semaforo

Semáforo


Se pide idear, diseñar y llevar a cabo en protoboard, un circuito que a su salida opere como un semáforo de 3 faros (luces), aplicando los conocimientos obtenidos en las prácticas anteriores sobre circuitos astables y monostables.
Paralelamente, programar el mismo sistema para el microcontrolador GP32.
Dicho semáforo deberá funcionar respetando periódicamente un patrón deintervalos por el cual las luces se encenderán en una determinada combinación. Los colores a utilizar son ROJO, VERDE y AMARILLO.
El diagrama temporal es el siguiente: (basado en un semáforo real)




Vemos que el periodo se encuentra dividido en 8 intervalos de 1 segundo, y para cada cual las variables (luces) se encuentran cada una en un estado. Por tanto necesitaremos idear un sistema contadorpara identificar cada uno de esos intervalos, y a partir de eso asignarle un valor a cada salida.
Por empezar emplearemos un circuito astable para que marque el tiempo de los intervalos. Calibraremos su ciclo de trabajo lo más cercano al 50% posible, pero no exacto, por lo siguiente:

Siendo la fórmula del duty cycle:
Rb
D =--------------
Ra + 2Rb

La única forma de lograr un duty del 50% es llevando Ra a 0, es decir reemplazándola por un cable. Esto no supondría un problema si no estuviéramos puenteando el terminal 7 del LM555 con el 8, el 4, el 2 y Vcc. Explicándolo mejor, se podrían quemar varios transistores dentro del integrado ubicados entre esos terminales, por lo cual no podemosprescindir de Ra, de modo que el ciclo de trabajo del astable lo aproximaremos al 50%, pero no demasiado. Para la práctica se utilizó una Ra = 28,8K y una Rb = 57,6K formando un duty del 40% que para lo que se va a utilizar al astable es aceptable.
En cuanto a la frecuencia de operación, queremos que la salida del astable cambie de estado cada un segundo aproximadamente, por lo tanto el periododel mismo será del doble, es decir, 2 segundos. La frecuencia entonces será de 1/2Hz. La formula para la frecuencia de operación es la siguiente:

1,44
f = ----------------------
( Ra + 2Rb ) C

Reemplazando los valores de Ra=28,8K y Rb=57,6K y para una frecuencia de 1/2Hz, despejamos una capacidad de 10uF(en realidad la misma había sido prefijada en 10uF y fueron las resistencias las que se adaptaron, ya que en el mercado es más facil conseguir valores de resistencia que de capacidad).
Tenemos entonces un valor lógico que oscilará entre 1 y 0 una vez por segundo (aproximadamente) pero ésto no es suficiente para lograr que cada luz se encienda en su determinado estado. Se podría idear una seriede astables, todos con la misma frecuencia pero con distintos ciclos de trabajo cada uno, y cada salida del semáforo conectarla a un astable, no obstante el problema inmediato que tendríamos es que muy probablemente se desincronicen con facilidad debido a la tolerancia en los componentes resistivos o capacitivos, y el semáforo no funcione correctamente. Todas las salidas deben depender de unaprimera base de tiempo impuesta por el mismo astable.
Sin embargo, paralelamente necesitamos otras bases de tiempo, múltiplos de la base otorgada por el primer astable, es decir, mientras el astable cambia su estado cada 1 segundo, necesitamos otro circuito que lo haga cada 2, y otro cada 4, para luego combinar esas variables convenientemente por medio de circuitos combinacionales y conseguir losestados necesarios a las salidas del semáforo. Estaríamos tomando los segundos transcurridos como valores expresados en código binario, y las distintas bases de tiempo serían las variables binarias en cuestión (cada una con su peso correspondiente). Podemos incluso plantear la tabla de verdad, a partir del diagrama de tiempos:




Siendo la Base 1 la salida negada del primer astable, que...