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EXAMEN DE SISTEMAS ELECTRÓNICOS Y AUTOMÁTICOS

2º Parte: Microcontroladores + Instrumentación Nombre: ______________________________________________________________________

18 de junio de 2005

Microcontroladores CUESTION 1 (0.5 puntos) Un microcontrolador PIC que funciona con un cristal de cuarzo de 10MHz ha tardado 6 ms en realizar un programa y se sabe que tiene un 50% de instrucciones de salto. ¿Cuántas instrucciones tiene el programa en total? CUESTION 2 (0.5 puntos) Deduce el tamaño mínimo de los buses de direcciones que apuntan la memoria de programa y la de datos del PIC12C508 (su memoria de programa es de 512 celdas y la de datos consta de 25 bytes). PROBLEMA 1 (1 punto)

E s c u e l a P o l i t é c n i c a S u p e r i o r d e E l c h e

4 º I n g e n i e r í a I n d u s t r i a l

Se colocan tres interruptores en las líneas RA0, RA1 y RA2 del puerto A de un PIC16F84A y cuatro diodos led en las líneas RB0, RB1, RB2 y RB3 del puerto B, tal como se refleja en la siguiente figura: Mediante los tres interruptores se introduce un número binario de tres bits, de forma que si el interruptor está abierto mete un 1, y si está cerrado, pone la línea a tierra y mete un 0. Confeccionad un programa con las instrucciones de la gama media que comience leyendo el número binario introducido por los interruptores, luego sume 2 unidades a este valor y visualice en los diodos led el resultado binario de la operación. Un led apagado representa un 0 y encendido un 1.

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PROBLEMA 2 (3 puntos) El contenido de la memoria de programa del PIC16F84A a partir de la posición 0000h es el siguiente:

1. Deducid con ayuda del manual el programa allí almacenado. 2. Si el programa anterior se ejecuta sobre la tarjeta MicroPIC Trainer, ¿Cuál será

el estado de los leds conectados al Puerto B, si todos los interruptores digitales del Puerto A están a “1”?

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PROBLEMA 3 (5 puntos) La tarjeta de expansión MicroPIC IO (Fig.1) dispone de los circuitos necesarios para regular tensión alterna (Fig.2). Estos circuitos se muestran esquemáticamente en las Fig. 3 y 4. Controlando el momento en el que se produce el disparo o cebado de un TRIAC se puede controlar la potencia que se aplica a la carga. Dicho momento se conoce como “el ángulo de disparo”. Con los circuitos que proporciona la tarjeta MicroPIC IO se puede detectar cuándo una tensión de AC pasa por 0V (cruce por cero). Esto ocurre cada 10ms para una señal de 50Hz. Temporizando entre un cruce por cero y el siguiente, antes de producir el disparo del TRIAC, es posible realizar la regulación AC de la carga y por tanto, modificar la potencia aplicada a la carga. El programa para el PIC16F873 que se propone tiene como objetivo regular la tensión AC que se aplica a la lámpara (carga) del circuito mostrado en las Fig. 2 y 4.

Figura 1. Micro’PIC I/O conectada a Micro’PIC Trainer. Figura 2. El Control AC.

Figura 4. Regulación de potencia AC

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Figura 3. Esquema del circuito para el control de AC Conociendo que la frecuencia del oscilador conectado al PIC es 4MHz, y que las conexiones entre los circuitos de regulación de tensión AC y el microcontrolador son las siguientes:

• La salida “Zero Cross” del circuito de la tarjeta con la entrada RB0/INT del PIC • La salida RB1 del PIC con la entrada “TRIAC” del circuito de la tarjeta.

Responded a las siguientes cuestiones:

1. ¿Cuál es el retraso del disparo del TRIAC desde el cruce por cero de la señal de AC?¿Qué porcentaje de potencia se le está aplicando a la lámpara?

2. Dibuja las señales existentes en las patitas RB0 y RB1 del microcontrolador y la tensión en extremos en la bombilla (en función del tiempo); durante la ejecución del programa propuesto sobre el PIC 16F873, montado en la tarjeta Micro’PIC Trainer conectada a su vez a la Micro’PIC I/O.

3. Modifica el código del programa propuesto para que a la carga le llegue la mitad (50%) de la potencia máxima que puede recibir.

4. Modifica el código del programa propuesto para sustituir el TIMER1 por el TIMER0, esto es, que la función realizada por el TIMER1, la realice el TIMER0. (Suponed que el sistema Watchdog está deshabilitado).

