[4] generalidades de los ultrasonidos_revista ingenium no 6

7/24/2019 [4] Generalidades de Los Ultrasonidos_REVISTA INGENIUM No 6

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No. 6 Abril de 2007 ISNN 1692-0899 ContenidoINGENIUM

3 SISTEMA DIGITAL BASADO EN MICROPROCESADOR.Alberto Cuervo G.

18 GENERALIDADES SOBRE LOS ULTRASONIDOSAn drs Dav id Restr epo G.

26APLICACIONES DE RECONOCIMIENTO DE HABLA USANDO MICROSOFT SPEECHSERVER 2004 Y SASDK (MICROSOFT SPEECH APPLICATION SOFTWAREDEVELOPMENT KIT)Juan Guillerm o Gmez T., JosAbada, Johan Meusbu rg er

32DISEO Y ELABORACIN DE MATERIALES DIDCTICOS CON TECNOLOGASINFORMTICAS PARA LOS CURSOS DE ESTADSTICA Y PROBABILIDAD ENINGENIERALui s Alber to Rinc n A., Marco Au relio Tabares B., Fabio Herney Gon zlez Vsquez

38

SOFTWARE PARA TRANSMISIN DE EXPRESIONES MATEMTICAS A TRAVS DE

LA WWW. PROTOTIPO DE CHAT MATEMTICO.Hctor Fabin Ec hev erri Q ., Joh n Edw ard Cor ts L., Fer nando Eduard o Ramrez M.

47 CUANDO LA CONTAMINACIN AMBIENTAL NO SE VE: EL PROBLEMA GLOBALDE LA CONTAMINACIN ELECTROMAGNTICA. Parte 1Javier Salvador Rojas

58SISTEMA DE CONTROL DE CALIDAD DE PIONES CON VISION ARTIFICIALJulin A. Mina C., Fabio A. Rincn L., Hctor F. Echeverri Q., Edgardo S. Barraza V.,Ped ro J. Daz P.

69 LA FUNCIN LOGSTICA DE LOS NEGOCIOS Y LA TECNOLOGA DEINFORMACINlvar o Ivn J imnez A.

80DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA PARA INSPECCIN DE TUBERASBASADO EN TCNICAS DE ULTRASONIDO

John Jmenez, Sandra Liliana Victoria

86 CALIBRACIN EXPLCITA DE CMARAS DIGITALES CON DISTORSIN MEDIANTEREDES NEURONALES ARTIFICIALESEduardo Caicedo, Humberto Loaiza, Jess Alfonso Lpez, Julio Csar Milln B.

106INVESTIGACIN DE OPERACIONES, FACTOR CLAVE EN EL MEJORAMIENTO DELA GESTIN LOGSTICAJairo Arboleda Z.

115 LA INGENIERA HUMANA. ASPECTOS EPISTEMOLGICOS.Ral Alberto Garca D.

119 PRINCIPIOS Y ELEMENTOS DE SEGURIDAD INFORMTICAEdgar Valds C.

137

DISEO Y ELABORACIN DE MATERIALES DIDCTICOS CON

TECNOLOGAS INFORMTICAS PARA EL CONTROL ESTADSTICO DECALIDADPedro Joaqun Daz P., Luis Alberto Rincn A., Marco Aurelio Tabares B.

149 LA CULTURA DE LA ECOEFICIENCIA EMPRESARIALLuis Antonio Gonzlez E., Julio Arnoby V.

No. 6 Abril de 2007 ISNN 1692-0899 ContenidoINGENIUM

3 SISTEMA DIGITAL BASADO EN MICROPROCESADOR.Alberto Cuervo G.

18 GENERALIDADES SOBRE LOS ULTRASONIDOSAn drs Dav id Restr epo G.

26APLICACIONES DE RECONOCIMIENTO DE HABLA USANDO MICROSOFT SPEECHSERVER 2004 Y SASDK (MICROSOFT SPEECH APPLICATION SOFTWAREDEVELOPMENT KIT)Juan Guillerm o Gmez T., JosAbada, Johan Meusbu rg er

32DISEO Y ELABORACIN DE MATERIALES DIDCTICOS CON TECNOLOGASINFORMTICAS PARA LOS CURSOS DE ESTADSTICA Y PROBABILIDAD ENINGENIERALui s Alber to Rinc n A., Marco Au relio Tabares B., Fabio Herney Gon zlez Vsquez

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SOFTWARE PARA TRANSMISIN DE EXPRESIONES MATEMTICAS A TRAVS DE

LA WWW. PROTOTIPO DE CHAT MATEMTICO.Hctor Fabin Ec hev erri Q ., Joh n Edw ard Cor ts L., Fer nando Eduard o Ramrez M.

47 CUANDO LA CONTAMINACIN AMBIENTAL NO SE VE: EL PROBLEMA GLOBALDE LA CONTAMINACIN ELECTROMAGNTICA. Parte 1Javier Salvador Rojas

58SISTEMA DE CONTROL DE CALIDAD DE PIONES CON VISION ARTIFICIALJulin A. Mina C., Fabio A. Rincn L., Hctor F. Echeverri Q., Edgardo S. Barraza V.,Ped ro J. Daz P.

69 LA FUNCIN LOGSTICA DE LOS NEGOCIOS Y LA TECNOLOGA DEINFORMACINlvar o Ivn J imnez A.

80DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA PARA INSPECCIN DE TUBERASBASADO EN TCNICAS DE ULTRASONIDO

John Jmenez, Sandra Liliana Victoria

86 CALIBRACIN EXPLCITA DE CMARAS DIGITALES CON DISTORSIN MEDIANTEREDES NEURONALES ARTIFICIALESEduardo Caicedo, Humberto Loaiza, Jess Alfonso Lpez, Julio Csar Milln B.

106INVESTIGACIN DE OPERACIONES, FACTOR CLAVE EN EL MEJORAMIENTO DELA GESTIN LOGSTICAJairo Arboleda Z.

115 LA INGENIERA HUMANA. ASPECTOS EPISTEMOLGICOS.Ral Alberto Garca D.

119 PRINCIPIOS Y ELEMENTOS DE SEGURIDAD INFORMTICAEdgar Valds C.

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DISEO Y ELABORACIN DE MATERIALES DIDCTICOS CON

TECNOLOGAS INFORMTICAS PARA EL CONTROL ESTADSTICO DECALIDADPedro Joaqun Daz P., Luis Alberto Rincn A., Marco Aurelio Tabares B.

149 LA CULTURA DE LA ECOEFICIENCIA EMPRESARIALLuis Antonio Gonzlez E., Julio Arnoby V.


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INGENIERA

Jefferson Ocor MontaoPresidente del Consejo Superior

Hebert Celn NavasRector

Mara Nelsy Rodrguez LozanoVicerrectora

Carlos Alberto Henao LondooGerente Financiero

Mauricio Morales GmezGerente de Bienestar Universitario

Beatriz Delgado MottoaGerente Administrativo

Luis Alberto Rincn AbrilDecano de Facultad

DirectorDiego Fernando Duque Betancourth

Comit EditorialArmando A. Aroca A., M Sc., Profesor Universidad Santiago de CaliDiosdado Baena G., Ph D., Profesor Universidad Nacional de Colombia.Diego Fernando Duque B., M Sc., Profesor Universidad Santiago de Cali

Armando Lucum, Ph D., Profesor Universidad Santiago de CaliAndrs Milln, M Sc., Profesor Universidad Santiago de CaliJavier S. Rojas, M Sc., Profesor Universidad Santiago de CaliNelcy Surez L., M Sc., Profesor Universidad Santiago de Cali


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EDITORIAL.

Progresivamente la Facultad de Ingeniera de la Universidad Santiago de Cali, havenido consolidando y demostrando la calidad de su gestin bsica, gracias al

reconocimiento de condiciones mnimas de Calidad para la casi totalidad de sus

Programas acadmicos, otorgado por el Ministerio de Educacin y la Categorizacin de

un amplio nmero de Grupos de Investigacin, otorgado por Colciencias.

A la fecha, los tres programas de Especializacin: Produccin, Gerencia Ambiental y

Desarrollo Sostenible y Gerencia Estratgica de Sistemas de Informacin; los cinco

Programas de Ingeniera. Bioingeniera, Ingeniera Comercial, Ingeniera Electrnica,

Ingeniera Industrial e Ingeniera de Sistemas y el Programa de Tecnologa en Sistemashan recibido la Acreditacin de Condiciones Mnimas de Calidad.

As mismo, de los nueve grupos de Investigacin que conforman el Centro de Estudios

e Investigaciones de Ingeniera (CEII), cinco estn categorizados por Colciencias,

siendo ellos: el Grupo de Investigacin de Operaciones (GIO) en la Categora A, los

Grupos de Computacin Mvil y Banda Ancha (COMBA), Mejoramiento de la Calidad

(IDEAS), Tecnologa de Informacin y Comunicacin para la participacin ciudadana

(SIECO) en la Categora B y Telemedicina (GITUSC) en la Categora C. Estacategorizacin dada por Colciencias para los Grupos de Investigacin, reconoce la

produccin que en los mismos se ha venido dando, parte de la cual se divulga en esta

Edicin de la Revista Ingenium

Esta Edicin presenta a la Comunidad Acadmica un contenido mucho ms acorde con

los objetivos de la revista frente a las anteriores ediciones, por cuanto los artculos que

se estn publicando son, en su gran mayora, informes de avances o resultados finales

de los Proyectos de Investigacin adelantados por los Docentes y Estudiantes de la

Facultad.

Luis Alberto Rincn Abril

Decano.


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SISTEMA DIGITAL BASADO EN

CROPROCESADOR

Por: Alberto Cuervo Garca1

Resumen

Se describe un diseo basado enmicroprocesador para medir la temperaturade un lquido contenido en un recipiente.

El sistema digital tiene una memoria EPROMde ocho kbytes y una memoria RAM de doskbytes. Tiene tambin una interface perifricaprogramable conteniendo tres puertos deentrada/salida y un convertidor analgico-

digital para obtener el valor de la temperaturasuministrado por un sensor.

Se elabora el programa para realizar estasfunciones y dar una seal de alarma luminosasi la temperatura es superior de un valorestablecido mediante interruptores.

Palabras Claves: Microprocesador,interrupcin, puertos, convertidor analgico-digital, bus de datos, bus de direcciones.

Abstract

It is described a microprocessor based designto measure the temperature of a liquid in acontainer.The digital system has an eight kbytesEPROM memory and a two kbytes RAMmemory. It also has a programmableperipheral interface with three input/outputports and an analog to digital converter to getthe temperature value suplied by a sensor.

1 Ingeniero Electricista, Especialista enTelecomunicaciones del rea de Electrnica. M. Sc. enElectrnica del Estado Slido: Microelectrnica.Docente Tiempo Completo de Ingeniera de Sistemasde la Universidad Santiago de Cali. Ms de 20 aos deexperiencia en la docencia universitaria y 25 aos deexperiencia profesional, habiendo sido miembro decomits regionales y nacionales del sector elctricocolombiano. Vinculado al Grupo de Investigacin enInstrumentacin Electrnica (GIE).

