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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL ESCUELA DE INGENIERÍA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA BALANZA ELECTRÓNICA CON UNA INTERFAZ GRÁFICA PARA VISUALIZACIÓN PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y CONTROL PATRICIA ELIZABETH OTERO VALLADARES * DIRECTORA: ING. ANA RODAS Quito, marzo 2007
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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
ESCUELA DE INGENIERÍA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA BALANZA ELECTRÓNICA
CON UNA INTERFAZ GRÁFICA PARA VISUALIZACIÓN
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO EN
ELECTRÓNICA Y CONTROL
PATRICIA ELIZABETH OTERO VALLADARES
*
DIRECTORA: ING. ANA RODAS
Quito, marzo 2007
DECLARACIÓN
Yo, Patricia Elizabeth Otero Valladares, declaro que el trabajo aquí descrito es de
mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o
calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se
incluyen en este documento.
La Escuela Politécnica Nacional, puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad
Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.
Patricia Elizabeth Otero Valladares
II
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Patricia Elizabeth Otero
Valladares bajo mi supervisión.
Irrg. Ana Rodas
DIRECTORA DEL PROYECTO
III
CONTENIDO
Resumen..... VI
Presentación Vil
1 Descripción de las Balanzas y sus Sensores de Peso...... 1
1.1 El Peso.... 1
1.2 La Balanza..... , .2
1.2.1 Definición......... ......2
1.2.2 Tipos de Balanzas ...........2
1.2.3 Balanzas Mecánicas ...3
1.2.4 La Balanza Electrónica...... ...6
1.2.5 Elementos de una Balanza Electrónica ....9
1.2.6 Criterios de Selección para una Balanza........ ..10
1.3 Sensores de Peso ......11
1.3.1 Sensores por Desplazamiento .........................11
1.3.2 Sensor Electromagnético... .....12
1.3.3 Sensor de Frecuencia de Resonancia.......... ...............13
1.3.4 Celdas de Carga Hidráulicas ..........14
1.3.5 Celdas de Carga Neumáticas ...........15
1.3.6 Las Galgas Extensiométricas ..........................................15
1.3.6.1 Principio de Funcionamiento ............................16
1.3.6.2 Clasificación ......19
1.3.6.3 Formas Constructivas...... ....22
1.3.6.4 Instalación de la Galga Extensiométrica. ...22
1.3.6.5 Circuitos de Medida............ , .............24
1.3.6.6 Celdas de Carga................... ......................................28
1.4 Equipo Propuesto....................... .....................................................32
2 Diseño del Hardware ..........33
2.1 Celda de Carga Utilizada............ .................................36
IV
2.2 Circuito Acondicionador de Señal.......... ......40
2.2.1 Amplificador de Instrumentación........ 40
2.2.2 Amplificación de la Señal......... .45
2.2.3 Filtrado de la Señal..... 46
2.2.4 Curva de Funcionamiento..................... .......51
2.3 Microcontrolador Atmega16..... 52
2.4 Conversor Análogo Digital... -.. 59
2.5 Teclado Matricial., 62
2.6 Módulo LCD.. .......64
2.7 Memorial Serial... ......66
2.8 Comunicación Serial... 69
2.8.1 Puerto Serial del Computador ..69
2.8.2 Dispositivo de Comunicación del Microcontrolador ..71
2.8.3 Conversor TTL a RS-232 ....73
2.9 Fuentes de Alimentación , .75
2.9.1 Cargador de la Batería ....76
2.9.2 Fuente de Voltaje Positiva ...78
2.9.3 Fuente de Voltaje Negativa............. ...79
2.10 Circuito Completo .....80
3 Diseño del Software ...83
3.1 Programa del Microcontrolador .84
3.1.1 Configuración del Microcontrolador..... ....88
3.1.1.1 Configuración del Conversor Análogo Digital....... .........90
3.1.1.2 Configuración del Reloj en Tiempo Real.. ..93
3.1.1.3 Configuración de la Comunicación RS-232..... .....95
3.1.1.4 Configuración de la Comunicación I2C 96
3.1.1.5 Configuración del Lcd. .....97
3.1.2 Subrutina Teclado..... ..99
3.1.3 Subrutina Pesar.... ....103
3.1.4 Subrutina Ingresar Fecha y Hora. ....107
3.1.5 Subrutina Adquirir Base de Datos. ..111
3.1.5.1 Subrutina de Escritura en la EEPROM Externa 113
V
3.1.6 Subrutina Presentación de la Base de Datos ............115
3.1.6.1 Subrutina de Lectura de la EEPROM Externa.... 116
3.1.7 Subrutina Consultar Código......... .................117
3.1.8 Subrutina Mostrar Balanza 119
3.1.9 Pantallas del LCD ....121
3.2 Interfaz Gráfica en el Computador........ 123
3.2.1 Control Mscomm. 126
3.2.2 Control Timer...... ............126
3.2.3 Control Recordset 126
3.2.4 Formulario Principal 127
3.2.5 Formulario Facturación......... ............128
3.2.6 Formulario Inventario.... ........131
3.2.7 Formulario Configuración 133
4 Pruebas y Resultados ..135
4.1 Prueba de Funcionamiento de la Celda de Carga........ 135
4.2 Prueba del Reloj en Tiempo Real..,. 138
4.3 Prueba de Comunicación Serial.... ...140
4.4 Prueba de la Memoria Serial... ........143
4.5 Prueba de la Batería 144
5 Conclusiones y Recomendaciones .............145
5.1 Conclusiones 145
5.2 Recomendaciones ...147
6 Bibliografía.... .......149
Anexos: Hojas de Datos
VI
RESUMEN
Este proyecto aborda la construcción y diseño de una balanza electrónica
dedicada a la venta de productos al peso, para lo que cuenta con funciones como
mostrar el peso del producto, el precio unitario y el precio total del mismo. Se
tiene además comunicación serial RS-232 con la computadora, para permitir la
visualización de la información en la pantalla.
En el capítulo 1 de este documento se presentan algunas nociones básicas sobre
las balanzas, y los sensores de peso, como la celda de carga de galgas
extensiométricas.
En el capítulo 2 se describe el diseño del hardware, empezando por el circuito de
acondicionamiento y filtrado de la señal de la celda de carga para pasar al circuito
del microcontrolador y los periféricos que maneja.
El diseño del software se detalla en el capítulo 3. Se utilizó lenguaje de
programación Basic tanto para el microcontrolador, como para realizar la interfaz
visual del computador. Los programas se desarrollaron en BASCOM AVR de la
ATMEL y en Visual Basic 6.0 respectivamente.
Las pruebas realizadas en la balanza y en sus componentes constan en el
capítulo 4, así como los resultados que comprueban su correcto funcionamiento.
En el capítulo 5 se encuentran las conclusiones y recomendaciones a la que se
llegaron luego del desarrollo del presente proyecto. Finalmente se incluye las
referencias bibliográficas utilizadas y en los anexos, las hojas de datos de los
componentes de hardware.
VII
PRESENTACIÓN
Probablemente del hábito del ser humano de sostener con las manos dos objetos
para comparar su peso, se tomó la idea para construir las primeras balanzas, que
consistían en una palanca apoyada en su centro, con dos brazos iguales, de los
cuales colgaban platos para colocar los pesos a medir. De ahí viene la palabra
balanza, cuya raíz está en el latín bisplax, bis que significa dos y plax, plato, su
traducción sería doble plato.
La balanza ha sido un elemento utilizado desde tiempos antiguos, y su primer uso
fue en el comercio. En las primeras transacciones comerciales se pagaba las
mercaderías según su peso en monedas de bronce, oro o plata. En lenguas
semíticas pesar y pagar eran palabras sinónimas.
Desde entonces las balanzas han evolucionado desde sencillos artefactos
mecánicos hasta las actuales balanzas electrónicas, diseñadas para brindar un
sinnúmero de facilidades al usuario según su necesidad. Es así el caso de este
proyecto, el de las balanzas electrónicas para venta de productos al peso.
Aunque todavía se utilizan balanzas mecánicas en los pequeños comercios, en
los grandes, el uso de balanzas electrónicas es más común, ya que permiten
agilitar el proceso de venta y el volumen de las transacciones justifica el costo del
aparato.
A pesar de su demanda en el mercado nacional, este tipo de balanzas no se
producen ni se ensamblan, agregando a su costo el de la importación. Por esta
razón, en el presente proyecto, se pretende demostrar que con tecnología
conocida y elementos que se pueden adquirir fácilmente, es posible implementar
una balanza electrónica con funciones que se ajusten a las necesidades de la
aplicación y a un menor valor que las importadas.
1.1 EL PESO
Aunque comúnmente se utiliza la palabra peso para referirse a la masa, lo cierto
es que éste es la fuerza con la que los cuerpos son atraídos por la tierra y se
relaciona con la masa mediante la constante de gravedad:
P (i-«P = 777 • g
Donde:
P = peso
m = masa
g = aceleración de la gravedad
La ecuación (1.1) demuestra la proporcionalidad del peso con respecto a la masa,
razón por la cual es usado para su medición. Todos los sensores de peso son
entonces medidores de la fuerza que una masa ejerce sobre ellos gracias a la
gravedad. Si bien la gravedad no es igual en todos los lugares de la tierra, los
sistemas de medición logran compensar esta diferencia con diferentes
mecanismos.
Las unidades de medición de la masa más usadas son gramos y kilogramos en el
sistema internacional y para el sistema inglés onzas y libras. Para cantidades más
grandes una unidad bastante común es la tonelada.
1.2 LA BALANZA
1.2.1 DEFINICIÓN
La balanza o báscula es un instrumento utilizado para conocer la masa de un
cuerpo, a través de la medición de la fuerza de gravedad que la tierra ejerce sobre
éste, es decir el peso. Realiza la medición basándose en las leyes de la mecánica
y funciona equilibrando dos fuerzas que pueden ser de diferente naturaleza, pero
al menos una de éstas es el peso.
No existe diferencia entre los términos balanza y báscula, sin embargo se tiende a
usar la expresión báscula para designar a una balanza de mayor capacidad como
son las balanzas para ganado o camiones.
La balanza es uno de los instrumentos de medida más antiguos que se conoce, y
el hombre la ha utilizado desde hace aproximadamente 7 mil años. Actualmente
hay diversos tipos de balanzas, utilizadas para el pesado de numerosos
materiales, desde muestras químicas y biológicas hasta grandes vehículos.
1.2.2 TIPOS DE BALANZAS
Las balanzas pueden clasificarse según su tipo de funcionamiento en: mecánicas
y electrónicas. A pesar de que las balanzas electrónicas son el último invento, las
mecánicas no han desaparecido del mercado, por el contrario, han sido
perfeccionadas.
En el mercado se pueden encontrar balanzas mecánicas o electrónicas para la
misma aplicación, el hecho de que se opte por una de las dos no siempre
depende de la precisión sino más bien de su costo.
1.2.3 BALANZAS MECÁNICAS
Las balanzas mecánicas fueron uno de los primeros instrumentos de medida en
aparecer y basan su funcionamiento en la relación de palancas o en fuerzas
elásticas.
Una de sus ventajas es el costo, generalmente inferior a su equivalente en
electrónica, sin que por esto deje de ser igual de precisa, pero entre sus
desventajas están un mayor tamaño y peso del equipo. Entre las balanzas
mecánicas más comunes se tienen:
Balanza clásica o de dos platillos (también conocida como balanza de
cruz). Está formada por dos platillos colgantes, que penden de un brazo (astil)
sostenido en su punto medio exacto por un eje. El sistema requiere de un
juego de pesas con medidas conocidas que se utilizarán como contrapeso del
objeto a pesar, tendiendo al equilibrio entre los platos a fin de averiguar el
peso correcto. Es un método algo incómodo y que tiende a tener errores
debido a la flotabilidad del aire, razón por la cual ha caído en desuso.
Figura 1.1 Balanza Clásica o de dos Platillos
Balanza Romana. Posee una desigualdad en los brazos, logrando el equilibrio
mediante un sistema de contrapesos. Este antiguo método ya no se utiliza.
Figura 1.2 Antigua Balanza Romana
Balanza Roberval. El astil se apoya, en la balanza de Roben/al, sobre un
pequeño puntillo de descanso. Posee dos platillos en cada punta del brazo, y
su funcionamiento en verdad es idéntico al de la balanza clásica. Es un
método que ha caído en desuso.
Figura 1.3 Balanza deRoverbal
Balanza Granatoria o de Plato Único. Posee en el travesano un dispositivo y
contrapeso, móvil o fijo, en lugar de uno de los platos. Cuando el contrapeso
es fijo, la otra extremidad del travesano presenta, además del plato, un
conjunto de pesos móviles. Para obtener una lectura uniforme se debe
equilibrar el peso. Es un método muy utilizado en el laboratorio y en balanzas
de mayores capacidades como las utilizadas en pesaje de personas y ganado.
Figura 1.4 Balanza Monoplano
Figura 1.6 Báscula para pesar Ganado
Figura 1.5 Báscula para Pesar Personas
Balanza de Gancho. Cuando el objeto se coloca en el gancho provoca un
estiramiento del resorte que forma parte del mecanismo de la balanza, al
estirar ocasiona el movimiento de la aguja indicadora.
Figura 1.7 Balanza de Gancho
Balanza Semiautomática. Actúa de manera similar a la anterior pero la
diferencia es que esta balanza tiene un único platillo donde se coloca el peso,
al ejercer presión sobre éste, la aguja indicadora se mueve.
Fisura 1.8 Balanza Semiautomática
1.2.4 LA BALANZA ELECTRÓNICA
Las balanzas electrónicas actuales llegan a ser sofisticados elementos de pesaje
con el software y hardware necesarios para la obtención y procesamiento de
datos durante la operación de pesado. Utilizan diferentes métodos para sensar el
peso, de manera que se obtenga una señal electrónica que pueda ser tratada
para la visualización de la medición.
La balanza electrónica se usa ampliamente, debido a la calidad de resolución y
visualización de valores, superiores a los de la balanza mecánica. Se tiene
además un sin número de prestaciones específicas y capacidad de medición,
para facilitar el uso en aplicaciones dedicadas.
Entre los tipos de balanzas más conocidos están:
Balanzas para Laboratorio. Generalmente son las que requieren mediciones
mas precisas. Logran medir pesos de sustancias equivalentes a una
millonésima de gramo que es lo mismo que decir una milésima de miligramo, o
sea, 0.000001 gramo. Estos mecanismos requieren ciertas características
particulares como por ejemplo, estar cerrados en una especie de caja de
plástico o vidrio porque el aire ambiental y su movimiento pueden alterar la
lectura deseada. El mecanismo sensor es en la mayoría de las veces por
compensación electromagnética aunque es posible la utilización de galgas.
Figura 1.9 Balanza para Laboratorio.
Balanzas de Sobremesa. Utilizan galgas extensiométricas. Tienen una
capacidad hasta 60 Kg. Entre las características que puede tener son el
encerado y la tara.
Figura 1.10 Balanzas de Sobremesa
Balanza de Sobresuelo. Como su nombre lo indica están diseñas para
trabajar en el suelo, ya que no resulta práctico ni cómodo elevar los pesos que
manejan hasta el nivel de una mesa. Su aplicación puede ser en la
preparación de lotes en el proceso industrial. Usan una o varias celdas de
carga según la capacidad
Figura 1.11 Balanza de Sobresuelo
Balanzas para Conteo de Piezas. Es una aplicación muy útil en la industria y
pueden ser parte de la cadena de producción, razón por la cual requieren de
una alta precisión. Utilizan galgas extensiométricas como sensor de peso.
Figura 1.12 Balanza Cuenta Piezas
Balanza de Grúa. Estas balanzas llegan a pesar toneladas por esta razón se
utiliza como una grúa.
Balanza Camionera. Son utilizadas en la industria para el pesaje de camiones
que ingresan con materia prima para la producción. Suelen disponer de varias
celdas de cargas para el pesaje.
Figura 1.14 Balanza de Grúa
Figura 1.13 Balanza Camionera
- Balanzas de Supermercados. Son una de las aplicaciones más utilizadas
pueden tener funciones como mostrar el peso, impresión de etiquetas y
comunicaciones en red.
Figura 1.15 Balanza para Supermercado
Casi en su totalidad las balanzas electrónicas utilizan como sensor a la celda de
carga de galgas extensiométricas en diferentes disposiciones según las
necesidades de capacidad de la aplicación.
1.2.5 ELEMENTOS DE UNA BALANZA ELECTRÓNICA
Sea cual fuere el mecanismo sensor de peso en una balanza electrónica, la
característica básica es que entrega una señal de voltaje o frecuencia que debe
ser acondicionada y procesada para su posterior visualización.
Los elementos de una balanza estarán orientados a soportar el peso para el que
fue diseñado el equipo y a proporcionar el rango de medición requerido en la
aplicación. Como elementos se tiene:
Bandeja de Pesaje. Esta tiene un tamaño apropiado para el peso a medir, de
manera que éste no sobresalga demasiado de los límites de la bandeja.
- Sensor de Peso. Apropiado para trabajar en todo el rango de la aplicación,
generalmente es una celda de carga, pero son posibles también los métodos
ópticos, electromagnéticos, etc.
- Acondicionador de la señal. Un sensor entrega una señal muy pequeña para
ser procesada, por lo que debe llevarse a valores estándar de voltaje (0-5V
generalmente) o tener un rango detectable por un microprocesador.
- Microprocesador. En su mayoría las balanzas electrónicas tienen un
microprocesador, que pueden ir de los más sencillos a los más complejos
según la aplicación.
- Elementos de Visualización. Estos pueden ser desde sencillos displays, hasta
pantallas LCD o LCD gráficas.
- Otros. Según las necesidades del usuario las balanzas incorporan elementos
como la impresión de tickets, comunicación en red entre otros.
10
1.2.6 CRITERIOS DE SELECCIÓN PARA UNA BALANZA
Cada aplicación tiene sus propias exigencias pero para escoger una balanza
puede seguirse el siguiente criterio:
- Aunque el límite de peso que soporta es mayor al nominal, y existen
protecciones mecánicas para sobrecargas, no es recomendable exceder el
peso permitido, por lo que el máximo a medir debe estar entre el 50% y 75%
de la capacidad de la balanza a adquirir.
- La resolución de la medida determina el incremento más pequeño de carga
que el display numérico puede mostrar.
El tamaño de la superficie de pesaje. Es indispensable saber las dimensiones
máximas del producto a pesar. Sin embargo, a no ser en casos exagerados, el
hecho de que el producto sobresalga de la plataforma no afecta al pesaje,
pero podría dificultar su manipulación y colocación.
- Si se requiere una balanza portátil o fija. Se usa una fija cuando se va a
transportar los objetos a pesar hasta ella. De lo contrario, se elige una portátil
especialmente diseñada para ser trasladada fácilmente (funciona con batería).
- Otras características son: acabados especiales como inoxidable, ambientes
especiales donde estaría los corrosivos, el trato que se le dará (especialmente
robustas), tipo de producto, humedad, líquidos. También existen modelos de
seguridad intrínseca extrínseca o antideflagrantres.
Los periféricos especiales que pueden necesitarse: impresoras (tickets),
alarmas, detecciones, dosificación, comunicación, etc.
Debe considerarse la ubicación que va a tener: Empotradas, sobresuelo,
sobremesa, colgante, con acceso especial, con protecciones para entrada, etc.
11
En una balanza electrónica gran parte de estas características se deben al sensor
de peso utilizado, por lo que este es el elemento principal.
1.3 SENSORES DE PESO
Los sensores de peso son elementos que cambian sus propiedades físicas o
eléctricas a causa de la influencia de la masa de un cuerpo.
Los sensores de peso se clasifican en:
Sensores por desplazamiento
Sensores Electromagnéticos
Sensores de Frecuencia de Resonancia
- Celdas de Carga Hidráulicas
- Celdas de Carga Neumáticas
- Galgas extensiométricas
1.3.1 SENSORES POR DESPLAZAMIENTO
Determinan el peso dependiendo.de! desplazamiento que éste provoca en el
componente receptor, que por lo general es flexible o es parte de un sistema
elástico; recupera su posición original cuando se retira el peso. Esta categoría
incluye a los transductores inductivos, capacitancia cerámica y métodos ópticos.
Con transductores inductivos se obtiene una precisión baja, el desplazamiento de
las bobinas o núcleos de ferrita es usado para generar la señal del peso.
12
ArmaduraMagnéticaMóvil
Peso
SeñaldelSensor
Figura 1.16 Sensor Inductivo
Los transductores capacitivos se caracterizan por su tamaño pequeño y una
mediana precisión. El peso produce desplazamiento de una placa móvil, situada
entre dos placas fijas. Así se forman dos condensadores, uno de capacitancia
variable y otro de capacitancia fija o de referencia, que pueden compararse en
circuitos oscilantes o puente de Wheatstone para obtener la medición.
Peso
Oscilador deAlta
Frecuenciao
Figura 1.17 Sensor Capacitivo
1.3.2 SENSOR ELECTROMAGNÉTICO
Con el método de compensación que consiste en generar un campo magnético a
través de la corriente en la bobina (servomecanismo), se sostiene el platillo sobre
el que se apoya el peso. Si está vacío, se ajusta la corriente mediante un control
externo para determinar la posición cero. AI colocarse un objeto, se produce un
movimiento hacia abajo, que aumenta la radiación luminosa incidente en la
13
fotocelda del detector de cero. El aumento de la corriente se amplifica y envía a la
bobina, acrecentando el valor del campo magnético hasta que el platillo vuelve a
su posición original. La corriente requerida para mantener el platillo con el objeto
en la posición de cero es proporcional al peso del objeto. Ese valor se transforma
electrónicamente para mostrar digitalmente el valor de la masa.
Bobina pesot
MagnetoPermanentente .
—
• i
*?«,'
J|L
Fotocelda
Procesador
\r A/D
Figura 1.18 Sistema de Pesaje por Inducción Magnética
1.3.3 SENSOR DE FRECUENCIA DE RESONANCIA
Una cuerda vibratoria tiene una frecuencia de resonancia que depende de su
largo, masa por unidad de longitud y la tensión en ésta. La aplicación del peso
puede cambiar la tensión de la cuerda y por tanto la frecuencia.
La señal de frecuencia se digitaliza fácilmente sin necesidad de un conversor
análogo digital. El problema es que la frecuencia y el peso no mantienen una
relación lineal, pero se resuelve digital o mecánicamente con el uso de dos
cuerdas vibratorias. Si este es el caso, se evalúa el cuociente de las frecuencias
de ambas cuerdas.
14
1.3.4 CELDAS DE CARGA HIDRÁULICAS
El sensor consiste en un pistón sobre el que se coloca el peso de manera que se
crea una presión en el aceite. Como se conoce el área del pistón, el peso se
refleja directamente en un manómetro Bourdon.
