MONTAJE
Detector de Prioridad de Eventos Presentamos un interesante proyecto, es de gran uti lidad cuando se requiere conocer quién accionó pri mero un interruptor o quien resultó primero en llegar a la meta en una carrera de atletismo. Resulta ideal para su utilización en concursos. A los fines de reali zar el proyecto con un sistema de comunicaciones, brindamos también, una breve introducción teó rica sobre “paridad” en las comunicaciones digitales.
Adaptación de Luis Horacio Rodríguez lhrodri@webelectronica.com.ar
ello sea posible. Uno de los esquemas usados más ampliamente para la detección de errores es el método La transmisión de datos binarios de una localización de paridad. a otra es un proceso común en todos los sistemas digitaUn bit de paridad es un bit extra que se agrega a un les. Al menos, podemos mencionar cuatro ejemplos de grupo codificado el cual se transmite de una localización esto: a otra. El bit de paridad se hace ya sea 0 o 1, dependiendo del número de unos que están contenidos en el 1) Salida de datos binarios desde una computadora y grupo codificado. que están registrándose en cinta magnética. Se usan dos métodos diferentes. En el método de 2) Transmisión de datos binarios por línea telefóni - paridad par el valor del bit de paridad se escoge de tal ca, tal como entre una computadora y una consola remo - manera que el número total de unos en el grupo codifita. cado (incluyendo el bit de paridad) sea un número par. 3) Un número se toma de la memoria de la computa dora y se coloca en la unidad aritmética, en donde se añade a otro número. La suma es luego regresada a la memoria. 4) Información almacenada en un disco flexible se lee para cargarse en la memoria de una computadora perso nal. El Bit de Paridad
Lo anterior se ejemplifica en la figura 1. El proceso de transferir datos está sujeto a error, aun cuando el equipo moderno ha sido diseñado para reducir la probabilidad de error. Sin embargo, aun errores relativamente infrecuentes pueden causar resultados inútiles, así que es deseable detectarlos siempre que
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Figura 1
Detector de Prioridad de Eventos do como parte de la palabra codificada. La figura 2 muestra como se usa el método de paridad. Los bits del grupo codificado están representados por A, B y C. Estos bits pudieran venir de las salidas de un conversor de código. Se alimentan entonces a un circuito generador de paridad, el cual es un circuito lógico que examina los bits de entrada y produce un bit de paridad de salida del valor correcto. El bit de paridad se transmite junto con los bits de entrada, como lo muestra la figura adjunta. La siguiente tabla muestra la forma de obtener los bits de paridad para el código binario de 3 bits. Pp y Pi, Figura 2
son las funciones resultantes de aplicar paridad par e impar, respectivamente.
Supóngase por ejemplo, que el grupo codificado es 10110. El grupo codificado tiene tres unos. Por tanto, se añade un bit de paridad de 1 para hacer el número total de unos un valor par. El nuevo grupo codificado, incluyendo el bit de paridad es: 10110 1 ^ bit de paridad añadido Si el grupo codificado contiene un número par de unos inicialmente, el bit de paridad recibe el valor de 0. Por ejemplo, si el código es 10100, el bit de paridad asignado sería 0, así que el nuevo código, incluyendo el bit de paridad sería 101000. El método de paridad impar se usa exactamente de la misma manera, excepto que el bit de paridad se escoge de tal modo que el número total de unos (incluyendo el bit de paridad) sea un número impar. Por ejemplo, para el grupo codificado 01100, el bit de paridad asignado sería un 1. Para el grupo 11010, el bit de paridad sería un 0. Sin importar si se usa paridad par o impar, el bit de paridad se añade a la palabra codificada y es transmitiFigura 3
Decimal
A
B
C
0 1 2 3 4 5 6 7
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 0 1 0 1
Pp 0 1 1 0 1 0 0 1
Pi 1 0 0 1 0 1 1 0
Las funciones de conmutación correspondientes a los bits de verificación son: Pp (A, B, C) = 3m (1,2,3,4,7) Pi (A, B, C) = 3m (0,3,5,6) Tanto de la tabla 1 como de las ecuaciones, se observa que Pp y Pi son complementarios. La figura 3 muestra la reducción de Pp por mapas K: La función reducida es: Pp (A, B, C) = A’B’C + A’BC’ + AB’C’ + ABC = (1) (2) (3) (4) = A’(B’C + BC’) + A(B’C’ + BC) = = A’(B r C) + A(B r C)’ = =ArBrC Como Pi es el complemento de Pp, entonces: Pi (A, B, C) = (A r B r C)’ El circuito que representa a la función Pp junto con una posible aplicación podemos observarla en la figura 4. Cuando los bits transmitidos alcanzan su destino,