It is developed the program in order to dothese actions and supply an alarm signalwhen the temperature is above the levelestablished with switches.

Keywords: Microprocessor, interrupt, ports,analog to digital converter, data bus, addressbus.

Introduccin

El presente artculo tiene como objetivodescribir el diseo de un sistema digitalbasado en el microprocesador de 8 bits 8085de Intel. Este sera el ltimo de losmicroprocesadores de 8 bits de propsitogeneral desarrollado por la firma Intel

Corporation y consiste de una versinmejorada de su microprocesador 8080.

Se seleccion el microprocesador 8085 porlas ventajas que ste ofrece entre losmicroprocesadores de 8 bits, entre las cualesse pueden nombrar su generador interno dereloj, su controlador interno del sistema, subajo costo y su amplio repertorio de chips desoporte que lo hacen atractivo enaplicaciones de control.

El sistema descrito consiste, adems delmicroprocesador, de una memoria RAM de 2Kbytes, una memoria EPROM de 8 Kbytes enla cual residir el programa, 3 puertos deentrada/salida programables y un convertidoranalgico/digital el cual es utilizado paraobtener el valor de la temperatura de unlquido contenido en un recipiente. El sistemadigital diseado es apropiado para serimplementado como proyecto de curso de unsemestre de duracin por estudiantesrelacionados con el tema de

microprocesadores.

El microprocesador

La distribucin de terminales del circuitointegrado del microprocesador 8085 semuestra en la figura 1. Como se puedeobservar en la figura, este microprocesadoropera con una sola fuente de alimentacin de


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+ 5 voltios conectada entre los terminales 20y 40.

Las lneas TRAP, RST 7.5, RST 6.5, RST 5.5e INTR (Interrupt Request) son entradas deinterrupcin por donde los dispositivos

perifricos pueden solicitar atencin delmicroprocesador. Presentan distintos nivelesde prioridad, siendo TRAP la lnea msprioritaria e INTR la de menor prioridad.

A una solicitud de interrupcin por la lneaINTR, el microprocesador contesta con unpulso negativo INTA (Interrupt Acknowledge)si acepta la interrupcin. Durante el pulsoINTA, el dispositivo perifrico deber colocaren el bus de datos del microprocesador elvector de interrupcin el cual consiste de un

cdigo de 8 bits que tiene la informacin de ladireccin de memoria donde est ubicada lasubrutina de servicio del dispositivo. El cdigode este vector de interrupcin o RSTn esigual a 11NNN111, donde n es un nmero de3 bits igual a NNN. Introduciendo este cdigocon el pulso INTA el microprocesador guardala direccin de memoria de retorno en la pilay salta a la direccin 8 * n.

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X1

X2

RESET OUT

SOD

SID

TRAP

RST 7.5

RST 6.5

RST 5.5

INTR

INTA

AD0

AD1

AD2

AD3

AD4

AD5

AD6

AD7

8085

Vcc (+5v.)

HOLD

HLDA

(CLK) OUT

RESET IN

READY

IO/M

S1

RD

WR

ALE

S0

A15

A14

A13

A12

A11

A10

A9

A8

MICROPROCESADOR

Figura 1. Distribucin de terminales

Se debe destacar que el microprocesadorgenera automticamente en su interior losdistintos vectores de interrupcin a lassolicitudes efectuadas por las otras entradasde interrupcin, por lo que se producir unabifurcacin de forma automtica a las

direcciones de memoria donde debern estarubicadas las subrutinas de atencincorrespondientes o un salto a las mismascomo se muestra en la tabla 1.

Tabla 1.Direcciones de bifurcacin.

Solicitudpor:

Bifurca a la direccin:decimal Binario hexadecimal

TRAP 36 0000000000100100 0024RST 7.5 60 0000000000111100 003CRST 6.5 52 0000000000110100 0034RST 5.5 44 0000000000101100 002C

La lnea RST 7.5 tiene una caractersticadistinta a las otras. El flip-flop de solicitud deinterrupcin asociado al dispositivo seencuentra internamente en elmicroprocesador, lo que hace que esta lneasea sensible al flanco de subida de un pulsoaplicado a la misma por el hardware deldispositivo.

En cualquier otra lnea (INTR, RST 6.5 Y RST5.5) debe permanecer un nivel de 1 fijo hasta

que la interrupcin sea reconocida por elmicroprocesador.

El flip-flop interno de solicitud de interrupcinasociado a la lnea RST 7.5 se resetea conuna de las siguientes acciones:

1. Reseteando al microprocesador, esto es,colocando un 0 en la entrada (Reset In).

2. Mediante el software con una instruccinSIM (Set Interrupt Mask) con el bit 4 delacumulador en 1.

3. Automticamente con un reconocimientodel microprocesador a una solicitud deinterrupcin por la lnea RST 7.5.

La lnea TRAP es sensible tanto a un flancocomo a un nivel aplicado. Esta entrada debeir a 1 y permanecer en 1 hasta que seareconocida la solicitud de interrupcin. Unanueva interrupcin no ser reconocida hasta


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que esta lnea vaya a 0 y despusnuevamente a 1.

Las lneas de interrupcin excepto TRAPpueden ser enmascaradas o inhabilitadasmediante una instruccin DI (Disable

Interrupt) lo cual coloca al flip-flop internoINTE en el estado 0. Este flip-flop es elresponsable de habilitar o inhabilitar laslneas de interrupcin excepto TRAP que esuna lnea no-enmascarable. Con lainstruccin EI (Enable Interrupt) se coloca alflip-flop INTE en 1 habilitando todas las lneasde interrupcin.

Cuando el microprocesador reconoce unainterrupcin, automticamente colocaINTE=0, inhabilitando todas las lneas

enmascarables, por lo que en el softwarehabr que ejecutar la instruccin EI parapermitir futuras interrupciones por estaslneas.

Si INTE=1, las lneas RST 7.5, RST 6.5 yRST 5.5 pueden ser inhabilitadasindividualmente colocando un cdigoapropiado en un registro interno delmicroprocesador denominado registro demscaras como se muestra en la figura 2.

M7.5 M6.5 M5.5MSER7.5XSOESOD

01234567

Figura 2. Reg. de mscaras del microprocesador

Bits 0, 1 y 2. Un 1 colocado en estos bitsdel registro inhabilita la lnea respectiva.Un 0 la habilita.Bit 3. MSE (Mask Set Enable). Lainstruccin SIM mueve el contenido del

acumulador al registro de mscaras. El bit3 debe estar en 1 cuando se ejecute lainstruccin SIM para poder alterar los bits0, 1 y 2 anteriores.Bit 4 R7.5. Un 1 colocado en el bit 4resetea el flip-flop interno de solicitud deinterrupcin asociado a la lnea RST 7.5.Bit 7 SOD = Serial Output Data. Elterminal 4 del microprocesador por el cual

se transmiten datos en forma serial esuna rplica de este bit del registro demscaras el cual puede ser colocado enun determinado nivel lgico mediante lainstruccin SIM. Con esta instruccin, elbit 7 del acumulador es colocado en el bit

7 del registro de mscaras si el bit 6(SOE= Serial Output Enable) es colocadoen 1.

Las funciones de los distintos bits colocadosen el registro de mscaras se describen acontinuacin.

La instruccin RIM (Read Interrupt Mask)almacena en el acumulador delmicroprocesador el estado de las mscarasde interrupcin, las interrupciones pendientes

y el nivel del terminal 5 SID (Serial InputData) utilizado para recibir datos en formaserial. De esta forma el estado de lasinterrupciones puede ser monitoreado bajo elcontrol del programa. Cuando lasinterrupciones estn inhabilitadas peropendientes, el programa puede de formaselectiva habilitar una lnea en particular paraatender una solicitud de interrupcin encuestin.

El contenido del acumulador despus de una

instruccin RIM se muestra en la figura 3.

M6.5 M5.5M7.5I EI 5.5I 6.5I 7.5SID

Mscaras deinterrupcin

INTE

Interrupciones pendientes

Serial Input Data

Figura 3. Contenido del acumulador despus de RIM

Terminales 1 y 2. (X1) y (X2). Estosterminales son utilizados para fijar lafrecuencia interna de los pulsos de reloj. Enestos terminales se puede colocar un cristalde cuarzo o una resistencia cuando laestabilidad de la frecuencia del reloj no es unfactor determinante. En el sistema digitaldescrito se utiliza una resistencia de 10


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Kohmios que fija la frecuencia de los pulsosde reloj 1.5 MHz.

Terminal 36 (Reset In). Colocando estaentrada en 0 se resetea el microprocesadorprovocando las siguientes acciones.

1. Se limpia el contador de programa, por loque el microprocesador comenzarejecutando la instruccin que seencuentre en la direccin 0000H cuando(Reset In) regrese a 1.

2. Las lneas de datos y direcciones, ascomo las lneas de control se colocan enel estado de alta impedancia mientras(Reset In) = 0.

3. Coloca al flip-flop INTE en 0 inhabilitandolas interrupciones. Igualmente se resetea

el flip-flop interno de solicitud deinterrupcin asociado con la lnea RST7.5 y se colocan en 1 las mscaras deinterrupcin.

Mientras (Reset In) = 0, el microprocesadorse encuentra en el estado de Reset en el cualla lnea de salida Reset Out, terminal 3, seactiva con un 1. Se utiliza generalmente comoseal general de reset del sistema y estsincronizada con los pulsos de reloj delmicroprocesador los cuales pueden ser

obtenidos del terminal 37 identificado comoCLK OUT.

La seal HOLD, terminal 39, le indica almicroprocesador que un dispositivo externosolicita tener acceso directo a memoria (DMA: Direct Memory Access). Cuando elmicroprocesador acepta o reconoce lasolicitud, responde colocando en 1 la sealHLDA (Hold Acknowledge), terminal 38. Estoltimo le indica al dispositivo que elmicroprocesador libera los buses de datos y

direcciones, las seales de RD, WR e IO/Mcolocando todas estas lneas en el estado dealta impedancia. Esto permite al dispositivoexterno tomar el control de los buses delsistema para efectuar una transferencia dedatos directamente con la memoria sin laintervencin del microprocesador.

Las seales de RD y WR son pulsosnegativos generados por el microprocesadorpor los terminales 32 y 31 respectivamentecuando va a efectuar una operacin delectura o escritura en la memoria o en unpuerto de entrada/salida.

Las seales S1, S0 e IO/M son seales deestado del microprocesador obtenidas en losterminales 33, 29 y 34 respectivamente queidentifican el ciclo de mquina en curso en elmicroprocesador, esto es, si se trata de unciclo de bsqueda, de un ciclo de lectura dememoria, de un ciclo de escritura dememoria, etc. De estas, la ms utilizada esIO/M que indica si la operacin de lectura oescritura se realiza en memoria o en unpuerto de entrada/salida. IO/M = 0 indica quela operacin se realiza en la memoria e

IO/M= 1 indica que la operacin se efectaen un puerto.