Carga
Cabezal de Carga
Anillo de Caucho
Caja
Bola de Acero Endurecido
Abrazadera
ManguitoFlexible
Abrazadera
Placa deRefuerzo
\e deP recarga
Anillo puente
DiafragmaAnillo dex Insertos de Acero Fluido
Revestimiento Endurecido Hidráulico
Figura 1.19 Constitución de una Celda de Carga Hidráulica
Para obtener una señal eléctrica, se suman las presiones de varias células
hidráulicas y se aplican a un transmisor electrónico de equilibrio de fuerzas.
Estos sistemas son utilizados en aplicaciones industriales para mediciones de
hasta 100 toneladas. Tienen una rápida respuesta, admiten sobrecargas de hasta
el 40% y pueden ser a prueba de explosión y resistentes a las vibraciones, según
el requerimiento.
15
1.3.5 CELDAS DE CARGA NEUMÁTICAS
Funcionan de una forma similar a las anteriores, pero en lugar de ejercer la
presión sobre un fluido, se la ejerce sobre el aire. El transmisor neumático se sitúa
baja la plataforma de pesado, así la fuerza del peso es comparada con el
esfuerzo ejercido por un diafragma alimentado a presión.
Peso-1 Indicador
^'V'y--••>.••' X.-'-.^:.:.;•.-.•.•:-*—Suministrode Aire
Figura 1.20 Celda de Carga Neumática
El sistema se equilibra por medio de una tobera - obturador y la cámara de
realimentación del transmisor. La presión que el aire alcanza en esta cámara
indica el peso.
Se usa para pesos de hasta 10 toneladas con precisiones de hasta el 0.2%. Son
especialmente útiles en el caso de sistemas de control neumático.
1.3.6 LAS GALGAS EXTENSIOMETRICAS
Son transductores pasivos que aplicados sobre un elemento flexible (celda de
carga), miden la presión o el esfuerzo a partir de la deformación producida por
fuerzas de compresión, tracción o flexión. La deformación provoca variación de la
longitud y el diámetro de la sección de la galga, y por tanto, de la resistencia
eléctrica.
16
1.3.6.1 Principio de Funcionamiento
La galga está constituida básicamente por una base delgada no conductora,
sobre la cual va adherido un hilo metálico muy fino. Suponiendo que este hilo es
de un metal homogéneo de longitud L y sección transversal A, la resistencia
puede ser expresada como:
*-,iDonde:
R = resistencia
p- resistividad
L = Longitud
A = sección transversal
La ecuación 1.2 se cumple para metales comunes y no metales a temperatura
ambiente, sujetos a corriente directa o a baja frecuencia. Cuando la galga es
sometida a una presión o fuerza, sufre una deformación que causa alargamiento y
ensanchamiento del conductor como se ve en la figura 1.21:
-AL'
Figura 1.21 Alargamiento de un Conductor
Entonces el cambio en la resistencia puede ser expresado como:
A n L f A N L + A¿ n 3iM = p - - (p - Ap)—— C1-3)A A + M
Donde A es el incremento de la cantidad. Esta expresión puede reducirse si se
asume:
AL«L
AA«A
17
Ap« p
A puede aproximarse con el cambio diferencial infinitesimal d:
&R = dR = d(p-}V A)
Aplicando el logaritmo natural a la expresión diferencial del lado derecho:
La ecuación 1 .5 se deriva de la siguiente forma:
dR do dL dÁ n - — —£-.-! ---- (1-6)
R p L A
La ecuación 1.6 indica que para lograr mayores cambios en AR, es conveniente
in.crementar el valor de la resistencia sin incrementar la sección, es decir tener
mayores longitudes de hilo (disposición en zig-zag) y de pequeña sección. Si se
considera:
Donde:
D - Radio del círculo.
C - Constante TT del círculo.
Derivando la ecuación:
A D
La tensión longitudinal puede expresarse como:
dLs = • (1.9)
L
Y la tensión transversal puede expresarse como:
s =D D
Para un comportamiento lineal e isotrópico del hilo conductor se cumple la
ecuación 1.11 de la relación de Poisson:
o = — (1.11)
De las ecuaciones 1.8, 1.9, 1.10 y 1.11, se obtiene:
18
— = 9fi- =-9ü— (1-12)^ ~ D L
Finalmente, el cambio de resistencia por unidad de resistencia (AR/R) queda:
(1.13)R p
Esta ecuación expresa la proporcionalidad básica entre resistencia y deformación
en el material de la galga.
Una medida de la sensibilidad del material se define como el factor de la galga:
dRIRFG = -
El factor de la galga también puede ser determinado como:
(1.14)
(1-15)
Así expresado incluye dos efectos. El primer término en ei lado derecho
representa directamente el efecto Poisson (la tendencia en un material elástico a
contraerse lateralmente en respuesta a un estrechamiento axial). El segundo, la
contribución debida a los cambios en la resistividad del material como respuesta
al esfuerzo aplicado. Se concluye que la resistencia de la galga varía con la
deformación debida al esfuerzo aplicado en la celda de carga. La dirección de
deformación que provoca el aumento de resistencia, se denomina largo activo.
Largo Acíivocíe la Rejilla
Figura 1.22 Variación de la resistencia según la dirección de la deformación
19
En ausencia de un cambio directo en la resistividad, los valores máximos
esperados para el factor son: 1 < FG < 2, para galgas metálicas, que
corresponden al rango teórico permitido para el coeficiente de Poisson: O < o á yz.
Para algunas aleaciones especiales y carbón, el FG puede llegar hasta 10. Es
mejor un alto FG, por indicar un mayor cambio de resistencia y facilitar la
medición. Los materiales más comunes usados en galgas se enlistan en la tabla
1.1. Aunque el platino y el níquel no se utilizan en forma pura, se incluyen para su
comparación.
Tabla 1.1 Características de los materiales de las galgas
Material
Platino (Pt 100%)
Platino- Iridio (Pí 95%, Ir 5%)
Platino - Tungsteno (Pt 92%, W 8%)
Isoelastic (Fe 55.5%, Ni 36% Cr 8%, Mn 0.5%) *
Constantan / Advance / Copel (Ni 45%, Cu 55%) *
Nichrome V (Ni 80%, Cr20%) *
Karma (Ni 74%, Cr20%, Al 3%, Fe 3%) *
Armour D (Fe 70%, Cr 20%, Al 1 0%) *
Monel(N¡67%,Cu33%)*
Manganin (Cu 84%, Mn 12%, Ni 4%) *
Níquel (Ni 100%)
Factor de Galga
6.1
5.1
4.0
3.6
2.1
2.1
2.0
2.0
1.9
0.47
-12.1* Isoelastic, Constantan, Nichrome, Karma, Armour, Monel, Manganin sonnombres comerciales propiedad de diferentes marcas
1.3.6.2 Clasificación
Existen dos tipos básicos de Galgas, las metálicas y las semiconductoras.
Algunas de sus características se comparan en la tabla 1.2.
20
Tabla 1.2 Características de las Galgas Metálicas y Semiconductoras
Característica
Margen de Medida (|is)
FG
Resistencia (n)
Tamaño (mm)
Galgas Metálicas
0,1 -40000
2 - 5
120, 135, 600... (±0,1%)
0,4-150
Galgas de Semiconductor
0,001 -3000
50-200
1K-5K(±1%)
1 -5
1.3.6.2.1 Galgas Metálicas
Son las más empleadas. Para su fabricación se usan aleaciones constantán,
karma, isoelestic y aleaciones de platino.
_ Portador
Marcas paraAlineación
-Rejilla Metálica
• Puntos paraSuelda
Figura 1.23 Configuración de una galga metálica
Las galgas metálicas se clasifican según el tipo de construcción de la rejilla en:
- Hilo Metálico. Son las más sencillas, normalmente están adheridas a una
base de dimensiones estables. Introducen errores en la medida ante estados
tensionales no longitudinales debido a la curvatura del hilo en la rejilla.
21
Película de protección
f— Soporte
Hilo de medida(adherido al soporte)
y
Terminales de conexión Afecta al hilo
Figura 1.24 Construcción de una Galga de Hilo Metálico
Película Metálica. Se desarrollan por métodos de fotograbado. Se fabrican de
forma similar a la producción de circuitos impresos en bases flexibles.
Zonas más anchas parareducir el efecto de
tensiones transversales
Pad de conexión
Película de protección
Sección A,.
Figura 1.25 Constitución de una Galga de Película Metálica
Metal depositado. Se aplican directamente sobre superficies, con métodos de
evaporización o bombardeo químico. Utilizadas en los diafragmas de los
sensores de presión.
1.3.6.2.2 Galgas semiconductoras
Se fabrican de silicio u otro material semiconductor. El margen de medida es
aproximadamente igual a 3000 ue. Su cambio resistivo es menos lineal que las de
metal y tienen una gran dependencia de la temperatura. Se usan en la fabricación
de sensores integrados de presión y se implantan en micro diafragmas.
22
Silicio
Figura 1.26 Galga semiconductora
1.3.63 Formas Constructivas
Comercialmente se encuentran diferentes diseños y arreglos de galgas, ya que la
medición de la tensión o esfuerzo, puede realizarse en diferentes direcciones:
radiales, axiales, ortogonales, etc.
\r ir.¿35
Figura 1.27 Formas Constructivas de la Galga Extensiométrica
1.3.6.4 Instalación de la Galga Extensiométrica
La instalación de la galga extensiométrica en una celda de carga es un
procedimiento crítico, una instalación inapropiada puede no solo provocar
mediciones erróneas sino dañar totalmente a la galga.
23
Algunos tipos de galgas pueden ser soldados en la superficie de montaje, sin
embargo los más ampliamente usados son los adhesivos. El procedimiento más
común para el montaje de una galga es el siguiente:
1. Preparación de la Superficie. Consiste en limpiar y adecuar la superficie
para la instalación, generalmente se utiliza limpiadores abrasivos de
manera que la superficie quede libre de cualquier impureza especialmente
grasas, muchas veces también se requiere lijar la superficie para que
quede lo más uniforme posible.
2. Pegado de la Galga. Consiste en transferir la galga a la superficie, para lo
cual previamente se ha marcado la posición de la galga. Las galgas se
posicionan en la superficie y se cubren con cinta adhesiva presionando
levemente. Junto con la cinta, se retiran de la superficie y se coloca una
mínima cantidad de adhesivo en el lado libre de la galga. Se reaplica la
galga a la superficie presionando levemente y una vez que el adhesivo se
ha secado se retira la cinta.
Figura 1.28 Pegado de la Galga a la Celda de Carga
3. Fijar los cables para las Señales. Se retira unos milímetros del aislante de
los cables y se sueldan a los respectivos puntos de la galga, se limpia con
alcohol el exceso de suelda y se aplica un poco de epoxy sobre estos
puntos.
24
Figura 1.29 Fijación de los Cables al Circuito
4. Cubierta Protectora. Para proteger el circuito de la galga se limpia con un
poco de alcohol y se aplica una capa de epoxi sobre la superficie, dejando
libre los extremos de los cables para alimentación y señal.
Figura 1.30 Aplicación de la Capa Protectora
1.3.6.5 Circuitos de Medida
El circuito típico de medida para de los cambios de resistencia de una galga es el
puente de Wheatstone, ya que es muy sensible a los pequeños cambios de
resistencia. Según la medición sea por tracción (estiramiento) o compresión, se
escoge el colocar una o varias galgas en el cuerpo de la celda, depende también
de la compensación de los efectos de temperatura. Se tendrá entonces
configuraciones de cuarto de puente, medio puente y puente completo.
1,3.6.5.1 Circuito de Cuarto de Puente
Es el puente de medida más sencillo, está conformado por una sola galga activa
trabajando a tracción. El análisis del circuito se lleva a cabo asumiendo que todas
las resistencias son iguales cuando no hay deformación extensiométrica.
25
Fuerza
Como 4R»2AR:
Sensor enoperación
Figura 1.31 Disposición en cuarto de puente
R
Figura 1.32 Circuito de cuarto de puente
VVa =
Vb = -
2
R-V
R-V
M
Vab=--9
Vab =
r, 7 T AR r.K-sVab = V = V
4£ 4
(1.16)
(1.17)
(1.18)
(1.19)
(1.20)
La tensión de salida del puente es muy pequeña y debe amplificarse. Las galgas
son bastante sensibles a la temperatura (hasta 50 u£/°c). por lo que se suelen
compensar mediante una galga pasiva conectada en la misma rama que la activa
26
y físicamente próxima a ella, de forma que se encuentre a su misma temperatura,
pero no sometida a esfuerzos.
1.3.6.5.2 Circuito de Medio Puente
Está formado por dos galgas activas, y dos inactivas para compensar el efecto de
la temperatura. Con esta configuración se duplica la sensibilidad del puente.
Fuerza
\a R + A/?
Sensor enoperación
Figura 1.33 Disposición en medio puente
Figura 1.34 Circuito de Medio Puente
Vab = V
2R + 2AR
AR = K -i2R~ 2
(1.21)
(1.22)
27
1.3.6.5.3 Circuito de Puente Completo
Este circuito tiene cuatro veces la sensibilidad del circuito de cuarto de puente, ya
que integra cuatro galgas activas, dos en compresión y dos en tracción, con lo
que además se compensa los efectos de la temperatura.
Sensores detensión
de la partesuperior
Fuerza
S 4Sensores decompresión
de la parte inferiorR-óJi
Figura 1.35 Disposición en puente completo
R-AR
.R-fAR
Figura 1.36 Circuito de Puente Completo
—R
(1.23)
El circuito de la galga se adhiere a una celda de carga y mediante la deformación
que el peso realiza sobre la celda, la galga varía la resistencia.
28
1.3.6.6 Celdas de Carga
Básicamente es un trozo de metal (aluminio o acero) de muy buena calidad al que
se le practica una incisión o perforación para debilitar un punto determinado de su
estructura. En este punto se adhieren el circuito de la galga que sufrirá la
deformación física o geométrica, al aplicar el peso. Esto produce un cambio de
resistencia en la galga que se mide en un circuito puente de Wheatstone.
Tanto por límites de la galga como por límites de la celda, ésta tiene una zona
lineal de funcionamiento, como se detalla en la figura 1.37:
SeñalLa celda no debe sobrepasar
esa zona
Zona detrabajo
Zona desobrecarga
Límtelineal
Límteelástico
Peso
Límte deruptura
Figura 1.37 Comportamiento de la Celda de Carga
Para el diseño de un sistema de pesaje, se procura tener un límite algo inferior al
lineal y además se pone protecciones mecánicas para asegurar que la celda no
tenga un daño permanente a causa de sobrecargas accidentales.
Este tipo de sensor encuentra su [imitación en sistemas de pesaje de alta
resolución, una de las razones es la sensibilidad a la humedad del adhesivo entre
29
la galga y el cuerpo de la celda. La baja señal de salida también puede ocasionar
problemas debido al ruido.
En oposición, una de las ventajas es el diseño compacto del sensor y su fácil
adaptabilidad a varias capacidades de carga.
PesoGalgas
Celda de Carga
Figura 1.38 Medición de Peso con Galgas Extensiométricas
Las celdas de carga pueden clasificarse según el tipo de trabajo que utilizan para
la deformación y la forma de su estructura.
1.3.6.6.1 Celdas de Carga a Flexión o Doblado
Ofrecen un buen nivel de deformación para fuerzas relativamente bajas, lo que las
hace ideales para bajas capacidades de carga. El principio de medición es la
aplicación de una fuerza que dobla la celda para producir la deformación ya sea
en tracción o compresión, además se tiene una excelente linealidad.
En estas celdas, la galga se pega en una parte plana de la sección superior o
inferior, en el punto de máxima deformación y puede fácilmente formar un circuito
puente con compensación de temperatura. Una desventaja es que la celda debe
ser colocada con precisión para obtener resultados coherentes. En este grupo se
encuentran las celdas de punto único, por ejemplo.
Figura 1.39 Celdas a Flexión o Doblado
1.3.6.6.2 Celdas de Viga Cortada
La estructura de estas celdas tiene un corte que le da forma de "I" a la sección
transversal, dejando una delgada red en el centro.
A-A1
Figura 1.40 Celda de Viga Cortada
Así la fuerza de corte impuesta por la carga, es absorbida totalmente por la red
mientras que el momento de doblado es resistido por el resto de la estructura. La
tensión en la red es puramente de corte, actuando en direcciones vertical y
horizontal, creando un eje de 45° en ambos lados de la celda, donde se colocan
las galgas en un circuito de puente completo.
Se emplea para capacidades medias y altas, tiene una gran linealidad. No es
susceptible a cargas fuera del punto de medición como son las laterales.
31
Figura 1.41 Celda de viga cortada redonda
1.3.6.6.3 Celdas de Compresión
Las celdas de carga de compresión pueden estar basadas en mediciones de
doblado, anillo de torsión, columna o corte.
Las de columna son uno de los primeros diseños, el elemento de la columna
puede tener uno o varios miembros, es decir, una o varias columnas, La columna
debe ser lo suficiente larga con respecto a la sección transversal, para proveer un
campo de deformación uniforme. Debido a que la sección transversal cambia
durante la deformación, este tipo de celdas son no lineales pero puede
compensarse conectando galgas semiconductoras.
Figura 1.42 Celda de Carga de Compresión
32
1.4 EQUIPO PROPUESTO
El equipo propuesto es un prototipo de balanza para venta de productos al peso.
En su diseño se ha tratado de incluir características que satisfagan las
necesidades de esta aplicación y se han considerado las especificaciones
técnicas y funcionales anteriormente analizadas.
La primera característica a escoger es el límite del peso que soportará el aparato.
Para la aplicación, los objetos con mayor masa están alrededor de los 20 Kg.,
pero para dar algo de holgura se escogió un límite de 30 Kg., que también es el
valor límite en las balanzas comerciales similares.
Así como se considera los mayores valores, debe tomarse en cuenta los mínimos,
con el fin de determinar la precisión. De este parámetro depende el margen de
error en el cobro por la cantidad del producto, de manera que mientras mide
valores más pequeños es mejor, pero esto también implica un mayor costo del
equipo. Del mismo modo comparando con las balanzas comerciales, los valores
oscilan entre los 10 y 20 gr. de resolución, se escoge 10 gr.
La balanza utiliza como sensor, galgas extensiométricas ubicadas en una celda
de carga, de manera que al energizarse entreguen un voltaje lineal proporcional al
peso medido, Este voltaje es acondicionado por un amplificador operacional de
instrumentación, para obtener una señal que puede ser ingresada al conversor
análogo digital del microcontrolador. Con este dato y e! código ingresado por el
teclado de la balanza, el microcontrolador puede disponer la visualización de:
nombre del producto, peso, precio unitario y precio total en una pantalla LCD, o a
su vez enviar información sobre el peso al computador mediante comunicación
serial RS232, para que el usuario pueda tener los mismos datos del LCD en la
pantalla del computador. El sistema también tiene un programa de Visual Basic
para el ingreso, por parte del usuario, de los nombres de los productos, sus
códigos y sus precios unitarios. Esta base de datos no solo puede ser usada por
la interfase visual del computador, además tiene la posibilidad de ser traspasada,
a una memoria serial conectada al microcontrolador.
2 DISEÑO DEL HARDWARE
El hardware de la balanza está compuesto por elementos que permiten la
detección y visualización del peso, además de posibilitar el ingreso del código del
producto y la comunicación serial con el computador. Estos elementos son los
siguientes;
- Celda de Carga de Galgas Extensiométricas.
Circuito Acondicionador de Señal
- MicrocontroladorATMEGA16.
- Teclado Matricial,
- Pantalla LCD
Memoria Serial.
- ConversorTTL a RS232 para comunicación serial.
- Fuentes de Voltaje
El diseño del equipo puede resumirse en el diagrama de bloques de la figura 2.1.
Teclado LCD
MicrocontroladorATMEGA16
Figura 2.1Diagrama de Bloques del Equipo
El sensor de peso de la balanza es la celda de carga, en su selección se
consideró, entre otros factores, el valor máximo del peso a detectar. La más
conveniente resulta ser la de punto único, no solo por cumplir con la capacidad de
34
carga, sino, por ser una de las más económicas, tener diseño compacto, buena
linealidad y ser de simple colocación en la estructura. Esquemáticamente se tiene:
plato
-celda
-base de apoyo
Figura 2.2 Esquema de colocación de la celda de punto único
La señal de la galga en la celda se acondiciona con un amplificador de
instrumentación y posteriormente se digitaliza en el microcontrolador.
Con el valor digital de la señal, el microcontrolador está en capacidad de
interpretar el peso y procesarlo para realizar las funciones especiales del equipo:
- Visualización del código, peso, precio unitario y precio total del producto.
- Visualización de la fecha y hora actuales.
- Adquisición de una base de datos con los códigos y precios unitarios del
producto.
- Comunicación con la computara para el intercambio de datos.
La Visualización de datos se la realizará en la pantalla LCD, que ofrece una gran
versatilidad permitiendo el intercambio entre las diferentes pantallas según la
función que esté realizando la balanza.
Para el manejo de la balanza se implemento un teclado matricial con 14 teclas,
con esto se logra un acceso simple a las funciones sin una excesiva utilización del
espacio en la estructura del equipo. Las teclas serían:
35
- Teclas numéricas del O al 9 para el ingreso del código, valores de fecha y
hora y claves especiales.
Encerado.
- Tecla para consulta del código.
Presentación en libras o kilogramos.
- Actualización de la hora.
El apagado y encendido del equipo es a través de un switch de dos posiciones
(ON-OFF) ubicado en la carcasa. El switch permite la desconexión de todo el
circuito con excepción del mícrocontrolador que necesita estar siempre
energizado para funcionar como reloj en tiempo real. El microcontrolador recibe
siempre energía a través de la batería, lo cual permite al equipo ser portátil. Esta
última característica es muy común en este tipo de balanzas ya que necesitan ser
trasladas. La batería es recargable conectándola directamente a la red eléctrica
que es la otra manera en la que puede funcionar la balanza.
La balanza puede funcionar independiente o conectada al computador a través de
comunicación serial. Para este último caso, el computador tiene su propio
software con un programa que consta de dos ventanas principales, una ventana
para la facturación de los productos pesados y otra para el ingreso de la base de
datos que se envía a la balanza.
El eje central que administra todos los recursos anteriormente citados es el
microcontrolador. Como se requería uno con la función de reloj en tiempo real,
además que permita un rápido muestreo y procesamiento de la señal, contando
también con el suficiente número de puertos para el manejo del hardware, se optó
por el ATMEGA16 de la Atmel que cumple con estos requisitos.
