterable programable): Un PROM es un chip de memoria en la cual usted puede guardar un programa. Pero una vez que se haya utilizado el PROM, usted no puede reusarlo para guardar algo más. Como las ROM, los PROMS son permanentes. 1.3.4 EPROM EPROM (memoria inalterable programable borrable): Un EPROM es un tipo especial de PROM que puede ser borrado exponiéndolo a la luz ultravioleta. 1.3.5 EEPROM EEPROM (eléctricamente memoria inalterable programable borrable): Un EEPROM es un tipo especial de PROM que puede ser borrado exponiéndolo a una carga eléctrica.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II

1.3.6 FLASH La memoria flash es una forma desarrollada de la memoria EEPROM que permite que múltiples posiciones de memoria sean escritas o borradas en una misma operación de programación mediante impulsos eléctricos, frente a las anteriores que sólo permite escribir o borrar una única celda cada vez. Por ello, flash permite funcionar a velocidades muy superiores cuando los sistemas emplean lectura y escritura en diferentes puntos de esta memoria al mismo tiempo. Ofrecen, además, características como gran resistencia a los golpes, bajo consumo y es muy silencioso, ya que no contiene ni actuadores mecánicos ni partes móviles. Su pequeño tamaño también es un factor determinante a la hora de escoger para un dispositivo portátil, así como su ligereza y versatilidad para todos los usos hacia los que está orientado. Sin embargo, todos los tipos de memoria flash sólo permiten un número limitado de escrituras y borrados, generalmente entre 10.000 y un millón, dependiendo de la celda, de la precisión del proceso de fabricación y del voltaje necesario para su borrado. Este tipo de memoria está fabricado con puertas lógicas NOR y NAND para almacenar los 0’s ó 1’s correspondientes. Actualmente hay una gran división entre los fabricantes de un tipo u otro, especialmente a la hora de elegir un sistema de archivos para estas memorias. Sin embargo se comienzan a desarrollar memorias basadas en ORNAND. 2. Osciladores 2.1Circuito divisor de voltaje Divisor de tensión Un divisor de tensión es una configuración de circuito eléctrico que reparte la tensión (voltaje) de una fuente entre una o más impedancias conectadas en serie. Supóngase que se tiene una fuente de tensión Vf, conectada en serie con n impedancias.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II

Divisor de tensión con dos resistencias Para conocer el voltaje en la impedancia genérica Zi, se utiliza la ley de Ohm: Vi = I*Zi I = Vf / ƩZn Sustituyendo la segunda ecuación en la primera se obtiene que el voltaje en la impedancia genérica Zi será: Vi = [ Zi / ƩZn ] * Vf Obsérvese que cuando se calcula la caída de voltaje en cada impedancia y se recorre la malla cerrada, el resultado final es cero, respetándose por tanto la segunda ley de Kirchhoff. Un circuito análogo al divisor de tensión en el dominio de la corriente es el divisor de corriente.

Divisor resistivo

Divisor resistivo MATERIAL DE APOYO DE ARREDONDO

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Un divisor resistivo es un caso especial donde ambas impedancias, Z1 y Z2, son puramente resistivas. De ser así tenemos la siguiente fórmula:

R1 y R2 pueden ser cualquier combinación de resistencias en serie o paralelo. 2.1.1 Circuito R-C Los circuitos RC son los formados por elementos resistivos y capacitivos. Vamos a analizar el comportamiento de estos circuitos en corriente continua durante el período transitorio. Carga del capacitor Cuando se conecta la alimentación en un circuito RC (y en otros tipos también) existe un período de tiempo durante el cual se producen variaciones en las corrientes y tensiones. A este período se lo llama régimen transitorio. Luego de un tiempo correspondiente a 5 constantes de tiempo, el circuito adquiere sus características definitivas, período conocido como régimen estable. La constante de tiempo en un circuito RC se calcula como: R C

Al cerrar el circuito, en un primer momento no hay cargas en las placas del capacitor. Las primeras cargas se ubican en las placas con facilidad por lo que la corriente es máxima (el capacitor funciona como un conductor). Por la misma razón no hay diferencia de potencial entre los bornes del capacitor (como no la hay en un conductor). A medida que van acumulándose más cargas, las mismas encuentran mayor dificultad debido a que son del mismo signo y se repelen. Por lo tanto la corriente cada vez es menor y aumenta la diferencia de potencial entre los bornes del capacitor. Llega un momento que el capacitor casi del todo cargado y no hay prácticamente corriente que circule a través del mismo, comportándose como un circuito abierto. Por lo tanto la tensión entre los bornes del capacitor es máxima.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Descarga del capacitor

Cuando se conecta un capacitor cargado a una resistencia, este se descarga a través de la misma de una manera similar a la carga, es decir que tampoco se realiza de manera lineal. Al principio se descargará más rápido y luego con menor velocidad. t = 3RC en donde: t: es el tiempo de duración de la señal en segundos R: es el valor de la resistencia asociada en ohms C: es el valor de la capacitancia del capacitor en microfaradios 2.1.2 Operación monoestable Monoestable El monoestable es un circuito multivibrador que al recibir una excitación exterior, cambia de estado y se mantiene en él durante un periodo que viene determinado por una constante de tiempo. Transcurrido dicho periodo de tiempo, la salida del monoestable vuelve a su estado original. Por tanto, tiene un estado estable (de aquí su nombre) y un estado casi estable. Estos circuitos cambian de estado sólo si se mantiene la señal de entrada (nivel alto o bajo), si ésta se quita, la salida regresa a su estado anterior. Conclusión: Poseen un sólo estado estable y otro metaestables. Monoestables integrados Se encuentran monoestables integrados en varias familias lógicas, tanto TTL (9601, 74121 y otros) como CMOS (4047, 4528, ...). Son circuitos que comprenden parte analógica, que es la generación del pulso, y parte digital, que proporciona varias funciones lógicas entre las entradas y las salidas digitales. La precisión de la temporización depende de la parte analógica, que suele consistir en un generador de corriente que carga un condensador C (externo) y un comparador de tensión. Muchas veces el generador de corriente sólo es una resistencia R (externa o interna) conectada a Vcc. La duración del pulso es función de R·C, aunque la dependencia exacta depende del modelo.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II

Entonces, las tolerancias de R y C aparecen directamente como errores en la duración del pulso, así como sus variaciones con la temperatura. Además es la parte más sensible al ruido. La parte digital les añade distintas prestaciones, produciendo diversos tipos de monoestables: •

•

•

•

Restaurable o resetable: Una entrada de reset permite interrumpir el pulso en cualquier momento, dejando el dispositivo preparado para un nuevo disparo. Redisparable (retriggerable): Permite reiniciar el pulso con un nuevo disparo antes de completar la temporización. Digamos que tengo un temporizador de 4 ms, pero a los 2 ms de iniciado el pulso realizo un nuevo disparo; la duración que obtengo es de 2 + 4 = 6 ms. Los monoestables no redisparables sólo permiten el disparo cuando no existe ninguna temporización en curso. Es decir, en el ejemplo anterior ignoraría el segundo disparo y tendría un pulso de 4 ms solamente. Monoestable-Multivibrador: Son monoestables dobles (Dos, normalmente independientes) en la misma cápsula que permiten su conexión de forma que el fin del pulso generado por uno de ellos dispara al otro. Permiten el control preciso e independiente de los tiempos alto y bajo de la señal de salida. Para temporizaciones largas, se añaden contadores a un multivibrador que prolongan la duración del pulso. Por ejemplo, el ICM7242.

El uso de monoestables en circuitos digitales no es aconsejable, ya que añaden imprecisiones debidas a los componentes analógicos, mayores sensibilidad al ruido, y aumentan el consumo y el tamaño. En su lugar se utilizarán contadores digitales que generen las temporizaciones a partir de un reloj de referencia. 2.1.3 Operación astable. En electrónica, un astable es un multivibrador que no tiene ningún estado estable, lo que significa que posee dos estados "quasi-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. Son circuitos gobernados por una red de tiempo R-C (Resistencia-Capacitor) y un circuito de realimentación, a diferencia de los anteriores se puede decir que no poseen un estado estable sino dos metaestables. Entre sus múltiples aplicaciones se cuentan la generación de ondas periódicas (generador de reloj) y de trenes de impulsos.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Circuito Integrado NE555

(Dual in Line Package)

El Circuito Integrado 555 es un dispositivo temporizador altamente estable. En el modo astable es capaz de generar un tren de pulsos digitales con alta precisión y que dependen de un divisor de tensión y la carga y descarga de un capacitor para su temporización.