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Montaje Figura 4
son alimentados a un circuito comprobador de paridad, el cual es un circuito lógico que examina todos los bits para determinar si la paridad correcta está presente. En un sistema de paridad par, el comprobador de paridad generará una salida baja de error si el número de entradas1 es un número par y una salida de error alta (indicando un error) si el número de entradas 1 es impar. En un sistema de paridad impar sería al contrario. Si ocurre un error en uno de los bits transmitidos, el
Figura 5
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circuito comprobador de paridad lo detectará. Por ejemplo, supongamos que los bits del grupo codificado son 0110 y que estamos usando un sistema de paridad impar. El circuito generador de paridad generará entonces un 1 para un bit de paridad, así que será transmitido 01101. Si estos bits llegan al comprobador de paridad sin cambio, éste producirá una salida 0 (ningún error). Sin embargo, si uno de los bits cambia antes de llegar al verificador de paridad (tal como 00101 en lugar de 01101), el comprobador de paridad se hará alto indicando que ha ocurrido un error en la transmisión. La salida de error puede usarse para sonar una alarma, detener la operación del sistema o activar un indicador de error. Debería ser aparente que este método de paridad puede detectar errores únicos pero no puede detectar errores dobles. Esto es porque un error doble no cambiará la paridad del grupo de bits, así que el verificador de paridad indicará ningún error. También, este método de paridad no señala al error; esto es, no determina al bit erróneo. Para detectar y señalar errores dobles, deberán usarse métodos más sofisticados, que permitan hacer correcciones. Para la transmisión de datos, entonces, contar con algún método que permita detectar errrores en la comu-
Detector de Prioridad de Eventos nicación resulta fundamental, pero: ¿qué tiene que ver la paridad con la detección de eventos? simplemente que, asi como es posible detectar mediante un arreglo si se ha cometido un error o no, también es posible detectar cuál dato es el que llego primero a un arreglo circuital y de ese tema trata nuestro circuito. Para más información puede visitar http://azul2.bnct.ipn.mx.
Asociado a cada llave de entrada existe un flip-flop tipo set-reset (RS) formado por dos puertas NAND de integrados 7400. Estos flip-flops tienen sus salidas conectadas a un conjunto de 3 puertas NAND de 3 entradas que realizan al mismo tiempo la detección de prioridad e inhiben las entradas de las puertas que fueron accionadas después. Así, tendremos un nivel bajo (LO-low) solamente en la salida de la puerta correspondiente a la llave accionada
El Circuito Detector de Prioridad de Eventos ¿Quién responde primero a una pre gunta o realiza una tarea? ¿Cuál llega primero a la línea de meta? ¿Cuál es el interruptor o microswitch que se acciona en primer lugar en una alarma o proceso industrial? El circuito que describimos está destinado a detectar cuál de las tres llaves es la primera en presionarse, teniendo algunas finalidades prácticas interesantes. Una de ellas es su utilización en concursos, donde podemos establecer una tarea o hacer una pregunta y detectar con facilidad quién la realiza o responde en primer lugar. En un sistema de protección doméstica o, incluso, industrial, las llaves de presión pueden ser sensores que activarán lámparas indicadoras de prioridad. El circuito tiene por base integrados TTL y prevé 3 canales de accionamiento. Teniendo por base integrados TTL, se lo alimenta por la red local y puede activar tanto cargas de potencia (lámparas de 110/220V hasta 100W) como cargas menores, o hacer el control de otros dispositivos, en un sistema de automatismos. Todos los componentes empleados en el proyecto son comunes, no habiendo ninguna dificultad para su realización práctica, pudiéndose modificar la versión original con ciertas adaptaciones que lleven al accionamiento de LEDs o lámparas de 6V y una alimentación con pilas comunes. Como los relés sugeridos poseen dos contactos reversibles, los no aprovechados en esta versión pueden usarse para el accionamiento de una alarma sonora u otro dispositivo equivalente.