36
2.1 CELDA DE CARGA UTILIZADA
Soporte de laBandejaCelda de
Carga
Estructura dela Balanza
Cable dla señal
Figura 2.3 Celda de Carga y Estructura de la Balanza
La celda de carga, como sensor de peso, constituye la parte fundamental de la
balanza. Se escogió una celda tipo single point o punto único, en la cual la
presión se ejerce sobre un punto específico de su estructura, característica que
debe considerarse para la fijación de la celda en la carcasa de la balanza y para
la colocación de la bandeja de pesaje. Como se ve en la figuras 2.3 y 2.4.
Punto de FijaciónEstructura de laBalanza
Punto de FijaciónSoporte de laBandeja
Celda de Carga
Figura 2.4 Fijación de la celda de carga
Las especificaciones técnicas de la celda de carga dadas por el fabricante se
detallan en la tabla 2.1.
37
Tabla 2.1 Especificaciones Técnicas de la Celda de Carga
ParámetroCapacidadSensitividadTamaño Máximo de la plataformaLimite de CargaLímite de RupturaExcitación NominalExcitación MáximaImpedancia de EntradaImpedancia de SalidaTipo de Circuito de CompensaciónLargo del Cable
Códice de Color
Construcción
Unidadkg
mV/Vcm
% Cap.% Cap.
VV
OhmOhm
metros
Valor402
35x351503001015
415+ 15350 + 3
Puente Balanceado0.5
+excitación = verde, +señal-excitación = negro, -señal =
= rojoblanco
Aluminio
Estos datos pueden ser interpretados de la siguiente forma:
- La capacidad es el peso máximo al que se puede someter a la celda e incluye
el peso muerto, el peso neto máximo y la tolerancia.
(2.1)Capacidad = Peso Muerto + Peso Neto Max. + Tolerancia
La plataforma de pesaje y su soporte forman parte del peso muerto.
- La sensitividad indica el voltaje que entrega el circuito de la galga por cada
voltio de excitación, cuando está sometida al peso máximo. La alimentación de
5 voltios está en el rango dado por el fabricante y puede usarse para la
energización del resto de los circuitos de la balanza.
Señal Max. = Sensitividad • Voltaje Excitación
Señal Max. = 2mV
(2.2)
(2-3)
El voltaje máximo de la señal será 10 mV, cuando el peso sea de 40 Kg. Con
este valor se puede diseñar el acondicionador para la señal. Si la capacidad y
la carga son iguales, se puede expresar la ecuación 2.3 como sigue:
38
Serial Max. = Sensitividad • Voltaje Excitación — (2-4)Capacidad
Así para encontrar la señal de una carga cualquiera se tiene:
Señal = 2[m VI v] • 5[v] gJJ P-5)
Señal [mV] = 0.25 - Carga[Kg] (2-6)
La ecuación 2.6 es ideal, por lo que se requiere obtener una curva de
funcionamiento para determinar el verdadero comportamiento de la celda.
El tamaño máximo de la plataforma se especifica en 35x35mm, este no debe
sobrepasarse ya que puede desequilibrar la medición dando resultados
erróneos y dañando al sensor.
Los límites de carga y de ruptura obedecen al comportamiento de la celda
misma, y para este caso indican los siguientes valores:
Límite Carga = (l .5) - (40[jK¿D = 60[%] (2-7)
Límite Ruptura = (s) - (40^]) = Uü[Kg] (2.8)
El circuito de compensación es un puente balanceado, esto implica que se
tiene dos galgas, una en operación como sensor y otra para compensación de
temperatura que no aporta a la medición. Estas dos galgas se localizan en un
cuarto puente de Wheastone en la celda, al cual se accede mediante cuatro
cables codificados por colores. Los cables verde y negro se conectan a la
excitación del puente y en los cables rojo y blanco se tiene las señales de
medición positiva y negativa respectivamente. En la figura 2.5 se muestra una
vista superior de la celda de carga, en la cual se puede ver la ubicación de las
galgas extensiométricas.
39Galga
i£ítfs&'&^Celda deCarga
Figura 2.5. Ubicación de las Galgas en la Celda de Carga
- Para no distorsionar la señal de la galga, no se debe exceder en el largo del
cable que conduce la señal del puente al circuito de acondicionamiento. Según
las recomendaciones del fabricante, es 0.5 m máximo.
De acuerdo con estas consideraciones, la celda se encuentra fijada en el centro
de la estructura de la balanza. En el punto de presión está el soporte de la
bandeja. Una característica especial de éste es la forma de "X" (figura 2.6), capaz
de aportar con la misma cantidad de presión que un clásico soporte rectangular
pero con un notorio ahorro en material.
Soporte
Figura 2.6 Vista Superior del Soporte cié la Bandeja
Sobre las cuatro esquinas del soporte, se apoya la bandeja de pesado. Con esta
configuración se obtiene una distribución uniforme de la presión ejercida por el
peso.
40
2.2 CIRCUITO ACONDICIONADOR DE SEÑAL
Las especificaciones técnicas de la celda, aportadas por el fabricante, son
ideales, y se toman como base para el diseño del acondicionador, ya que se sabe
que el valor de voltaje máximo no se va a sobrepasar porque no se trabajará con
40 Kg. de carga si no con 30 Kg. más el peso del soporte y el de la bandeja. El
acondicionador hará las funciones de filtrar y amplificar la señal y para el
propósito se usará un amplificador de instrumentación.
El circuito acondicionador consta de las siguientes partes:
Filtro pasa Bajas
- Amplificador Diferencial
Ambas etapas del acondicionador son parte del circuito del amplificador de
instrumentación.
Celda de Carga0-1 OmV
con ruido
Amplificador deInstrumentación
^ Señal0-5V
Figura 2.7 Diagrama de Bloques del Acondicionador
2.2.1 AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN
El circuito puente del sensor aporta información sobre la medición a manera de
una señal diferencial de voltaje en el orden de los milivoltios. En estado de
equilibrio, sin alimentación, en la mitad de las ramas del puente existe una señal
de 2.5V respecto a tierra debida a la alimentación del circuito. Esta señal es
común a ambas salidas por lo cual es llamada Voltaje de Modo Común de la
señal diferencial, pero no contienen información útil sobre lo que se quiere medir.
Adicionalmente se inducen señales de corriente alterna en ambas entradas a la
vez, ocasionadas por el ruido. La figura 2.8 muestra una interpretación del voltaje
en modo común.
41
Vcc
Va.
Vab
Vab Vmc,,
+Vabf2
Vmc
Figura 2.8 Descripción del Equipo Eléctrico y Electrónico
Se define el voltaje en modo común como;
Vmc = • (2.9)
El amplificador operacional configurado como amplificador de instrumentación, es
el circuito apropiado para esta aplicación, pues amplifica la diferencia de las
salidas del puente, y ya que el voltaje en modo común y el ruido son idealmente
¡guales en ambas ramas, la resta da como resultado cero. Sin embargo en la
práctica esto no sucede, teniéndose un límite para eliminar el voltaje en modo
común, esta propiedad se conoce como la relación de rechazo en modo común
(CMRR). Las características ideales que se buscan en este circuito son:
- Alta impedancia de entrada.
- Impedancia de salida nula.
- CMRR infinita.
- Ganancia diferencial regulable.
Existen varias formas de implementar un amplificador de instrumentación, pero la
más clásica utiliza tres amplificadores operacionales, como en la figura 2.9.
42
Figura 2.9 Amplificador de Instrumentación en Base a tres operacionales
Este circuito está formado por dos amplificadores no inversores como entrada,
seguidos por un amplificador diferencial. Sus mayores ventajas son el
acoplamiento de impedancias de entrada y salida, el lazo de realimentación está
totalmente aislado de la señal de entrada, y finalmente, la ganancia se establece
con una sola resistencia, Rg.
Al existir realimentación negativa se puede considerar un cortocircuito virtual entre
las entradas inversora y no inversora (símbolos - y + respectivamente) de los dos
operacionales de entrada. Por lo tanto se tendrá la señal del puente en los
extremos de la resistencia Rg y circulará una corriente por la misma:
L) P-io)
Debido a la alta impedancia de entrada del operacional, esa corriente será la
misma que atraviesa las resistencias Rl y en consecuencia la tensión que cae en
toda la rama formada por Rg, Rl y Rl será:
Vintermedio = (Rg + (2.11)
Vintermedio = (Vz - V, J 1 + - (2.12)
43
Vintermedio es la diferencia de tensión entre la salida inmediata de los dos
operacionales justo antes de las resistencias R2. El resto del circuito es un
restador de ganancia 1, así que la salida es la misma diferencia de tensión de la
entrada:/ « ~ \)
Este amplificador puede construirse fácilmente pero las resistencias Rl y R2
deben ser cuidadosamente escogidas para obtener una aceptable relación de
rechazo en modo común. Afortunadamente una alternativa sencilla y económica
son los circuitos integrados que funcionan bajo el mismo principio, pero con
mejores características, esto se debe a que ios fabricantes están en capacidad de
garantizar el diseño y la precisión de los elementos críticos.
Uno de los circuitos integrados basados en la configuración de tres operacionales
es el AD620 de la Analog Devices. Se escogió este integrado, ya que cuenta con
características mejoradas que le dan buena precisión, una buena CMRR y un
costo accesible. El AD620 tiene el esquema que se muestra en la figura 2.10.
*
GAIN GAINSENSE SENSE
Figura 2.10 Esquema Simplificado del AD620
44
Los transistores Q1 y Q2 proveen una entrada diferencial bipolar de alta precisión,
el lazo de realimentación se realiza a través Q1-A1-R1 y Q2-A2-R2, el restador
unitario es el operacional A3, que se encarga de remover la señal en modo común
y entregar una salida referida al pin REF. La resistencia Rg determina la ganancia
de voltaje y la transductancia de la etapa de preamplificación. Esta última
característica permite regular los errores relativos a la ganancia y el ruido del
voltaje de entrada. Las resistencias R1 y R2 tienen un valor de 24.7 KQ dando
una mayor precisión a la relación de rechazo en modo común.
TOP VI EW
Figura 2.11 Distribución de Fines del AD620
La distribución de pines del AD620 consta en la figura 2.11. La resistencia Rg se
coloca entre los pines 1 y 8, la salida puede medirse entre los pines 6 y 5, la
alimentación positiva entra en el pin 7 y la negativa en el pin 4.
La ganancia puede establecerse con la ecuación 2.14.
„ 4G = (2.14)
Algunas de las especificaciones del AD620 se muestran en la tabla 2.2 y la hoja
de datos del fabricante se encuentra en la sección de anexos.
Tabla 2.2 Especificaciones del AD620
EspecificacionesVoltaje Max. AlimentaciónRango de GananciaAncho de Banda G=10 (kHz tip)CMRR@60 Hz, G=1Rango de TemperaturaError de Ganancia (%) maxCorriente de Alimentación
+ 18V1 a 10.000
80093 dB
- 5 5 a 125+0.3%1.3mA
45
Según la tabla 2.2, el AD620 es además un integrado de bajo consumo, razón por
la cual resulta apropiado para el proyecto, ya que la balanza tiene la opción de
trabajo con batería.
2.2.2 AMPLIFICACIÓN DE LA SEÑAL
Utilizando el AD620 se puede amplificar la señal del sensor para la conversión
análoga/digital. A causa del voltaje de alimentación del circuito y la saturación del
amplificador, el valor máximo que entregará éste será 4 V, cuando el peso sea
máximo. Teóricamente se sabe que el valor máximo de voltaje que entrega el
sensor es 10 mV. A partir de estos valores se puede determinar la ganancia de
voltaje:
Yin 10/777
Con el valor de la ganancia y ia ecuación 2.14 se calcula la resistencia externa Rg
del amplificador:
(2.16)
G-l 399
El valor normalizado más cercano es: Rg- 120Q
La ganancia queda:
120
La referencia escogida para la señal de salida es la tierra de la fuente, así se
opera en todo el rango de O a 4 V. El circuito amplificador sin filtro sería entonces
el de la figura 2.12.
46
+5V
r+5V
HOmV120Í1:
Votlt
0 - 4 V
-5V
Figura 2.12 Etapa de Amplificación de la Señal sin Filtro
Siendo estos valores teóricos, es indispensable determinar la curva de
funcionamiento del sensor a través de mediciones, luego de que la señal haya
sido amplificada y filtrada.
2.2.3 FILTRADO DE LA SEÑAL
Entre las primeras pruebas realizadas en el sensor, se captó en el osciioscopio
digital la señal de salida del mismo, que se muestra en la figura 2.13.
—' Cursor —d>í 0000
X OOCÜ
Y OCJ03
Type
None
- Vertical •Position
20 m
Horizontal
S c a l e P a t i l i o n"
Figura 2.13 Señal del Sensor en el Osciioscopio Digital
Es evidente la presencia de ruido de alta frecuencia, que puede ser causado por
la fuente de alimentación o interferencias de radio frecuencia. Una pequeña parte
47
de este ruido no es eliminado por el amplificador, más bien se rectifica y amplifica,
provocando un error DC a la salida; esto se debe a que aún los mejores
amplificadores de instrumentación no tienen rechazo al modo común a
frecuencias sobre los 20 Khz., haciendo necesario un filtro pasa bajo tanto para el
modo diferencial como para el modo común, que debe ser puesto antes del
amplificador para evitar la rectificación de la señal de ruido en la etapa de entrada.
El fabricante del circuito integrado recomienda la configuración de la figura 2.14:
FILTRO
-INO-
flNO-
C1a __R1a
-VA-
C2 __
Rlb
Figura 2.14 Circuito para Filtro Pasa Bajas
La figura 2.15 es la versión simplificada del circuito del filtro de la figura 2.14.
fIN O
-IN O
our
Figura 2.15 Circuito Equivalente del Filtro
Se puede apreciar que el filtro forma un puente cuyas entradas están a través de
los pines de entrada de la señal. Por este motivo, cualquier desigualdad entre las
constantes de tiempo C1 a/R1 a y C1 b/R1 b va a desequilibrar el puente y reducir el
rechazo en modo común a las altas frecuencias, es necesario entonces que los
resistores R1a y Rlb y los capacitores Cb1a y C1b sean iguales.
El capacitor C2 está conectado a través de la salida del puente, haciendo un
paralelo con la serie de C1a y C1b. Con esto se puede reducir el error en CMRR
debido a la desigualdad de las constantes de tiempo antes mencionadas,
haciendo que C2 sea al menos 10 veces mayor que C1.
Configurado el filtro tiene dos anchos de banda: diferencial y en modo común. El
ancho de banda diferencial define la frecuencia de respuesta del filtro a señales
de entrada diferenciales aplicadas. Esta constante de tiempo se establece por la
suma de los resistores R1a y R1b con la capacitancia diferencial de C2 en
paralelo con la serie de C1a y C1b. El ancho de banda de -3dB del filtro
diferencial es igual al de la ecuación 2.18
BWdif =
El ancho de banda en modo común define la frecuencia de las señales que entran
al amplificador. C2 no afecta este ancho de banda por estar conectado entre las
dos entradas. Por esto el ancho de banda de -3dB está dado por el paralelo de las
impedancias de las redes RC formadas por R1 a/C1 a y R1 b/C1 b, como se ve en la
ecuación 2.19.
27TRICI
Se debe tomar en cuenta que el valor de los resistores en serie debe ser
manejado por el sensor y no contribuir con un ruido mayor.
El fabricante proporciona la característica típica de CMRR del amplificador de
instrumentación, que se muestra en la figura 2.16.
49
en•oo;su
0.1 10 100 ik lokFREQUENCY(Hz)
100k
Figura 2.16 Curva Típica de CMRRvs. Frecuencia, Relativo a la entrada
Para una ganancia de 100, como en el caso del acondicionador, la curva indica
que para una frecuencia de 10KHz, la CMRR ha caído de 140 dB a 80 dB, la
característica ha disminuido casi a la mitad, entonces para el filtro se debe
escoger una frecuencia de corte menor a ésta. Se escogió entonces 5KHz como
frecuencia de corte en modo común.
Para el modo diferencial, se trató de no sobrepasar los valores recomendados por
el fabricante para los resistores y capacitores. Se escogió una frecuencia de corte
50Hz en modo diferencial. El resto de frecuencias se eliminan en el amplificador
de instrumentación o mediante un filtro digital implementado en el
microcontrolador.
Con estos valores de frecuencia, el primer paso es escoger las resistencias en
serie, se seleccionó: Ral = Rb1 = 30 KO. A partir de la ecuación 2.19 se calcula el
valor de los capacitores C1 a y C1 b.
1• = 1061.03^ (2.20)
50
Tomando el valor normalizado más próximo: C1a = C1b = 1000pF.
Con el valor de C1 y a partir de la ecuación 2.18 se puede calcular C2:
„C2 =
(2.21)
= 0.052//F
Escogiendo el valor normalizado más próximo: C2 = 0.047[jF
Los anchos de banda calculados serían:
1BWdíf = -
2^(30^0X1000^)= 5.3KHz
(2.22)
(2.23)
Finalmente el circuito del acondicionador incluido el filtro se ilustra en la figura
2.17.
1 1 1 -m+IN U
I M n•—UN ^
Ría30kílvw
R1bSOkíi. ¿ i
C1a _1000pF~
C2 _0.047[AF ~
Clb1000pF -
-~
«_
:
^3
^1 20 n<Rc
8
2
0.01T 1
ovOUT
Figura 2.17 Circuito Acondicionar Incluido el Filtro
El fabricante además recomienda agregar un capacitor de O.OlpF y uno de
0.33yF en los pines de alimentación para atenuar el efecto del rizado de la fuente.
51
2.2.4 CURVA DE FUNCIONAMIENTO
Una vez que se ha filtrado y amplificado la señal de! sensor, se midió su
respuesta al peso aplicado, determinando la curva de funcionamiento y cual es el
valor de peso en el que se satura el amplificador de instrumentación.
La una ecuación que relaciona el voltaje con el peso es:
Peso[Kg] = 8,4817 • Voltaje^] -1,03 (2,24)
La curva de la figura 2.18 describe la ecuación.
Curva de la Ecuación Calculada
32
30
28 •
26 -
24 -
22 -
20 -
18
16 -
14
12 -
10 .
6 -
4 •
2 -
Voltaje (V)
Figura 2.18. Curvas de Funcionamiento Calculada
El peso en el que se satura el amplificador es 32,6 Kg, sin incluir la bandeja de
pesaje. Este es un valor suficiente si la balanza medirá hasta 30 Kg, ya que tiene
un exceso de 2,6 Kg que serían el valor de la bandeja de pesaje o del recipiente
donde se coloca el producto a medir.
52
2.3 MICROCONTROLADOR ATMEGA16
El ATmega16 es un microcontrolador de la casa ATMEL tipo CMOS de 8 bits,
basado en arquitectura AVR RISC mejorada, que lo posibilita a optimizar el
consumo de energía y aumentar la velocidad de procesamiento en comparación
con otros microcontroladores.
Se seleccionó el ATmega16 porque el proyecto requería de un microcontrolador
de bajo consumo, a causa de la energización con batería, y una alta velocidad de
ejecución para e! muestreo de los valores del peso con su posterior
procesamiento. Además los recursos con los que cuenta este microcontrolador
evitaron poner otros circuitos externos como un reloj en tiempo real.
La figura 2.19 muestra la distribución de pines del ATmegalG.
PDIP
(XCKfTO) PBO C(TI.) PB1 C
(ÍNT2/AINO) PB2 (T(OCO/AÍN1) PB3 C
(¿58) PB4 c(MQSI) PB5 E(MÍSO) PB6 C(SCK) PB7 C
RESET CVCC EGND C
XTAL2 cXTAL1. c
(RXD) PDO c(TXD) PD1 c(JNTO) PD2 E(1MTT1) PD3 C
(OC1B) PD4 C(OC1A) PD5 c(1CP1) PD6 c
123
456789
1¡Q111.21314151617181920
403-9
3837
36
35
34333.231SO292S272625.2423'22
21:
=I PAO (ADCO)=1 PA1 (ADC1)=I PA2 (ADC2)=l PA3 (ADC3)=J PA4 (ADC4)Z! PA5 (ADC5)H PA6 (ADC6)=l PA7 (ADC7)=I AREF=1 GND=1 AVCCH PC7 (TOSC2)Z! PC6 (TOSC1)U PC5 (TDl)=] PC4 (TDO)Z3 PC3 (TMS)=1 PC2 (JCK)ZI PC1 (SDA)H PCD (SCL)=j PD7 (OC2)
Figura 2.19 Distribución de pines del ATmegal6
En la tabla 2.3 se nombran algunas características del ATmega16.
53
Tabla 2,3 Características del ÁTmegal6
MemoriaFlashDatos EEPROMDatos SRAMRegistros de Propósito General (Acumuladores
16kB512B1024B
32
Especificaciones MCUFrecuencia de RelojVoltaje de AlimentaciónPins I/OOscilador On ChipInterrupcionesInterrupciones, Pin externosDetección Brown OutPower-on ResetOn-Chip Debug via puerto JTAGIEEE 1149.1 (JTAG) Boundary Sean
0-16MHZ4,5 -5,5 V
32si203sisisisi
Timers / ContadoresTimer/Counters (8-bit)Watchdog Timerwith On-chíp OscillatorContador en Tiempo RealTimer/Counters (16-bit)Pulse Width Modulator
2sisi1
4 canales
I/O AnálogasComparador AnálogoConversón Análogo - Digital (10-bít)Etapa de Ganancia Análoga
si8 canales2 canales
Programming ModesIn-System Programming vía Puerto SPIProgramación Paralela de Alto Voltaje (12V)Auto Programación via on~chip Boot ProgramIn-System Programming via puerto JTAG
sisisisi
Serial I/OFull Dúplex Serial Peripheral Interface (SPI)2-wire Serial Interface (I2C compatible)Full Dúplex USART
sisi1
El ATmegalG utiliza arquitectura Harvard, con buses y memoria separada para
programa y datos. Mientras una instrucción es ejecutada, la siguiente está siendo
traída desde la memoria de programa, habilitando a que las instrucciones sean
ejecutadas en cada ciclo de reloj. La figura 2.20 ilustra el diagrama de bloques del
microcontrolador.
54
Figura 2.20 Diagrama de Bloques del ATmegal6
La función principal del CPU de este microcontrolador es asegurar la ejecución
correcta del programa. Por tanto está habilitado para tener acceso a la memoria,
realizar cálculos, controlar periféricos y manejar interrupciones.
55
El archivo de registros contiene 32 registros de propósito general, a los que se
accede en un ciclo de reloj. Esto permite a la unidad aritmética lógica (ALU)
operar en un ciclo. En una operación típica de la ALU, salen dos operandos del
archivo de registros, la operación se ejecuta y el resultado se guarda en el archivo
de registros.
La ALU soporta operaciones matemáticas y lógicas entre registros o entre una
constante y un registro. Operaciones con un único registro también pueden ser
ejecutadas. Después de una operación aritmética, el registro de estado es
actualizado para reflejar información acerca del resultado de la operación.