MONOESTABLE 555

+

+

+

+

ECUACION DEL TIEMPO Ta=1.1RC R- resistencia asociada al capacitor C T=tiempo en segundos

+

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II

+

+

+

Ra

ASTABLE 555 TIEMPO DE CARGA Salida en estado alto Ta=0.693(Ra+Rb)C

Rb

TIEMPO DE DESCARGA Salida en estado bajo Tb=0.693(Rb)C

Descripción de los pines del integrado NE555 Pin1: Alimentación de tierra al dispositivo. Pin2: Trigger o disparo. Es en esta patilla, es donde se establece el inicio del tiempo de retardo, si el 555 es configurado como monostable. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación. Este pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez. Pin3: Salida de la señal. Pin4: Terminal de reset. Si el voltaje está a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar una posible falsa señal de disparo. Pin5: Control de voltaje. Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador, ya sea que esté conectado como monostable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje será el voltaje de alimentación (Vcc) menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 voltios con la ayuda de la patilla de reset (normalmente la 4). Pin6: Umbral: Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza para poner la salida a nivel bajo. MATERIAL DE APOYO DE ARREDONDO

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Pin7: Descarga: Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento. Pin8:V+: También llamado Vcc, alimentación, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 16 voltios (máximo). Hay versiones militares de este integrado que llegan hasta 18 Voltios.

Este circuito es un “timer de precisión”. En sus orígenes se lanzó al mercado como un circuito de retardos de precisión, pero pronto se le encontraron otras aplicaciones tales como osciladores astables, generadores de rampas, temporizadores secuenciales, etc., consiguiendo unas temporizaciones muy estables frente a variaciones de tensión de alimentación y de temperatura. Características generales. El circuito se alimenta con corriente continua entre 5 y 15 voltios. Si se alimenta con 5 voltios, es compatible con la familia TTL. La corriente de salida máxima puede ser de hasta 200 mA, muy elevada para un circuito integrado, permitiendo excitar directamente reles y otros circuitos de alto consumo sin necesidad de utilizar componentes adicionales. La estabilidad en frecuencia es de 0.005% por °C. El dispositivo necesita un número mínimo de componentes exteriores. La frecuencia de oscilación se controla con dos resistencias y un capacitor. Cuando se configura como monoestable el retardo se determina con los valores de una resistencia y un capacitor. Respecto al encapsulado puede ser circular, hasta los SMD, pasando por los DIL de 8 y 14 pines. Circuitos Biestables o Flip-Flop (FF): Son aquellos que cambian de estado cada vez que reciben una señal de entrada (ya sea nivel bajo o alto), es decir retienen el dato de salida aunque desaparezca el de entrada. Conclusión: Poseen dos estados estables 2.2 Modulador de ancho de pulso Son circuitos que proporcionan en su salida impulsos de anchura variable, que se ofrecen al exterior a través de las patillas del encapsulado.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Resulta útil para sistemas de control de potencia, como por ejemplo motores (carga del alternador de Chrysler). PWM PULSE-WIDTH MODULATION

PWM PULSE-WIDTH MODULATION

ANCHO DE PULSO (estado alto)

ANCHO DE PULSO (estado alto)

50%

25%

CICLO

CICLO

archivos de Arredondo

6

archivos de Arredondo

7

Nótese que lo que está variando es la cantidad de energía presente en la señal, es decir, el periodo y la frecuencia permanecen constantes y la eficiencia del ciclo está dada en % del voltaje pico de la señal. Esta señal es utilizada para el circuito de carga de la batería y la válvula by-pass (IAC) de control de aire en marcha mínima principalmente ó algunos circuitos donde queramos controlar la intensidad de las luces como por ejemplo el panel de instrumentos. 2.2.1 Puente “H”- puente de “Wheatstone” Un Puente H o Puente en H es un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico DC girar en ambos sentidos, avance y retroceso. Son ampliamente usados en robótica y como convertidores de potencia. Los puentes H están disponibles como circuitos integrados, pero también pueden construirse a partir de componentes discretos.

Los 2 estados básicos del circuito. El término "puente H" proviene de la típica representación gráfica del circuito. Un puente H se construye con 4 interruptores (mecánicos o mediante transistores). Cuando los interruptores S1 y S4 (ver primera figura) están cerrados (y S2 y S3 abiertos) se aplica una tensión positiva en el motor, haciéndolo girar en un sentido. Abriendo los interruptores S1 y S4 (y cerrando S2 y S3), el voltaje se invierte, permitiendo el giro en sentido inverso del motor.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Con la nomenclatura que estamos usando, los interruptores S1 y S2 nunca podrán estar cerrados al mismo tiempo, porque esto cortocircuitaría la fuente de tensión. Lo mismo sucede con S3 y S4. Como hemos dicho el puente H se usa para invertir el giro de un motor, pero también puede usarse para frenarlo (de manera brusca), al hacer un corto entre los bornes del motor, o incluso puede usarse para permitir que el motor frene bajo su propia inercia, cuando desconectamos el motor de la fuente que lo alimenta. En el siguiente cuadro se resumen las diferentes acciones. S1 S2 S3 S4

Resultado

1 0

0

1

El motor gira en avance

0 1

1

0

El motor gira en retroceso

0 0

0

0

El motor se detiene bajo su inercia

0 1

0

1

El motor frena (fast-stop)

Puente de wheatstone

Es el circuito más sensitivo que existe para medir una resistencia. El puente Wheatstone es un circuito muy interesante y se utiliza para medir el valor de componentes pasivos como las resistencias (como ya se había dicho). El circuito es el siguiente: (puede conectarse a cualquier voltaje en corriente directa, recomendable no más de 12 voltios)

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Cuando el R1 = R2 y Rx = R3

puente de donde....

se

encuentra

en

equilibrio:

R1 / Rx = R2 / R3 En este caso la diferencia de potencial (la tensión) es de cero "0" voltios entre los puntos A y B, donde se ha colocado un amperímetro, que muestra que no pasa corriente entre los puntos A y B (0 amperios) Cuando Rx = R3 VAB = 0 voltios y la corriente = 0 amperios Si no se conoce el valor de Rx, se debe equilibrar el puente variando el valor de R3. Cuando se haya conseguido el equilibrio Rx será igual a R 3 (Rx = R3). R3 debe ser una resistencia variable con una carátula o medio para obtener valores muy precisos. Ejemplo: Si R1 y R2 = 1 KΩ (Kilohmio) y R3 = 5 KΩ, Rx deberá de 5 KΩ para lograr que el voltaje entre A y B (VAB) sea cero (corriente igual a cero) Así, basta conectar una resistencia desconocida (Rx) y empezar a variar R3 hasta que la corriente entre A y B sea cero. Cuando esto suceda, el valor de RX será igual al valor de R3 Una aplicación muy interesante del puente Wheatstone en la industria es como sensor de temperatura, de flujo de masa de aire, presión, etc. (dispositivos que varían el valor de sus resistencias de acuerdo a la variación de las variables antes mencionadas).