De la misma forma, S1S0=00 indica que elmicroprocesador se encuentra detenido en elestado de ALTO, 01 que se encuentrarealizando una operacin de lectura, 10 unaoperacin de escritura y 11 que se encuentraen el ciclo de mquina de bsqueda en elcual lee de la memoria el cdigo de operacinde una instruccin.

La duracin de un estado en elmicroprocesador se identifica con un perodode los pulsos de reloj. Todos los ciclos demquina tienen 3 estados, excepto el ciclo debsqueda que puede tener 4 6 estadosdependiendo de la instruccin. Todo un ciclode instruccin consta de uno o ms ciclos demquina, entendindose que se produce unnuevo ciclo de mquina cada vez que elmicroprocesador hace referencia a memoria oa un dispositivo de entrada/salida. As porejemplo, la instruccin STA 2382H (Store

Accumulator) que almacena el contenido delacumulador en la direccin de memoriaespecificada consta de 4 ciclos de mquina.Un primer ciclo de bsqueda donde se lee dela memoria el cdigo de operacin de lainstruccin el cual le indica almicroprocesador las actividades que deberealizar a continuacin, 2 ciclos de lectura dememoria (Memory Read) en los cuales se lee


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la direccin de 16 bits especificada por lainstruccin y un ltimo ciclo de escritura dememoria (Memory Write) en donde elmicroprocesador saca por el bus dedirecciones la direccin leda anteriormentepara almacenar en esta localizacin de

memoria el contenido del acumulador queest sacando por el bus de datos.La seal de READY (terminal 35) es utilizadapor un dispositivo de entrada/salida o lamemoria para poder solicitar almicroprocesador uno o ms estados deespera intercalados entre los estados T2 y T3de un ciclo de mquina. As por ejemplo,durante un ciclo de lectura de memoria en elestado T1 al comienzo del ciclo de mquinael microprocesador coloca la direccin de lalocalizacin de memoria que va a leer en el

bus de direcciones y en el estado T3almacena internamente el contenido del busde datos. Si el tiempo de acceso de lamemoria es tal que no le da tiempo a lamisma a colocar el dato en el bus de datostendr que solicitar espera intercalandoestados del mismo nombre entre los estadosT2 y T3 mientras la seal READY=0.

El microprocesador consta de un bus dedatos de 8 bits y un bus de direcciones de 16bits, pudiendo direccionar por tanto 216 = 64

Kbytes de memoria.

A8 a A15 (terminales 21-28) constituyen losbits de mayor orden de la direccin y los bits

AD0 a AD7 (terminales 12-19) son lneascompartidas por el bus de datos y los 8 bitsde menor orden de la direccin. Esto es, laslneas AD0-AD7 constituyen un busmultiplexado. Al comienzo de un ciclo demquina estas lneas son unidireccionales ycontienen los 8 bits de menor orden A0-A7 dela direccin de memoria o de un puerto de

entrada/salida seleccionado. Posteriormenteen el ciclo de mquina estas lneas sonbidireccionales y se convierten en el bus dedatos del sistema.

El pulso ALE (Address Latch Enable) esgenerado por el microprocesador por elterminal 30 al comienzo de un ciclo demquina para indicar que la parte baja de una

direccin se encuentra en las lneas AD0-AD7como se ilustra en la figura 4.

parte alta de la direccin

parte baja de ladireccin

Datovlido

Ciclo de lectura de memoria (Memory Read)

T1 T2 T3 T1

Reloj

A8-A15

ALE

RD

AD0-AD7

dato

Figura 4. Seales durante un ciclo de lectura de memoria

En esta figura se han representado lasseales que ocurren durante un ciclo delectura de memoria. Al comienzo del estadoT1 del ciclo de mquina el microprocesadorcoloca el byte de mayor orden de la direccinen las lneas A8-A15 y permanece constantehasta el final del estado T3 y el byte de menororden de la direccin lo coloca en las lneas

AD0-AD7. Este byte sin embargo permaneceen estas lneas solamente hasta el comienzodel estado T2 en cuyo momento las lneas

AD0-AD7 se convierten en lneas de datos.Observe que el pulso ALE es generadomientras la parte baja de la direccin se

encuentra en las lneas AD0-AD7.

Durante el estado T2 el pulso de lectura RDva a 0 habilitando la salida de memoria ycolocando sta con su demora inevitable sudato en las lneas AD0-AD7. Con el flancopositivo del reloj en el estado T3 elmicroprocesador almacena internamente eldato que le llega por estas lneas. Durantetodo el ciclo, la seal IO/M = 0 indicando quela operacin de lectura se efecta en lamemoria. De acuerdo con la descripcin

anterior se hace necesario demultiplexar oretener la parte baja de la direccin como semuestra en la figura 5.

En esta figura se ha utilizado el latch de 8 bitscon salidas de 3 estados 74LS373 pararetener el byte de menor orden de ladireccin. Las salidas se encuentranpermanentemente habilitadas al estar


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10

conectada su entrada OC (Output Control) atierra 0 voltios. El pulso ALE delmicroprocesador alimenta la entrada C dellatch, por tanto, cuando ALE se hace 1 lassalidas del latch toman los valores de susentradas y cuando ALE regresa a 0 estos

valores son retenidos en el latch.

A15A14A13A12A11A10A9A8

ALE C ocLatch

74LS373

10 Kohmios

20

picofaradios

X1

X2

8085

A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0

D7D6D5D4D3D2D1D0

AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0

+

+5V.

R

C

Reset

Bus de

Direcciones

Bus de

Datos

R : 47 Kohmios

C : 10 microfaradios

Figura 5. El microprocesador con el bus de direcciones demultiplexado

RESET IN

La red RC de 47 Kohmios y 10 microfaradioses utilizada para resetear al microprocesadoren el instante inicial que se conecte laenerga elctrica. El diodo es de seal de

silicio para proteger la entrada (Reset In) decualquier posible oscilacin. El switch deReset se utiliza para resetear almicroprocesador manualmente.

Entre los terminales X1 y X2 se ha conectadouna resistencia de 10 Kohmios para fijar lafrecuencia de los pulsos de reloj a un valoraproximado de 1.5 MHz.

Interface con memoria.

Se debe proveer al sistema digital de unamemoria EPROM de 8 Kbytes y una memoriaRAM de 2 Kbytes. Para cumplir con estosrequerimientos se utilizar el circuitointegrado de una EPROM de 8 Kbytes27C64. Las direcciones de la EPROM debencomenzar en la direccin 0000H. Como la

EPROM tiene 13 lneas de direccin, laslocalizaciones de la misma se podrn accedercon las direcciones que van de 0000H hasta1FFFH.

Para la RAM se utiliza el circuito integrado

TMS4016. La RAM debe comenzar acontinuacin de la EPROM. Como la RAMtiene 11 lneas de direccin, las direccionesen la misma irn desde 2000H hasta 27FFHcomo se muestra en la figura 6.

EPROM

0000 0000 0000 0000

0001 1111 1111 1111

0010 0000 0000 0000

0010 0111 1111 1111

8 Kbytes

2 Kbytes

64 Kbytes

A15 A0. . . . . . .

RAM

Direcciones

Figura 6. Mapa de memoria

bit 13bit 14

Como se puede observar, A14A13 = 00 enlas direcciones de EPROM y A14A13 = 01 enla RAM, por lo que se utilizar undecodificador 2 a 4 para seleccionar estaspastillas como se muestra en la figura 7. Enla misma se muestra al microprocesador consu sistema de memoria. A la lnea de READYse le ha colocado un 1 fijo ya que los tiemposde acceso de las pastillas de memoriautilizadas son adecuados para la frecuenciade los pulsos de reloj fijada con la resistenciade 10 Kohmios. Igualmente se ha colocado

un 0 fijo a la lnea de HOLD y a todas lasentradas de interrupcin que no se utilicen.En la tabla 2 se muestran las funciones de laslneas de las pastillas utilizadas.


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A15

ALE

A14

A13

A12

A11

A10

A9

A8

AD0

AD1

AD2

AD3

AD4

AD5

AD6

AD7

EPROM 27C64

74LS373

C OC

B AG

Y3 Y2 Y1Y0

1/2 74LS139A

DEC

IO/M

Figura 7. Memoria

X1

X210 Kohmios

20 picofaradios

Reset In

Reset Out

Reset 10 microfaradios

47 Kohmios on/off

A la alimentacin

de los CIs

+5v.Ready

TRAP

RST5.5

RST7.5

INTR

HOLD

INTA

HLDAS

1S0

SID

SOD

microprocesador

CLK OUT

RD

WR

RST6.5

CE OEA12 A0.....VccVppPGM DQ7 DQ0.....

alimentacin+5v.

4.7K

A10 A0

SGW

RAM TMS4016

.....

DQ8 DQ1....

D7

A15

A0

Tabla 2. Funciones de las lneas.

Decodificador Memoria RAM Memoria EPROMG : entrada de habilitacin G: habilitacin de salida CE: entrada de seleccinBA:entradas, B mayor orden S: entrada de seleccin OE: habilitacin de salidaY0-Y3: salidas W: habilitacin de escritura A0-A12: lneas de direccin

A0-A10: lneas de direccin DQ0-DQ7: salida de datosDQ1-DQ8: entrada/salida

Convertidor analgico/digital

El convertidor analgico/digital seleccionadoconsiste del circuito integrado ADC0801 osimilar el cual tiene una resolucin de 8 bits.Tiene salida de 3 estados por lo que sepuede acoplar directamente al bus de datosdel microprocesador como un puerto deentrada. Tiene un generador de reloj internopara el proceso de conversin, aunque sepuede utilizar con el reloj del microprocesadoraplicado a su terminal CLK IN si la frecuenciaestuviese comprendida entre 100 y 1460

KHz. Utiliza una simple fuente dealimentacin de +5 voltios. Este convertidorresponde a un voltaje diferencial analgico[Vin(+)Vin(-)]aplicado en sus entradas. Ladistribucin de terminales se muestra en lafigura 8.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Figura 8. Distribucin de terminales del A/D

Vcc

CLK R

DB0

DB1

DB2

DB3

DB4

DB5

DB6

DB7

CS

RD

WR

CLK IN

INTR

VIN(+)

VIN(-)

A GND

D GND

VREF /2

A/D

ADC0801

Comienzo de la conversin. La orden decomenzar la conversin de la seal analgicaaplicada a la entrada del convertidor seefecta cuando van a 0 las seales CS yWR como se muestra en la figura 9a.Cuando se completa la conversin y el datodigital est disponible, el convertidor


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12

responde colocando INTR en 0. Por tantoesta ltima seal puede ser utilizada comoFn de Conversin pudiendo sermonitoreada bajo el control del programa outilizada para solicitar interrupcin delmicroprocesador.