Figura 6
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Montaje en primer lugar, mientras que en las demás tendremos el nivel alto (HI-High). Los niveles lógicos de estas salidas son aplicados a inversores (7404) para poder excitar las bases de transistores drivers de relés. Estos transistores, que en el nivel bajo de salida de los inversores permanecen en el corte, se saturan en el nivel alto, energizando la bobina. Como solamente un inversor recibe el nivel bajo cada vez (dada la detección de prioridad), sólo un relé es energizado cada vez, accionando la lámpara indicadora equivalente. El rearme del circuito se hace reseteándose directamente los flip-flops RS con un interruptor de presión, que momentáneamente pone a tierra las entradas Reset. La alimentación para el sector TTL viene de un único regulador 7805, ya que el consumo de corriente es relativamente bajo, y la tensión de alrededor de 12V para los relés viene de un transformador, después de la rectificación y el filtrado simple. Este mismo transformador, con corriente un poco mayor que la especificada originalmente, puede ser usado para alimentar lámparas de 12V en lugar de las lámparas de 110/220V c.a., o bien un oscilador de alarma, según el criterio del proyectista. El fusible F1 sirve de protección para todo el sistema. En la figura 5 tenemos el circuito completo del aparato. La figura 6 muestra la placa de circuito impreso, donde aparecen los principales componentes. Para los integrados sugerimos la utilización de zócalos (bases), y el uso de un pequeño disipador de calor para CI-5. Los relés MCH2RC2 de 12V deben ser montados en zócalos, para mayor confiabilidad, ya que esto facilita su sustitución y también evita que el calor en proceso de soldadura los afecte. La salida del CI-5 con una tensión de 5V se conecta a los pines 14 de todos los integrados TTL, mientras los pines 7 de estos mismos integrados deben ser puestos a tierra. Para los transistores drivers tenemos diversas posibilidades ya que cualquier tipo NPN de silicio de uso general sirve para este fin. Para aplicaciones como detector de prioridad en juegos y competencias sugerimos la utilización de interruptores de presión que serían tomados por los competidores, que los accionarían a la señal de una luz verde. Esta luz sería activada por el juez, en el momento oportuno, estando conjugada al sistema de reset para evitar que, mantenida la presión sobre cada interruptor, se produjera una detección incorrecta. Para otros tipos de aplicaciones, las entradas de los interruptores, como las salidas para las lámparas o indicadores, pueden hacerse con enchufes o puentes. En
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Lista de Materiales del Sensor de Toque (figura 3) CI1, CI2 - 7400 - circuito integrado digital CI3 - 7410 - circuito integrado digital CI4 - 7404 - circuito integrado digital CI5 - 7805 - circuito integrado digital Q1, Q2, Q3 - BC548 o equivalentes - transistores NPN D1, D2, D3 - 1N4148 - diodos de uso general
D4, D5, D6 - Leds de 5 mm RL1, RL2, RL3 - Relés para circuitos impresos F1 - 5A - fusible SW1 a SW4 - pulsadores normalmente abiertos SW5 - interruptor simple R1 a R10 - 1kΩ C1 - 10µF - electrolítico x 16V C2 - 1000 - electrolítico x 16V Varios Placa para sensor, batería de 9V, placa de circuito impreso, cables, estaño, etc.
este tipo de aplicación sólo debe respetarse la corriente máxima de los contactos de los relés. Para probar el funcionamiento del circuito, después de conectar la unidad, accionando SW5 presione por un instante el botón de reset (SW4). Si no se apagan todos los Leds presione SW3. Después, experimente apretar SW1. El Led correspondiente debe encenderse y permanecer así. Para probar SW2, antes presione SW4 por un instante (o SW3), para resetear el sistema. Pruebe también SW3. Estando el aparato listo, sólo resta instalarlo definitivamente. Recuerde que, una vez conectada la fuente de alimentación (SW5), el aparato estará listo para el disparo, no debiendo ser apretado ningún interruptor hasta que venga la orden para esto. Como en cada caso la salida controlará el estado de relés, entre sus contactos podrá conectar el sistema que Ud. prefiera, ya sea una sirena, una lámpara o cualquier otro sistema de aviso. ✪