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II

MAF DE HILO CALIENTE Es en el amperímetro donde se ve el nivel o grado de diferencia que hay entre el valor normal a medir y la medida real. También se utiliza en los sistemas de distribución de energía eléctrica donde se lo utiliza para detectar roturas o fallas en las líneas de distribución. 2.2.2 Control de motores CC Características comunes de los motores paso a paso: Un motor paso a paso se define por estos parámetros básicos: Voltaje Los motores paso a paso tienen una tensión eléctrica de trabajo. Este valor viene impreso en su carcasa o por lo menos se especifica en su hoja de datos. Algunas veces puede ser necesario aplicar un voltaje superior para lograr que un determinado motor cumpla con el torque deseado, pero esto producirá un calentamiento excesivo y/o acortará la vida útil del motor. Resistencia eléctrica. Otra característica de un motor paso a paso es la resistencia de los bobinados. Esta resistencia determinará la corriente que consumirá el motor, y su valor afecta la curva de torque del motor y su velocidad máxima de operación. Grados por paso. Generalmente, este es el factor más importante al elegir un motor paso a paso para un uso determinado. Este factor define la cantidad de grados que rotará el eje para cada paso completo. Una operación de medio-paso o semi-paso (half step) del motor duplicará la cantidad de pasos por revolución al reducir la cantidad de grados por paso. Cuando el valor de grados por paso no está indicado en el motor, es posible contar a mano la cantidad de pasos por vuelta, haciendo girar el motor y sintiendo por el tacto cada "diente" magnético. Los grados por paso se calculan dividiendo 360 (una vuelta completa) por la cantidad de pasos que se contaron. Las cantidades más comunes de grados por paso son: 0,72°, 1,8°, 3,6°, 7,5°, 15°.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II A este valor de grados por paso usualmente se le llama la resolución del motor. En el caso de que un motor no indique los grados por paso en su carcasa, pero sí la cantidad de pasos por revolución, al dividir 360 por ese valor se obtiene la cantidad de grados por paso. Un motor de 200 pasos por vuelta, por ejemplo, tendrá una resolución de 1,8° por paso. Tipos de motores paso a paso: Los motores paso a paso se dividen en dos categorías principales: de imán permanente y de reluctancia variable. También existe una combinación de ambos, a los que se les llama híbridos. Los de imán permanente son los que más conocemos, utilizados, por ejemplo, en el avance de papel y del cabezal de impresión de las impresoras, en el movimiento del cabezal de las disketteras, etc. Como su nombre indica, poseen un imán que aporta el campo magnético para la operación. Los motores del tipo de reluctancia variable, en cambio, poseen un rotor de hierro dulce que en condiciones de excitación del estator, y bajo la acción de su campo magnético, ofrece menor resistencia a ser atravesado por su flujo en la posición de equilibrio. Su mecanización es similar a los de imán permanente y su principal inconveniente radica en que en condiciones de reposo (sin excitación) el rotor queda en libertad de girar y, por lo tanto, su posicionamiento de régimen de carga dependerá de su inercia y no será posible predecir el punto exacto de reposo. El tipo de motor de reluctancia variable consiste en un rotor y un estator cada uno con un número diferente de dientes. Ya que el rotor no dispone de un imán permanente, gira libremente si no tiene corriente alimentándolo, o sea que no tiene torque de detención. Los motores híbridos combinan las mejores características de los de reluctancia variable y de imán permanente. Se construyen con estatores multidentados y un rotor de imán permanente. Los motores híbridos estándar tienen 200 dientes en el rotor y giran en pasos de 1,8 grados. Existen motores híbridos con configuraciones de 0,9° y 3,6°. Dado que poseen alto torque estático y dinámico y se mueven a muy altas velocidades de pulso, se los utiliza en una amplia variedad de aplicaciones industriales. Motores paso a paso de imán permanente: Los motores paso a paso de imán permanente se dividen a su vez en distintos tipos, diferenciados por el tipo de bobinado.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Existen entonces motores paso a paso de imán permanente unipolares (también llamados "unifilares"), bipolares (también llamados "bifilares") y multifase.

Cableado de las bobinas de un motor a pasos.

2.2.3 Control de la válvula IAC Motores paso a paso bipolares. Los motores bipolares requieren circuitos de control y de potencia más complejos. Pero en la actualidad esto no es problema, ya que estos circuitos se suelen implementar en un integrado, que soluciona esta complejidad en un solo componente. Como mucho se deben agregar algunos componentes de potencia, como transistores y diodos para las contracorrientes, aunque esto no es necesario en motores pequeños y medianos. Como no tienen el doble bobinado de los unipolares (recordemos que en éstos todo el tiempo se está utilizando sólo una de las bobinas duplicadas, mientras la otra queda desactivada y sin ninguna utilidad), los motores bipolares ofrecen una mejor relación entre torque y tamaño/peso.

Distribución del bobinado de un motor bipolar / válvula IAC

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II La configuración de los motores bipolares requiere que las bobinas reciban corriente en uno y otro sentido, y no solamente un encendido-apagado como en los unipolares. Esto hace necesario el uso de un Puente H (un circuito compuesto por al menos seis transistores) sobre cada uno de los bobinados. 2.2.4 Conversor análogo digital A/D (CAD) Los microcontroladores que incorporan un Conversor A/D (Analógico/Digital) pueden procesar señales analógicas, tan abundantes en las aplicaciones. Suelen disponer de un multiplexor que permite aplicar a la entrada del CAD diversas señales analógicas desde las patillas del circuito integrado. D/A (CDA) Transforma los datos digitales obtenidos del procesamiento del computador en su correspondiente señal analógica que saca al exterior por una de las patillas de la cápsula. Existen muchos dispositivos de salida que trabajan con señales analógicas. 2.2.5 Contador de eventos En electrónica digital, un contador (counter en inglés) es un circuito secuencial construido a partir de biestables y puertas lógicas capaz de realizar el cómputo de los impulsos que recibe en la entrada destinada a tal efecto, almacenar datos o actuar como divisor de frecuencia. Habitualmente, el cómputo se realiza en un código binario, que con frecuencia será el binario natural o el BCD natural (contador de décadas).

Decodificador binario a 7 segmentos 3. Microcontroladores 3.1 Controlador y microcontrolador Recibe el nombre de controlador el dispositivo que se emplea para el gobierno de uno o varios procesos. Aunque el concepto de controlador ha permanecido invariable a través del tiempo, su implementación física ha variado frecuentemente. Los controladores electrónicos se construían exclusivamente con componentes de lógica discreta, posteriormente se emplearon los microprocesadores, que se rodeaban con chips de memoria y E/S sobre una tarjeta de circuito impreso. Todos los elementos se incluyen en un solo integrado, el cual recibe el nombre de microcontrolador.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Realmente consiste en un sencillo pero completo ordenador contenido en un circuito integrado. Un microcontrolador es un circuito integrado de alta escala de integración que incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador y que contiene todos los componentes fundamentales de un ordenador, aunque de limitadas prestaciones y que se suele destinar a gobernar una sola tarea. En su memoria sólo reside un programa que controla el funcionamiento de una tarea determinada, sus líneas de entrada/salida se conectan a los sensores y actuadores del dispositivo a controlar y, debido a su pequeño tamaño, suele ir integrado en el propio dispositivo al que gobierna. Un microcontrolador dispone normalmente de los siguientes componentes: • • • • •

•

Procesador o CPU (Unidad Central de Proceso). Memoria RAM para contener los datos. Memoria para el programa tipo ROM/EPROM/EEPROM/Flash. Líneas de E/S para comunicarse con el exterior. Diversos módulos para el control de periféricos (temporizadores, puertos serie y paralelo, CAD: Conversores Analógico/Digital, CDA: Conversores Digital/Analógico, etc.). Generador de impulsos de reloj que sincronizan el funcionamiento de todo el sistema.

Los productos que para su regulación incorporan un microcontrolador disponen de las siguientes ventajas: • •

•

•

Aumento de prestaciones: un mayor control sobre un determinado elemento representa una mejora considerable en el mismo. Aumento de la fiabilidad: al reemplazar el microcontrolador por un elevado número de elementos disminuye el riesgo de averías y se precisan menos ajustes. Reducción del tamaño en el producto acabado: La integración del microcontrolador en un circuito integrado disminuye el volumen, la mano de obra y los stocks. Mayor flexibilidad: las características de control están programadas por lo que su modificación sólo necesita cambios en el programa de instrucciones.

Debido a su reducido tamaño es posible montar el controlador en el propio dispositivo al que gobierna. En este caso el controlador recibe el nombre de controlador empotrado (embedded controller).

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II

Aspecto del 8051 de Intel

Arquitectura básica de un 8051

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II

3.1.1 Aplicaciones de los microcontroladores Los microcontroladores se encuentran aplicados en todas las industrias: • •

• • • • •

Sistemas de comunicación: en grandes automatismos como centrales y en teléfonos fijos, móviles, fax, etc. Electrodomésticos: lavadoras, hornos, frigoríficos, lavavajillas, batidoras, televisores, vídeos, reproductores DVD, equipos de música, mandos a distancia, consolas, etc. Industria informática: Se encuentran en casi todos los periféricos; ratones, teclados, impresoras, escáner, etc. Industria automotriz: climatización, seguridad, ABS, motor, transmisión, etc. Industria: Autómatas, control de procesos, etc. Sistemas de supervisión, vigilancia y alarma: ascensores, calefacción, aire acondicionado, alarmas de incendio, robo, etc. Otros: Instrumentación, electromedicina, tarjetas (smartcard), sistemas de navegación, etc.

Ejemplo de aplicación de un microcontrolador en el automóvil:

E N T R A D A S

MICROCONTROLADOR ROM RAM Unidadde

CPU ó ALU

XTAL archivos de Arredondo

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S A L I D A S 12

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II 3.1.2 Arquitectura y encapsulados Aunque inicialmente todos los microcontroladores adoptaron la arquitectura clásica de Von Neumann, en el momento presente se impone la arquitectura Harvard.

La arquitectura de Von Neumann se caracteriza por disponer de una sola memoria principal donde se almacenan datos e instrucciones de forma indistinta. A dicha memoria se accede a través de un sistema de buses único (direcciones, datos y control) mientras que la arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientes, una que contiene sólo instrucciones y otra sólo datos. Ambas disponen de sus respectivos sistemas de buses de acceso y es posible realizar operaciones de acceso (lectura o escritura) simultáneamente en ambas memorias. 3.2 Cpu (unidad central de procesamiento) Es el elemento más importante del microcontrolador y determina sus principales características, tanto a nivel hardware como software. Se encarga de direccionar la memoria de instrucciones, recibir el código OP de la instrucción en curso, su decodificación y la ejecución de la operación que implica la instrucción, así como la búsqueda de los operandos y el almacenamiento del resultado. Existen tres orientaciones en cuanto a la arquitectura y funcionalidad de los procesadores actuales. •

CISC: Un gran número de procesadores usados en los microcontroladores están basados en la filosofía CISC (Computadores de Juego de Instrucciones Complejo). Disponen de más de 80 instrucciones máquina en su repertorio, algunas de las cuales son muy sofisticadas y potentes, requiriendo muchos ciclos para su ejecución. Una ventaja de los procesadores CISC es que ofrecen al programador instrucciones complejas que actúan como macros.