Inicie conversin

Conversin

terminada

CS

WR

INTR

INTR

CS

RD

Dato3er estado 3er estado

Figura 9 Seales en el Convertidor A/D

(a) (b)

Lectura del dato. Para leer el dato digitalconvertido se hacen 0 CS y RD. El

convertidor responde quitando la solicitud deinterrupcin (INTR va a 1) y coloca el datodigital con su demora intrnseca en sus lneasDB7-DB0 como se muestra en la figura 9b.Voltaje de Referencia. El voltaje dereferencia del Conv. A/D determina el rangodinmico de la seal diferencial de entradaVIN = VIN(+)VIN(-).

VREF = Vcc si no se aplica ningn voltaje alterminal marcado como VREF/2. Si se aplicaun voltaje externo a este terminal, por

ejemplo 2 voltios, entonces VREF = 4 voltiosy ste ser el rango de variacin de VIN. Enesta situacin, los escalones en VIN(variacin en VIN en que no cambia la salidadigital) ser igual a 4/28 = 15.625 milivoltioscomo se muestra en la figura 10.Se cumple que VIN = escaln x (valor digital).Por ejemplo, si la salida digital es 00000101 =5dec, entonces VIN = 5 x 15.625 mV =78.125 mV, correspondiendo este valor alcentro del escaln.

Reloj. La frecuencia de los pulsos de relojdebe estar en el rango comprendido entre100 y 1460 KHz. Como la frecuencia del relojdel microprocesador 1.5 MHz, no puede serutilizada para alimentar la entrada CLK IN delconvertidor. La frecuencia de reloj del A/Dpuede ser fijada con una red RC externacomo se muestra en la figura 11. Con R = 10Kohmios y C = 150 picofaradios se obtieneuna frecuencia del reloj del A/D 606 KHz,

valor prximo a 640 KHz recomendado por elfabricante para obtener garantizada laexactitud del Conv. A/D.

00000000

00000001

00000010

00000011

00000100

00000101

entradaanalgica

VIN

11111111...

.

.

.

salidadigital

15.625 mV

15.6

25mV

31.2

5mV

46.8

75mV

62.5mV

78.1

25mV

3.9

84v

Figura 10. Funcin transferencial

escaln

0v.

Sensor de temperatura. El sensor detemperatura seleccionado consiste delcircuito integrado LM335 el cual tiene uncoeficiente de temperatura de 10 mV/ C. A latemperatura ambiente de 25 C tiene unvoltaje 2.98 voltios segn especificacin delfabricante. Su distribucin de terminales semuestra en la figura 12. Por lo anterior a 0Csu voltaje ser 2980mV 10x25= 2.73v y a100C el voltaje en el sensor ser igual a2730mV + 10 x 100 = 3.73v.

R

C

CLK IN

CLK R

CLK

Frec =1.1RC

1

A/D

Figura 11. Ajuste de la frecuencia

El potencimetro de 10 K se utiliza paraajustar el voltaje de salida exactamente en2.982 voltios a 25C y obtener mayorexactitud del dispositivo.


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13

1

2

3

4 5

6

7

8

LM335

ajuste

+

-

NC

NC

NC

NC

NC

V+

salida

10 mv/C

circuito bsico

salida

10 mv/C

RR

10K

sensor calibrado

2.98v a 25C

V+

Figura 12. Sensor de temperatura LM335

Rango de temperaturas. Se desea medirtemperaturas comprendidas en el rango 0C T


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14

direcciones internas para seleccionar losdistintos registros del mismo. Consta de 3puertos A, B y C de entrada/salida los cualesson programados como grupos como semuestra en la figura 14b. Es programado pormedio de 2 bytes de comando, donde el bit 7

selecciona el byte de comando A o el B. Elbyte de comando A programa la funcin delos grupos A y B mientras que el byte decomando B coloca en 1 0 en formaindividual bits del puerto C del 82C55. Losgrupos pueden ser programados en tresmodos diferentes. El grupo B puede serprogramado en el modo 0 1 y el grupo A enlos modos 0, 1 2. Ambos grupos pueden serprogramados como entrada o como salida.

Modo 0. La operacin en el modo 0 ocasiona

que las lneas del grupo funcionen comolneas de entradas con buffer de 3 estados ocomo lneas de salida con registro. Constituyeel modo bsico de operacin.Modo 1. En el modo 1 de operacin, seefecta una transferencia controlada porpulsos por los puertos A o B, mientras que elpuerto C proporciona las seales de dilogo ohandshaking requeridaspara estos puertos.Ya est configurado el puerto como entrada osalida, el dato es almacenado en el mismocomo en un registro.

Modo 2. El modo 2 de operacin slo espermitido para el grupo A. El puerto A seconvierte en bidireccional pudindoseefectuar una transmisin y recepcin de datosa travs de las mismas lneas.

Puerto de entrada en modo 1.

En este modo de operacin, el puertofunciona como un registro conalmacenamiento del dato. Esto permite que eldato permanezca en el puerto hasta que el

microprocesador se encuentre listo paraleerlo. La figura 15 muestra las seales eneste modo de operacin, en donde las lneasPC3, PC4 y PC5 del puerto C no manejandatos, sino seales de dilogo del puerto A.En la figura 15 se ha supuesto que el puerto

A est programado como entrada y el puertoB como salida. El significado de estasseales es el siguiente.

1. STBA: Entrada de pulso que almacena eldato en el puerto A.

2. IBFA (Input Buffer Full) : Salida que indicaque el puerto A contiene un dato

3. INTRA : (Interrupt Request) : Salida desolicitud de interrupcin del puerto A. Un

1 en esta salida puede ser utilizado parainterrumpir al microprocesador. Estasolicitud de interrupcin puede serin/habilitada con el flip-flop INTEA internoal 82C55. Este flip-flop puede sercolocado en 1 0 con el bit PC4 medianteel byte de comando B para el caso delpuerto A programado como entrada.

PA0PA1PA2PA3PA4

PA5PA6PA7

PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7

PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7

D0D1D2D3D4

D5D6D7

RDWRA0A1

CSRESET

82C55

Pu

ertoA

PuertoB

PuertoC

Bus

dedatos

1415161713121110

2524232221201918

37383940123434

33323130292827

53698156

Vcc: 26GND : 7

A1 A0 Seleccin 0 0 Puerto A 0 1 Puerto B

1 0 Puerto C 1 1 Registro de comando

(a)

Figura 14. Interface perifrica programable (a) distribucin determinales y (b) bytes de comando

Puerto C : PC3-PC0

1=entrada0=salida

Puerto B1=entrada0 = salida

Modo0=Modo 01=Modo 1

Grupo B

Grupo A

byte de comando A

Puerto C : PC7-PC4

1=entrada0 = salida

Puerto A1=entrada0 = salida

Modo00 = modo 001 = modo 1

1X = modo 2

1

7 6 5 4 3 2 1 0

0 X X X

7 6 5 4 3 2 1 0byte de comando B

seleccin de 1 bit Bit Set/Reset1 = Set

0 = Reset

(b)

El dispositivo coloca un dato en sus lneas desalida y lo almacena en el puerto A al generarun pulso STBA si el buffer del puerto A estvaco. Este pulso activa las seales IBFA

(buffer de entrada lleno) e INTRA (solicitud deinterrupcin). Una vez que elmicroprocesador reconoce por medio delsoftware (IBFA) o hardware (INTRA) que undato est almacenado en el puerto A, lo leeenviando un pulso de lectura RD. Al leerse eldato del puerto A por el microprocesador, seresttituyen las seales IBFA e INTRA a susestados inactivos hasta que el siguiente dato


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15

sea escrito de nuevo en el puerto A por eldispositivo.

Puerto de salida en modo 1.

En este modo de operacin, el puerto

funciona como un registro que almacena eldato enviado por el microprocesador por elbus de datos con el pulso WR. El significadode las seales asociadas al puerto Boperando como salida en el modo 1 sedescribe a continuacin.

puertoA

al dispositivo

puertoB

STBA

IBFA

INTRA

PC4

PC5

PC3

PC6,PC7

PC0

PC2

PC1OBFB

ACKB

INTRB

dato

dato almacenadoen el puerto

dato ledo porel microprocesador

STBA

IBFA

INTRA

RD

PA0-PA7

RD

WRWR

OBFB

INTRB

ACKB

dato enviadoal puerto

82C55 PB0-PB7

Figura 15. Seales de dilogo

BufferA lleno

Solicitud de interrupcin

BufferB lleno

dato ledodel puerto

2

dato del dispositivo

1. OBFB: (Output Buffer Full: Buffer lleno).

Esta salida se coloca en 0 para indicarque hay un dato escrito o almacenado enel puerto. Regresa a 1 para indicar que eldato fue ledo del puerto por undispositivo externo.

2. ACKB: (Acknowledge: Reconocimiento).Esta seal es una respuesta deldispositivo externo que indica que harecibido el dato del puerto. Ocasiona queOBFB regrese a 1 para indicar que elpuerto est vaco. Tambin ocasiona queINTRB regrese a 1 para solicitar unanueva interrupcin.

3. INTRB: (Interrupt request: solicitud deinterrupcin). Seal utilizada normalmentepara interrumpir al microprocesador.Puede ser inhabilitada colocando un 0 enINTEB. Esto ltimo puede ser efectuadocolocando un 0 en el bit PC2 con el bytede comando B siempre que el puerto Bsea programado como salida.

Los bits del puerto C no utilizados por sealesde dilogo quedan como lneas deentrada/salida de propsito general. En elejemplo de la figura 15 seran los bits PC6 yPC7, los cuales quedan programados o comoentrada o salida en dependencia de cmo se

haya programado el puerto C del grupo A conel byte de comando A.

Lectura del puerto C. Modo 1.

En el modo 1 el puerto C genera o aceptaseales de dilogo con el dispositivoperifrico como se ha visto. La lectura delcontenido del puerto C permite alprogramador monitorear y comprobar elestado de cada dispositivo perifrico y enconcordancia tomar la decisin requerida.

En la figura 16a se muestra un resumen delas seales de dilogo en el modo 1 y en b semuestran los distintos bits cuando se efectauna lectura del puerto C.

STBB

Modo 1

entrada salida

INTRB

IBFB

INTRA

STBA

IBFA

E/S

E/S

PC0

PC1

PC2

PC3

PC4

PC5

PC6

PC7

INTRB

OBFB

ACKB

INTRA

E/S

E/S

ACKA

OBFA

E/S E/S IBFA INTEA INTRA INTEB IBFB INTRB

OBFA E/S E/S INTRA OBFB INTRBINTEA INTEB

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0Programacin como entrada

Grupo A Grupo B

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0Programacin como salida

Grupo A Grupo B

(a) (b)

Figura 16. Bits del puerto C, (a) resumen modo 1 y (b) lectura del puerto C

Seales en el modo 2.

Solamente el grupo A se puede programar enel modo 2, convirtindose el puerto A enbidireccional. Esto permite la transmisin yrecepcin de datos a travs de las mismasocho lneas. Las seales de dilogo en este

modo de operacin se muestran en la figura17.

La entrada de RESET del 82C55 ocasionaque todos los puertos sean inicializados comopuertos de entrada en el modo 0.