Todos los puertos del ATmega16 tienen funcionalidad de Leer-Modificar-Escribir,
cuando son usados como entradas o salidas. Esto significa que la dirección del
puerto puede ser cambiada sin necesidad de modificar su configuración inicial.
Cada pin del puerto tiene internamente resistencias pull-up individuales y diodos
de protección, como indica la figura 2.21. Gracias a estas características y al
circuito de manejo de los pines, estos son suficientemente fuertes como para
manejar un led directamente.
A
Pxn
A pin
Rpu
Logic
Figura 2.21 Diagrama Equivalente de un Pin I/O
56
La descripción y función de los pines es la siguiente:
- VCC: Pin 10, voltaje de alimentación.
- GND: Pines 11 y 31, tierra.
- Puerto A (PA7...PAO): Pines del 33 al 40, puede servir como entradas para el
conversor análogo / digital o como puerto bidireccional de I/O, si el A/D no es
utilizado.
- Puerto B (PB7...PBO): Pines del 1 al 8, es un puerto de 8 bits bidireccional
I/O. Puede tener las funciones alternas que se muestran en la tabla 2.4,
Tabla 2.4 Funciones Alternas del Puerto B
Pin
PB7PB6PB5PB4
PB3
PB2
PB1
PBO
Función AlternaSCK, reloj bus serial SPlMISO, Bus SPl Entrada Master / Salida SlaveMOSI, Bus SPl Salida Master/ Entrada SlaveSS Selección Entrada SPl SlaveA1N1 Entrada Negativa del Comparador AnálogoOCO Timer/Counter 0, salida comparadorAINO Entrada positiva del Comparador AnálogoINT2 Entrada de interrupción externa 2T1 Timer/Counterl entrada contador externoTO Timer/CounterO entrada contador externoXCK Entrada/Salida reloj USART externo
Puerto C (PC7...PCO): Pines del 22 al 29. Es un puerto de 8 bits bidireccional.
Las funciones alternas de este puerto se muestran en la tabla 2.5.
Tabla 2.5 Funciones Alternas del Puerto C
Pin
PC7PC6PC5PC4PC3PC2PC1peo
Función AlternaTOSC2, pin 2 del oscilador del timerTOSC1, pinl del oscilador del timerTDl, JTAG Test Data InTDO, JTAG Test Data OutTMS, JTAG Test Modo SelectTCK, JTAG Test ClockSDA, Bus Serial de 2 hilos, línea de datos entrada / salidaSCL, Bus serial de 2 hilos, línea de reloj
57
Puerto D (PD7...PDO): Fines del 14 al 21. Es un puerto de 8 bits bidireccional.
Las funciones alternas de este puerto se muestran en la tabla 2.6.
Tabla 2.6 Funciones Alternad del Puerto D
Pin
PD7PD6PD5PD4PD3PD2PD1PDO
Función AlternaOC2, Timer/Counter2, salida comparadorICP1, Timer/Counterl, entrada capturaOC1A, Timer/Counterl, Salida comparador AOC1B, Timer/Counterl, Salida comparador BINT1, Interrupción Externa 11NT2, Interrupción Externa 2TXD, Salida USARTRXD, Entrada USART
- RESET: Pin 9, un nivel bajo en este pin por un tiempo más largo que el
mínimo ancho de pulso, generará un reset, aún si el reloj no está corriendo.
- XTAL1: Pin 13. Entrada del oscilador amplificador inverso y entrada para el
circuito de operación del reloj interno
- XTAL2: Pin 12. Salida del amplificador oscilador inverso
- AVCC: Pin 30. Voltaje de alimentación para el Puerto A y el conversor A/D.
Debe estar conectada externamente a Vcc, aún si el SDC no es usado.
- AREF: Pin 32. Es la referencia para el conversor A/D.
Contando con estas características del ATmega16 se seleccionaron los siguientes
recursos para la implementación del circuito de la balanza:
Conversor A/D. Los canales O y 1 se utilizaran para conformar un conversor
de 11 bits de resolución, estos son los pines PAO y PA1.
Teclado Matricial. En los 8 pines del puerto B se colocará el teclado matricial
de 14 teclas, para realizar un barrido por software para la detección de la tecla
presionada.
58
- Pantalla LCD. Los pínes PD2 a PD7 son las líneas de control y datos para la
pantalla de cristal líquido de la balanza.
- Memoria Serial. PCO y PC1 son las líneas de reloj y datos para la memoria
que almacena la base de datos de los productos.
- Reloj en Tiempo Real. Es necesario conectar un cristal de 32768 Hz en los
pines PC6 y PC7, para el funcionamiento del reloj en tiempo real interno del
microcontrolador, que trabaja con el timer 2 en modo asincrónico.
- Comunicación RS232. Los pines PDO y PD1, son las líneas de transmisión y
recepción para la comunicación RS232 con el computador.
- Switch ON-OFF. Por el pin PA2 se detecta la posición del switch que apaga
todo el circuito a excepción del reloj en tiempo real.
Según esta distribución se tiene corno circuito básico, el de la figura 2.22, que
incluye el switch y el cristal para el reloj en tiempo real.
i ve
\SW1
SWITCH ON-OFF
C
i
R1 ,
10k
12
40DO 39p— , 38
10C f-
353433
2345678
U4RESET
XTAL1XTAL2
PAO/AOCQPA1/ADC1PA2/ADC2PA3/ADC3PA4/ADC4PA5/ADC5PA6/ADC6PA7/ADC7VCC1PBO/XCKtfOPB1/TIPB2/ÍNT2/AINOPB3/OCO/AIN1PB4/SSPB5/MOStPB6/MISOPB7/SCK
PCO/SCLPC1/SDAPC2/TCKPC3/TMSPC4n"DOpcsnts
PCS/TOSC1PC7ÍTOSC2
PDO/RXDPDIfTXDPD2/INTOPD3/INT1
PD4raC1BPD5/OC1A
PD6/ICPPD7/OC2
GNDGND
AVCCAREF
2223242526272829
14 PRY^TAI
— 1 . 32768 Hz
171819202111
~3Í I
3032
ATMEGA16
Figura 2.22 Circuito Básico del ATmegaló
A partir de este circuito se agregarán el resto de recursos para el funcionamiento
del Hardware, que se describen a continuación.
59
2.4 CONVERSOR ANÁLOGO DIGITAL
El ATmega16 ofrece 10 canales para conversión análoga digital de 10 bits por
aproximaciones sucesivas, localizados en los pines del puerto A. Estos permiten
la entrada de voltaje referido al terminal de tierra o voltaje diferencial. Para el caso
se utilizará voltaje referido a tierra. Está provisto de referencias internas de voltaje
de 2.56V o externas que se conectan a AVCC que pueden conectarse por
software a AREF. Para mejorar la resistencia al ruido, se puede desacoplar
externamente la referencia de voltaje colocando un capacitor en el pin AREF.
En la conversión el valor mínimo está dado por GND y el máximo por el voltaje en
AREF menos 1 LSB. Aprovechando la característica del valor máximo de
conversión se puede mejorar la resolución del ADC aumentando 1 bit a través de
la utilización de dos canales. El mecanismo consiste en repartir el voltaje del
acondicionador entre dos canales del ADC y colocar una referencia externa de
2.5V en AREF. Así el valor máximo de conversión será 2.5 V. El canal ADCO
recibe todo el voltaje del acondicionador, pero solo convierte hasta 2.5V. Eí canal
ADC1 recibe el voltaje del acondicionador menos 2.5V, gracias a un circuito
restador de ganancia 1, por lo que trabaja con los valores que sobrepasan los
2.5V.
La razón para utilizar una referencia de voltaje externa y no la del
microcontrolador, es la necesidad de que el voltaje restado del acondicionador y
AREF tengan el mismo valor, para repartir la señal entre ambos canales sin
perder valores en el proceso.
Como referencia de voltaje está el diodo referencia LM336-2.5 de la National
Semiconductors. Este circuito integrado opera como un diodo zener de 2.5V de
bajo coeficiente de temperatura con 0.2O de impedancia dinámica. Para reducir al
mínimo el coeficiente de temperatura el fabricante recomienda agregar dos diodos
en serie con un potenciómetro de ajuste, tal como en el circuito de la figura 2.23.
k+5V
60
R1iok
LM336-2V5
+2.5
(N
•A™ <
Z D11H4007
^
^ POT1 2
10k
1N4007
Figura 2.23 Circuito para la Referencia de Voltaje LM336-2.5
El amplificador operacional restador tiene la configuración de la figura 2.24.
Figura 2.24 Amplificador Operacional Restador
La ecuación del voltaje de salida para este circuito es la 2.25.
Vout = 7,_(R2+R3)R4_
-niU,,(2.25)
61
Si en la ecuación 2.25 se hace: R2= R3= R4= R5, se tiene:
(2.26)
En el circuito final (Figura 2.25) se agregaron amplificadores operacionales
seguidores de voltaje para acoplar impedancias.
+5V
R1I0k
D3
Viene delAcondicionador <}-de Señal
R2
270k
1 2fíLM336-2V5
D11N4007
POT1iok
D21N4007
U1:A
TL084
U2:A
TL084
R3
-D> ADCO
27Qk
R4
270k
U3:A
R5TL084
270k
U4:A
1
-O ADC1
TL084
-O 2.5REF
Al pin AREF
Figura 2.25 Circuito para el conversor análogo digital
El operacional utilizado es el TL084, que contiene 4 operacionales con entrada
tipo JFET, dándole una alta impedancia de entrada y bajo consumo de energía,
características apropiadas para esta aplicación.
62
2.5 TECLADO MATRICIAL
El teclado matricial es una de las formas más sencillas de realizar una interfaz de
entrada, optimizando el uso de recursos en el microcontrolador. Tomando en
cuenta las funciones que realiza la balanza se implementan las siguientes 14
teclas:
Números del O al 9. Estas 10 teclas se utilizan para el ingreso del código del
producto, la fecha, la hora, clave para transmisión de datos y clave para
despliegue de la lista de productos.
- Cero. Esta tecla se utiliza para encerar el peso de la balanza, puede usarse
para hacer las funciones de "Tara", que implicaría descontar el peso del
recipiente que contenga el producto, obteniendo el peso neto del mismo.
- Cod. Accede a una pantalla en la que se puede escribir un código para
consultar a que producto le corresponde.
- T. Mediante esta tecla se accede a la pantalla de ingreso de la fecha y la hora.
Cada vez que se ingresa un dato se presiona esta tecla para aceptar el dato
escrito y pasar al ingreso del siguiente dato.
- C. La tecla de cambio permite alternar las unidades de presentación entre
libras y kilogramos.
E! teclado se conecta al Puerto B del microcontrolador, este ai igual que el resto
de puertos del ATmega16 tiene resistencias pull-up internas configurares por
software, siendo innecesaria la colocación de más hardware para el barrido del
teclado. El rebote que pueden producir las teclas también será controlado por
medio del software.
La técnica de barrido de teclado consiste en escribir un cero lógico en las filas (X)
del teclado, una a una, y leer las columnas (Y), hasta localizar la tecla presionada,
en ésta se lee el cero. Para este propósito se utilizaron los pines del puerto B en
la siguiente manera:
63
- Entradas: BO = Y1, B1 = Y2, B2 = Y3, B3 = Y4. Estas son las columnas del
teclado,
- Salidas: B4 = X4, B5 = X1, B6 = X2, B7 = X3. Son las filas del teclado.
El diagrama del circuito del teclado se muestra en la figura 2.26.
Y1
• — o
Y3 Y4
nn
T
n
n
n
nCod
n4
u
-^X4
"X3
X2
Figura 2.26 Diagrama del Circuito del Teclado Matricial
Siguiendo el diagrama anterior se elaboró la placa del teclado.
Figura 2.27 Placa del Teclado Matricial
64
Figura 2.28 Vista Frontal del Teclado
2.6 MODULO LCD
Fines
Pantalla
Figura 2.29 Pantalla LCD 20 caracteres x 4 líneas
El LCD de caracteres es una interfaz visual muy utilizada, cuando se trata de
mostrar mensajes cortos, como es el caso de este proyecto.
El módulo LCD lleva integrado a sus circuitos una memoria ROM conocida como
"generador de caracteres" que crea los patrones de la matriz de puntos para
formar los caracteres en la pantalla. También tiene una RAM interna que
almacena los caracteres y los exhibe. El Controlador del LCD es el Hitachi
HD44780, que se ha convertido en un estándar con funciones imitadas por la
mayoría de fabricantes.
65
Las características eléctricas del LCD se detallan en la tabla 2.7.
Tabla 2.7 Especificaciones Eléctricas del LCD
ParámetroVoltaje de AlimentaciónCorriente de AlimentaciónVoltaje de EntradaTemperatura de Operación
Valor6,5V max
3 mAMin = Vss, Max = Vdd
50°C max.
Para su conexionado cuenta con 16 pines, 8 de estos son las líneas de datos, 3
para líneas de control, y el resto son alimentación, control del contraste y el
control de retroiluminación. Puede operar en modo de 8 bits o en modo de 4 bits
para el envió de datos e instrucciones desde el microcontrolador al módulo LCD.
En la balanza se decidió utilizar un LCD como el de la figura 2.29, con 20
caracteres y 4 líneas, sin retroiluminación evitando un alto consumo de energía. El
modo de operación es mediante 4 bits. La tabla 2.8 detalla las funciones de cada
pin del LCD y la asignación al microcontrolador.
Tabla 2.8 Descripción de Pines del LCD y su asignación al Micro
PIN
12345678910111213141516
NOMBRE
VSSVDDvoRS
R/WE
DOD1D2D3D4D5D6D7
LED+LED-
FUNCIÓN
MasaAlimentación +5V
Control del contrasteSelección de registro de comandos o de datos
Selección leer o escribir en la pantallaActivar o desactivar la pantalla
Bit 0 de datosBit 1 de datosBit 2 de datosBit 3 de datosBit 4 de datosBií5 de datosBit 6 de datosBit 7 de datos
Alimentación de la retroiluminaciónControl de la retroiluminación
PINASIGNADO
EN EL MICROGND+5V-
PD2GNDPD3
No utilizadoNo utilizadoNo utilizadoNo utilizado
PD4PD5PD6PD7
No utilizadoNo utilizado
Según esta configuración se tiene el circuito de la figura 2.30,
66
J•J ve
\SW1
tr o 1SWfTCH ON-OFF
V
C
!i
R1
10k 1312
40
R2 |t-
10k | —36353433
-Cl -1 10
2345G7a
U4RESET PCO/SCL
PC1/SDAXTAL1 PC2/TCKJCTAL2 PC3/TMS
PC4nt)OPAO/ACCO PC5JTDIPA1/ADC1 PC6/TOSC1PA2/ADC2 PC7/TOSC2PA3/ACC3 . .PA4/ADC4 . PDO/RXDPA5/ADC5 PD1/TXDPA6/ADC8 PD2/IWTOPA7/ADC7 PD3/INT1VCC1 PD4/OC1BPBO/XCK/IQ PD5/OC1APBim PD6/ICPPB2/INT2/AINO PD7/OC2PB3/OCO/AIN1 GNDPB4/SS GNDPB5/MOSIPB6/MISO AVCCPB7/SCK AREF
ATMEGA16
VC
i
j
t23242525
.C
1.
1 R31Qk
1R4330R
26 I _L
-^ j "TCRYSTAL14 j j 32768 Hz
151617
123
4
J56
~ 7^S
910
18 1119 1220 1321 141131 ¿
3032
LCD1
vssVDDVEE
RSwvE
DOD1D2D3DdDSD6D7
Figura 2.30 Circuito para el módulo LCD
2.7 MEMORIAL SERIAL
La balanza fue concebida para almacenar la base de datos de los productos, para
que el operador, mediante el ingreso de un código, obtenga automáticamente el
precio unitario y el precio total del mismo. Sin embargo la memoria del
microcontrolador podría llegar a ser limitada en cuanto al número de productos
que almacenaría. Por este motivo se prefiere utilizar una memoria externa
EEPROM serial compatible con el protocolo I2C, aprovechando el puerto de este
tipo en el microcontrolador.
La memoria serial escogida es la 24C08 de 8Kb, la cual puede ser remplazada,
en caso de requerirse más capacidad, por la 24C016 o 24C32 de 16Kb y 32Kb
respectivamente, sin necesidad de modificaciones en el hardware o en el
software. Como se trata de un prototipo la capacidad escogida es suficiente.
La memoria 24C08 está organizada en 4 bloques de 256 x 8 bits con una ¡nterfaz
serial de 2 hilos, 1 para el bus de datos bidireccional y otro para el reloj serial.
67
1
2
3
4
&ocoroO)CD
8
7
6
5
Hwp
U SDA
Figura 2.31 Distribución de Fines de la Memoria 24C04
La configuración de pines de la memoria 24C08 se muestra en la figura 2.31. En
los termínales VDD y VSS se conecta la alimentación, SCL es la entrada de reloj y
el SDA es el terminal de entrada/salida de datos. Los terminales AO-A2, son los
utilizados para configurar la dirección de identificación del esclavo. El terminal WP
es la entrada de reloj externo, utilizado en la escritura de la memoria. Este
dispositivo posee un oscilador interno, por tanto no es necesario aplicar una señal
externa de reloj para la escritura de la memoria.
Las características eléctricas más importantes especificadas por el fabricante se
presenta en la tabla 2.9:
Tabla 2.9 Características Eléctricas de la 24C04
ParámetroTecnología de fabricaciónDuración mínima de la informaciónCiclos de borrado/escrituraAlimentaciónConsumo durante el funcionamientoConsumo en standbyFrecuencia en la señal de reloj
ValorCMOS10 años
1.000.0001,8Va5,5V
3mA4pA
100KHz
Las ííneas SDA y SCL son del tipo drenador abierto asociadas a un transistor de
efecto de campo. Se deben poner en estado alto, es decir conectar a la
alimentación por medio de resistores, para construir la estructura del bus como en
el circuito de la figura 2.32.
+ Vcc
SDA
Figura 2.32 Estructura del Bus para la Memoria Serial
Conectada al microcontrolador quedaría el circuito de la figura 2,33.
VCC
VCC1
10k
VCC1 <}
1J , 9
\ '
1312
40393837363534331012345678
U4
PA2/ADC2 PC7/TOSC2
PA4/ADC4 PDO/RXDPA5/ADC5 PD1/IXD
PBim . PD6/ICP
PB5/MOSIPB6/MISO AVCC
n R4n R5Sk2 8k2
R 2 T I
330R |J1
22 P? , , 6 -ri an 1•• — ' I\ * CCL AO ^— r- 1 1 • =— SDA A1 —= •
26 24C0827 — -2829
14151617181920211131 J
30 —32
ATMEGA16
Figura 2.33 Circuito para la Memoria Serial
69
2.8 COMUNICACIÓN SERIAL
El protocolo RS-232, es una de las formas más populares para la transmisión de
datos entre el computador y cualquier dispositivo electrónico, esto se debe a que
casi todos los computadores de escritorio viene con un puerto serial o se puede
encontraren el mercado diferentes modelos de conectores para adaptar un puerto
DB-9 en un puerto USB. Como e! microcontrolador también tiene un dispositivo
destinado a este propósito (USART), la ¡mplementación de comunicación serial es
el recurso lógico a utilizar para la transmisión de los datos, del peso de la balanza
hacia el computador y de la base de productos del computador hacia la balanza.
Por su parte la norma RS-232 fue elaborada por la EIA (Electronics Industry
Association) y define los niveles de voltaje, los pines, la interfaz mecánica y los
protocolos que debe cumplir la comunicación serial.
La transmisión de datos puede configurarse por software, el diseño del hardware
debe centrarse en la transformación de niveles RS232 a niveles TTL. A
continuación se presentaran algunas características del puerto serial del
computador y del dispositivo de comunicación serial del microcontrolador, para su
posterior acoplamiento mediante hardware.
2.8.1 PUERTO SERIAL DEL COMPUTADOR
El puerto serial del computador es RS-232. Como su nombre lo indica, está
creado para transmitir datos serialmente, es decir bit a bit. El conector externo
para el puerto serial tenía originalmente un puerto D de 25 pines y fue concebido
para la conexión del módem al computador, como lo refleja la asignación de pines
de la tabla 2.10. Sin embargo la mayoría de estos pines no se utilizaba, así que la
IBM introdujo un conector de 9 pines, que es el que actualmente se emplea para
la transmisión de datos.
70
ConectordeQ pinas
Figura 2.34 Vista del Conector Serial
Tabla 2.10 Asignación de Fines de los Conectores DB-25 y DB-9
PinesEn DB-25
1
2
3
4
5
6
7
8
1517
20
22
24
PinesEn DB-9
1
3
2
7
8
6
5
1
--
4
9
-
Señal
-
TxD
RxD
RTS
CTS
DSR
SG
CD/DCD
TxCRxC
DTR
Rl
RTxC
Descripción
Masa Chasis
Transmit Data
Re ce ¡ve Data
Requestto Send
Clearío Send
Data Set Ready
Signal Ground
Data/Carrier Deíect
Transmit ClockReceive Clock
Data Terminal Ready
Ring Indicator
Transmit/Receive Clock
Función
Terminal a tierraEl computador envía informaciónal módemEl computador recibe informacióndel módemEl computador preguía al módemsi puede enviar informaciónEl módem indica al computadorque puede enviar informaciónEl módem indica al computadorque está listo para la comunicaciónTerminal a TierraDetermina si el módem estáconectado a una línea de teléfonofuncionanadoEnviar señal de relojRecibir señal de relo¡El computador indica al módemque está listo para la comunicaciónSi hay una llamada entrante, elcomputador indica que se detectoel tonoTransmitir y recibir la señal de reloj
Entrada/Salida
-
S
E
S
E
E
-
E
SE
S
E
S
La RS-232 define los siguientes niveles de voltaje:
- Un "1" lógico es un voltaje comprendido entre -5V y -15V en el transmisor y
entre -3V y -25V en el receptor.
- Un "O" lógico es un voltaje comprendido entre +5V y +15V en el trasmisor y
entre +3V y +25V en el receptor.
71
El computador identifica los voltajes negativos entre -3V y -12V como "1" lógico y
los positivos entre +3V y +12V como "O" lógico.
La transmisión de datos puede ser en grupos de 5, 6, 7 u 8 bits, a velocidades
determinadas (normalmente, 9600 bits por segundo o más). Después de la
transmisión de los datos, le sigue un bit opcional de paridad (indica si el numero
de bits transmitidos es par o impar, para detectar fallos), y después 1 o 2 bits de
Stop. Una vez que ha comenzado la transmisión de un dato, los bits tienen que
llegar uno detrás de otro a una velocidad constante y en determinados instantes
de tiempo. Por eso se dice que el RS-232 es asincrono por carácter y síncrono
por bit.