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32

ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II •

RISC: Tanto la industria de los computadores comerciales como la de los microcontroladores están decantándose hacia la filosofía RISC (Computadores de Juego de Instrucciones Reducido). En estos procesadores el repertorio de instrucciones máquina es muy reducido y las instrucciones son simples y, generalmente, se ejecutan en un ciclo. La sencillez y rapidez de las instrucciones permiten optimizar el hardware y el software del procesador.

•

SISC: En los microcontroladores destinados a aplicaciones muy concretas, el juego de instrucciones, además de ser reducido, es “específico”, o sea, las instrucciones se adaptan a las necesidades de la aplicación prevista. Esta filosofía se ha bautizado con el nombre de SISC (Computadores de Juego de Instrucciones Específico).

3.2.1 Memoria En los microcontroladores la memoria de instrucciones y datos está integrada en el propio circuito integrado. Una parte debe ser no volátil, tipo ROM, y se destina a contener el programa de instrucciones que gobierna la aplicación. Otra parte de memoria será tipo RAM, volátil, y se destina a guardar las variables y los datos. Hay dos peculiaridades que diferencian a los microcontroladores de los PC’s: 1. No existen sistemas de almacenamiento masivo como disco duro o disquetes. 2. Como el microcontrolador sólo se destina a una tarea en la memoria de programa, sólo hay que almacenar un único programa de trabajo. La memoria de datos (RAM) en estos dispositivos es de poca capacidad pues sólo debe contener las variables y los cambios de información que se produzcan en el transcurso del programa. Por otra parte, como sólo existe un programa activo, no se requiere guardar una copia del mismo en la RAM pues se ejecuta directamente desde la memoria de programa (ROM). 3.2.2 Puertos Entrada/Salida La principal utilidad de las patillas que posee la cápsula que contiene un microcontrolador es soportar las líneas de E/S que comunican al computador interno con los periféricos exteriores y según los controladores de periféricos que posea cada modelo de microcontrolador, se destinan a proporcionar el soporte a las señales de entrada, salida y control.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II

E/S E N T R A D A S

S A L I D A S

CRISTAL DE CUARZO archivos de Arredondo

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Todos los microcontroladores destinan algunas de sus patillas a soportar líneas de E/S de tipo digital, esto es, todo o nada. Por lo general, estas líneas se agrupan de ocho en ocho formando Puertos. Las líneas digitales de los Puertos pueden configurarse como Entrada o como Salida cargando un 1 ó un 0 en el BIT correspondiente de un registro destinado a su configuración. 3.2.3 Reloj principal Todos los microcontroladores disponen de un circuito oscilador que genera una onda cuadrada de alta frecuencia, que configura los impulsos de reloj usados en la sincronización de todas las operaciones del sistema. Esta señal del reloj es el motor del sistema y la que hace que el programa y los contadores avancen.

Generalmente, el circuito de reloj está incorporado en el microcontrolador y sólo se necesitan unos pocos componentes exteriores para seleccionar y estabilizar la frecuencia de trabajo. Dichos componentes suelen consistir en un cristal de cuarzo junto a elementos pasivos o bien un resonador cerámico o una red R-C. Aumentar la frecuencia de reloj supone disminuir el tiempo en que se ejecutan las instrucciones pero lleva aparejado un incremento del consumo de energía y de calor generado.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II

3.3 Recursos especiales 3.3.1 temporizadores Se emplean para controlar periodos de tiempo (temporizadores) y para llevar la cuenta de acontecimientos que suceden en el exterior (contadores). Para la medida de tiempos se carga un registro con el valor adecuado y a continuación dicho valor se va incrementando o decrementando al ritmo de los impulsos de reloj o algún múltiplo hasta que se desborde y llegue a 0, momento en el que se produce un aviso. Cuando se desean contar acontecimientos que se materializan por cambios de nivel o flancos en alguna de las patillas del microcontrolador, el mencionado registro se va incrementando o decrementando al ritmo de dichos impulsos. 3.3.2 circuito “watchdog” Cuando un ordenador personal se bloquea por un fallo del software u otra causa, se pulsa el botón del reset y se reinicializa el sistema. En la mayoría de los casos y a diferencia de un ordenador personal, un microcontrolador funciona sin el control de un supervisor y de forma continuada las 24 horas del día y 365 días al año. El Perro guardián consiste en un temporizador que, cuando se desborda y pasa por 0, provoca un reset automáticamente en el sistema.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Se debe diseñar el programa de trabajo que controla la tarea de forma que refresque o inicialice al Perro guardián antes de que provoque el reset. Si falla el programa o se bloquea, el programa no refrescará al Perro guardián y, al completar su temporización, provocará el reset del sistema. 3.3.3 circuito “brownout” Se trata de un circuito que resetea al microcontrolador cuando el voltaje de alimentación (VDD) es inferior a un voltaje mínimo ("brownout"). Mientras el voltaje de alimentación sea inferior al de brownout el dispositivo se mantiene reseteado, comenzando a funcionar normalmente cuando sobrepasa dicho valor. Esto es muy útil para evitar datos erróneos por transiciones y ruidos en la línea de alimentación.

3.3.4 Estado de bajo consumo Son abundantes las situaciones reales de trabajo en que el microcontrolador debe esperar, sin hacer nada, a que se produzca algún acontecimiento externo que le ponga de nuevo en funcionamiento. Para ahorrar energía, (factor clave en los aparatos portátiles), los microcontroladores disponen de una instrucción especial (SLEEP en los PIC), que les pasa al estado de reposo o de bajo consumo, en el cual los requerimientos de potencia son mínimos. En dicho estado se detiene el reloj principal y se "congelan" sus circuitos asociados, quedando sumido en un profundo "sueño" el microcontrolador. Al activarse una interrupción ocasionada por el acontecimiento esperado, el microcontrolador se despierta y reanuda su trabajo. Para hacernos una idea, esta función es parecida a la opción de Suspender en el menú para apagar el equipo (en aquellos PCs con administración avanzada de energía).

3.3.5 comparador analógico Algunos modelos de microcontroladores disponen internamente de un Amplificador Operacional que actúa como comparador entre una señal fija de referencia y otra variable que se aplica por una de las patillas de la cápsula. La salida del comparador proporciona un nivel lógico 1 ó 0 según una señal sea mayor o menor que la otra.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II También hay modelos de microcontroladores con un módulo de tensión de referencia que proporciona diversas tensiones de referencia que se pueden aplicar en los comparadores.

3.3.6 puertos de comunicación. Con objeto de dotar al microcontrolador de la posibilidad de comunicarse con otros dispositivos externos, otros buses de microprocesadores, buses de sistemas, buses de redes y poder adaptarlos con otros elementos bajo otras normas y protocolos. Algunos modelos disponen de recursos que permiten directamente esta tarea, entre los que destacan: • • • • • • •

•

UART, adaptador de comunicación serie asíncrona. USART, adaptador de comunicación serie síncrona y asíncrona Puerto paralelo esclavo para poder conectarse con los buses de otros microprocesadores. USB (Universal Serial Bus), el conocido bus serie para los PC. Bus I2C, que es un interfaz serie de dos hilos desarrollado por Philips. Interface SPI, un puerto serie síncrono. CAN (Controller Area Network), para permitir la adaptación con redes de conexionado multiplexado desarrollado conjuntamente por Bosch e Intel para el cableado de dispositivos en automóviles. En EU. se usa el J185O. TCP/IP, ya existen microcontroladores con un adaptador de comunicación para este protocolo.