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16

Figura 17. Seales en el modo 2

dato delperifricoal 82C55

dato del 82C55al perifrico

dato del 82C55al microprocesador

dato del microprocesadoral 82C55

WR

OBFA

INTRA

ACKA

STBA

IBFA

busperifrico

RD

Observacin: cualquier secuencia donde WR ocurra antes que ACK,y STB ocurra antes que RD es permitida

bus perifrico

RD

WR

PA0-PA7

INTRA

OBFA

ACKA

STBA

IBFA

PC3

PC7

PC6

PC4

PC5

82C55

3PC0-PC2E/S

INTE1: INTE asociado con OBF: controlado por la accinde set o reset de PC6

INTE2: INTE asociado con IBF: controlado por la accinde set o reset de PC4

INTR= INTE2.IBF.STB.RD + INTE1.OBF.ACK.WR

Interface del 82C55 y el Conv A/D a losbuses.

En la figura 18 se ilustra la conexin del82C55 y el convertidor A/D al sistema debuses del microprocesador 8085. Se hanutilizado los bits A3 y A2 para seleccionar aestos 2 circuitos integrados. Observe que eldecodificador queda habilitado con IO/M= 1.De acuerdo con la conexin efectuada lasdirecciones de los distintos puertos, elregistro de comando del 82C55 y el Conv A/D

sern como se muestra en la tabla 3.

En la figura 18 se pueden observar lossiguientes aspectos:

1. A3A2 = 00 selecciona el convertidor y 01selecciona el 82C55

2. Con A3A2 = 01, los bits A1A0seleccionan los distintos elementos del82C55

3. La seal IO/M = 1, habilita eldecodificador, por lo que tanto el

convertidor como los elementos del82C55 se pueden acceder con lasinstrucciones IN o OUT delmicroprocesador

4. El convertidor solicita interrupcin por lalnea RST 6.5 del microprocesador.

5. Todos los puertos son inicialmentecolocados como entradas en el modo 0 alser reseteado el 82C55 con la seal

Reset Out proveniente delmicroprocesador.

Puerto A P uert o C P uert o B

DB7

DB0

DB6

DB5

DB4

DB3

DB2

DB1

del sensor

de temperatura

busdedatos

RDWR

IO/M

CS R D W R

Reset Out

RST 6.5

Reset

CS

A0A1A2A3

del bus de direcciones

A1 A0

G B A

Y0Y1Y2Y3

1/2 74LS139A

Dec

D7

D0

VIN(+)

A/D ADC0801

RD W RD7D6D5D4D3D2D1D0

INTR

74LS04

Figura 18. Conexin de los puertos y el convertidor a los buses

82C55

74LS04

D6D5D4D3D2D1

PA7.....PA0 PC7.....PC0PB7.....PB0

Tabla 3. Direcciones de los dispositivos

Dispositivo DireccinBinario Hexadecimal

Convertidor A/D 00000000 00HPuerto A 00000100 04HPuerto B 00000101 05HPuerto C 00000110 06H

Registro decomando 00000111 07H

Dispositivos perifricos.

Adems del convertidor A/D, el sistema digitaldebe constar de un display de dos dgitospara colocar el valor de la temperatura leda,una alarma luminosa cuando la temperaturasobrepase un valor preestablecido y unteclado de 4 switches para fijar este valor. Portanto, la conexin de estos elementos se

ilustra en la figura 19. Todos los puertosdeben estar configurados en el modo 0. Eldisplay est conectado a travs dedecodificadores BCD/7 segmentos al puertoB el cual debe ser programado como unpuerto de salida donde se almacenar elvalor de la temperatura leda. La entrada RBIde las decenas est conectada a tierra paraque el cero no se ilumine.


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17

El teclado de 4 switches tiene como misinestablecer un valor de temperatura sobre elcual debe activarse la alarma. Este valordebe ser colocado en binario, as si se colocael 0011, la alarma debe iluminarse si latemperatura es mayor de 30C, etc. Un switch

cerrado coloca un 0 y abierto un 1. Losswitches estn conectados a las lneas PA4-PA7 del puerto A el cual debe serprogramado como entrada.

El bit PC0 del puerto C es utilizado comoseal para hacer iluminar la alarma. As,cuando este bit sea 1 hace conducir al diodoemisor de luz infraroja del aislador pticocerrando al TRIAC NTE5641 e iluminndosela lmpara. Por tanto, el puerto C debe serprogramado como un puerto de salida. El

opto-aislador tiene como misin aislarelctricamente las seales dbiles de la altacorriente alterna de 60 HZ que circula por lalmpara de 40 vatios cuando sta seencuentre iluminada y de las lneas dealimentacin de 110 voltios. La resistencia de33 ohmios en serie con el condensador de0.01 microfaradios tiene como objetivominimizar la interferencia de radiofrecuenciascuando se conmuta una alta corriente con elTRIAC NTE5641 como la de la lmpara.

Software

El programa requerido debe inicializar lospuertos del 82C55, ordenar el inicio de laconversin al convertidor analgico/digital yesperar a que ste produzca una solicitud deinterrupcin por la lnea RST 6.5 para leer sudato digital de salida. La lectura del dato se

har en la rutina de servicio. Igualmente sehace una conversin de binario a BCD parallevar en este formato el dato al puerto B yalimentar los decodificadores BCD/7segmentos.

De forma similar se analiza el cdigocolocado en los switches para la toma de ladecisin de iluminar la alarma. En la tabla 4se muestra el programa.

PB7PB6PB5PB4PB3PB2PB1PB0

PC0

display

+5V

PA7PA6PA5PA4

+5v.

4.7K

8 4 2 1

220ohmios

C C

+5V74LS04

110v60 Hz

Figura 19. Display, switches y alarma

Opto-aislador

lmpara40 vatios

0.01microfaradios

200 voltios

TRIAC

220ohmios

33ohmios

MOC3020

switches

NTE5641

470ohmios

MT1

G

MT2

a b c d e f g

alarma

a b c d e f g

D C B A D C B ALT

RBORBI

LTRBORBI

agfedc

b

74LS47A 74LS47A

gfedcba

4.7K

+5v.

NTE3050nodo comn

NTE3050nodo comn

decenas

unidades

74LS47A : decodificador BCD/7 segmentos

Tabla 4. Programa

Programa para leer la temperatura de un lquido, actualizar alarma, visualizar la temperatura en

un display y leer una temperatura establecida mediante switchesCONV EQU 00H ;Direccin del convertidorPTOA EQU 04H ;Direccin del puerto APTOB EQU 05H ;Direccin del puerto BPTOC EQU 06H ;Direccin del puerto CCOMAN EQU 07H ;Direccin reg de comando 82C55

ORG 0000H0000 C3 40 00 JMP INICIO

ORG 0034H ;Direccin del salto por interrupcin


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18

0034 C3 55 00 JMP SERVORG 0040H ;Direccin de comienzo

0040 3E 90 INICIO : MVI A,90H ;Programa los puertos y se lleva0042 D3 07 OUT COMAN ;al registro de comando del 82C550044 3E 00 MVI A,00H ;Para desactivar la alarma y0046 D3 06 OUT PTOC ;se lleva al puerto C PC0=0

0048 31 FF 20 OTRA : LXI SP,20FFH ;Inicializa puntero de la pila en RAM004B 3E 0D MVI A,0DH ;Para habilitar la lnea RST 6.5 y004D 30 SIM ;se lleva al registro de mscaras004E D3 00 OUT CONV ;Inicie conversin0050 FB EI ;Habilita interrupcin0051 00 LAZO : NOP ;Se queda esperando hasta que el0052 C3 51 00 JMP LAZO ;convertidor A/D interrumpa;Lectura del dato del convertidor analgico/digital cuando interrumpe al microprocesador0055 DB 00 SERV: IN CONV ;Se lee el dato del convertidor0057 CD 63 00 CALL DMRA ;Tiempo para prxima lectura005 CD 73 00 CALL BIBCD ;Transforma dato binario en BCD005D CD 91 00 CALL DSPLY ;Actualiza display y alarma0060 C3 48 00 JMP OTRA ;Realizar siguiente lectura

;Subrutina de demora para producir un intervalo de tiempo adecuado entre lecturas0063 F5 DMRA: PUSH PSW ;Guarda el dato en la pila0064 3E FF MVI A,FFH0066 06 FF EXT: MVI B,FFH ;Lazo exterior0068 05 INT: DCR B ;Lazo interior0069 00 NOP006 C2 68 00 JNZ INT006D 3D DCR A006E C2 66 00 JNZ EXT0071 F1 POP PSW ;Restituye el dato en el acumulador0072 C9 RET ;Retorna;Subrutina para efectuar la conversin de binario a BCD del dato del convertidor0073 06 00 BIBCD: MVI B,00H ;Limpia registro B0075 48 MOV C,B ;Limpia registro C0076 D6 0A DIEZ: SUI 0AH ;Resta 10 dec al dato0078 DA 7F 00 JC SUMA ;Si acarreo se hallaron las decenas007B 04 INR B ;En B quedan las decenas007C C3 76 00 JMP DIEZ007F C6 0A SUMA: ADI 0AH ;La ltima resta no es vlida0081 D6 01 UNO: SUI 01H ;Para colocar unidades en el reg C0083 DA 8A 00 JC ACOM ;Si acarreo se hallaron las unidades0086 0C INR C0087 C3 81 00 JMP UNO008 78 ACOM: MOV A,B ;Las decenas al acumulador008B 07 RLC ;Se reubica o acomoda en su sitio

008C 07 RLC008D 07 RLC008E 07 RLC008F B1 ORA C ;Se colocan las unidades en A0090 C9 RET ;A qued con el dato en BCD;Subrutina para actualizar el display y activar alarma de acuerdo a la posicin de los Sw.0091 D3 05 DSPLY: OUT PTOB ;Dato al display0093 47 MOV B,A ;Se guarda el dato en el reg B0094 DB 04 IN PTOA ;se lee la posicin de los switches0096 E6 F0 ANI F0H ;Cero a los bits de menor orden


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19

0098 B8 CMP B ;Compara switches con el dato0099 DA A3 00 JC SET ;Si acarreo activar alarma009C 3E 00 MVI A,00H ;Para desactivar la alarma009E D3 06 OUT PTOC ;Se coloca PC0 en 000A0 C3 A7 00 JMP FIN00A3 3E FF SET: MVI A,FFH

00A5 D3 06 OUT PTOC ;Se coloca PC0 en 100A7 C9 FIN: RET

END

Consideraciones finalesEl sistema digital descrito puede serfcilmente utilizado en otras muchasaplicaciones pues constituye un pequeomicrocomputador con puertos programables y10 Kbytes de memoria, 8 Kbytes de EPROMy 2 Kbytes de RAM. El programa ilustrado enla tabla 4 puede ser grabado en la EPROM

con el programador universal del laboratoriode la universidad.