La distancia de comunicación para la RS232 depende del cable usado y de la
gama de Baudios. La RS232C define la distancia máxima con 15 m sin
consideración de la velocidad de transmisión. Las versiones más nuevas del
estándar RS232 definen la longitud máxima de cable según la capacidad de
cable, que no se debe sobrepasar. Seleccionando un cable de baja capacidad
(aprox. 50pF/m), puede transmitirse sin auxiliares adicionales una distancia de
máximo 50m. Junto con la longitud de cable tiene que considerarse siempre la
diferencia de potencial.
2.8.2 DISPOSITIVO DE COMUNICACIÓN DEL MICRO CONTROL ADOR
El transmisor receptor universal serial síncrono y asincrono, USART por sus siglas
en inglés, es el dispositivo de comunicación con el que cuenta el ATmega16. El
USART está compuesto por tres partes principales, el generador de reloj, el
transmisor y el receptor. Al tener unidades separadas para transmisión y
recepción, está habilitado para una operación FulI Dúplex, (transmitir y recibir al
mismo tiempo) tanto en modo sincrónico como asincrónico.
72
Debido a la separación de las unidades en el USART, el microcontrolador tiene
tres pines destinados a la comunicación serial: TxD para transmisión, RxD para
recepción y XCK para reloj en modo sincrónico. Como la comunicación con el
computador será asincrónica solo se utilizarán los pines TxD y RxD.
Algunas de las características de USART son:
- Operación Full Dúplex
- Operación Sincrónica o Asincrónica
- Soporta grupos de bit de datos de 5, 6, 7, 8 y 9 bits, 1 o dos bits de parada.
- Generación y chequeo de paridad impar y par.
- Detección de errores.
- Filtro de ruido para detección de falso bit de inicio.
El diagrama de bloques del USART se muestra en la figura 2.35.
Figura 2.35 Diagrama de Bloques del USART del ATmegal6
73
2.8.3 CONVERSOR TTL A RS-232
El microcontrolador trabaja con lógica TTL, es decir con voltajes de O a 5V para
cero y uno lógicos respectivamente, mientras que el computador usa +12V y -12V
para cero y uno lógicos, lo que haría imposible la transmisión o recepción de
datos directamente entre ambos, haciéndose indispensable un conversor de TTL
a RS232 y viceversa, que no solo cambie los niveles de voltaje, si no que también
haga una inversión del cero y el uno.
Típicamente se utiliza un circuito integrado como el MAX232 para realizar esta
tarea, sin embargo en el caso del circuito de la balanza se prefirió utilizar
optoacopladores darlington, para aisíar ambas partes, y de esta manera
precautelar los puertos del computador y del microcontrolador ante eventuales
fallos en cualquiera de los extremos de la comunicación. Además el aislamiento
permite también separar las tierras del computador y del microcontrolador, con lo
que se consigue tener una referencia estable para las mediciones de peso.
El principio .de funcionamiento del circuito es sencillo, el integrado cuenta con un
fotoemisor y un fotoreceptor que ¡nteractúan para convertir una señal eléctrica en
luminosa y volverla nuevamente a una señal eléctrica con una referencia
independiente de la original. El fotoemisor es un foto diodo, que en este caso se
activa al recibir los pulsos correspondientes a los datos de la comunicación serial.
Esta emisión de luz del fotodiodo es recogida por el fotoreceptor que vendría a ser
la base del transistor darlington, la base entonces satura el transistor permitiendo
que el emisor tenga el mismo voltaje del colector.
El optoacoplador debe ser capaz de funcionar rápidamente para no distorsionar
los datos, en consecuencia se escoge un opto como el 6N139. El circuito de este
optoacoplador se muestra en la figura 2.36.
74
"i ^FANOOC O — -•••'•" '• — i
3,
XSHtEL
V(<
r^f*XN
/•
•el(
v
:c• s
Mee
O E
7B
Figura 2.36 Circuito del Optoacoplador Darlington
Para el circuito se utiliza el voltaje proveniente de la computadora para obtener
12V en la transmisión del micro al computador, como el voltaje debe invertirse, la
línea Rx del Computador, se conecta Vo, de manera que al recibir un cero al otro
lado del opto, se vea Vcc y al recibir uno se vea Tierra. En el caso de la
transmisión del computador al micro se usa el voltaje del circuito y se hace el
mismo arreglo, pero en este caso el lado con el transistor es el del
microcontrolador. La figura 2.37 muestra el circuito final para transmisión -
recepción.
t 8
11 R3 15
1 </«. 12
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-
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1.W-V.
SH13S
23
S765
R"10
01tfW007
n R81 1 "I I
1 1iMR9Mi*
PC-TX
GND 7B"«^
PC-RX
2 0
J -raLorK.12
Figura 2.37 Circuito conversor TTL a RS232 y viceversa
75
2.9 FUENTES DE ALIMENTACIÓN
Los circuitos de la balanza necesitan voltajes de -5V y +5V para su
funcionamiento, en consecuencia se debe implementar una fuente de voltaje
positivo y una de voltaje negativo, agregando también un cargador para la batería.
El cargador de la batería debe ser a voltaje constante, si recibe alimentación de la
red eléctrica, el voltaje alterno debe ser rectificado y regulado para poder
conectarse a la batería. La batería por su parte entrega voltaje a otro regulador de
5V que es lo que requiere el circuito. Poniendo la etapa del cargador y el
regulador de 5V en paralelo, se consigue que el circuito de la balanza pueda
funcionar con o sin conexión a la red eléctrica, convirtiéndola en un dispositivo
portátil.
Las baterías usadas en este tipo de aplicaciones son las de electrolito en gel, ya
que tienen una vida útil más larga y no requieren mantenimiento. En el mercado
se pueden encontrar baterías tipo VRLA. Estas son las siglas de Valve Regulated
Lead Acid, lo que significa que la batería es hermética. Habrá escape de gas en
las válvulas de seguridad únicamente en caso de sobrecarga o de algún fallo de
los componentes. Son muy resistentes a los escapes excepcionales y se pueden
utilizar en todas las posiciones.
Figura 2.38 Baterías tipoVRLÁ
Para escoger la batería no solo debe tomarse en cuenta el voltaje y la corriente,
es también importante percatarse del espacio que ésta va a ocupar en la
estructura de la balanza. Las baterías vienen en voltajes estándar de 6 y 12 V,
76
considerando que el rectificador de 5 voltios necesita un mínimo de 7 V, para su
funcionamiento, se selecciona la de 12 V. Por el tamaño se escogió un batería de
2 Ah, que indica que la batería tendrá el voltaje nominal durante 1 hora si
consume 2 A.
De las hojas de datos se puede extraer el consumo de los circuitos de la balanza
Tabla 2.11.
Tabla 2.11 Consumo de los Circuitos de la Balanza
Dispositivo
MicrocontroladorAmplificador de InstrumentaciónAmplificador OperacionalOpíoacopladoresMemoria SerialRegulador 5VFuente NegativaLCDTotal
Consumo Aproximado(mA)2001,31,40,51
1583
230,2
Con este consumo la batería va a durar aproximadamente 9 horas a voltaje
nominal. Pero se puede trabajar con la batería hasta en 9 - 8 V, de modo que la
batería puede durar hasta unas 15 horas.
Definidas estas características se procede al diseño de las fuentes y el cargador.
2.9.1 CARGADOR DE LA BATERÍA
Cuando se utiliza una batería tipo VRLA, uno de los factores importantes a
considerar es el cargado de la misma, puesto que del método depende su vida útil
y buen funcionamiento.
Uno de los métodos más utilizados es el cargado a voltaje constante, que además
requiere limitación de corriente para prevenir una subida excesiva de la misma en
77
el momento inicial, causada por el bajo voltaje. El tiempo ideal para cargar la
batería va de 14 a 16 horas, dependiendo de la corriente que se aplique.
El regulador de voltaje ajustable LM317 es capaz de proveer estas características
y su circuitería interna puede ser utilizada como limitador de corriente y protección
contra sobrecargas. Según el fabricante del LM317, la configuración como
limitador de corriente es la de la figura 2.39.
V!N VOUTADJ
*o.8n < ni <
Figura 2.39 El LM317 como Limitador de Corriente
Donde Vref es el voltaje de la batería. El voltaje de entrada debe ser similar o
superior al de la batería, por consiguiente el rectificador tendrá un transformador
de 120/12V y 1.5 A, un fusible de 0.5 A a la entrada del transformador, un puente
de diodos de 1 0OV a 1 .5 A y un capacitor de 2000 uF para eliminar el rizado.
Considerando una corriente de Carga de 1.5 A, y el voltaje de la batería de 12 V,
se tiene que R1 es:
(2.27)lout 1.5
Al circuito se le agrega un transistor en la salida negativa a la carga, para que se
desconecte en el momento en que la batería esté cargada. Un led en la base
indicará cuando la batería esté cargándose. El circuito del cargador y el
rectificador es el de la figura 2.40
LM31T
BR1
TRANSFORMADOR
LED-RED 22
Figura 2.40 Cargador de Batería
78
\?1
*v/ C14 "=bu
223
jáBk
cT
1_
R
8.251IPHT
^Ri 1
{> VBAT-
2.9.2 FUENTE DE VOLTAJE POSITIVA
La etapa de rectificación y cargado de la batería entrega 12V, estos deben ser
regulados a 5 V para que puedan ser utilizados por el circuito de la balanza. Para
esto, se utilizó un regulador de voltaje fijo, el LM7805, con un capacitor a la
entrada y uno a la salida para corregir el rizado. El circuito es el de la figura 2.41.
vcc
VBAT-
Figura 2.41 Fuente de Voltaje +5V
Luego de esta fuente se colocó un switch ON-OFF que además separa la
alimentación del microcontrolador y del resto del circuito, haciendo que el
microcontrolador siempre esté energizado para el funcionamiento del reloj en
tiempo real.
79
2.9.3 FUENTE DE VOLTAJE NEGATIVA
Tanto e! amplificador de instrumentación, como los operacionales del restador
utilizan una fuente de voltaje negativa. Este voltaje negativo requiere salir de la
fuente positiva, esto sería posible utilizando circuitos integrados específicos para
la alimentación de operacionales, sin embargo son muy costosos y difíciles de
conseguir, así que se optó por una alternativa más sencilla, que fue utilizar el
MAX232 para obtener los -5V necesarios.
El MAX232 utiliza internamente una serie de capacitores e inversores para lograr
una fuente de voltaje negativo útil en la comunicación serial con el computador, a
este voltaje se puede acceder mediante el pin 6, su valor nominal es de -9V y el
circuito integrado es capaz de proveer una corriente de hasta 10 mA, suficiente
para la alimentación de los amplificadores.
El circuito se muestra en la figura 2.42.
Vi
¿
EZi —
"'C
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za— i
C1310 1
u r13 "T co
26
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1
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\fXZ32
IDl
Figura 2.42 Fuente de Voltaje Negativo con MAX232
2.10 CIRCUITO COMPLETO
Una vez diseñadas cada una de las partes del Hardware, se procedió a realizar el
esquemático con ayuda del módulo ISIS del programa Proteus 6, para desarrollo
de circuitos en placa. El esquema se muestra en la figura 2.43.
El ruteado se puede diseñar mediante el módulo Ares del mismo programa, éste
permite disponer la posición de los elementos, el grosor de las líneas, los agujeros
y el tamaño de la placa.
Finalmente se incorporó la placa a la estructura de la balanza y se colocaron el
LCD, teclado y puerto serial, como se indica en las figuras 2.44, 2.45 y 2.46.
TR
AN
SF
OR
MA
DO
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82
Figura 2.44 Vista Frontal de la Balanza
Figura 2.45 Vista Posterior de la Balanza
Figura 2.46 Vista Lateral Derecha
83
3 DISEÑO DEL SOFTWARE
El hardware de la balanza por sí solo, es incapaz de desempeñar el pesaje. Por
consiguiente es importante proveer de un software apto para realizar,
conjuntamente con el hardware, las labores para las que está diseñada la
balanza.
El administrador de los recursos de la balanza es el microcontrolador ATmega16,
que está programado para procesar los datos del sensor, mostrar el peso y
realizar las funciones especiales de la balanza (encerado, cambio de unidades,
consulta de código, actualización de ía hora, base de datos). Dispone también del
envío de datos del peso del producto al computador a través de comunicación
serial RS-232.
El computador tiene una interfaz gráfica, que utiliza el dato recibido del peso para
desplegar en la pantalla los mismos parámetros de ia balanza (peso, precio
unitario y peso total) pero en una manera más elaborada que es la factura. El
computador es una manera cómoda para que el usuario pueda ingresar la base
de datos con el nombre, código y precio unitario de los productos. La base de
datos pasa a la balanza mediante comunicación serial.
PESO
"\ABASE DE DATOS
PESO
Figura 3.1. Comunicación entre la Balanza y el Computador
La programación está íntegramente desarrollada en lenguaje Basic, tanto para el
computador como para el microcontrolador.
3.1 PROGRAMA DEL MICRO CONTROL ADOR
Las funciones principales del microcontrolador son: adquirir, mostrar el peso y
permitir la comunicación con el computador. Para realizar estas funciones, se
desarrolló un programa en el compilador Bascom AVR versión 1,11.8.2.
El Bascom AVR permite la programación con las mismas instrucciones que el
BASIC estándar, pero cuenta también con comandos y librerías especiales para el
manejo de displays LCD, integrados I2C, comunicación serial, reloj en tiempo real,
etc. Este compilador simula el programa escrito y soporta los programadores "en
circuito" STK200 y STK300. La compilación es en lenguaje de máquina y ya que
el microcontrolador ATmegalG tiene una alta velocidad de ejecución de
instrucciones, no se tiene ningún problema al programaren lenguaje de alto nivel.
El microcontrolador requiere ser configurado de acuerdo con los pines y recursos
a utilizar, para el caso son: los pines para el teclado, los pines para el LCD, la
comunicación I2C, la comunicación RS232 y el conversor análogo digital. Todos
estos recursos se configuran con instrucciones especiales en el compilador que
determinan en que pin van a ser utilizados y para las comunicaciones el protocolo
a seguir. Para el teclado es posible usar una instrucción directa para la lectura,
pero con el fin de optimizar el tiempo de barrido, el retardo y ajustar la rutina a la
configuración del teclado, se elaboró un código propio que es una subrutina del
programa principal.
A partir del barrido de teclado se interpreta la tecla presionada como parte del
código del producto o parte de la clave para adquisición o presentación de la base
de datos. A su vez, teclas específicas determinan las funciones especiales de la
balanza como: encerado, consulta de código, cambio de unidades y actualización
de la hora.
Las tareas que debe realizar el microcontrolador son las siguientes:
- Configuración de Recursos.
- Pesar el Producto,
- Barrer el Teclado e interpretar el código o tecla presionada.
- Adquisición de la Base de Datos desde el computador.
- Presentación en la pantalla LCD de toda la base de datos.
- Mostrar en la pantalla de la Balanza: peso, precio unitario, precio total,
producto, fecha y hora.
- Enviar el peso al computador,
- Encerado
- Consulta de! código del producto
- Cambio de Unidades
- Actualización de la hora.
Para la programación, estas funciones se diseñaron como subrutinas o partes del
programa principal que se ejecutan dependiendo de lo que haya solicitado el
usuario al ingresar el código. La función principal de la balanza es pesar y mostrar
el precio del producto y las funciones de adquirir base de datos, mostrar base de
datos, consultar código y actualización de la hora, cuentan con una pantalla
independiente para que el usuario realice la operación requerida.
El programa principal cuenta con los procesos o subrutinas siguientes;
1. Configuración de Recursos del Microcontrolador. Incluye configuración de
pines para los periféricos (pantalla y teclado), configuración del conversor A/D
y configuración de comunicaciones.
2. Detección de Encendido de la Balanza. Este proceso revisa continuamente si
el equipo se encendió para dar paso al programa principal. Para esto detecta
la posición del switch, indicada mediante el estado del pin 38 (PA2), al cual se
conecta la posición ON del switch. Si PAZ es uno el switch está en ON.
3. Teclado. Esta subrutina detecta la tecla presionada e interpreta si se trata de
parte de un código o de una tecla de funciones especiales. La subrutina
encargada se llama "Teclado".
4. Pesar Producto. Esta subrutina incluye el tratamiento de los datos del sensor
con un filtro digital, el encerado y la definición de las unidades de presentación
(libras o kilogramos).
5. Ingresar de Fecha y Hora. Esta subrutina permite al usuario actualizar la fecha
y hora de la balanza. Es una pantalla independiente a la que se ingresa
presionando la tecla "T"
6. Consultar Código. Esta función es muy útil para que el usuario consulte o
compruebe el código de un producto. Cuenta con su propia pantalla y se
ingresa a ésta presionando la tecla "Cod".
7. Adquisición de la Base de Datos. Si se ingresó la clave para ingreso de la
base de datos, el microcontrolador solicita la base de datos al computador,
mediante comunicación serial.
8. Presentación de la Base de Datos. Esta subrutina se activa con el ingreso de
una clave y permite mostrar en la pantalla uno a uno los nombres de los
productos con su nombre, precio unitario y código.
9. Mostrar Balanza. Es la pantalla principal del equipo, en esta se despliega el
peso del producto, el precio unitario, el precio total, nombre del producto y la
hora y fecha. Al ser la condición por defecto del equipo, siempre se va a
mostrar a no ser que esté dentro de las pantallas de funciones especiales
(base de datos, consulta de código, hora y fecha). La subrutina incluye la
validación del código del producto, el cálculo del precio total y el envió
continuo del dato del peso al computador
El programa principal del microcontrolador con sus subrutinas se resume en el
diagrama de flujo de la figura 3.2.
87
a\e=lngresar\Oase de Dat
AdquirirBase deDatos
desde e! PC
Figura 3.2 Diagrama de Flujo del Programa Principal
3.1.1 CONFIGURACIÓN DEL MICRO CONTROL ADOR
En el programa principal se declararon librerías especiales del Bascom AVR para
la configuración del microcontrolador. Estas no solo incluyen la configuración, y
permiten el acceso a variables internas que almacenan resultados como la
conversión AD y fecha. Los parámetros que deben configurarse son:
- La velocidad del Microcontrolador.
- El Conversor Análogo Digital,
- El Timer 2 para ser usado como Reloj en Tiempo Real.
- La comunicación serial RS-232
- La comunicación I2C con la Memoria Externa
- Configurar el manejo del LCD
- Configuración de Pines para entradas y salidas.
La velocidad del micro está dada por el reloj del sistema, y se tienen varias
opciones para su configuración, una de éstas es el oscilador interno RC calibrado
para trabajar con frecuencias de 1, 2, 4 u 8 MHz, con precisión del 3% del valor
nominal. La frecuencia escogida de 8MHz resulta apropiada para los
requerimientos de alta velocidad en la aplicación.
Las instrucciones para la configuración de periféricos incluyen la asignación de
pines para entradas y salidas como sería el caso de: teclado y el LCD
Adicionalmente, la programación en Bascom AVR exige la declaración de
variables especificando el tipo de dato que puede almacenarse en éstas. Los tipos
disponibles son:
Tabla 3.1. Tipos de Datos en el Bascom AVR
Tipo de DatoBit
ByteIntegerWordLong
SingleDoubleString
DescripciónAlmacena valores de 0 o 1 únicamente
Valores del 0 al 255 sin signoValores de -32.768 hasta +32,767Valores del 0 al 65.535 sin signo
Valores de - 2147483648 al +21474483647Valores desde 1,5 x10A45 al 3,4x10A38
Valores desde 5,0 x10A324 al 1,7x10A308Utilizado para cadenas
Tamaño1 bit
8 bits2 bytes2 bytes4 bytes4 bytes8 bytes
más de 254 bytes
El diagrama de flujo de la figura 3.3 describe la configuración del
microcontrolador.
Enicio
^Configuración /
Configurar VelocidadBMhz
Oscilador Interno
1 r
üontlgurar AOCModo = Single
Preescaler= 64Referencia ™ AREF
Configurar ContadorTiempo Real
32758 HzFormato Hora Fecha
Configurar RS-üüa9600 baudios, 3 bitsdatos, 1 bit stop» sin
paridad.
Configurar t2CPCO = SCLPC1 = SDA
Periodo de Relo]
Configurar LCDTipo 20x4
Definir pines
Configurar Pinespara Teclado
M atrio í al
Fín de laConfiguración
Figura 3.3 Diagrama de Flujo de la Configuración
90
3.1.1.1 Configuración del Conversor Análogo DigitalO O O
El ATmega16 utiliza un conversor análogo digital de "Aproximaciones Sucesivas",
este método consiste en utilizar un comparador que rechaza los voltajes que se le
presentan, hasta que llega al rango adecuado para el voltaje de entrada, al cual
se le asigna un valor binario, de esta manera ofrece una resolución elevada y
velocidades de conversión relativamente altas.
La entrada del ADC es un multiplexor análogo usado para seleccionar entre los 8
canales ubicados en el puerto A. Esto permite convertir 8 señales análogas, para
el caso se utilizarán solo 2 canales. El esquema del conversor es el siguiente:
Anrv
ÁT\rA
APlf?
r
~~~~^~~^~-~-^
en<üCD
roO03
-moo
•coc<o<D
_CLrj
^^-—^"^
v
ADC de Aproximaciones ADCH* Sucesivas *" ADCL
Figura 3.4 Esquema Simplificado del ADC
El resultado de la conversión es de 10 bits por lo que se almacena en dos
registros ADCH y ADCL, para los bits altos y bajos respectivamente. El rango
máximo del resultado está determinado por la referencia externa de 2.5 V
conectada al pin AREF. El valor de la conversión puede determinarse con la
siguiente fórmula:
YinValor de la Conversión = x!023
2.5(3-1)
91
Donde:
Vm = Voltaje de entrada en el canal referido a tierra
La circuitería del ADC necesita una señal de reloj de SOKHz a 200 KHz, que se
obtiene del reloj del sistema y el prescaler (que toma valores de 2, 4, 8, 16, 32,
64, 128). La frecuencia se selecciona determinando el valor del prescaler o se
calcula automáticamente con la instrucción AUTO. La función auto calcula cuál
puede ser la mayor frecuencia para el cristal que se especifica, con un cristal de 8
MHz el prescaler estará en 64 y dará una frecuencia de conversión de 125KHz.
El ADC tiene dos modos de operación: single y free running. En el modo single
cada conversión debe ser inicializa seteando el bit ADSC en el registro ADCSR.
En este modo el cambio de canales puede realizarse antes de iniciar la siguiente
conversión por lo que será utilizado. En el modo free running una conversión se
inicia cuando la otra termina, pero se debe tener cuidado si se requiere un cambio
de canal ya que el cambio debe realizarse antes de que la siguiente conversión
inicie.