4. Tecnología de módulos 4.1 Fuente Una vez obtenida la corriente continua, todavía no nos sirve para alimentar ningún circuito porque no es constante. Posteriormente se pasa a la fase de filtrado, que procede en alisar al máximo la señal eléctrica, para que no se den oscilaciones, lo cual se consigue por medio de uno o varios condensadores, que retienen la corriente a modo de batería y la suministran de forma constante. Una vez que obtenemos una señal continua solo falta estabilizarla, para que cuando aumente o descienda la corriente de entrada a la fuente, no afecte a la salida de la misma, lo cual se consigue por medio de un regulador.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II 4.1.1 alimentaciones Un regulador de tensión (a veces traducido del inglés como Regulador de Voltaje) es un dispositivo electrónico diseñado con el objetivo de proteger aparatos eléctricos y electrónicos delicados de variaciones de diferencia de potencial (tensión/voltaje), descargas eléctricas y "ruido" existente en la corriente alterna de la distribución eléctrica. Hoy en día es más común encontrar en las fuentes de alimentación reguladores integrados, normalmente son componentes muy parecidos a los transistores de potencia, suelen tener tres terminales, uno de entrada, un común o masa, y uno de salida, tienen una capacidad de reducción del rizado muy alta y normalmente sólo hay que conectarles un par de condensadores. Existen circuitos reguladores con un gran abanico de tensiones y corrientes de funcionamiento. La serie más conocida de reguladores integrados es la 78xx y la serie 79xx para tensiones negativas. Los de mayor potencia necesitarán un disipador de calor, este es los principales problemas de los reguladores serie lineales tanto discretos como integrados, al estar en serie con la carga las caídas de tensión en sus componentes provocan grandes disipaciones de potencia.

Reguladores de la serie 78XX. En éste tipo de reguladores tenemos la entrada de la fuente de energía (batería), la tierra y la salida regulada. El “78” nos indica que es un regulador positivo (existe la serie “79” que regula negativamente); XX nos indica el voltaje que regulará. Existen diferentes valores de regulación: 7805, 7806, 7808, 7809, 7810, 7812, 7815, 7818, 7822 y 7824. Ninguno regula a un nivel de voltaje fraccionario. Para que esto resulte deberá existir a la entrada 2.5 voltios por encima al voltaje a regular.

TIPO DE REGULADOR

VOLTAJE DE ENTRADA

7805 7806 7808 7810 7812 7815 7818 7822 7824

7 8 1 13 15 18 21 25 27

VOLTAJE DE ENTRADA

MINIMO

MATERIAL DE APOYO DE ARREDONDO

MAXIMO

25 25 25 28 30 30 33 36 38

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II El 7812 nos dará una tensión de 12 voltios. Los rangos de temperatura serán entre 0 -125 grados para una corriente de salida de 1 ampere, por lo que es aconsejable colocar un disipador de calor al dispositivo para evitar que éste se queme. El índice de error en el voltaje de salida es de +/- 0.25 voltios, así un 7805 tendrá entre 4.75 y 5.25 voltios de salida manteniendo ésta. TIPO DE REGULADOR

POTENCIA EN AMPERES

TIPO DE ENCAPSULADO

78XX 78LXX 78MXX 78TXX

1.0 0.1 0.5 3.0

TO-204, TO-220 TO-205, TO-92 70-220 TO-204

4.1.2 Tierras 4.2 Etapa de potencia

El transistor de potencia El funcionamiento y utilización de los transistores de potencia es idéntico al de los transistores normales, teniendo como características especiales las altas tensiones e intensidades que tienen que soportar y, por tanto, las altas potencias a disipar. Existen tres tipos de transistores de potencia: • • •

bipolar. unipolar o FET (Transistor de Efecto de Campo). IGBT. Parámetros

MOS

Impedancia de entrada

Alta (1010 ohmios) Media (104 ohmios)

Ganancia en corriente

Alta (107)

Media (10-100)

Resistencia ON (saturación)

Media / alta

Baja

Resistencia OFF (corte)

Alta

Alta

Voltaje aplicable

Alto (1000 V)

Alto (1200 V)

Máxima temperatura de operación

Alta (200ºC)

Media (150ºC)

Frecuencia de trabajo

Alta (100-500 Khz) Baja (10-80 Khz)

Coste

Alto

MATERIAL DE APOYO DE ARREDONDO

Bipolar

Medio

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II El IGBT ofrece a los usuarios las ventajas de entrada MOS, más la capacidad de carga en corriente de los transistores bipolares: • • •

Trabaja con tensión. Tiempos de conmutación bajos. Disipación mucho mayor (como los bipolares).

Nos interesa que el transistor se parezca, lo más posible, a un elemento ideal: • • • • • •

Pequeñas fugas. Alta potencia. Bajos tiempos de respuesta (ton , toff), para conseguir una alta frecuencia de funcionamiento. Alta concentración de intensidad por unidad de superficie del semiconductor. Que el efecto avalancha se produzca a un valor elevado ( VCE máxima elevada). Que no se produzcan puntos calientes (grandes di/dt ).

Una limitación importante de todos los dispositivos de potencia y concretamente de los transistores bipolares, es que el paso de bloqueo a conducción y viceversa no se hace instantáneamente, sino que siempre hay un retardo (ton , toff). Las causas fundamentales de estos retardos son las capacidades asociadas a las uniones colector - base y base - emisor y los tiempos de difusión y recombinación de los portadores.

Principios básicos de funcionamiento La diferencia entre un transistor bipolar y un transistor unipolar o FET es el modo de actuación sobre el terminal de control. En el transistor bipolar hay que inyectar una corriente de base para regular la corriente de colector, mientras que en el FET el control se hace mediante la aplicación de una tensión entre puerta y fuente. Esta diferencia viene determinada por la estructura interna de ambos dispositivos, que son substancialmente distintas. Es una característica común, sin embargo, el hecho de que la potencia que consume el terminal de control (base o puerta) es siempre más pequeña que la potencia manejada en los otros dos terminales. En resumen, destacamos tres cosas fundamentales: • • •

En un transistor bipolar IB controla la magnitud de IC. En un FET, la tensión VGS controla la corriente ID. En ambos casos, con una potencia pequeña puede controlarse otra bastante mayor.

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Modos de trabajo Existen cuatro condiciones de polarización posibles. Dependiendo del sentido o signo de los voltajes de polarización en cada una de las uniones del transistor pueden ser :

•

•

•

Región activa directa: Corresponde a una polarización directa de la unión emisor - base y a una polarización inversa de la unión colector - base. Esta es la región de operación normal del transistor para amplificación. Región activa inversa: Corresponde a una polarización inversa de la unión emisor - base y a una polarización directa de la unión colector - base. Esta región es usada raramente. Región de corte: Corresponde a una polarización inversa de ambas uniones. La operación en ésta región corresponde a aplicaciones de conmutación en el modo apagado, pues el transistor actúa como un interruptor abierto (IC 0).

Región de saturación: Corresponde a una polarización directa de ambas uniones. La operación en esta región corresponde a aplicaciones de conmutación en el modo encendido, pues el transistor actúa como un interruptor cerrado (VCE 0). 4.2.1 Control del combustible El sistema de control motor es responsable del control de la cantidad de combustible que se va a quemar y del encendido para todas las condiciones posibles de operación del motor. Existen varias categorías posibles de operación del motor, cada una corresponde a un modo de operación separado y distinto. El sistema de control debe determinar el modo de operación a partir de los datos existentes de los sensores y llamar a la rutina particular de software correspondiente. En el caso de un motor típico existen 7 diferentes modos de operación que afectan al control de combustible:

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II • • • • • • •

Arranque del motor Calentamiento del motor Control del ciclo abierto Control del ciclo cerrado Aceleración fuerte Desaceleración Marcha en vacío

En las primeras versiones de los sistemas electrónicos para el control de combustible, el dosificador de combustible estaba compuesto de uno o un par de inyectores en el cuerpo de aceleración (TBI) eran un reemplazo directo para el carburador. El sistema de control digital requiere sensores para medir las variables y los parámetros del motor relacionados con los sensores anteriormente estudiados. Debemos hacer énfasis en la cantidad de contaminantes arrojados a la atmósfera dado que los sistemas digitales reducen notablemente esos índices llevando consigo un significativo ahorro de combustible. 4.2.2. Control de chispa

La unidad de control ECM tiene la misión de hacer conducir o interrumpir el paso de corriente por el transistor de potencia o lo que es lo mismo dar paso o cortar la corriente a través del primario de la bobina de encendido; pero además también efectúa otras funciones sobre la señal del primario de la bobina como son: •

Limitación e corriente. Debido a que este tipo de encendidos utilizan una bobina con una resistencia del arrollamiento primario muy bajo (valores inferiores a 1 ohmio) que permite que el tiempo de carga y descarga de la bobina sea muy reducido: pero presentando el inconveniente de que a bajos regímenes la corriente puede llegar hasta 15 A lo cual podría dañar la

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II bobina y la ECM. Para evitar esto la unidad de control incorpora un circuito que se encarga de controlar la intensidad del primario a un máximo de 6 A. • •

Regulación del tiempo de cierre. La gran variación de tiempo entre dos chispas sucesivas a altas y bajas revoluciones hace que los tiempos de carga sean a la vez muy dispares produciendo tiempos de saturación de la bobina de encendido excesivos en algunos casos y energía insuficiente en otros. Para evitar esto el modulo incorpora un circuito de control que actúa en base a la saturación del transistor Darlington para ajustar el tiempo de cierre el régimen del motor.