Si el estudiante encuentra alguna dificultad enconseguir en el mercado de Cali el diodo deprecisin LM4050, ste puede reemplazarsepor un pequeo diodo zener de 3.9 voltios, vatio, (por ejemplo, el NTE5007A) aunque nose obtenga la misma exactitud en lamedicin. Igualmente el ADC0801 puede serreemplazado por el ADC0804, el cual tienelas mismas caractersticas diferencindose

solamente en la precisin.

El diseo anteriormente descrito ya ha sidomontado y debidamente comprobado sufuncionamiento con resultadoscompletamente satisfactorios, por lo que nocontiene el ms mnimo error, tanto en elhardware como en el software desarrollado.

Bibliografa

Barry B. Brey, Los Microprocesadores Intel, 5 ed,Prentice-Hall, 2001Intel, Microsystem Components Handbook ,Volmenes 1 y 2, 1985www.intel.comwww.national.comwww.ti.com


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GENERALIDADES SOBRE LOSULTRASONIDOS

Por : A nd rs David Restr epo Girn2.

Resumen

La ultrasnica constituye un campo devariadas aplicaciones e inmensas

posibilidades. Es por eso que en este artculose pretende hacer una introduccin breve alos conceptos bsicos y modelosmatemticos concernientes a la propagacinde las ondas ultrasnicas, como por ejemplo,los fenmenos de reflexin, refraccin, ydifraccin. As mismo, se presentan ciertosdetalles sobre las tcnicas de transmisin yrecepcin de ultrasonidos, tomando encuenta a su vez algunas ventajas ydesventajas propias de aqullas.

Abstract

This paper introduces the basic conceptsconcerned to ultrasonic waves propagation,including acoustic phenomenna like reflection,refraction, difraction, etc.., and showing somefundamental equations about these. Later,the basic way to transmit ultrasonic wavesand receive their echoes, such as anotherdetection details in ultrasonic ranging, arebriefly presented. Through this paper principaladvantages are shown at the same time thatseveral difficulties are taken into account.

Palabras Claves: Ultrasonido, sensoresultrasnicos, acstica, instrumentacin,robtica, exploracin ultrasnica, tiempo devuelo, tren de pulsos, umbral.

2 Ingeniero Electrnico de la Universidad del Valle(1999), Magster en Automtica de la mismauniversidad (2005). Profesor Tiempo Completo de laUniversidad Santiago de Cali en Control Digital,Electrnica Industrial, e Instrumentacin. Vinculado alGrupo de Investigacin en Instrumentacin Electrnica(GIE). reas de inters: diseo de circuitos electrnicos,instrumentacin inteligente y el procesamiento deseales. [email protected]

1. Qu son los Ultrasonidos?

Los ultrasonidos son todas aquellasvibraciones materiales que se producen afrecuencias superiores al campo de audicin

humana, es decir, frecuencias superiores a20KHz aproximadamente. Estas ondasconstituyen un tipo especial de movimientoondulatorio en el que se desplazan laspartculas del medio de propagacin a partirde su posicin de equilibrio sin que hayadesplazamiento del medio en conjunto,provocando perturbaciones de presin alinterior del medio. Una expresin particularpara el movimiento ondulatorio dependientedel tiempo t y de la dimensin espacial x(sobre el eje de vibracin) es la siguiente

(Ec.1):x

tT

AtxU m22

sen., [Ec.1]

donde:Am= amplitud de la oscilacinT = perodo de la ondulacin

= longitud de onda

A diferencia de lo que ocurre con las ondaselectromagnticas, es esencial la presenciade un medio material elstico para la

propagacin del sonido, dependencia stagracias a la cual puede obtenerse informacindel mismo medio a travs de los cambiosprovocados en la onda ultrasnica a su pasopor l. Desafortunadamente, al mismo tiempose presentarn ciertas caractersticas yfenmenos en el material de propagacin queconllevarn a inconvenientes en la calidad dela seal.

Pero si las ondas acsticas audibles tambinson materiales, por qu no se utilizan como

las ondas ultrasnicas en aplicaciones tanvariadas como la deteccin de fallasestructurales en los materiales, la limpiezafina de superficies, la deteccin de obstculosen robots, el reconocimiento de formas, y lageneracin de imgenes acsticas? Podemoscitar dos razones fundamentales:


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Su pequeo ngulo de difraccin quehace que las ondas de ultrasonido seagrupen formando un hazagudo, y por lotanto porten una mayor intensidad deenerga.Su reducida longitud de ondaque permitemayor resolucin a la hora de medirtiempos de propagacino desfasesde losecos captados.

2. Radiacin Ultrasnica.

Un emisor ultrasnico puede analizarsemediante la adopcin del modelo de emisinde un pistn circular (fig.1) [KINSLER 95],para el cual, la amplitud de la presin sobre eleje de radiacin acstica, obviando la variabletemporal, tiene por representacinmatemtica la ecuacin 2 (Ec.2). En estaexpresin, 0es la densidadde equilibrio delfluido que sirve de medio de propagacin; ces la velocidad de grupo de la onda(velocidad del sonido); U0es el valor mximode la velocidad de vibracin del pistn; kes elnmero de onda (k = 2 / ); r es la distanciaentre el punto en cuestin y la superficie delemisor; y aes el radio del pistn.

112

1

20,

2

00 r

a

krsincUrP

[Ec.2]

Segn este modelo, el campo acstico encercanas a la superficie del sensor presentavarios puntos de presin nula (figuras 2a y2b): a esta zona que presenta uncomportamiento complicado se le conoce

como campo cercano. Mientras tanto, elresto del campo de emisin sonora secaracteriza por una disminucin asinttica dela amplitud de la vibracin, parecindose msbien a la radiacin de una esfera pulsante: aesta regin se le denomina campo lejano, y

es la que domina el campo acstico de lostransductores ultrasnicos para aire[KINSLER 95] [McKERROW 93].

Esta divergencia esfrica se refleja de

manera muy general en la sencilla relacin[CARLIN 79] [KELLY 96]:

r

PrP 0,

[ Ec.3]

donde: P0()corresponde a la presin inicialdependiente del ngulo con respecto al eje

CampoCercano

CampoLejano

TransmisorUltrasnico

a

Eje deRadiacin


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central o de radiacin, y r, a la distancia entreel emisor y el punto considerado dentro delcampo de vibracin. A propsito de estaecuacin, existe adems de una dependenciade la intensidad sonora con respecto a ladistancia axial, otra con respecto al ngulo

que el punto en consideracin dentro delcampo sonoro forma con el eje de radiacin.De hecho, la radiacin acstica se divide enun lbulo principal y mltiples lbuloslateralesde forma cnica, separados entre spor una serie de puntos de presin nula,como lo muestra la Figura 3. El nmero delbulos laterales depende de la longitud deonda de la vibracin, pero de todos loslbulos presentes el ms relevante en cuantoa la energa que transporta es el lbuloprincipal.

Como se observa, el frente de onda atraviesasuperficies cada vez ms grandes a medidaque el haz se ensancha, fenmeno querecibe el nombre de difraccin y constituyeuno de los dos principales factores de prdidade intensidad en la seal ultrasnica. Elngulo de difraccin en los ultrasonidos esrelativamente pequeo y se reduce msconforme aumenta la frecuencia delultrasonido. El otro factor de prdida se debe

a la absorcin por parte del medio depropagacin (en este caso, el aire) de laenerga de la onda. Esta disipacin de laenerga sonora en el medio puede sergenerada por la viscosidad, la conductividadtrmica, o segn la teora moderna, por losintercambios moleculares que conviertenenerga cintica en energas potencial yrotacional de las molculas constitutivas delmedio [KINSLER 95]. Aunque la teora

moderna sobre la absorcin del sonido haresuelto algunas discrepancias entre la teoraclsica y los resultados experimentales, siguesiendo difcil predecir matemticamente conexactitud la forma en que se desenvuelveeste fenmeno en una aplicacin particular;

las ecuaciones sirven entonces de gua paraenfrentar inicialmente el problema. Decualquier forma la absorcin del sonidoobedece a una ley exponencial tambindependiente de la distancia recorrida r:

rePrP .0, [Ec.4]

siendo el coeficiente de absorcin [CARLIN79]. Este coeficiente depende tambin de lafrecuencia del ultrasonido pero de tal formaque a mayor frecuencia mayor cantidad deenerga es absorbida por el medio depropagacin. Como puede verse, segn laaplicacin para la que se destine el uso deondas ultrasnicas, habr de tenerse encuenta un compromiso entre difraccin yabsorcin en el medio, ya que, si bien unamayor frecuencia mantiene ms compacto elhaz ultrasnico, al mismo tiempo hace que elalcance de la propagacin acstica sereduzca debido a una atenuacin msgrande.

Combinando la difraccin y la absorcin, seobtiene en general la siguiente expresin[RESTREPO 99]:

r

ePrP

r.

0, [Ec.5]

3. Reflexin y Refraccin.

Ahora bien, cuando una perturbacin sonorase propaga de acuerdo con el modelo de laecuacin 5, puede toparse con un mediomaterial distinto, situacin que involucra otrosdos fenmenos acsticos: la reflexin y larefraccin. Debido al primero, una parte de laenerga de la vibracin incidente se reflejaenla superficie de contacto de los dos medios


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de acuerdo con la siguiente relacin [CARLIN79]:

21

21

zz

zzAr

[Ec.6]

donde nnn cz . es la denominada

impedancia acsticadel medio n, siendo ladensidad y cla velocidad del sonido para esemedio de propagacin.

Mientras tanto, la refraccin hace que el restode la energa no reflejada se transmitahaciael segundo medio. Cuando se trate de medioslquidos o slidos se tendrn los dosfenmenos en accin. Pero para el caso en elque se trabaje con ultrasonidos propagadosen el aire (o en general en cualquier otrogas), hay que tener en cuenta que laimpedancia acstica de aqul es tan pequeaque prcticamente toda la energa incidentesobre cualquier otro medio no gaseoso serefleja; es decir que tenemosaproximadamente un 100% de reflexin y unarefraccin nula (si en Ec.6 z1


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de transmisin, la ms comn es la emisinpulsada. [RESTREPO 99] [CARLIN 79][KLEEMAN 01] [FERDEGHINI 91]. Ellaconsiste en la excitacin del transductoremisor mediante un pulso o un tren de pulsoscada uno de un ancho igual a la mitad del

perodo de resonancia del cristal empleadoen el transductor ultrasnico (fig.5). Loscompuestos utilizados en la fabricacin deestos transductores presentan obviamentecualidadespiezoelctricascomo el Cuarzo, elTitatanato de Bario (BaTiO3), y recientementemateriales sintticos ms complejos basadosen Titanato y Zircanato de Plomo (PbTiO3PbZrO3).

A pesar de que la excitacin consiste de untren de pulsos cuadrados, la vibracinacstica resultante corresponder a unaoscilacin armnica de presin, pues comose ve en la figura 6b el transductor actacomo un filtro resonante de alta selectividad;

de hecho, la mayora de transductores tienenun ancho de banda considerablementereducido.