Los registros que controlan el canal de entrada, el prescaler, modo de conversión
ajuste izquierdo o derecho de los bits, inicio de conversión y referencia, son el
ADMUX y el ADCSR. El ADMUX se utiliza para la selección del canal, ajuste y
referencia. En la tabla 3.2 se especifican los bits del ADMUX y sus funciones
Tabla 3.2 Bits del Registro ADMUX
#Bit01234567
NombreMUXOMUX1MUX2MUX3MUX4
ADIARREFSOREFS1
FunciónSelección de Canal de ConversiónSelección de Canal de ConversiónSelección de Canal de ConversiónSelección de Canal de ConversiónSelección de Canal de ConversiónAjuste izquierdo o derechoSelección de la ReferenciaSelección de la Referencia
En el ADSCR se configuran las opciones de habilitación, el modo de operación y
prescaler. La tabla 3.3 muestra los bits y las funciones del registro ADCSR.
92
Tabla 3.3 Bits del Registro ADCSR
#Bit01234567
NombreADPSOADPS1ADPS2ADIÉADIFADFRADSCADEN
FunciónSelección de PrescalerSelección de PrescálerSelección de PrescalerHabilita la interrupción por fin de conversiónSe pone en 1 cuando la conversión se finalizóSelecciona el modo Free RunnigIniciar la ConversiónHabilita el ADC
La configuración y los valores que toman los registros de control se muestran en
la figura 3.5:
Configurar ADC
Habilitar ADCADEN = 1
Escoger ModoSingle ADFR=0
Clock PrescaIer=G4ADPS2=1 ADPS1=1
ADPSO=0
Referencia de Voltaje,en AREF
REFS1=OKEFS2-0
Ajuste DerechoADLR=0
Canal de EntradaOy 1
Configuracíóny
Figura 3.5 Diagrama de Flujo de la Conficuración del ADC
El proceso de conversión se realiza de la siguiente manera;
Realizar unaConversión
Iniciar ConversiónADSC-
nversioiCompleta
DSC =
Leer Resultado enADCly ADCH
" r
Fin de laConversión
Figura 3.6 Proceso para la Conversión AE>
Tanto la configuración del ADC como la conversión, están inmersas en las
instrucciones que se proporciona al programa Bascom AVR, evitando que el
programador ingrese directamente a estos registros de control.
3.1.1.2 Configuración del Reloj en Tiempo Real
El timer 2 puede trabajar como un reloj en tiempo real ya que con un oscilador
externo y el prescaler adecuado puede desbordar su cuenta cada segundo. La
característica que lo habilita para este trabajo es el cristal de 32768 Hz conectado
en los pines TOSC1 y TOSC2, siendo un contador de 8 bits, puede llegar a la
cuenta de 256 en un segundo mediante un prescaler que divide su frecuencia
para 128. Calculando el período resultaría:
94
32768/fe 32768ffz
Prescaler
•*• r*i f —p f 256
Para una cuenta de 256;
256x0.00390625,5' =
128
• = 0.003906256-
(3.2)
(3.3)
(3.4)
Entonces el timer 2 debe estar configurado en modo asincrónico, con reloj externo
y con interrupción, para este propósito el compilador modifica los registros de
control TCCR2, TIMSK y ASSR. En TCCR2 se utiliza para determinar el prescaler
mediante las combinaciones de los tres bits menos significativos: CS22, CS21,
CS20; para un prescaler en 128 tomarán los valores de 101 respectivamente. En
el registro ASSR se setea el bit 3 (AS2) para indicar que la fuente del reloj es el
cristal externo conectado. Finalmente se habilita la interrupción por desborde de
la cuenta seteando el bit 6 (TOIE2) del registro TIMSK.
El diagrama de flujo de la configuración es el siguiente:
inicio de laConfiguracióndel Tirner 2
establecerPrescaler- 128
CS20-1
' 'Seleccionar Modo
Asincrónico,Reloj externo
AS2- 1
Habilitar Interrupciónpor Desborde.
TOIE «! 1
1 f
/'"'Fin de la'^Ní Configuración )\jJel Timer 2^7
Figura 3.7 Configuración del Timer 2 para trabajo como RTC
95
3.1.1.3 Configuración de la Comunicación RS-232
La comunicación del microcontrolador con el computador es tipo serial full-duplex,
gracias al controlador USART, el cual se configura en modo asincrónico. Con una
velocidad de comunicación de 9600 baudios y el formato del campo del dato con
8 bit de datos, sin paridad y 1 bit de stop.
La frecuencia del reloj y la velocidad de transmisión son usadas para calcular el
UBRR (USART baud rate register), el valor que se cargue en este registro
determinara los baudios en la transmisión. Para una frecuencia de 8 MHz:
16BÁUD (16X9600)
La configuración del USART se la realiza en los registros UCSRB y UCSRC. El
proceso de inicialización del USART se muestra en el diagrama de flujo de la
figura 3.8.
Una vez configurado el USART la comunicación debe habilitarse seteando los bits
RXEN y TXEN en el registro UCSRB.
La interrupción por comunicación serial no será habilitada, en cambio se
chequean continuamente los bits RXC y TXC en el registro UCSRA para
determinar que la operación de recepción o transmisión finalizaron.
96
Inicioí Configuración\del USART^ <r
ModoAsicrónicaUMSEL= O
9500 baudiosUBRR = 51
bits dédalosUCSZ2=0
UCSZQs-l
Sin paridadUPMI^QUPMG=0
1 bit de StopUSBS = O
Habilitartransmisión y
Recepción
Fin "XConfiguración )jtel USARTy
Figura 3.8 Diagrama de Flujo de la Configuración del USAR para comunicación RS-232
3.1.1.4 Configuración de la Comunicación I2Co
El atmega16 tiene una interface I2C, que la ATMEL llama TWI (Two wire
interface) o interfaz de dos hilos. El TWI es un bus serial sincrónico que puede
usarse para la conexión como maestro o esclavo. Controla las líneas SDA para
entrada/salida de datos y SCL para la señal de reloj.
97
La velocidad del reloj es usualmente 100 o 400 KHz, ésta se configura mediante
los registros TWSR y TWBR, los cuales indican el prescaler y el rango del reloj
respectivamente.
La fórmula para la velocidad del reloj es la siguiente:
rr i - 7 n 7 - ReíOJ CPU „ fi,Veloada Reloj = ~¡ H H ^ ^ < > n n \3-6)II ¿T i O ., TTTfD D ., A "ivSSCÁLER \ o + z x j /r y?A x 4 I
Para una frecuencia de 8 MHz, prescaler = O y TWBR = 32, la velocidad de la
señal de reloj será de 100 KHz.
3.1.1.5 Configuración del LCD.
El compilador genera internamente las instrucciones para el manejo del LCD por
consiguiente, se debe indicar: el tipo de LCD (20 caracteres x 4 líneas), con
cuantos bits datos se va a trabajar (4 bits), en que pines se van a colocar las
líneas de los bits de datos, en que pin está la activación de la pantalla y el pin de
la selección de comandos o datos.
Una vez encendido el LCD ejecuta automáticamente una secuencia de inicio
interna si se cumplen los requisitos de alimentación, los cuales consisten en que
el tiempo que tarde en estabilizarse la tensión desde 0.2V hasta los 4.5V mínimos
necesarios sea entre 0.1 ms y 10 ms. Igualmente el tiempo de desconexión debe
ser como mínimo de 1 ms antes de volver a conectar. La secuencia es la de la
figura 3.9.
98
ImciaJizacíórT*Automática
del LCD
Ejecutar elborrado de
pantalla
Establecer Busde Datos en 8
Bits
DIsplay y Cursoren OFF
Modo FuncionamientoCursor Autóincremento
Dísplaysin desplazamiento
FintnicialízaciónAutomática
Figura 3.9 Inicíalización del LCD
Una vez inicializado el LCD puede configurarse siguiendo el diagrama de flujo de
la figura 3.10.
El proceso de escritura en el LCD se explica en el diagrama de flujo de la figura
3.11
99
ConfiguraciónLCD
Configurar comosalida pines paracontrol y dalos
Establecer Busde Datos en 4
Bits
Establecer LCDde 4 líneas * 20
caracteres
1 (
Display ONCursor QFF
1 1
RnConfiguración
LCD
Figura 3.10 Configuración del LCD
Escritura enLCD
Señal E = O
RS-1 datosRS-0 instrucciones
Situar dato en elBus
Fin Escritura.
Figura 3.11 Escritura en el LCD
3.1.2 SUBRUTINA TECLADO
El teclado matricial es una manera de optimizar el número de pines que se
requieren para conectar una cantidad significativa de teclas. En este tipo de
periférico se usa la técnica conocida como barrido de teclado, que consiste en
poner en bajo uno a uno los pines en los que están conectadas las filas e ir
leyendo las columnas hasta encontrar la tecla presionada.
El puerto B se utilizó para conectar las filas y las columnas del teclado matricial,
las filas se declaran como salidas para que se puedan ir poniendo en cero y las
100
columnas como entradas para que puedan ser leídas, la distribución es la
siguiente:
Tabla 3.4 Distribución de Fines para el Teclado Matricial
#Fila1234
Pin del Puerto BB5B6B7B4
# Columna1234
Pin del Puerto BBO61B2B3
Según la identificación que se realiza de la tecla presionada el microcontrolador
distingue si se trata de una tecla numérica o si se presionó una tecla de funciones
especiales. En el primer caso, el valor numérico de la tecla pasa a ser uno de los
dígitos del código del producto, la clave de ingreso o despliegue de la base de
datos o de la hora y fecha, este código o dato se valida posteriormente en el
programa principal o en la respectiva función. En el segundo caso, la presión de la
tecla activa una de las funciones especiales, la cual permanecerá activa hasta el
ingreso a la subrutina de la función.
La subrutina del teclado realiza el barrido del teclado y en caso de haberse
presionado una tecla identifica su función, tal como se muestra en el diagrama de
la figura 3.12.
El algoritmo del barrido de teclado se explica en la figura 3.13.
101
Teclado
Tecla es partede un código odato numérico
ActivarEncerado
ActivarActualizaciónFecha y Hora
ActivarCambio deUnidades
ActivarConsulta de
Código
Mostrar Teclaen Pantalla
Return
Figura 3.12 Diagrama de Flujo de la Subrutina "Teclado"
102
Figura 3.13 Diagrama de Flujo del Barrido del Teclado
103
3.1.3 SUBRUTINA PESAR
La función de esta subrutina es adquirir y procesar la señal del sensor para
obtener el peso del producto que se mostrará en pantalla.
La señal de la celda de carga está repartida entre los canales O y 1 del conversor
análogo digital para convertirla en un valor digital de 11 bits con el que trabaja el
microcontrolador. Antes de que este valor pueda ser visualizado en pantalla debe
procesarse tomando en cuenta lo siguiente:
- El valor adquirido incluye la señal del peso y el ruido no filtrado por el
hardware.
- El peso leído es el Peso Bruto, contiene el peso del producto, el peso del
recipiente, y la señal de voltaje que el sensor entrega sin peso
Según estas consideraciones para obtener un buen dato del peso se requiere
aplicar los siguientes correctivos:
- La señal debe ser filtrada, esto se logra tomando un conjunto de muestras y
sacando el promedio de las mismas.
- A! valor del peso bruto se le debe restar el peso muerto que corresponde a
cualquier valor que no represente el peso en sí del producto (Peso Neto).
El microcontrolador implementa el filtro digital para eliminar el ruido en la señal, el
cual consiste en promediar un conjunto de muestras tomadas. El muestreo se
realiza en cuestión de milisegundos, garantizando que las muestras tomadas
correspondan al mismo valor de peso. Se utiliza un retardo entre muestra y
muestra para dar tiempo a que el conversor AD adquiera un nuevo valor y no se
lea el mismo. En la figura 3.14 se describe el diagrama de flujo del muestreo y
filtrado de la señal.
104
í Muestreo y Filtrado
Muestra- 0Sumatoria ~ 0
N = 0
1 r
Adquirir dato delADCO
Adquirir dato delADCl
Muestra =Dato ÁDCO-f Dato ADC1
Sumatoria ~Sumatoria + Muestra
Valor Digital =Sumatoria / N
'Fin muestreo y\ Filtrado J
Figura 3.14 Diagrama de Flujo del Muestreo y Filtrado de la Señal
105
Una vez que la subrutina ha convertido la señal de voltaje sin ruido en su
equivalente de peso, procede a extraer el peso muerto. El software distingue que
el valor entregado por el sensor se trata del peso muerto porque al entrar a la
subrutina "Pesar" se encuentra activada la función "Encerado", la cual se activa
bajo dos condiciones posibles:
1. En el encendido de la balanza.
2. Cuando el usuario a presionado la tecla "CERO".
Estas condiciones permiten que la balanza se encere automáticamente en el
encendido y que el usuario pueda encerar en cualquier momento o restar el peso
del recipiente que contiene al producto.
Hasta aquí se obtiene el peso neto en kilogramos, que puede convertirse a libras
según la selección de unidades de la balanza. La balanza se encuentra por
defecto en kilogramos, pero puede cambiarse a libras presionando la tecla "C".
La figura 3.15 muestra el diagrama de flujo de la subrutina "Pesar".
106
Pesar
Muestreo yFiltrado de
Señal Digital
1 f
Transformar ValorDigital en. el
equivalente de Voltaje
Peso Bruto =Voltaje x 8.43-1.03
Peso Neto =Peso Bruto- Peso
Muerto
1 '
Peso Muerto = PesoBruto Desactivar Encerado
Peso Neto = PesoNeto x 2.2
Figura 3.15 Diagrama de Flujo de la Subrutina Pesar
107
3.1.4 SUBRUTINA INGRESAR FECHA Y HORA
Cuando trabaja como contador en tiempo rea!, el timer/counter 2 desborda su
conteo cada segundo, permitiendo así que las variables del sistema utilizadas
para el cálculo de la hora y la fecha vayan incrementándose.
El programa principal trabaja con la librería DateTime de Bascom AVR encargada
de realizar el cálculo de la hora y la fecha, controlando los meses de 28, 29, 30 y
31 días y los años bisiestos. Se tiene acceso para lectura y escritura de las
variables que almacenan estos cálculos y son las siguientes:
Tabla 3.5 Variables para Fecha y Hora
Variable
_day
monthyear
_sec
_min
hour
DescripciónIndica el día del mes toma valores de 1
hasta 31 dependiendo del mes y del año.El mes del año, toma valores entre 1 y 12
El año del siglo, toma valores entre 00 y 99El segundo del minuto con valores entre 00
y 60El minuto de la hora con valores entre 00
y 60La hora del día con valores entre 00 y 24
Tamaño
1 byte
1 byte1 byte
1 byte
1 byte
1 byte
Trabaja con la interrupción del timer 2 y realiza el cálculo según el diagrama dé
flujo de la figura 3.16.
La librería se encarga de calcular y comprobar las variables, pero cuando el
usuario modifica o actualiza la hora, es la subrutina quien verifica que los valores
tengan correspondencia entre sí. Por ejemplo si el usuario ingresa 98/02/31, la
subrutina pide el reingreso de la fecha, ya que febrero nunca va a tener 31 días.
El mismo caso para la hora, el usuario está en capacidad de ingresar cualquier
valor por teclado, pero el programa confirma los rangos para segundos, minutos y
horas. La subrutina pide el ingreso uno a uno de los datos de hora y fecha,
validándolos al mismo tiempo, al final una vez que se han ingresado y verificado
todos los datos, estos se guardan en las variables internas y se despliegan en
pantalla. El diagrama de flujo de la subrutina se muestra en la figura 3.17.
108
Jiour= Jiour+1min - O
_day = _dayr+lhour- O
1
sí
1
jnonth=_month-í-1_da.y=1
Figura 3.16 Rutina para el Cálculo de la Fecha y Hora
109
^Ingrese el Mes: /'Ingrese losMinutos:
Guardar Horasy Minutos
f hh:mrn\aa/mm/ckí
Relurn
Figura 3.17- Diagrama de Flujo de la subrutina "Ingresar Fecha y Hora"
110
La validación del día es uno de los procesos que requiere de más cuidado en la
subrutina debido a que no todos los meses tienen 31 días e incluso el número de
días del mes depende del año. El diagrama de Flujo para la validación del día se
muestra en la figura 3.18:
f" Inicio^Validar Día
Figura 3,18 Diagrama de Flujo de la Validación del Día
111
3.1.5 SUBRUTINA ADQUIRIR BASE DE DATOS
Para mayor comodidad del usuario, la base de datos se ingresa en el computador
y pasa a la balanza mediante el ingreso de una clave.
Una vez que el programa principal ha confirmado que el código ingresado se trata
de la clave para el ingreso de la base de datos entra a la subrutina "Adquirir base
de datos". En esta subrutina el microcontrolador solicita mediante comunicación
serial al computador el envío de una base de datos. Pero como el
microcontrolador envía constantemente datos del peso, el micro envía una clave
de inicio que le indica al computador que lo requerido es la base de datos. La
respuesta que envía el computador es el número de productos de la base de
datos y las unidades de la misma (libras o kilogramos), con estos datos el micro
sabe qué número de registros esperar y una vez adquirida la base de datos, cómo
realizar los cálculos y presentación del precio unitario y total.
Después de recibir la respuesta inicial el micro solicita uno a uno los registros al
computador, cada registro incluye: código del producto, nombre del producto y
precio unitario. Cada vez que recibe un registro, lo almacena en la memoria seria]
para disponer de la base de datos sin necesidad de estar conectado al
computador. El almacenamiento en la EEPROM externa permite al sistema tener
un respaldo de estos datos en caso de darse un corte de energía. El diagrama de
flujo para esta subrutina es el siguiente:
112
Í. «_^^Adquirir Base Ade Datos )
Enviar ai PC claveInicio adquisición
Recibir del PC:fr Registro y
unidades (Kg Lb)
N. = ft Registros
Recibir Registro N.del PC
ir
EscribirRegistro N en laMemoria Serial
Figura 3.19 Adquisición de la Base de Datos
La adquisición de la base de datos se vale a su vez de una subrutina para la
escritura de la memoria serial.
114
El diagrama de flujo de la figura 3.22. muestra el proceso de escritura.
rñlcio Escritureen EEPROM, Externa
Generarcondición Start
1 t
Enviar direccióndel esclavo
R/W=0
RecibirBit ACK
bnviar dirección aescribir del esclavo
bits altos
Enviar dirección aescribir deí esclavo
bits bajos
RecibirBit ACK
Enviar Dato
RecibirBit ACK
1 f
Generarcondición Stop
' r
Figura 3.22 Subrutina para Escritura de Memoria Externa
115
3.1.6 SUBRUTINA PRESENTACIÓN DE LA BASE DE DATOS
A esta función de la balanza se accede luego de haber ingresado por teclado la
respectiva clave. Su función es desplegar la base de datos completa en la
pantalla del LCD, de manera que el usuario pueda consultar los códigos y precio o
verificar que la base se encuentre en la balanza.
Esta subrutina presenta cada uno de los productos con su código, nombre y
precio unitario; dejando un intervalo de tiempo entre la presentación de uno y otro
para comodidad del usuario. Una vez que se inició no se detiene hasta haber
terminado con todos los productos. La subrutina emplea el dato de número de
registros que se envió desde el computador. El diagrama de flujo es el siguiente:
^ Inicio "\n )
Base de Datos/
Lectura EEPROMPfoducio N:
Código, Nombre,Precio UnlL
'' fMostrar
''Código, Nombre,^^Precio Unitario/
N>N-1
Figura 3.23 Subrutina Presentación Base de Datos
116
3.1.6.1 Subrutina de Lectura de la EEPROM Externa
En la operación de lectura el TWI puede estar en dos estados diferentes: maestro
transmisor (MT) y maestro receptor (MR). Estos estados se deben a que se
pueden realizar tres tipos de operaciones de lectura: lectura de la dirección actual,
lectura aleatoria (de una dirección específica) y lectura secuencia!.
Como se debe acceder a los datos sin ningún orden en especial y enviando la
dirección del dato se utilizará la lectura aleatoria. Esta operación consiste en
generara una condición de inicio en el bus, luego se transfiere la dirección del
esclavo y se recibe el bit ACK. Ahora se envía la dirección de memoria que se va
a leer primero bits altos y luego bits bajos, se repite la condición de inicio y la
dirección del esclavo. Finalmente el maestro recibe el dato a leer, transmite un bit
No ACK que indica al esclavo que termino la operación y envía la condición de
stop. La operación de lectura aleatoria se ilustra en la figura 3.24 y en el diagram
de flujo de la figura 3.25.
SDA UNE
3TART
UM&B
DEVICEADDRESS
II !
w sÜ T o7 J ÜEVICE |T V/Ofid R ADDRESS AE ADDRESS n T O
i i i iA
1 1 1 1
L R A MS / C SBW X B
1 1 1 i i I I
1 | 1 1 1 1 ! !
1 A M L A8 G S S CB K . B B K
STOP
I It 1 1 1 T I I
DATA n NO
ACK
Figura 3,24. Operación de Lectura Aleatoria
117
inicio LecturasdeEEPROM \a J
Generarcondición Start
Enviar direccióndel esclavo
R/W-Q
RecibirBit ACK
> r
Enviar dirección aleer del escla.vo
bits altos
1 'Enviar dirección aleer del esclavo
bits bajos
1 f
RecibirBit ACK
Generarcondición Start
Enviar direccióndel esclavo
R/W-1
RecibirBit ACK
Recibir Dato
EnviarBit No ACK
Generarcondición Stop
Return
Figura 3.25 Subrutina para Lectura de la Memoria Externa
3.1.7 SUBRUTINA CONSULTAR CÓDIGO
Esta función fue diseñada para ayudar al usuario a la identificación de los
productos. Muchas veces es posible que el usuario recuerde el código pero no
esté seguro si se trata del producto que necesita, entonces tiene la opción de
presionar esta tecla ingresar el código y se presentará en la balanza el nombre
118
precio unitario y código del producto si es que existe, de lo contrario se mostrará
el mensaje: "El código no existe"
El diagrama de flujo para esta subrutina es el siguiente.
ConsultarCódigo
/Ingrese el( Código aXgonsuitar:
no
<
1
sir
Lectura EEPRGMProducto
correspondiente aicódigo
1 r
/él producto es:Nombre Precio
v Unitario\ s
1 1
)
1'
/El Código noV Existe
Return
Figura 3.26 Diagrama de Flujo de la Subrutina Consultar Código
La lectura de la EEPROM externa se realiza con la misma subrutina utilizada en la
subrutina de presentación de los productos.