4.3 Etapa de procesamiento de información Para arrancar la computadora se corre un pequeño programa de arranque (boot) almacenado de manera permanente en la computadora. Este programa fija todos los registros de la CPU con los valores correctos y limpia toda la información en la memoria de la computadora dejándola en ceros antes de que se cargue el programa de operaciones. Esto se denomina inicializar el sistema. Después en la memoria se carga el programa de operaciones, en cuyo momento se carga en el contador de programa la dirección de la primera instrucción del programa. Esta instrucción se lee de la localidad de memoria cuya dirección está conectada en el registro del contador del programa. Cada instrucción se lee de la memoria en secuencia y se coloca en el bus de datos en el registro de instrucciones, en donde se decodifica. El registro de instrucciones es otro registro de almacenamiento temporal de la CPU (o microprocesador). Se conecta al bus de datos cuando la información en el bus es una instrucción. 4.3.1 Circuitos integrados A los circuitos integrados podemos clasificarlos en 2 categorías: Los analógicos responden o producen, amplifican o responden a voltajes que varían constantemente con el tiempo. Son comúnmente utilizados en amplificadores, temporizadores, reguladores de voltaje y osciladores. Los podemos clasificar también como circuitos integrados analógicos lineales. Los digitales responden o producen señales que tienen solamente dos niveles de voltaje. Estos son utilizados en microprocesadores, microcontroladores y memorias. Los podemos clasificar como circuitos integrados digitales lógicos. Existen varias familias de circuitos integrados, de los cuales los más comunes son los de construcción CMOS y TTL. Estos integrados se diferencian por el número que corresponde a su familia: • •

Los CMOS y MOS corresponden a las series HC ó 40 Los TTL corresponden a las series 74LSxx

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Ejemplos: • El integrado 74LS04 es un conjunto de compuertas NOT tecnología TTL • El integrado 74HC04 es un conjunto de compuertas NOT tecnología CMOS Ambos aceptan sólo 5 voltios de alimentación. La tecnología CMOS es más limpia y consume menos corriente y su nivel de integración supera por mucho a la del TTL, sin embargo su manejo es mucho más delicado ya que una descarga de corriente electrostática puede dañarle permanentemente. La tecnología TTL es más lenta, es más robusta, pero su nivel de integración es mucho menor. Es importante buscar las características del integrado en cuestión para la aplicación que queremos adaptar. 4.3.2 Microprocesador Encapsulados más importantes: • • • • •

DIP (Dual in-line package). PGA (Pin grid array). QFP (Quad Flat Package). LQFP (Low-profile Quad Flat Package). PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier).

DIP, o Dual in-line package por sus siglas en inglés, es una forma de encapsulado común en la construcción de circuitos integrados. La forma consiste en un bloque con dos hileras paralelas de pines, la cantidad de éstos depende de cada circuito. Por la posición y espaciamiento entre pines, los circuitos DIP son especialmente prácticos para construir prototipos en tablillas de protoboard. Concretamente, la separación estándar entre dos pines o terminales es de 0.1“(2.54 mm). La nomenclatura normal para designarlos es DIPn, donde n es el número de pines totales del circuito. Por ejemplo, un circuito integrado DIP16 tiene 16 pines, con 8 en cada fila. Dada la actual tendencia a tener circuitos con un nivel cada vez más alto de integración, los paquetes DIP han sido sustituidos por encapsulados SMD (Superficial mounted device) o de montaje superficial. Estos últimos tienen un diseño mucho más adecuado para circuitos con un alto número de patas, mientras que los DIP raras veces se encuentran en presentaciones de más de 40 patas.

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Orientación y numeración de los pines

Para representar los pines en los esquemas de circuitos, se emplean números que identifican a cada uno. Para numerar los pines de un DIP hay que fijarse en el pequeño agujero que incluye en un extremo. El pin que está a su lado será el número 1. A partir de ahí, se numeran consecutivamente los pines de su fila. Al terminar pasamos a la otra fila, y, en sentido inverso, la recorremos hasta llegar al final. Es decir, se numeran de forma circular. En la figura de la derecha aparece como se numeraría un circuito DIL16.

Para trabajos en placas de circuito, se suelen usar unos soportes de plástico para este tipo de empaquetados, denominados zócalos, que contienen una serie de orificios colocados de la misma forma que el circuito. Así no soldamos directamente el circuito a la placa (que podría deteriorarse con el calor), sino el zócalo. Una vez fijado, se coloca encima el circuito integrado. Si tenemos que sacar y poner continuamente el integrado, una forma practica para que no se deterioren las patitas del encapsulado es poner dos zócalos, uno fijo en la placa y otro fijo en el integrado.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Existen los zócalos de cero fuerza cuando se necesita instalar y remover muchas veces el circuito integrado. En este caso con una palanca se libera o sujeta el circuito integrado. PGA El Pin grid array o PGA es un tipo de empaquetado usado para los circuitos integrados, particularmente microprocesadores. Originalmente el PGA, el zócalo clásico para la inserción en una placa base de un microprocesador, fue usado para procesadores como el 80386 y el 80486; consiste en un cuadrado de conectores en forma de agujero donde se insertan las patitas del chip por pura presión. Según el chip, tiene más o menos agujeros (uno por cada patilla). En un PGA, el circuito integrado (IC) se monta en una losa de cerámica de la cual una cara se cubre total o parcialmente de un conjunto ordenado de pines de metal. Luego, los pines se pueden insertar en los agujeros de un circuito impreso y soldados. Casi siempre se espacian 2.54 milímetros entre sí. Para un número dado de pines, este tipo de paquete ocupa menos espacio los tipos anteriores como el Dual in-line package (DIL o DIP). Variantes del PGA Las versiones plastic pin grid array (PPGA) y posteriormente flip-chip pin grid array (FCPGA) fueron creadas por Intel Corporation para sus procesadores Pentium, y a menudo son usados en tarjetas madre con zócalos ZIF (Zero Insertion Force) para proteger los delicados pines.

pin grid array del Motorola XC68020. QFP Un encapsulado Quad Flat Package (QFP o encapsulado cuadrado plano) es un encapsulado de circuito integrado para montaje superficial con los conectores de componentes extendiéndose por los cuatro lados. Los pines se numeran en sentido contrario a las agujas del reloj a partir del punto guía.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II QFP utiliza habitualmente de 44 a 200 pines, con una separación entre ellos de 0,4 a 1 mm. Esto es una mejora respecto del encapsulado Small-Outline Integrated Circuit (SOP o SOIC) pues permite una mayor densidad de pines y utiliza las cuatro caras del chip (en lugar de solo dos). Para un número de pines mayor se utiliza la técnica Ball grid array (BGA) que permite usar toda la superficie inferior. El antecesor directo de QFP es Plastic leaded chip carrier (PLCC), que utiliza una distancia entre pines mayor 1.27 mm (50 milésimas de pulgada, a veces abreviada mil) y una mayor altura del encapsulado. Las siglas QFP también pueden hacer referencia a la tecnología de lógica digital Quantum Flux Parametron.

Variantes

Microprocesador Cyrix Cx486SLC en Bumpered Quad Flat Package Aunque la base de todos es un rectángulo (o cuadrado) plano con los pines por todos los lados, se utilizan múltiples variantes. Las diferencias son usualmente en número de pines, espaciado entre ellos, dimensiones y material usado (normalmente para mejorar las características térmicas). Una variante clara es el Bumpered Quad Flat Package (BQFP) que presenta unos salientes en las esquinas del cuerpo del encapsulado que protegen a los pines contra daños mecánicos antes de su soldadura.

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LQFP Un encapsulado Low-profile Quad Flat Package (LQFP o encapsulado cuadrado plano de perfil bajo) es un encapsulado de circuito integrado para montaje superficial con los conectores de componentes extendiéndose por los cuatro lados. Los pines se numeran en sentido contrario a las agujas del reloj a partir del punto guía. El espacio entre pines puede variar; los intervalos más comunes son 0.4, 0.5, 0.65 y 0.80 mm.