Si el tren de ondas choca contra un obstculoque pueda considerarse plano, el eco que serecoger en el receptor en forma de sealelctrica U(t) tendr la forma de la figura 7,generada por la multiplicacin de una ondade igual frecuencia a la de resonancia delcristal, por una funcin envolventeexponencial [RESTREPO 99] como lo

expresa la ecuacin 7:

00 20 ttfsinettKtU

tta

[Ec.7]

La exploracin ultrasnica ms bsicaconsiste precisamente en la utilizacin de unnico sensor que acta como transmisor yreceptor, o bien un par transmisorreceptor,en donde se espera obtener un ecosemejante al de la figura anterior.

Existen otros esquemas de exploracin queusan ms transductores o que les brindan alos mismos un movimiento de giro, con elnimo de utilizarlos, por ejemplo en el campo


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de la robtica, en sistemas de reconocimientode formas [BARSHAN 00] [KLEEMAN 01][RETREPO 05], reconocimiento de entornos[KO 96], de evasin de obstculos[VEELAERT 99], o incluso en generacin deimgenes acsticas para la medicina

[GARCA 88].

4.2 Recepcin.

Una vez que el eco ha llegado al receptor quse hace con l? Con el eco traducido ya aseal elctrica gracias al cristal receptor, sepuede hacer todo lo necesario para extraerinformacin del medio o del obstculo que loprodujo como con cualquier otra seal:digitalizarla, tomar su amplitud mxima,determinar su energa, su duracin, su

espectro en frecuencia, etc...

Pero casi siempre es necesario realizar unamedicin previa directamente relacionada conla deteccin inicial del eco; se trata del tiempode vuelo (time of flight t.o.f) que se refiereal tiempo medido entre el instante en que seemite el tren de pulsos y el instante dellegada del eco captado (fig.8).

El primer mtodo creado para evaluar el t.o.f,y que sigue usndose en nuestros das conalgunas variantes es el de Deteccin porUmbral, para el cual se muestra un diagramade bloques de su concepcin circuital en lafigura 9.

Aqu el umbral es un valor de voltaje con elque se compara la lnea de recepcin, de talmodo que cuando se capta un eco con unaintensidad suficiente llegar el momento en el

que el nivel de ste supere al umbral y segenere por parte del circuito comparador unpulso de deteccin. Dicho pulso detendr untemporizador que previamente habaarrancado su conteo en el preciso instante dela emisin del ultrasonido. Sin embargo,existe un problema con este mtodo yconsiste en la imposibilidad de que el umbralsea cero o un valor de voltaje muy cercano acero debido al ruido electrnico. De modo queel valor que se obtiene del temporizador nocorresponde al intervalo tomado entre la

emisin y el instantejustodonde comienza laoscilacin de voltaje proporcional al ecodetectado, sino a un intervalo mayor (fig.10).Este error adems no es constante sino queaumenta conforme el eco llegue con menorintensidad, es decir, mientras se demore msen llegar, o lo que es lo mismo, entre msdistancia haya tenido que recorrer.


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Precisamente la importancia del t.o.f radicaen que nos permite conocer la distancia a laque se encuentra el punto de donde provienela reflexin mediante la conocida frmula:

of

tcd2

1

donde: d= distanciac= velocidad del sonidotof= tiempo de vuelo.

En aplicaciones sencillas puede hallarse elmodo de emplear este mtodo sin mayoresproblemas; sin embargo, en la actualidad seencuentran bastantes y variados mtodosque no usan el umbral [CAI 93] [BUCCI 97] omodifican el mtodo descrito para conseguirreducir este error en el t.o.f, siendo uno de los

ms comunes el mtodo por filtro acoplado(matching filter) o de correlacin cruzada[KLEEMAN 95].

Por ltimo, existe un efecto que introducedificultades a la hora de implementar unsistema de instrumentacin ultrasnico. En lafigura 8 salta a la vista la presencia de unaseal inmediatamente despus del momentoen el que se emite el ultrasonido, y a la quese le ha denominado eco falso en eldiagrama. Este presunto eco se origina

porque la vibracin sonora que se producecuando el tren de pulsos excita al cristal deltransductor emisor, se devuelve por elreceptor. Cuando se tiene un nicotransductor que acta como emisor y receptora la vez es claro el por qu de este retorno;pero cuando se cuenta con emisor y receptorindependientes (dos transductores distintos),uno al lado del otro y separados por una cortadistancia, la causa radica en la propagacinde los lbulos laterales que alcanzan alreceptor rpidamente luego de ser

transmitidos. Este fenmeno es similar a loque en comunicaciones se conoce comocrosstalk, por lo que recibe el mismo nombreen este caso.

La consecuencia directa del crosstalk en laemisin ultrasnica es la existencia de unazona muertaen la exploracin, es decir, unazona espacial en la que cualquier eco

reflejado en algn punto dentro de ella esindetectable. La consecuencia prctica esque para efectos de detectar un obstculo oun cambio de medio de propagacin ydeterminar la distancia que lo separa de lossensores, se debe contar con una distancia

mnima de deteccin.

La zona muerta se determinaexperimentalmente partiendo a su vez delclculo del intervalo de tiempo necesariopara deshabilitar la deteccin de cualquiereco, mientras ocurre la seal esprea que laorigina. Generalmente, para reducir dichazona muerta se debe centrar los esfuerzos enel acople mecnico y elctrico de lostransductores, y en la forma de la seal deemisin [GWIRC --].

5. Conclusiones.

Los ultrasonidos han demostrado ser desdela primera mitad del siglo XX uno de losfenmenos ms interesantes para lainstrumentacin y de los que ms hanpropiciado investigaciones de su aplicabilidaden procesos industriales, en ensayo nodestructivo de materiales, en percepcinrobtica, y en imgenes mdicas. Suscualidades nacen fundamentalmente de su

reducida longitud de onda que provoca que lavibracin no se disperse tanto, formando unhaz de energa acstica concentrada en unespacio reducido. Adicionalmente su carcterno invasivo lo hace ideal para variosprocedimientos de medicin riesgosos.

La mayora de aplicaciones involucran laemisin de ultrasonidos a la espera de ecosde los que se extrae la informacin de uno ovarios medios de propagacin o deobstculos en la trayectoria del haz, siendo

las medidas ms relevantes las del tiempo devuelo (t.o.f) y la amplitud de las sealesrecogidas. Aunque la idea podra parecersimple, ponerla en prctica requiere tener encuenta ciertas limitaciones y caractersticasde estas ondas y de los transductores que lasgeneran y las captan. De all que existan hoyda muchas tcnicas de hardware y softwareque intentan o bien mejorar la precisin en la


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deteccin o extraer informacin ms completade las mismas seales involucradas.

6. Bibliografa

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APLICACIONES DERECONOCIMIENTO DE HABLAUSANDO MICROSOFT SPEECH

SERVER 2004 Y SASDK (MICROSOFTSPEECH APPLICATION SOFTWARE

DEVELOPMENT KIT)Por: JuanGuillermo Gmez Torres, Jos

Abada, Johan Meusburger3

Resumen

La presente investigacin, ilustra el desarrollode aplicaciones de habla con la tecnologaMicrosoft Speech Server (MSS) 2004 ySASDK. La metodologa utilizada fue elestudio de casos y documentos tcnicos.

Tambin se realizaron pruebas, dosaplicaciones con las herramientas MSS ySASDK, y un tutorial. Entre las aplicacionestenemos reserva de vuelos y peticin deservicios en una pizzera. Finalmente seconcluy que esta herramienta nos brindauna forma sencilla y eficiente para crear yactualizar sistemas de informacin confuncionalidades de dilogo. Estasaplicaciones brindan a las empresas laoportunidad de agregar un valor extra a susservicios.

Palabras Claves: MSS, SASDK, SALT,ASP.NET, aplicaciones de habla, sistemas deinformacin.

Abstract

The present investigation, illustrates thedevelopment of speech applications with thetechnology Microsoft Speech Server (MSS)2004 and SASDK. The methodology usedwas to study cases and technical documents.

Also tests, two applications were realized withthe tools MSS and SASDK, and a tutorial.Among the applications we have reserve of

3 Estudiantes de noveno semestre de Ingeniera deSistemas y Telemtica Universidad Santiago de Cali.Integrantes Rama Estudiantil IEEE capituloSuroccidente. Vinculados al grupo de investigacion enComputacin Movil y Banda Ancha (COMBA).

flights and petition of services in a pizzeria.Finally it was concluded that this tool offers usan efficient and simple form to create and toupdate systems of information withfunctionalities of dialogue. These applicationsoffer to the companies the opportunity to add

a value extra to their services.

Key Words:MSS, SASDK, SALT, ASP.NET,speech applications, information systems.

1. Introduccin

Hace varios aos, los encargados del rea decomunicacin en las empresas vienentrabajando en la posibilidad de utilizar suinfraestructura de datos, para la transmisinde voz. La aparicin de nuevos estndares y

la mejora de tecnologas de compresin ytransmisin de voz han llevado a implantardicha idea. Estos avances permiten realizarllamadas telefnicas a travs de internet,denominado VoIP. Tambin cuando sedispone de un ancho de banda ptimo, sepodra transportar los datos, la voz y el videopor un mismo canal de comunicacin.

Gracias al estndar de VoIP se generanventajas evidentes como ahorro de costos,integracin de servicios y unificacin de

estructura. Existen adems, tecnologas yherramientas que nos permiten desarrollar yactualizar aplicaciones o sistemas deinformacin de una forma sencilla y eficientecon funcionalidades de habla. Estassoluciones permiten a las empresas serinnovadoras, ser ms eficientes, encaminarsea un perfeccionamiento en los procesos denegocio y mejoramiento de los servicios alcliente. En este sentido Microsoft ha creadouna herramienta para desarrollar aplicacionesde habla.

El propsito de esta investigacin es dar aconocer y desarrollar aplicaciones con estasnuevas tecnologas de dilogo, usando elSpeech Application Software Development Kit(SASDK) y el Microsoft Speech Server(MSS). Estas herramientas se basan en elestndar de Speech Application Language


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Tags (SALT), para aplicaciones y serviciosWeb.Este artculo incluye, primero el estado de lasaplicaciones de habla y los componentes delMicrosoft Speech Server. Luego se detallarnlas caractersticas del Microsoft Speech

Application SDK, a continuacin los modos deaplicacin, los escenarios y aplicaciones delMSS. Por ltimo el desarrollo de aplicacionescon el SASDK as como posibles proyectosfuturos a realizarse al interior de laUniversidad Santiago de Cali.

2. Microsoft Speech Server: Su estado ycomponentes.

El modelo Web ha permitido a las personastener acceso a la informacin en cualquier

lugar y tiempo. Desafortunadamente surgeninconvenientes cuando no se tiene un Webbrowser, o la aplicacin Web no tiene buenastcnicas de usabilidad. Para poder solucionareste problema se puede proveer una interfasede voz a las aplicaciones, ya que laspersonas logran por medio de la vozcomunicarse ms fcilmente, como es el casodel telfono.