119
3.1.8 SUBRUTINA MOSTRAR BALANZA
Esta subrutina es la encargada de la pantalla principal de la balanza, en la que se
muestran los datos del producto y el reloj.
Al ser la pantalla principal del equipo aparece al encenderlo sin necesidad de
presionar teclas adicionales, es decir es la pantalla por defecto. Cuando el
programa entra a esta subrutina, ya cuenta con dos datos; el peso y el código del
producto, a partir de estos la subrutina reconoce si el código ingresado es valido,
si resulta así, lee de la memoria serial el nombre y el precio unitario
correspondiente y calcula el precio total según el peso medido. La pantalla
conserva los datos del producto (nombre, precio unitario, precio total) hasta 2
segundos después de que el peso regrese a! valor de cero.
Cuando la balanza está dentro de esta función, significa que explícitamente está
dedicada al pesado del producto, por tanto es en la única función que se necesita
que el peso sea enviado hacia el computador. El peso se envía cada vez que
pasa por esta subrutina, como el programa rota rápidamente el computador
obtiene un nuevo dato cada vez en cuestión de milisegundos. Adicionalmente en
la pantalla se presenta continuamente la hora y la fecha, para lo que la subrutina
accede a las variables necesarias de la librería DateTime. El diagrama de flujo de
esta subrutina se muestra en la figura 3.27.
120
Peso enKilogramos o
libras
Leer enEEPROM
nombre» preciounitario
P recio Toísl -Peso x Precio
Unitario
Nombre,Precio Unitario
recio Total
Figura 3.27 Diagrama de Flujo de la Subrutina Mostrar Balanza
121
3.1.9 PANTALLAS DEL LCD
Las funciones de la balanza tales como: mostrar el peso, ingresar la fecha y hora,
adquirir la base de datos, mostrar la base de datos y consultar el código, tienen
sus propias pantallas para formar una interfaz visual con el usuario que presenta
la información y solicitar datos al usuario que completarán el trabajo de la función.
En el caso de la función "Mostrar Balanza", la pantalla que se presenta es la
principal con los datos del peso, precio unitario, peso total y la hora y fecha. El
usuario ingresa el código del producto y los datos se despliegan
automáticamente. Las pantallas son las de la figura 3.28.
Figura 3.28 Pantallas de la Subrutina Mostrar Balanza
En la función "Ingresar Fecha y Hora", las pantallas están dedicadas a solicitar la
información al usuario para que el sistema actualice la fecha y la hora. El orden en
el que aparecen estas pantallas es el de la figura 3.29.
,i , , 'ÍJ-T? . ÍS .* .«" ."-rw-t v s£t¿r~ ,¿,o
Figura 3.29 Pantallas de la Función Ingresar Fecha y Hora
Para la adquisición de la base de datos, el usuario ingresa el código "4444" en la
pantalla principal y la comunicación con el computador empieza, enviando el
122
número de registros de la base, las unidades del precio unitario y los datos de
cada producto. Este proceso se muestra en la balanza con las pantallas que se
despliegan como en la figura 3.30.
Vi ** í'"T*"*JÍ . '¡í'"'?::' '!!''
mi
t í I '' ít fí 4. ,t > f \t It
T " i * N r ü i- i 1 i .ír í
Figura 3.30 Pantallas en la Adquisición de la Base de Datos
Si el usuario quiere ver toda la base de datos, ingresa el código "3333" en la
pantalla principal y se despliegan los datos de cada producto, como en las
pantallas de la figura 3.31.
Figura 3.31 Función "Mostrar la Base de Datos"
La función "Consultar Código" se activa automáticamente al presionar la tecla
"Cod" y dirige al usuario a ¡a pantalla donde ingresará el código del producto, si
éste es válido se despliegan los datos del producto, de lo contrario en la pantalla
se tiene el mensaje "El código no existe". Este proceso se muestra en la figura
3.32.
123
1a 2a
" " '
r- t, .">i ** t f i *i , -H i , ^tt r 4 "V . ~ » lt
1b 2bí '
Figura 3.32 Consulta de Código
3.2 INTERFAZ GRÁFICA EN EL COMPUTADOR
La ¡nterfaz gráfica en el computador tiene como objetivo presentar un entorno más
amigable al usuario, adaptándose fácilmente a la aplicación y agregando una
serie de recursos que la balanza por sí sola no podría prestar.
La ¡nterfaz gráfica se desarrolló en Visuaí Basic, un entorno de programación ideal
para la creación de este tipo de aplicaciones. Visual Basic combina la
programación en código puro y la orientada a objetos. En una aplicación típica se
utilizan formularios y controles que se denominan genéricamente objetos.
Los formularios son las conocidas ventanas, el ¡nterfaz visual hombre máquina,
sirven para la entrada y salida de datos, así como para soportar a otros objetos
(controles). El programa para la balanza cuenta con cinco formularios: Principal,
facturación, Inventario, Configuración y Facturación, diseñados para realizar
funciones similares a las de la Balanza.
Los Controles realizan todas las tareas requeridas para el funcionamiento de la
aplicación, para la balanza se necesitarían controles para la base de datos,
comunicación serial y el reloj en tiempo real, que son las funciones principales
para las que fue diseñada. A estos controles se les añade eventos y propiedades
mediante los cuales pueden usarse en el desarrollo de las funciones más
124
'3?específicas que se encuentran en los formularios. El software cuenta con estos
tres controles principales: RecordSet, MSComm y Timer.
Con estos recursos el programa es capaza de realizar las siguientes funciones;
- Realizar una factura de los productos que se pesan, para lo cual recibe por
comunicación serial el peso del producto en la balanza y tiene acceso a la
^ base de datos para buscar el código que el usuario ingresó por teclado.- ?
- Cuando se encuentra en la facturación el usuario puede consultar el código y
los datos de un producto ingresado al listado de productos.
- El usuario tiene acceso a la base de datos del Inventario de productos, en la
cual puede modificar, añadir o eliminar los productos y sus datos.
_ - El usuario puede configurar el software con respecto a las unidades que
utilizará la base de datos y al puerto en el que se conectará la balanza.
Se puede resumir todas las funciones del programa en el siguiente diagrama de
flujo.
inicio
Estado de la>Comunlcaalónl
Actu.raly
PantallaPrincipa!
Menú
Escogió"\Config u ración^
no
si
Fin
no
Facturación
inventariode
Productos
Configurar:Unidades
Puerto
125
Figura 3.33 Diagrama de Flujo del Software del Computador
126
3.2.1 CONTROL MSCOMM
El control Microsoft Comm o MSComm permite la comunicación entre una
aplicación de Visual Basic. Sus propiedades realizan la configuración de los
parámetros para comunicación serial, incluyendo la selección y habilitación del
puerto, éstas son:
- CommPort Indica el número de puerto por el que se establece la
comunicación serial.
- Settings. Configura la velocidad de la comunicación y el formato del dato. La
computadora debe ser compatible con el microcontrolador para lo cual usa la
misma velocidad (9600 baudios) y el formato del dato (8 bits de datos, sin
paridad, 1 bit de stop).
- PortOpen. Permite la apertura y cierre del puerto serial, así como identificar el
estado del mismo.
Input. Es la instrucción para recepción de datos, lee el dato en el búfer de
reopción y lo quita.
- Output. Es la instrucción para transmisión de datos, escribe en el búfer de
transmisión.
3.2.2 CONTROL TEMER
Este control se utiliza en conjunto con el MSComm para la comunicación serial.
Proporciona un evento de intervalo de tiempo que es utilizado en la comunicación
serial. En la comunicación serial se da un intervalo entre cada recepción y cada
transmisión, lo que habilita al programa a mantener una comunicación continua.
3.2.3 CONTROL RECORDSET
RecordSet es un objeto tipo DAO (Data Access Objet) que utiliza el Motor de
Bases de Datos Jet de Microsoft y trabaja sobre el fichero que contiene la base
de datos utilizando punteros.
127
Una vez que se declara la base de datos como RecordSet, se puede trabajar con
los métodos y propiedades que permiten su manejo, como por ejemplo
RecordCount que obtiene el número de registros de la base de datos.
El programa principal accede a los registros mediante el nombre del índice de
cada registro en la base de datos, el cual está representado por el código de cada
producto.
Los formularios de configuración, listado e inventario tienen acceso a este objeto
para manipular la base de datos ya sea en búsqueda o modificación.
3.2.4 FORMULARIO PRINCIPAL
Es la pantalla que aparece cuando el programa se carga, desde aquí el usuario
puede escoger la tarea que va a realizar dando clic en el ¡cono correspondiente o
ingresando al menú en sistema.
La pantalla permite visualizar constantemente de la hora y la fecha del sistema y
el estado actual del puerto, que incluye la desconexión y el dato que se recibe o
transmite. Aquí se encuentran los controles MSComm y Timer, que no son
visibles para el usuario pero habilitan la comunicación serial.
La figura 3.34 muestra el Formulario principal.
128
9
Menú Sistema
Iconos de Acceso
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONALINGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y CONTROL
BALANZA ELECTRÓNICAPARA SUPERMERCADO
DISEÑADO POR: PATRICIA OTEROPetoActu flO.83]
Estado del Puerto
105/03/2007
Fecha del Sistema
Hora del SistemaFigura 3.34 Pantalla Principal del Software
3.2.5 FORMULARIO FACTURACIÓN
En este formulario se programó la presentación del peso del producto, precio
unitario y precio total. Como agregado, se pensó en darle un formato más práctico
para la aplicación, que sería la factura, por lo que se calcula también el total y se
tiene campos para el ingreso de los datos del cliente. La pantalla de este
formulario se encuentra en la figura 3.35.
129
Sistema
Facturación Inventario [Configuración Salir
Facturación
Facturación
Cliente; |Sr. Pérez
Dirección: |Colón 301
Factura número:
CI/RUC: [
Teléfono: I
077-
1718152021
4154783:
Código de; producto: j1
íí | Ústa de Productos I
i
j •; Eliminari 1
Detalle:
Código
100410111001
Nombre Pe
Maíz ¡Durazno
arroz
- , ' " 6
iso (Kg] Peso (Lb)
1.871 4.1143.65J 8.034.1 SÍ 9.152
Valor por Kg0.010.54
Valor Toltal
$0.02
$1.970.42|$1.75
^\^^;y^:, • • ..-
' ,jfe-.cpiz/
; Imprimir
'1
EXIT/
,Cerra
!
1
i
;
'SubTotal:! $097
IVA: 1 $0.12— -
Total: I $ i_o9
Figura 3.35 Formulario Facturación
Recibe el dato del peso mediante comunicación serial y el código ingresado por
teclado o mediante la búsqueda realizada al presionar el botón "Lista de
Productos". Una vez que obtiene el registro correspondiente al código del
producto calcula el precio total y el total de la factura. En esta pantalla se tiene la
opción de mandar a imprimir la factura pulsando el respectivo botón. La manera
en que trabaja el formulario Facturación se muestra en el diagrama de flujo de la
figura 3.36.
130
Calcular PrecioTotal, Subióla!,
IVA, Total
•' •
C'olvera PantallaPrincipal
Figura 3.36 Diagrama de Flujo del Formulario Facturación
131
3.2.6 FORMULARIO INVENTARIO
Se creó una base de datos en Access, la cual se puede manipular mediante el
ingreso !a este formulario, al presionar el botón de la pantalla principal o al
ingresar al menú sistema y dar clic sobre Inventario.
Esta pantalla cuenta con botones para crear nuevos registros, eliminarlos,
modificarlos y por supuesto guardar la base de datos actualizada. La figura 3.37
muestra la pantalla "Inventario".
Facturación Inventario -Configuración Salir
Inventario
Inventario de Productos
Código: IfiQül |: Nombre: arroz ¡I Precio por: $ \o
>
Códiao1001
1002
1003
1004
1005
1006
1007
1008
Nombrearrozrnellocos
Tomate
Maíz
Col
papiías
AjíCulantro
Precio$ ÜA2
$1.20
$2.02
$0.01
$ 0.50
$ 0.32
$ 0.40
$ 0.20
!•*•P
¡F
\< Ü <<:
. . . . . . .
» lí >I
Huevoi!
| Ominar
Modificar
fCapcelar;
Jimardat'
Cerrar
AhRA
Figura 3.37. Pantalla "Inventario"
132
La manera en que trabaja el formulario "Inventario" se muestra en el diagrama de
flujo de la figura 3.38.
1íbmbre,Código,
Precio Unit,
AgregarRegistro a la
Base de Datos
1 • — -
'Nombre,Código,
Precio Unit,
Figura 3.38 Diagrama de Flujo del Formulario "Inventario"
133
3.2.7 FORMULARIO CONFIGURACIÓN
La opción "Configuración" del Menú del programa, permite al usuario escoger las
unidades en las que va a estar el precio unitario de la Base de Datos y por tanto
del programa del computador. En este formulario también se selecciona el puerto
en el que se conectará la balanza.
Las otras opciones de configuración para la comunicación serial y formato del
dato no son accesibles para el usuario, ya que tanto la balanza como el software
para el computador se han programado para tener una concordancia en la
comunicación serial y no es apropiado que el usuario tenga acceso a modificarlas.
La pantalla de Configuración es la siguiente:
p^BaltronicSistema
Facturación Inventario ^Configuración Salir
Xg Configuración
Configuración• Pesos en:
O1 Libras £• Kilogramos
-Comunicación:
Puerto:
! - - - " - - - • " - '
i I Guardar cambios
• " • • •
, Cerrar
Figura 3.39 Pantalla de Configuración
El software habilita la comunicación en el puerto seleccionado y en caso de no
conectarse el equipo en la parte inferior izquierda de la pantalla se visualizará
"Error en la Apertura del Puerto COM # ".
El diagrama de flujo de la figura 3.40 muestra el modo de trabajo de este
formulario.
134
egresar a laPantallaPrincipal
Figura 3.40 Diagrama de Flujo Formulario "Configuración"
135
4 PRUEBAS Y RESULTADOS
Las pruebas realizadas fueron las siguientes;
1. Prueba de Funcionamiento de la Celda de Carga.
2. Prueba del Reloj en Tiempo Real.
3. Prueba de Comunicación Serial.
4. Prueba de la Memoria Serial.
5. Prueba de la Batería.
El equipo funciona de acuerdo al diseño, esto implica que mide un peso con un
rango de O a 30 Kg y una resolución de 10 gr. La visualización en la pantalla LCD
de los resultados está de acuerdo con las cantidades pesadas y los códigos
ingresados.
La visualización en el computador también está en concordancia con los valores
de la balanza y la medición se actualiza instantáneamente.
4.1 PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO DE LA CELDA DE CARGA
Esta prueba consiste en determinar la curva de funcionamiento de la celda de
carga colocando pesos con valores conocidos sobre la plataforma de pesaje y
midiendo la respuesta de voltaje luego de que se ha filtrado y amplificado la señal.
Estas mediciones permitirán encontrar una ecuación que relacione el voltaje con
el peso.
La tabla 4.1 detalla las mediciones realizadas:
136
Tabla 4.1 Mediciones de la Respuesta del Sensor
1234567891011121314151617181920
Voltaje (V)0.0760.0780.08
0.08150.08350.0875
0.090.0920.0940.096
0.09750.0985
0.10.1130.1250.1370.15
0.16230.1750.188
Peso {Kg}0
0.0050.01
0.0150.020.030.040.050.060.070.080.090.10.20.30.40.50.60.70.8
2122232425262728293031323334353637383940
Voltaje (V)0.20.2120.2720.3320.3930.4530.5120.5730.6330.6950.8140.9341.0531.1741.2941.4151.5361.6561.781.9
Peso (Kg)0.911.522.533.544.556789101112131415
4142434445464748495051525354555657585960
Voltaje (V)2.012.132.252.372.492.612.732.852.973.093.213.333.453.573.693.813.933.994.024.04
Peso (Kg)161718192021222324252627282930313232.532.5532.6
Según esta tabla el amplificador se saturó al llegar a 32,6 Kg., este peso no
incluye el del soporte de la bandeja de pesaje, así que es todo el peso que puede
medir la balanza, incluido la bandeja o recipiente de pesaje, sin el soporte. La
curva se muestra en la figura 4.1.
Respuesta del Sensor
Voltaje (V)
Figura 4.1 Respuesta al Peso del Sensor
137
Se sabe que con este rango de peso, el sensor está dentro del límite lineal, por
esta razón, para encontrar la ecuación de funcionamiento se utilizó una
aproximación lineal, de la forma Y = AX + B, usando la hoja de cálculo Microsoft
Excel se obtuvo la ecuación 4.1
Peso[Kg] = 8, (4.1)
Es importante calcular también el coeficiente de determinación, este compara los
valores calculados y reales, y tiene un rango de O a 1. Si es 1, hay una correlación
perfecta en la muestra, es decir, no hay diferencia entre el valor calculado y el
real. En el otro extremo, si el coeficiente de determinación es O, la ecuación de
regresión no es útil para predecir un valor. El cálculo en Excel dio un valor de 0.99
para el coeficiente de determinación, por lo que se puede afirmar que la ecuación
obtenida es la mejor para implementar en el microcontrolador. Con esta ecuación,
para los mismos valores de peso de la muestra se obtiene la curva de la figura
4.2.
Curva de la Ecuación Calculada
Voltaje (V)
Figura 4.2. Curvas de Funcionamiento Calculada
138
En la figura 4.3 se encuentran ambas curvas, es difícil distinguir una de otra ya
que prácticamente se superponen.
Curva de Funcionamiento
32 -30 •98 -
74 -
22 -
O> *-$^ 1R -
P 16 -(/) i°
0. 14 "12 -10 -
8 -6 -4 -2 .
0 -c
_^X
3 OJ ^
/
XXI
x
r CD OD i- c
yx
•j x
x
r u
X/
3 00 0
/
J 0
•/
•1 •*.
Xx
r CD a
X
3 r
XX
//^
i CM r CD a
x
^ ^
— Peso Medido
Peso Calculafo
t-O O O O - T - - Í - T — -r- C-J <N CM CM C O C O C O C O
Voltaje (V)
Figura 4.3 Curva Medida y Curva Calculada
Una vez que la balanza se encuentra en funcionamiento, realiza los cálculos del
peso con la ecuación obtenida, permitiendo obtener mediciones de O a 30 Kg. con
una resolución de 10 gr.
4.2 PRUEBA DEL RELOJ EN TIEMPO REAL
Toda la información que el equipo entrega al usuario debe ser verídica, parte de
esta información es la hora y fecha actuales proporcionadas por el reloj en tiempo
real.
Estos datos aparecen en pantalla, por lo que su comprobación se realiza por
simple inspección visual. Las pruebas consistieron en:
139
1. Verificar que la hora ingresada se grabe en la memoria del microcontrolador y
a partir de esta el tiempo empiece a correr. Presionando la tecla "T", el
programa pasa a las pantallas en donde se piden cada uno de los datos de la
hora y la fecha, al terminar el ingreso de los valores vuelve a la pantalla
principal en la que se observa que la hora y la fecha se incrementan a partir
del valor ingresado.
2. Observar si los valores de la hora y la fecha se pierden al apagar la balanza.
Bajo la condición de que la batería se encuentra cargada, el reloj en tiempo
real del microcontrolador sigue funcionando, así que apagando y encendiendo
el equipo se observa que los valores de hora y fecha no se han perdido y que
siguen incrementándose apropiadamente.
3. Comprobar que el tiempo corra segundo a segundo de una manera uniforme,
es decir, como lo haría un reloj en la vida real. La balanza se dejó en
funcionamiento continuo por tres días y durante este tiempo no ocurrió ningún
atraso o adelanto en la hora o fecha, el cambio entre segundos, minutos,
horas y días se realizó normalmente.
4. Comprobar que cambie mes a mes y año a año. La balanza se programó en
una fecha de fin de mes y se observó el incremento normal del mes. Del
mismo modo, la balanza se programó en una fecha de fin de año y se observó
el incremento normal del año.
Hora echa
Figura 4.4 Pantalla Principal con la Hora y Fecha
140
4.3 PRUEBA DE COMUNICACIÓN SERIAL
En la comunicación serial se comprueba que los datos de transmisión y recepción
estén correctos, que se realizan a la velocidad apropiada y que tanto el
computador como el microcontrolador puedan comunicarse sin ningún problema.
Este proceso se utiliza en la transmisión del peso y la base de datos.
Para la transmisión del peso se observa que el valor mostrado en la pantalla de la
balanza es el mismo en la esquina inferior izquierda de la pantalla del
computador, como se muestra en las figuras 4.5 y 4.6.
DISE
Figura 4.5 Pantalla del Programa con el Peso Actual de Ja Balanza
141
Figura 4.6 Pantalla de la Balanza
Del mismo modo en la base de datos se observa en la pantalla del computador el
valor transmitido que es igual al recibido que se despliega en la pantalla de la
balanza, como lo ilustran las figuras 4.7, 4.8, 4.9 y 4.10.
I J' \ -\.f Y
DiSENADC
Figura 4.7 Pantalla de Inicio de Transmisión en el Programa
142
DISEÑAD| transmitiendo a la base de datos; 1002me]loco01.20
Figura 4.8 Transmisión de un Registro de la Base de Datos
Figura 4.9 Recepción de las Unidades de la Base de Datos
Figura 4.10 Recepción del Registro en la Balanza
143
4.4 PRUEBA DE LA MEMORIA SERIAL
La memoria serial guarda toda la base de datos, así que para verificar que está
realizando este trabajo, después de haber transmitido la base de datos se ingresa
el código para mostrar la base de datos "3333". El comportamiento es el correcto
y se puede observar uno a uno los registros con los valores apropiados, iguales a
los que se encuentran grabados en el inventario del computador,
nventario ' - :
Inventario.de Productos
Código: J-fooTl Nombre:|arro2 \\o por: $
Kg1 0.42 :
Listado
>
Códiao1001
1002
1003
1004
1005
1006
1007
1008
"i<"~"~ r.Nuevo
,-.„ ,
.Elimínai
Nombrearroz
rnellocos
Tórnate
Maíz
Col
papas
AJÍperas
Precio$0.42
$1.20
$2.02
$0.01
$0.50
$0.32
$0.40
$0.56
¡A
« [ \- » ;i >i
]: Modificar
'I Cancelar^
;• Gq rdñr
Cerrar
Figura 4.11 Inventario en el Computador
Figura 4.12 Base de Datos en la Balanza
144
4.5 PRUEBA DE LA BATERÍA
Esta consistió en determinar cuánto tiempo tarda en cargarse y cuánto en
descargarse la batería cuando la balanza se encuentra conectada y desconectada
de la red eléctrica, respectivamente.
Ei tiempo de carga fue aproximadamente de 6 horas con la balanza apagada y el
tiempo de descarga fue aproximadamente de 10 horas con la balanza encendida.