Cyrix CX9210A en encapsulado LQFP de 144 pines

PLCC Un Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC), también llamado Quad-Flat-J-Leg Chipcarrier (QFJ) es un encapsulado de circuito integrado con un espaciado de pines de 1,27 mm (0,05 pulgadas). El número de pines oscila entre 20 y 84. Los encapsulados PLCC pueden ser cuadrados o rectangulares. El ancho oscila entre 0,35 y 1,15 pulgadas. PLCC es un estándar JEDEC. Las configuraciones PLCC requieren menos espacio en placa que sus competidores los leadless chip carrier (similares a los encapsulados DIP pero con bolitas en lugar de pines en cada conector). Un dispositivo PLCC puede utilizarse tanto para montaje en superficie como para instalarlo en un zócalo PLCC. A su vez los zócalos PLCC pueden montarse en superficie o mediante through-hole (perforaciones en la placa con borde metalizado). La causa de usar un zócalo montado en superficie puede ser que el chip no soporte el calor generado durante el proceso, o para facilitar su reemplazo. También puede ser necesario cuando el chip requiere programación independiente, como las FLASH ROM. Algunos zócalos thru-hole están diseñados para su uso en prototipos mediante wire wrap. Variantes

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Usualmente los PLCC tienen forma cuadrada con el mismo número de pines en cada lado, aunque existen variaciones de forma rectangular con más pines en los lados más largos, pero siempre con el mismo espaciado entre pines. El nombre normalmente indica el número de pines a continuación de las siglas. Por ejemplo un encapsulado de 52 pines se designa como QFJ52 o PLCC52. Las variantes más usadas son: • • • • •

QFJ20 (PLCC20) - (10-0-10-0) QFJ32 (PLCC32) - (7-9-7-9) QFJ52 (PLCC52) - (13-13-13-13) QFJ68 (PLCC68) - (17-17-17-17) QFJ84 (PLCC84) - (21-21-21-21)

Usos Aunque por su altura no es adecuado para aplicaciones de muy alta integración, se usa en: • • •

Microcontroladores Aplicaciones de memoria Flash como las BIOS Hasta la aparición de la tecnología PGA, microprocesadores

Microcontrolador Motorola MC68HC711E9CFN3 en encapsulado QFJ52 (PLCC52)

BIOS en encapsulado QFJ32(PLCC32) montado en zócalo

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Gigabyte DUAL BIOS en encapsulado QFJ32(PLCC32)

4.3.3 xtal RELOJ (CLOCK) Es un oscilador de onda cuadrada. La señal de clock sirve de referencia para sincronizar todo el sistema. El clock es utilizado para activar la CPU, para mover de un paso a la secuencia siguiente. La frecuencia de clock determina la velocidad de trabajo del sistema y no deberá superar la máxima frecuencia a la que pueda funcionar el microprocesador, pues podría dañarlo. El cristal de cuarzo se usa para determinar la frecuencia de oscilación del reloj.

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Unidadde

Diagrama de bloques de un microcontrolador 4.4 Programación de microcontroladores 4.4.1 Software Cuando se escribe un programa de microcomputadora, es más fácil y rápido emplear un nombre abreviado en lugar del nombre completo de la función. El lenguaje ensamblador facilita al programador las tareas de programación, ya que las abreviaturas son más fáciles de recordar y escribir que los números binarios que utiliza la computadora. El programa ensamblador (software mplab, programming editor, etc.) se corre en la computadora para convertir instrucciones en lenguaje ensamblador ó códigos binarios. Esto le permite al programador escribir el programa empleando palabras que tienen significado para él, y a la vez, producir códigos de máquina que la computadora puede ejecutar.

4.4.2 lenguaje LENGUAJE ENSAMBLADOR Es un tipo especial de lenguaje abreviado, en el que cada uno de sus símbolos corresponde a una operación específica del microcontrolador. Las instrucciones en lenguaje ensamblador tienen la forma de siglas o abreviaturas que representan funciones del microcontrolador. Estas abreviaturas son para que el programador

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II entienda lo que el programa ejecutará, ya que el programa en sí que ejecuta la computadora debe estar en su código numérico binario. Cuando cada instrucción se convierte en el código binario que reconoce la microcomputadora, se le denomina el lenguaje de máquina. El programa debe convertirse finalmente en códigos binarios que la computadora reconoce como instrucciones, lo que se realiza con un programa especial llamado ensamblador. En el lenguaje ensamblador las líneas de código, en su formato más simple, constan de dos partes, la primera es el nombre de la instrucción llamado operation code y la segunda son los parámetros del comando, los cuales se presentan en el formato de: primero el destino y después el origen. Comando ADD

destino, origen AX, 4567

ADD es el comando que se va a ejecutar, suma, AX es el registro destino donde va a quedar el resultado y también el primer valor a operar y 4567 es el segundo valor que se va a operar. El nombre de las instrucciones, mnemónicos o códigos de operación, están formados por dos, tres ó cuatro letras. Algunos parámetros no requieren parámetros y otros solamente requieren uno.

4.4.3 instrucciones

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4.4.4 Protocolo de información El dispositivo de entrada/salida (I/O) para cualquier sistema automotriz sirve como la conexión de la interfaz de la microcomputadora con el sistema automotriz en análisis. Existen dispositivos, los cuales están configurados específicamente para MATERIAL DE APOYO DE ARREDONDO

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II trabajar con dicho procesador. Estos dispositivos de I/O se implementan como un chip de IC (circuito integrado) y son muy versátiles en su aplicación.

5. Sistemas de seguridad y confort 5.1 Alarmas 5.1.1 Funcionamiento Características Este equipo le brinda protección en : Puertas , cajuela , cofre , sensor de golpes de doble zona ( con pre aviso) Sistema de inmovilización evitará que el auto encienda , así como también que este se apague en caso de asalto y de estar programada dicha opción de anti asalto ( sistema de recuperación vehicular ) en 3 modalidades (por puerta , encendido y por control remoto ) Capacidad de controlar seguros eléctricos, vidrios eléctricos , cajuela eléctrica, y salidas adicionales para accesorios por medio de 3 canales adicionales (canal 2,3 y 4). 12 Volts corriente directa , negativo a tierra. Nuevo sistema de valet ( easy valet ) el más sencillo , facil y cómodo de usar en el mercado ( sin confundir al usuario)

Pulsos negativos para : Seguros eléctricos, canal 2 ( cajuela eléctrica ) , para sistema de inmovilización , para canal 3 y canal 4 , para dome ligth supervition

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II ( supervisión con la luz de cortesía ) ó para controlar cristales centralizados todas ellas con una capacidad máxima de 500 mili amperes. Sirena ( bocina ) con sonidos exclusivos por zona de violación ( su auto ya no se escuchará como claxon de taxi ó colectivo ) Salida para conectar claxon ( esta únicamente opera cuando la alarma se dispara por cualquier zona violada , no opera al activar y desactivar el sistema de alarma ) Capacidad de subir cristales eléctricos centralizados ( sin necesidad de interfase de cristales) Capacidad de subir cristales eléctricos regulares por medio de interfase de cristal ( accesorio opcional ) Led indicador inteligente con reporte de zona violada. Transmisores con tecnología SAW ( RF lock) Unidad con capacidad de almacenar hasta 4 transmisores Memoria eeprom ( funciones y códigos no volátil) Algunas funciones requieren de accesorios no incluidos. 5.1.2 programación En este modelo de auto alarma se puede programar lo siguiente: 1. Activación automática ( pasiva) 2. Control de seguros eléctricos en activación automática. 3. Reactivación de seguridad. 4. Salida para seguros progresivos o señal para claxon. 5. Duración de pulsos para seguros eléctricos o electro neumáticos (o,7 o 3 segundos ) 6. Pulso sencillo o doble al desactivar el sistema de alarma 7. Controlar ( bajar ) seguros eléctricos al encender el vehículo. 8. Controlar ( subir ) seguros eléctricos al apagar el motor del vehículo. 9. Desactivación de alarma al abrir cajuela eléctrica. 10. Salida para bocina ( inteligente ) , sirena o claxon. 11. Señal para anti asalto vía puerta o para aviso de luces encendidas 12. Anti asalto vía encendido. 13. Anti asalto vía control remoto 14. Duración de pulso canal 3 15. Duración de pulso canal 4 16. Salida para subir cristales centralizados o dome light supervition.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II 17. Avisos de sirena ( chirps) 18. Suspensión temporal de puertas ( by pass para autos con luz interior de retraso) 5.1.3 armado CONTENIDO 1. cerebro programable con sensor de doble-guardia integrado 2 transmisores 2. arnés con porta fusibles 3. mini sirena de 1 tono 4. led indicador para el tablero color azul súper-brillante 5. valet o push button 6. manual de usuario 7. manual del instalador. FUNCIONES PROGRAMABLES POR EL INSTALADOR 1. anti-asalto (modo 1 modo 2) 2. armado activo-pasivo 3. pulso de seguros (.5 doble pulso) 4. anti-asalto (off-on) 5. seguros con ignición (opcional) FUNCIONES PROGRAMABLES POR EL USUARIO 1. armado y desarmado silencioso 2. valet controlado a través del transmisor 3. botón de pánico 4. localizador de vehículo (útil en estacionamientos grandes) 5. cancelación del sensor y puertas mediante el transmisor 6. cancelación del sistema anti-asalto mediante el transmisor 5.2 Instalación 5.2.1 Instalación de componentes Cada control remoto viene con su código único y cambiante. así, ningún otro control es codificado igual al suyo. de hecho, nadie, incluyendo la fabrica, puede programar otro control exactamente igual al suyo porque el código esta grabado dentro del microprocesador del cerebro del control y no puede ser visto o duplicado. Como existen millones de combinaciones de los códigos cambiantes, la oportunidad de duplicarlo es virtualmente imposible. El switch de valet: se usa en conjunto con el switch de ignición, para desarmar el sistema.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Estatus de la luz del led del tablero color azul: le informa de las diferentes condiciones en las que el sistema puede estar funcionando y también sirve de disuasivo contra robos.