Las tecnologas de dilogo han demostradogracias a las empresas que las han

implementado, la posibilidad de un futuroprometedor. Este nos brinda beneficios claroscomo: reduccin de costos de trabajo con unrpido retorno de inversin, incremento desatisfaccin de los clientes, incremento deproductividad de los empleados y nuevasoportunidades de negocio. Estas tecnologasde habla se han obstaculizado en suadquisicin, porque al inicio de laimplantacin hay que afrontar costos demantenimiento, complejidad, preparar recursohumano, asociar y penetrar este cambio de

tecnologa.

Microsoft ha desarrollado a un bajo costo deadquisicin una plataforma de habla flexible eintegrada llamada Microsoft Speech Server(MSS). La visin de Microsoft es unir lainfraestructura Web y los sistemas de voz enuna sola. El MSS posee una graninfraestructura de Tecnologa de Informacin

(IT) y caractersticas de seguridad. Adems,soporta aplicaciones de telefona, multimodaly construido bajo el estndar abierto de laindustria Speech Application Language Tags(SALT). El MSS se instala sobre el sistemaoperativo Microsoft Windows 2003 Server.

A Microsoft se han unido empresas comoIntel Corp. e Intervoice Inc. Intel Corp. proveeuna board para la conectividad de switchestelefnicos y PBXs con las aplicaciones delMSS. Tambin suministra un software para laadministracin de llamadas TIM (TelephonyInterface Manager). El TIM hace unaintegracin rpida y sencilla del servidor dedilogo con las tarjetas de comunicacionesIntel NetStructure, permitiendo aplicacionesrobustas de procesamiento de dilogo.

El estndar Speech Application LanguageTags (SALT) [5], permite la integracin de latecnologa de habla a las pginas y serviciosWeb, para aplicaciones de voice-only ymultimodal. SALT extiende de los lenguajesmarcados como el HTML, XHTML y XML.SALT consiste en un conjunto pequeo deelementos XML, propiedades de objetosDOM, eventos y mtodos, los cuales seintegran al cdigo fuente de las pginas Web.La estructura y semntica de SALT son

independientes de sus documentos de origen.SALT puede ser usado dentro de HTML ytodos sus relacionados, o con WML (WirelessMarkup Language) o con algn otro SGML(Standard Generalized Markup Language)derivado. [4], [5]

El MSS esta constituido por los dossiguientes componentes principales: elSpeech Engine Services (SES) y elTelephony Application Services (TAS). Estoscomponentes se describen a continuacin.

El Speech Engine Services (SES) es elencargado del reconocimiento y salida dehabla para aplicaciones voice-only y tambinpara dispositivos de Pocket PC, SmartPhoney PCs, usando aplicaciones multimodal [8].SES incluye los siguientes sub-componentes:


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Speech Recognition Engine (SER). Estecomponente es para administrar de maneraexacta las entradas de dilogo de losusuarios.Prompt Engine. Este rene losindicadores de comandos pregrabados deuna base de datos y los reproduce a fin deque los usuarios puedan escuchar una vozhumana.Text-to-Speech Engine (TTS).Cuando losindicadores de comando pregrabados noestn disponibles, el Speech Text-to-Speech Engine de SpeechWorks sintetizala salida de audio de una secuencia detexto.

El Telephony Application Services (TAS)brinda un enlace entre el sistema telefnico,Speech Engine Services y el servidor Web.SALT Interpretes interpreta las etiquetas deSALT en el estndar de pginas Web que sedefini en la aplicacin telefnica [8]. TASincluye los siguientes sub-componentes:

SALT Interpreter. Este componenteadministra la interfase de dilogo y la lgicade presentacin (entrada y salida). El SALTInterpreter maneja tambin lasinteracciones entre la aplicacin de dilogoy los componentes de telefona de unaarquitectura.Media and Speech Manager. Esteadministra las peticiones realizadas porSALT Interpreter a SES para unreconocimiento de dialogo y unareproduccin inmediata, y administra lasinterfases con el TIM.SALT Interpreter Controller. Se encargade administrar la creacin, eliminacin yreinicio de mltiples instancias de SALTInterpreter que administra dilogosindividuales con las personas que llaman.

3. Microsoft Speech Application SDK(SASDK): Caractersticas

El SASDK es un Kit de desarrollo de softwareque permite construir aplicaciones ASP.NETbasadas en la especificacin SALT confuncionalidades de dilogo telefnicas omultimodal, de manera rpida y sencilla. El

SASDK se integra en el ambiente dedesarrollo del Microsoft Visual Studio .NET2003 como nos muestra la Figura 1. Adems,soporta reconocimiento y salida de habla enidiomas como ingles (U.S.), francs (Canad)y espaol (U.S.). As, los usuarios pueden

tener acceso a las aplicaciones mediante unPC o un telfono, utilizando el dilogo comoun modo de interaccin entre ellos. El SASDKtiene las siguientes caractersticas:

ASP.NET speech controls: Proporciona alos desarrolladores la tcnica de desarrollovisual, un wizard, que permite arrastrar ysoltar los objetos necesarios para laaplicacin. Lo podemos observar al ladoizquierdo de la Figura 1. [7],[8]

Speech Add-In for Microsoft PocketInternet Explorer: Componente quepermite que los usuarios con dispositivosPocket PC puedan tener acceso a lasaplicaciones multimodal. [7], [8]Speech Add-In for Microsoft InternetExplorer: Componente que permite a losusuarios desktop, laptop y tablet PCaccedan a las aplicaciones multimodal. [7],[8]Telephony Application Simulator. Es unsimulador para realizar aplicaciones deVoice-Only o telefnicas. [7], [8]Soporte Dual-Tone Multifrequency(DTMF) mejorado.Sample Applications anddocumentacin: Ayuda a losdesarrolladores para que su aprendizajesea ms rpido y fcil.Grammar Tools: Es una herramientagrfica que facilita el proceso de creacin,correccin de errores y validacin desintaxis de gramticas. Las gramticas esun punto importante de las aplicaciones dehabla. Una gramtica es un conjunto dereglas estructuradas que identificanpalabras o frases. Las gramticas evalansi la respuesta de un usuario es valida. Lagramtica puede ser representada en dosformas. La primera como Augmented BNF(ABNF) que es un texto plano no XML y surepresentacin es similar a la tradicionalgramtica BNF (Backus-Naur Form). La


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otra forma de representar es por XML de laespecificacin gramaticales delreconocimiento de habla de la W3C. ElSASDK soporta gramticas del formatobasado en XML. [1], [8]Prompt Tools: El SASDK contiene unainterfase grfica para la creacin, edicin,mantenimiento y administracin de cadauno de los prompts de la base de datos,llamada el Speech Prompt Editor. Una basede datos prompt son todos los archivos deaudio .wav y sus transcripciones. UnPrompt es un aviso, una pregunta oinformacin hablada de una aplicacin dedilogo. [1], [8]

Figura 1. El SASDK en el entorno dedesarrollo del Visual Studio .NET 2003.

4. Modos de Aplicacin.

Apps telefnicas de solo voz. Existe en laactualidad aplicaciones voice-onlyimplantadas en algunos bancos para facilitarel servicio de consulta del saldo otransacciones por medio de la lneatelefnica. Tambin aerolneas que tienensistemas de reservaciones de vuelo portelfono. El MSS soporta aplicaciones de estemodo, pero para ello se necesita una boardadicional y mediante el TIM se puede realizary recibir llamadas de telfono como semuestra en la Figura 2. Este hardware seinstala en el servidor de la organizacin, opuede estar montada en el Public Switched

Telephone Network (PSTN). En el caso de notener la board adicional, el SASDK brinda unsimulador de aplicaciones telefnicas. Estasaplicaciones hacen uso del TAS y el SES delMSS.

Figura 2. Bsica arquitectura y topologade un Servidor de habla.

Multimodal apps. Este modo de aplicacinno requiere de ningn hardware adicional, yaque los datos son transmitidos por TCP

(Transmission Control Protocol). Este modoesta diseado para Pocket PC, SmartPhone yPCs tanto de escritorio como porttiles. Elfuncionamiento de estas aplicacionesmultimodal consiste, por ejemplo, que seacceda a una pgina Web con tecnologa dedilogo por medio de una Pocket PC, el cualtendra que tener instalado el Speech Add-inpara Pocket Internet Explorer. De esta formael servidor de habla se conecta al dispositivopor medio de comandos SOAP (SimpleObject Access Protocol) y retorna la pgina

Web con SALT. El usuario para la entrada devoz requiere de un micrfono en eldispositivo. El Speech Add-in procesa laentrada, comprime y transmite al servidor dehabla sobre TCP. El servidor de habla recibela voz procesada y la compara con unagramtica y retorna el resultado como XML.El Speech Add-in muestra el resultado en lapgina Web. Si es TTS el servidor retorna lavoz procesada sobre TCP y se escuchara


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por el dispositivo. Todo este proceso sellevara a cabo teniendo la arquitectura de laFigura 2. Estas aplicaciones solo hacen usode SES del MSS.

5. Escenarios y Aplicaciones del MSS

Microsoft ofrece herramientas para poderdesarrollar aplicaciones empresariales dedilogo en escenarios como serviciosfinancieros, manufactureros,gubernamentales, salud e industriasminoristas.

En servicios financieros se observa que lasempresas han incorporado tecnologa dedilogo en sus infraestructuras e interfaces asus clientes y empleados, soportando

servicios que puedan contribuir a realizarestas interacciones ms naturales, eficientesy productivas. En este escenario existenempresas como Woodforest Nacional Bankque usan el MSS para un sistema de solucintelefnico bancario para atender todo el dauna gran cantidad de llamadas. En elescenario gubernamental, se implantansoluciones IT que brinden servicios mscmodos a la sociedad, con un rpido retornode inversin que sea fcil de instalar ymantener. En el Estado de Alabama (U.S)

utilizan la tecnologa de dilogo para elsistema legal, que permite identificar a unsospechoso por medio de una aplicacintelefnica. En el escenario de la salud, comohospitales y centros mdicos, lostrabajadores necesitan tener alta movilidad,debido a que las personas interactan en laspiezas, corredores, pisos y oficinas,realizando, analizando y compartiendodocumentos. En el escenario empresarial, lacompetencia global presiona al cambio de loconvencional a lo innovador, creando un

ambiente que busque mucho ms eficiencia,perfeccionamiento en los procesos denegocio y mejoramiento de los servicios alcliente. En el escenario de las industriasminoristas, los campos principales es lacomunicacin con el cliente y mantenercostos bajos. [10]

Intervoice Inc. es una empresa socio deMicrosoft que ha realizado soluciones de

habla a instituciones bancarias. Lassoluciones de Intervoice estnimplementadas en nueve de los diez bancosms grandes en Estados Unidos. La solucinIntervoice Speech Banking basada en MSSofrece a los clientes acceso inmediato a

servicios bancarios de voz a manos libres. [9]Existen aplicaciones de dilogo robustas

implementadas en la actualidad, como e

[4] generalidades de los ultrasonidos_revista ingenium no 6

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