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; REGULANDO TENSION ALTERNA ;; ;Ejemplo MicroPIC Trainer y Micro'PIC I/O ; ;Regulación en alterna.; ;El ángulo de disparo del optotriac de la tarjeta Micro'PIC I/O puede variarse y con ello la potencia aplicada a la carga (lámpara). List p=16F873 ;Tipo de procesador include "P16F873.INC" ;Definiciones de registros internos org 0x00 ;Vector de Reset goto Inicio org 0x04 ;Vector de interrupción Inter bcf PORTB,1 bcf INTCON,INTF ;Restaurar flag RBO/INTE bcf PIR1,TMR1IF ;Restaurar flag del TMR1 movlw 0x48 movwf TMR1L movlw 0XF4 movwf TMR1H Delay_Loop btfss PIR1,TMR1IF goto Delay_Loop bsf PORTB,1 retfie ;Programa principal Inicio clrf PORTB bsf STATUS,RP0 ;Selecciona banco 1 movlw b'11111101' movwf TRISB ;RB0/INT entrada, RB1 salida movlw b'11001111' movwf OPTION_REG ;Preescaler de 128 asociado al WDT bcf STATUS,RP0 ;Selecciona banco 0 clrf T1CON bsf T1CON,TMR1ON ;TMR1 en On movlw b'10010000' movwf INTCON ;Habilita interrupción RBO/INT Loop clrwdt goto Loop end

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0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6- 1 5

- 1 0

- 5

0

5

1 0

1 5

t ( s )

VA

C (

V)

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Instrumentación PROBLEMA 1 (4 puntos) El esquema de la Figura 5 representa un circuito de medida de temperatura basado en un un detector de temperatura resistivo lineal (Pt100), cuya expresión es:

R = R0 · (1 + α·T) donde R0 es la resistencia del sensor a 0 ºC (R0=100 Ω) y α es la sensibilidad del sensor (α = 0.0039 ºC-1). El sensor de temperatura funcionará entre 0ºC y 100ºC. Los valores de las resistencias en el circuito están diseñadas para cumplir los siguientes requisitos:

• el sensor disipa una potencia de 0.1mW en el peor de los casos (a 100ºC) • a 0ºC la tensión de salida VO es de 0V • la sensibilidad del circuito es de 10mV/ºC (esto es a 100ºC ,VO=1V)

(El conjunto serie formado por el potenciómetro P y la resistencia R4 tiene un valor resistivo de 30.8 kΩ)

a. ¿Cuál es la sensibilidad del puente de Wheatstone para los valores de las resistencias del esquema? ¿Se podría mejorar la sensibilidad del puente? ¿Cómo afectaría a la potencia disipada por el sensor?

b. Rediseñar el circuito propuesto para que la sensibilidad del circuito completo sea de 20mV/ºC . (esto es a 100ºC ,VO=2V)

Figura 5. Circuito de medida de temperatura con una Pt100.

PROBLEMA 2 ( 2 puntos) Se dispone de un sensor de temperatura de primer orden y se desea medir un caudal (por hilo caliente) con fluctuaciones de 100Hz. ¿Qué constante de tiempo debe tener el sensor para que la pérdida de ganancia sea inferior al 5%?

0

Vo0

10 V

+

-

R4

27k12k R1

120kR2

Pt100R3

1k

+ -

P

5k

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TEST(4 puntos. Resp Correcta = 0.8 puntos. Resp Incorrecta = -0.4 puntos)

1. Marca la respuesta correcta:

a. Se denomina bimetal a toda pieza formada por dos semiconductores con distinto coeficiente de dilatación térmica unidos firmemente, por ejemplo, mediante soldadura autógena, y sometidos a la misma temperatura.

b. Existen diversos sensores primarios de nivel: basados en flotador, de presión diferencial y de burbujeo y medida de presión diferencial, entre otros.

c. Las galgas extensiométricas se basan en la variación de la capacidad eléctrica de un conductor o semiconductor cuando es sometido a un esfuerzo mecánico.

2. Marca la respuesta incorrecta:

a. Un sensor primario convierte una magnitud física en una magnitud de tipo eléctrico.

b. Una posible aplicación de los potenciómetros es su uso para determinar la posición de un punto en un plano, por ejemplo en palancas de mando (joysticks).

c. Los materiales empleados para la fabricación de galgas extensiométricas son diversos conductores metálicos, como las aleaciones de constatan, advance, karma, isoelastic, y también semiconductores como el silicio y el germanio.

3. Marca la respuesta correcta:

a. Las fotorresistencias o fotoconductores (en inglés, LDR- Light Dependent Resistors-) se basan en la variación de la resistencia eléctrica de un metal noble (por ejemplo, Platino) al incidir en él radiación óptica.

b. La tarjeta MICRO PIC IO dispone de una LDR.

c. La relación entre la resistencia R de una LDR y la iluminación E (densidad superficial de energía recibida expresada en lux) es de tipo lineal.

4. Marca la respuesta correcta:

a. El efecto magnetorresistivo fue descubierto simultáneamente por Newton y Halley en 1758.

b. Un potenciómetro es un resistor con un contacto móvil deslizante o giratorio. Desde el punto de vista dinámico tiene un comportamiento de sistema de segundo orden.

c. La NTC se puede utilizar como “sensor linealizado” a base de poner una resistencia R en paralelo.

5. Marca la respuesta correcta:

a. Los sensores basados en corrientes de Foucault se fundamentan en la variación de la impedancia de un condensador por el que circula una corriente alterna , si se introduce una superficie conducta dentro de su campo magnético.

b. La gran ventaja de los sensores basados en corrientes de Foucault es que no requieren materiales ferromagnéticos para su funcionamiento.

c. El transformador diferencial de variación lineal se designa normalmente con las siglas inglesas LVCT (Lineal Variable Capacitory Transformer).