LII P5 Circuitos digitales

Laboratorio Integrado de Ingeniería Industrial

Práctica 5

Práctica 5. Circuitos digitales: control del nivel de un depósito

1. Objetivos
• Conocer el funcionamiento de sistemas de control digital.
• Conocer el funcionamiento y la utilidad de los circuitos integrados de tecnología digital.
• Saber diseñar e interpretar los circuitos digitales para el control de sistemas reales.

2. Circuito decontrol automático de nivel
2.1. Próposito del circuito
En esta práctica se calculará, montará y verificará un circuito de control automático de nivel de
un tanque de agua basado en lógica binaria. El objetivo del circuito es mantener el nivel de líquido
que hay en un tanque entre los niveles máximo y mínimo, teniendo en cuenta que el tanque tiene un
tubo de salida por el que se puede demandar máso menos agua, y un tubo de entrada, procedente de
una bomba, que permite llenar el tanque. La Figura 1 representa el esquema de planta con el tanque,
su salida, la bomba y el circuito de control. El motor de la bomba de llenado será gobernado por la
salida del circuito de control, de forma que cuando el nivel del tanque descienda del nivel mínimo,
se active la bomba y esta llene el tanque hastaalcanzar el nivel máximo, momento en el que la
bomba debe parar.

Figura 1. Esquema de la planta de control de nivel.

2.2. Descripción del circuito
El esquema completo del circuito de control de nivel se puede ver en la Figura 2. El elemento
principal del circuito es un circuito integrado representado en el esquema como IC1, que se
compone de cuatro puertas NAND, representadas como IC1A a IC1D.Para cada puerta se indican los
números de los terminales concretos de entrada y salida que se utilizan del circuito integrado,
considerando que se usa un 74HC132. Además, este circuito integrado necesita conectarse a la
fuente de alimentación de 5V, a través de sus terminales 7 y 14, lo que se representa en la parte
inferior en el esquema con las etiquetas IC1-VCC y IC1-GND.
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Práctica 5

Figura 2. Esquema del circuito de control de nivel.

Las puertas IC1B y IC1C forman un biestable RS, cuya salida Q se activa (5V) con un pulso de
nivel bajo (0V) en la entrada S, y se desactiva (0V) con un pulso de nivel bajo (0V) en la entrada R.
La salida Q del biestable tiene el valor complementario de Q. La puerta IC1A se utiliza como un
simpleinversor lógico, de forma que en su salida (S) hay un valor complementario al de su entrada
S, es decir, si S esta a nivel alto (5V), en S habrá un nivel bajo (0V), y viceversa. Finalmente la
puerta IC1D se utiliza para crear un oscilador de onda cuadrada junto con R5 y C2, de forma que el
diodo LED D6 se encenderá intermitentemente cuando la línea Q esté a nivel alto.
Las entradas S de IC1A y R de IC1Cse conectan directamente a las sondas metálicas que sirven
para detectar los niveles de agua en el tanque. Dado que el circuito integrado 74HC132 está
fabricado con tecnología MOS, las corrientes que se requieren en sus entradas son muy pequeñas.
Por eso las entradas pueden detectar correctamente los niveles de tensión alto (5V) y bajo (0V)
aunque esas tensiones se apliquen a través de unaresistencia de alto valor, como la que puede tener
un líquido como el agua. En la parte inferior del depósito se debe colocar la sonda correspondiente a
la línea común o referencia de 0V, etiquetada como COM en el esquema. Mientras que el nivel esté
por encima del nivel mínimo, el líquido conectará la sonda COM con la sonda MIN,
proporcionando en esta un nivel bajo próximo a 0V. Además, cuando ellíquido alcance o supere el
nivel máximo, el líquido también conectará la sonda COM a la sonda MAX generando en esta un
nivel bajo. Para garantizar que en las entradas S y R hay un nivel alto (5V) cuando el agua no
conecta la sonda COM con las sondas MIN o MAX porque el nivel es muy pequeño, se utilizan las
resistencias R2 y R4. Estas resistencias pueden ser de valor alto por el hecho comentado...