5.2.2 relees de apertura y cierre de seguros

REVERSIBLE DE UN MOTOR DE CC +12v

+12v

+12v

+12v

M

SEÑAL DEL MODULO DE ALARMA archivos de Arredondo

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5.2.3 relee cortacorriente de bobina de encendido

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RELE CORTACORRIENTE DE BOBINA AL SWITCH DE ENCENDIDO

_

+

BOBINA

SEÑAL DE MODULO archivos de Arredondo

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5.2.4 relee cortacorriente de ignición

RELE CORTACORRIENTE DE MOTOR DE ARRANQUE AL SWITCH DE ENCENDIDO

+ AL RELE DEL MOTOR DE ARRANQUE

SEÑAL DE MODULO archivos de Arredondo

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Simbología Electrónica

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Resistencia, tiene dos terminales sin polaridad. Capacitor Cerámico o No Polarizado.Tiene dos terminales y sin polaridad. Capacitor Electrolítico o de Tantalio. Tiene dos terminales y polaridad. El terminal que abarca es el negativo, mientras que el pequeño central es el positivo. Parlante. Tiene dos contactos, con polaridad. El positivo suele estar marcado en colorado o con un signo (+) mientras que el negativo va en negro o con un signo (-) Diodo LED. Tiene dos contactos normalmente. Tiene polaridad aunque como todo diodo se lo denomina ánodo y cátodo. El cátodo debe ir al positivo y el ánodo al negativo para que el LED se ilumine. Interruptor. Tiene solo dos terminales sin polaridad. Capacitor variable. Tiene dos terminales con un tornillo para ajustar su capacidad. No tiene polaridad. Resistencia Variable, potenciómetro o Trimpot. Tiene tres terminales, dos de los cuales son los extremos de la resistencia y el central es el cursor que se desplaza por la misma. En los potenciómetros suelen estar en ese orden, mientras que en los trimpot varia según su tipo. Batería. Tiene dos terminales. El positivo se lo indica con un signo (+) el que queda sin indicar es el negativo. Aunque a simple vista la placa mas grande es el positivo y la pequeña el negativo. Triac. Tiene tres terminales. Dos son por donde la corriente pasa (AC). Estas no tienen polaridad. La restante es la de control. Su posición y encapsulado varía según el dispositivo. Tiristor. Suele denominarse diodo controlado. Sus terminales son ánodo, cátodo y compuerta. Sus cápsula y patillaje cambia según el componente. Diodo. Tiene dos terminales, con polaridad. Uno es el ánodo y suele estar representado en el encapsulado por un anillo. El otro es el cátodo. Diodo Zenner.

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Diodo Varicap. Transformador. La cantidad de terminales varía segun cuantos bobinados y tomas tenga. Como mínimo son tres para los autotransformadores y cuatro en adelante para los transformadores. No tienen polaridad aunque si orientación magnética de los bobinados. Opto-Triac. Tiene cuatro terminales útiles, aunque suele venir en encapsulados DIL de seis pines. Dos terminales son para el LED que actual como control. Estos terminales son ánodo y cátodo. Otros dos terminales son del Triac, que como todo dispositivo de ese tipo no tiene polaridad. Transistor Bipolar PNP. Tiene tres terminales. Uno es la base, que aparece a la izquierda, solo. Otro es el emisor, que aparece a la derecha, arriba, con una flecha hacia el centro. El último es el colector, que aparece a la derecha, abajo. Transistor Bipolar NPN. La base esta sola del lado izquierdo. El emisor esta del lado derecho hacia abajo con una flecha, pero en este caso hacia afuera. El colector esta en el lado derecho superior. Transistor IGBT PNP. El emisor es el de la flecha, el colector el otro del mismo lado que el emisor mientras que la base esta sola del lado izquierdo. Transistor IGBT NPN. Sigue los mismos lineamientos anteriores. Cristal de Cuarzo. Tiene dos terminales sin polaridad. Puesta a tierra y masa, respectivamente. Amplificador Operacional. Tiene básicamente tres terminales. Dos de entrada de las cuales una es inversora (señalada con un -) y otra es no inversora (señalada con un +). La tercera es salida. Adicionalmente tiene dos terminales de alimentación y puede tener otras conexiones para, por ejemplo, manejar ganancia. Bobina o inductor sobre aire. Tiene dos terminales que no tienen polaridad. Esta armada sobre el aire, sin nucleo. Puede tener devanados intermedios. Bobina o inductor sobre núcleo. Idem anterior solo que esta montada sobre una forma.

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II Relé. Tiene 4 ó 5 terminales, 2 de ellos son para controlar al campo dela bobina que mueve los contactos. Los otros dos o 3, son el control de potencia (platinos). Lámpara de Neón. Tiene dos terminales sin polaridad. Instrumento de medición. Tiene dos terminales. Si llegase a tener polaridad ésta es representada por signos + y -. Piezzoreproductor o zumbador. Tiene dos terminales. No tiene polaridad. Conector. Suele esquematizar al conector RCA o al BNC. El terminal central suele ser señal y el envolvente suele ser masa. Antena. Dependiendo de tu forma tiene uno o dos terminales. Cuando tiene solo uno es el polo. Que suele ser algo como un trozo de alambre o una varilla telescópica. Cuando tiene dos el segundo es el plano de masa. Punto de conexión. Suele representar una toma de control, un pin determinado o una entrada. En su interior se rotula su función abreviada. Puente rectificador. Generalmente compuesto por cuatro diodos en serie. Tiene cuatro conexiones.

Alternativa al puente rectificador. Idem Anterior. Pulsador Normal Abierto en estado de reposo. Tiene dos terminales sin polaridad. Pulsador Normal Cerrado en estado pulsado. Tiene dos terminales sin polaridad. Pulsador Normal Cerrado en estado de reposo. Tiene dos terminales sin polaridad. Punto de conexión. Suele representar una entrada o un punto de alimentación. Punto de empalme. Se emplea para unir un cable a otro. Compuerta Lógica. Con un círculo en la parte de salida es inversora, sin él es no inversora. Según el dispositivo vienen dos o más en un mismo encapsulado. Ver hoja de datos para mas

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ELECTRONICA AUTOMOTRIZ II información. Resistencia sensible a la luz o LDR. Tiene dos terminales las cuales no son polarizadas. Fusible. Tiene dos terminales y no tiene polaridad. Jack Mono con corte. Tiene tres terminales. Uno es el común, que conecta con la masa de la ficha. Otro es la entrada de señal y el tercero el corte, que conecta cuando no hay ficha insertada. Selector. Viene de tres o mas contactos dependiendo de la cantidad de posiciones que tenga. No tiene polaridad aunque si orden de contactos. Cada selector tiene su propio esquema de conexionado. Carga. Suele representar una lámpara resistiva, aunque nada dice que sea solo eso.. Tiene dos contactos sin polaridad. De ser una carga polarizada se indica con + y -. Display de 7 segmentos. Generalmente de LED's cada segmento esta representado por una letra. El punto decimal es considerado un segmento a parte. Tienen nueve o mas contactos, dependiendo del fabricante. No hay nada estándar en estos displays por lo que es necesario consultar la hoja de datos de cada dispositivo en particular. Motor. Tiene dos contactos a menos que se indique lo contrario en el circuito. Cuando son de alterna no tienen polaridad. Cuando son de continua la polaridad se señala con un + y un Interruptor con piloto de neón. Tiene tres conectores usualmente. Dos de ellos son de la llave y el tercero (que suele ser un delgado alambre) viene de la lámpara de neón para conectar al otro polo y así iluminarla. Opto Acoplador con transistor Darlington. Tiene generalmente cinco conexiones aunque la cápsula sea DIL de 6 pines. Dos son para el LED de control y tres para el transistor darlington. Lámpara de descarga por gas de Xenón. Tiene tres terminales. Uno es el positivo de la lámpara, marcado en la ampolla de vidrio en forma oscura. El otro es el negativo, que también está en la ampolla aunque claro. Y el tercer terminal, de disparo, es una placa metálica que abraza la lámpara por afuera. Trabaja con alta tensión.

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Fuentes de consulta

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