145
5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
- El objetivo principal del proyecto, que consistía en diseñar y construir una
balanza electrónica, utilizando como sensor galgas extensiométricas, con un
sistema de visualización, en la pantalla Icd y en la computadora, fue cumplido
en su totalidad. La balanza permite la medición de pesos de O a 30 Kg, con
una resolución de 10 gr, rangos que son apropiados para la aplicación para la
cual fue diseñada que es la venta de productos al peso en supermercados.
- La celda de carga es la parte fundamental de una balanza ya que determina el
rango de pesado y la precisión. Este sensor es uno de los más sencillos en
cuanto a principio de funcionamiento y colocación en el equipo, por esta razón
actualmente casi todas las balanzas electrónicas utilizan una celda de carga a
excepción de las balanzas de aplicaciones que requieren muy alta precisión
como las de laboratorio.
- Una de las debilidades de la Celda de Carga es la sensibilidad al ruido, esto
puede mejorarse con la tecnología de construcción, pero sacrificando el precio
del sensor, a mayor inmunidad al ruido, mayor es el precio. Debido a la
sensibilidad al ruido del sensor en la construcción del acondicionador se optó
por la utilización del amplificador de instrumentación especialmente diseñado
para eliminar las señales de ruido, sin embargo no fue suficiente y hubo la
necesidad de utilizar filtros RC y un filtro digital. Los filtros digitales son un gran
ahorro en costo y espacio de placa, ya que si el microcontrolador está en la
capacidad de implementar uno, se evita la colocación de circuitería más
complicada para eliminar el ruido. De este modo se cumplió con el objetivo de
implementar un acondicionador de señal, que permite transformar la señal de
la galga de O a 10 mV, a una señal apropiada para el conversor análogo digital
del microcontrolador que trabaja con un rango de O a 5 V.
146
El ATmega16 es un microcontrolador de 8 bits con una buena cantidad de
recursos óptimos para aplicaciones que requieren un rápido procesamiento de
datos, así como velocidades de conversión altas. A pesar de esto, puede
encontrarse en el mercado a un precio accesible y con relativa facilidad. Este
microcontrolador cumple con el objetivo de adquisición y tratamiento de los
datos entregados por el acondicionador de señal, además de disponer de la
visualización del peso y los datos del producto en la pantalla LCD de la
balanza así como en la computadora, gracias a la comunicación serial.
El microcontrolador administra los recursos que facilitan la interfaz hombre
máquina como son la pantalla LCD y el teclado matricial. La pantalla LCD es
una manera sencilla de implementar una interfaz hombre máquina amigable,
ya que permite dar un mejor detalle de los datos y de las funciones al usuario.
La utilización de teclados matriciales permite ahorrar recursos del
microcontrolador, al mismo tiempo se amplían las funciones del equipo, como
el ingreso de claves y teclas para tareas especiales.
La balanza cuenta con un Reloj en Tiempo Real, que permite al usuario
visualizar la hora y la fecha actuales en la pantalla de la balanza. El equipo no
solo cumple con el objetivo de la visualización de este dato, incluye también la
función de igualar el reloj, la misma que presenta pantallas que solicitan al
usuario el ingreso de datos en una manera clara y concisa, convirtiendo a la
balanza en un equipo amigable y fácil de utilizar.
En la construcción del equipo se tomó en cuenta las necesidades del mercado
nacional, para habilitar las funciones y tareas de la balanza, de manera que se
adapte lo mejor posible a los requerimientos de la aplicación.
Las funciones de la balanza están complementadas con la aplicación en la
computadora, que es una interfaz gráfica para mostrar el peso en la balanza y
como valor agregado utiliza este dato para presentarlo en una sencilla factura,
la cual puede ser mandada a imprimir desde el programa. De esta manera se
complementa el objetivo de simplemente adquirir y mostrar el peso en el
147
computador, elaborando un formato más complejo que resulta apropiado para
la aplicación.
El computador también se utilizó como un medio más cómodo para el ingreso
de la base de datos y se aprovechó los recursos de comunicación serial para
el envío ésta desde el computador hacia la balanza.
Al ser una aplicación para supermercados, el equipo construido podría
complementarse con un sistema de impresión en código de barras con la
información del producto.
5.2 RECOMENDACIONES
- Actualmente en el desarrollo de los equipos se da mucha importancia a la
facilidad de manejo del usuario, por esta razón es importante incluir
dispositivos amigables tanto para manejo como para visualización, como los
utilizados en el presente proyecto, el teclado matricial y la pantalla LCD. Estos
elementos a más de proporcionar una mayor comodidad en el manejo, brindan
la posibilidad de implementar nuevos recursos a! equipo, como fueron en este
caso el ingreso de códigos y la visualización de la base de datos.
La balanza utiliza una celda de carga para la medición del peso y aunque este
sensor está diseñado para soportar una capacidad de hasta dos veces su
valor nominal, es preferible no sobrepasar el límite de 30 Kg con el que se
diseñó el equipo, ya que se corre el riesgo de deformar permanentemente al
sensor.
- En el encendido la balanza se encera automáticamente, pero puede darse el
caso de que el usuario haya colocado un peso inicial sobre la bandeja en ese
momento, como por ejemplo su mano u otros objetos, dando como resultado
el enceramiento de la balanza en un valor incorrecto, esto se evidencia en la
148
pantalla que muestra un valor distinto a cero. Por esta razón es recomendable
encerar la balanza en el encendido o si por cualquier circunstancia al tener la
bandeja vacía se visualiza un valor en el peso diferente de cero.
La balanza tiene la posibilidad de funcionar, aún cuando la batería está
descargada, conectándose a la red. Pero es importante evitar que la batería se
descargue completamente, pues en este caso al desconectarse de la red, el
microcontrolador dejará de funcionar y se perderán los valores de fecha y
hora. Una de las señales que demuestran que la batería está a punto de
descargarse totalmente es la opacidad de la pantalla LCD de la balanza.
Se recomienda conectar la balanza a la línea de 120 Vac una vez al día para
evitar que la batería se descargue, ya que aunque el equipo esté apagado, el
microcontrolador tendrá un mínimo consumo de energía a causa del reloj en
tiempo real.
Antes de iniciar la comunicación serial la balanza debe estar encendida y
conectada al puerto serial del computador, en el computador el programa debe
estar abierto y configurado según el puerto serial a utilizar y las unidades del
precio unitario de la base de datos.
La balanza cuenta con patas regulables para posicíonarla lo más recta posible.
La posición puede obtenerse observando el nivel que la balanza tiene en la
parte exterior, este dispositivo indica que la balanza está en la posición óptima
cuando la burbuja se encuentra en medio del círculo de agua que lo conforma.
Con la balanza bien posicionada se obtienen resultados más precisos, ya que
el peso estará a 90° con el sensor, ejerciendo toda su fuerza sobre éste.
149
6 BIBLIOGRAFÍA
COUGLIN, Robert, Amplificadores Operacionales y Circuitos integrados
Lineales. 5a Edición. Prentice Hall. México. 1997
DOEBELIN, Sistemas de Medición e Instrumentación, 5a Edición. McGraw Hill.
México. 2005.
CREUS SOLÉ, Antonio, Instrumentación Industrial. 6a Edición. Alfaomega.
Barcelona. 1997.
NATIONAL SEMICONDUCTORS. Nacional Analog and Interface Products
Databook. Edición 2001. National Semiconductors. Estados Unidos. 2001.
ANALOG DEVICES, www.analog.com
INNOVATIVE TECHNOLOGIES, www.ibtbattery.com
ENCICLOPEDIA LIBRE WIKIPEDIA. www.wikipedia.org.
COMUNIDAD DE ELECTRÓNICOS, www.comunidaddeelectronicos.com
ORGANISATION INTERNATIONALE DE MÉTROLOGIE ' LÉGALE.
www.oimi.org
METTLER TOLEDO, ec.mt.com
OMEGA. www.omega.com
ATMEL CORPORATION, www.atmel.com
ANEXOS
HOJAS DE DATOS
ANEXO 1
REFERENCIA DE VOLTAJE LM336-2.5V
NationalSemiconductor
June 2005
LM136-2.5/LM236-2.5/LM336-2.5VReference DiodeGeneral DescriptionThe LM136-2.5/LM236-2.5 and LM336-2.5 integrated clr-cuits are precisión 2.5V shunt regulator diodes. Thesemonolithic IC voltage references opérate as a low-temperaíure-coefficient 2.5V zener with 0,2H dynamic im-pedance. A third terminal on the LM136-2.5 allows the refer-ence voltage and temperature coefficient to be trimmedeasily.
The LM136-2.5 series is useful as a precisión 2.5V lowvoltage reference for digital voltmeters, power supplies or opamp circuitry, The 2.5V make it conveniení to obtain a síablereference from 5V logic supplies. Further, since the LM136-2.5 opérales as a shunt regulator, it can be used as either apositlve or negative voltage reference.The LM136-2.5 is rated for operaíion over-55'C to +125'Cwhile the LM236-2.5 is rated over a -25'C to -f85*C tem-perature range.
The LM336-2.5 is rated for operaüon over a O'C to -j-70'Ctemperature range. See the connection diagrams for avail-able packages.
Features• Low temperature coefficient» Wíde operatíng current oí 400 uAto 10 mA• 0.2Q dynamic impedance• ±1% initial tolerance available» Guaranteed íemperature stabilHy• Easily trimmed for mínimum temperature drift« Fast turn-on
O)ir°
en
coO)
roen
cocoO)
en<XO)— t*0>T
0>3omgo'o.CD
Connection Diagrams
TO-92Plástic Package
SO Package
NC NC
Bottom ViewOrder Number LM336Z-2.5 or LM336B2-2.5
See NS Package Number Z03A
TO-46Metal Can Package
ADJ
5
NC NC NC
Top ViewOrder Number LM236M-2.5,LM236AM-2.5, LM336M-2.5
or LM336BM-2.5See NS Package Number M08A
Bottom ViewOrder Number LM136H-2.5,
LM136H-2.5/883, l_M236H~2.53
or LM236AH-2.5See NS Package Number H03H
© 2005 National Semiconductor Corporation DS005715 www.national.com
LO
OÍ
LO
OJcócoCN2_JLf)
OJ
Typical Applications
2.5V Reference5V
.LM136-2.5
2.5V Reference with MínimumTemperatura Coefficient
5V
fAd¡ust lo 2.490V
'Any siücon slgnal dlode
Wíde Input Range ReferenceVj j j 3.5 - 40V
VO U T-2.5V
LM336-2.S
www.nat1onal.com
Absolute Máximum Ratings (Note 15 tMsseIf MIlítary/Aerospace specífied devices are required, Soldering Informationplease contact the National SemiconductorSales Office/ TO-92 Package (10 sec.)Distributors for availability and speciflcatlons. __ ._ _ . ..n .
1 r TO-46 Package (10 sec.)Reverse Current
Forward Currení15mA SO Package
10 mA Vapor Phase (60 sec.)Storage Temperature -60'C io +150'C Infrared (15
Operating Temperature Range (Note 2)
LM136
LM236
sec.)
O'C to 4-70'C
260'C
300'C
215"C
220'C
See AN-450 "Surface Mounting Methods and Their Effect-55*0 to +150'C on Product Reliability" (Appendíx D) íor other meíhods of-25'C to +85'C soldering surface mount devices.
Electrical Characteristics (Notes)
Parameter
Reverse BreakdownVoltage
Reverse BreakdownChange
With Current
Reverse DynamicImpedance
Temperature Stability
(Note 4)
Reverse BreakdownChange
With Current
Reverse DynamicImpedance
Long Term Stability
Conditions
TA=25'C, IR=1 mA
LM136, LM236, LM336
LM136A, LM236A, LM336B
TA=25'C,
400uA<ln<10 mA
TA=25'C, IR=1 mA, f =
VR Adjusted to 2.490V
IR=1 mA, Figure 2
0'C<TA<T?0'C (LM336)
-25*C<n~Aá+85'C
(LM236H, LM2362)
100 H2
-25'C £ TA £ +85'C (LM236M)
-55'C<TA£-KI25'C (LM136)
400 uA£lR¿10 mA
IR=1 mA
TA=25'C±0.1*C, IH=1 mA,
t = 1000 hrs
LM1 36A-2.5/LM236A-2.5
LM136-2.5/LM236-2.5
Min
2.440
2.465
Typ
2.490
2.490
2.6
0.2
3.5
7.5
12
3
0.4
20
Max
Í.540
Í.515
6
0.6
9
18
18
10
1
LM336B-2.5
LM336-2.5
Min
2.390
2.440
Typ
2.490 2
2.490 2
2.6
0.2
1.8
3
0.4
20
^ax
590
540
10
1
6
12
1.4
Units
V
V
mV
n
mV
mV
mV
mV
mV
0
ppm
Note 1 : Absolute Máximum Ralings indícate llmils beyond whlch damage to the devlce may cccur. EI0clr¡cal speciflcatlons do not apply when operatlng Ihe devicebeyond lis specHIed operaling condltlons.Nota 2: For elevated temperatura operation, Tj max Is:
LM136 150*0
LM236 125°CLM336 100'C
Thermal Resistance
8Ja (Junction to Ambient)
8Ja (Junciion to Case)
TO-92
180'C/W{0.4" leads)
170-CAV (0.125"Iead)
n/a
TO-46
440'CAA/
SQ'C/W
SO-8
165'CAV
n/a
coO)
roen
rocoenróoí
coenrooí
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CDCOro
u?(N
tDCO(N
Electrical Characteristics (Note 3)Note 3: Unless olherwise speciíied, the LM136-2.5 Is specified from -55'C ¿ TA á -f 125'C, the LM236-2.5 from -25*C S TA S -J-85'C and the LM336-2.5 from O'C
<, TA s +70'C.Note 4; Temperalure slabilily for íhe LM336 and LM236 famlly is guaranteed by design. Design limits are guaranleed (but nol 100% producllon lesled) over theIndlcaled temperalure and supply vollage ranges. These limíts are nol used to calcúlale oulgoing qualHy levéis. Slabilily ís deüned as íhe máximum change In Vro¡from 25'C to TA (mln) of TA (max).
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Typical PerlR
3.5>
uZ i c< ¿.aX
UJ 10 *
i uS i.oce
S 0.5te
D
100
HCJz 10o
1
1 1Z
a
0.1
1
R
t- 10"^zceCE
1 I0"3
ceUl
UJ
10 *
formance Charact^verse Voltage Change
j
^
/
S
T¡- )ZS*C-v ¿^
Jt/
S ''NT- ~ 55ec—fi¿ — '1
P.ri-zs.
fl 2 4 B S 10
REVERSE CUHRENTfmA)
005715Z
Dynamic Impedance
-Ifl • 1 mA
/y/
Q 100 |k 10k 100
FHEQUENCYtHz
0057152
everse Characteristics
T =-5-
T¡ • 125*
A
*C\
f
^\^
s y
0.6 1.0 1.4 l.B 2.2 1.
REVERSE VOLTAGE (V|
0057152
eristics
250
200
1 150
o
100
1
1
3
o 2
u
0
k
3
F
1.2
UJ
^ o.aH
O> Q.Bace
5 0.4ceo
0,2
0
6 0.
S
Zener Noise Voltage
\\IR' 1 mA
Tj • 25' C
] 100 1k 10k 1GO
FREQUENCy(Hí)
00571.
ResponseTíme
i 1
—
A,r¡
_i*
OU1
n"A
PUT
Lí»1
:<
INPUT
í(
T¡ > 25'C
-
k
¿2
r
0 2 4 G 8
TIME bu)
00571524
orward Characteristics
-. --
^ — •
01
Tr_^^-
. — — --SS'C
V
~*
^^
25'
--
^-*^-*>r¡-
— <^^~-^-^**/
/
S /
/
0.01 0.1 1 10
FORWAflDCURRENT [mAj
00571526
LM
1 3
6-2
.5/L
M2
36
-2.5
/LM
33
6-2
.5V
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lCOCO
LO
CJ
CDCO
LO
(N
tDCO
Typical PerformanceCharacteristics
Temperature Drift
-55-35-15 5 25 45 65 B5 105 125
T E M P E R A T U f l E C C )
QOS7I527
Application HintsThe LM136 series voítage references are much easierto usethan ordinary zener diodes. Their low ¡mpedance and wideoperating current range simplify biasing in almost any circuit.Further, either the breakdown voltage or the temperaturecoefficient can be adjusted ío optimize circuit performance,
Figure 1 shows an LM136 with a I0k potentiometer íoradj'usting the reverse breakdown voltage. With the additionoí R1 the breakdown voítage can be adjusted without affect-¡ng the temperature coefficient of the device. The adj'ustmentrange is usually sufficient to adjust for both the initíal devicetolerance and inaccuracies in buffer circuitry.
If minimum temperature coefficient is desired, two diodescan be added in series with the adjustment potentiometer asshown in Figure 2. When the device is adjusted to 2.490Vthe temperature coefficient is minimized. AÍmost any siliconsigna! diode can be used for thls purpose such as a 1N914,1N4148 or a 1N457, For proper temperature compensaronthe diodes shouid be In the same thermal environment asthe LM136. It is usually sufficient to mount the diodes nearthe LM136 on the printed circuit board. The absolute resis-tance of R1 is not critical and any valué from 2k to 20k willwork.
FIGURE 1. LM136 With Pot for Adjustmentof Breakdown Voltage
(Trim Range = ±120 mV typical)
FIGURE 2. Temperature Coefficient Adj'ustment(Trim Range = ±70 mV typical)
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Physical DimensionS inches (mllllmeters)unless otherwíse noted
l-0.I)17il Í01S HíCU.<1J:0.OJíl
.u» mi-co.tn
UkCOMWUlDIEAD DEA
\~ .Oí» Vil
Order Number LM136H-2.5, LM136H-2.5/883, LM236H-2.5, LM136AH-2.5, LM136AH-2.5/883 or LM236AH-2.5NS Package Number H03H
n ñ R R3.9*0 .1
( . 1 5 4 1 . 0 0 4 ]NO! INCLUDING
HOLD FLASH
ü / ü ü d
1.35-1.75-1C . D 5 3 - . O Í 9 )
tíP
|O|O.H.004] |Ch
L
6X l i . 2 7 j— j ¡l i .o ioi j ! ;1 !
r\ 1
i1r-1 ( l - í s1 '-'l
RECOMMENDED LAND PATTERN
f oo7Í8noóai~\1 I—JS'x o .zs-o .501 \]n o . 2 3 1 0 . O Z — i \
(.005;.00081 \/
B( Q .3 Í -0 .5 I L 0 _ |o -o . ;51.0138-.0200] ! i— l . O O Í - . O J í
í;»"1 üjEii ü''8/ \r? =t¡\1. GAGE PUAHE J /- --V- -i- lA^-^^i
|»|0.25[,010]@|C|A®|BJÍn
CONTROLLING DIMENSIÓN IS M1LLIMETERVALÚES IN ( ] ARE INCHES
QIWENSIQHS l\ I FOR REFE1ENCE OKLT M08A(RevK)
Small Outline (SO) Package (M)Order Mumber LM236M-2.5, LM236AM-2.5, LM336M-2.5 or LM336BM-2.5
NS Package Number M08A
OJenroen
rocoO)iroIn
enroen
www.national.com
0)•oob0)ocO)1»Q)
* -CDce
cococo
LOC\
ItOcoCM
PhySÍCal DímensionS ¡nches (mllllmeters) unless oiherwise noted (Continued)
.4.19.3.65
EJECTIOH MARK01.6 M A X -
T0.38 HAX
vu
0.550.40
5.24.9
U.2¡2.7
- l . 2 7 i O . 0 5
-2 .5410.1
-SEATING PLAHE
2.29 HAX(UNCONTROLLED LEAD D Í A )
0.50"0 .36
LOC\iCOCO
DÍMENSIONS ARE IN M1LL1METERS
J03A Í Í .T G)
TO-92 Plástic Package (Z)Order Number LM336Z-2.5 or LM336BZ-2.5
NS Package Number Z03A
National does not assume any responslbílity for use of any circuiíry described, no circuit paíení (¡censes are implied and National reservesthe right at any time without notice to changa said circultry and speclíications,
For the most current product information visit us at www.national.com.
LIFE SUPPORT POLICY
NATIONAL'S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT DEVICES OR SYSTEMSWITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT AND GENERAL COUNSEL OF NATIONAL SEMICONDUCTORCORPORATION. As used herein:
1. Life supporí devices or systems are devices or systemswhich, (a) are iníended for surgical ¡mplant Into the body, or(b) support or sustaln Ufe, and whose failure to perform whenproperly used In accordance with instructíons for useprovided in íhe labeling, can be reasonably expected to resultIn a significant Injury to the user.
2. A critical component ¡s any componen! oí a liíe supportdevice or system whose failure to perform can be reasonablyexpecíed ío cause the íailure of íhe Ufe support device orsystem, or to affect Its safeíy or effectiveness.
BANNED SUBSTANCE COMPLIANCE
National Semiconductor, manufactures producís and uses packing maíerlals that meet the provisíons of the Customer ProducísStewardship Specification (CSP-9-111C2) andthe Banned Substances and Materials of ínteres! Specification (CSP-9-111S2) and coníainno "Banned Substances" as deflned in CSP-9-111S2.
Leadfree producís are RoHS compilan!.
National SemiconductorAmérica» CustomerSupport CenterEmail: [email protected]!; 1-800-272-9959
National SemiconductorEuropa Customer Supporí Center
4-49 (0) 180-530 85 86
www.natlonaLcom
Deutsch TelEngllsh TeFranjáis Tel
europ9.support ©nsc.com^49 (0) 69 9508 6208+44 (0) 870 24 O 2171+33 (0) 1 41 91 8790
National SemiconductorAsia Pacific CustomerSupport CenterEmall: [email protected]
National SemiconductorJapan Customer Support CenterFax: 81-3-5639-7507Email: [email protected]!: 81-3-5639-7560
ANEXO 2
MEMORIA EEPROM 24C08
24C08B/16B8K/16K 5.0V I2C™ Serial EEPROMs
FEATURES
• Single supply wiíh operation from 4.5-5.5V• Low power CMOS technoiogy
~ 1 mA active current typical- 10 nA standby current typical at 5.5V
• Organized as 4 or 8 blocks of 256 byíes(4 X 256 x 8) or ( 8x256x8 )
• 2-wire serial interface bus, Í2C™ compatible• Schmitt trigger, filíered inputs for noise suppres-
sion• Output slope control to elimínate ground bounce• 100 kHz compaíibiüty• Seif-iimed write cycle (inciuding auío-erase)• Page-write buffer for up to 16 byíes• 2 ms typical write cycie time for page-wriíe• Hardware write protect for eníire memory• Can be operated as a serial ROM• ESD protection > 4.000V• 1,000,000 ERASE/WRITE cycles guaranteed• Data retention > 200 years• 8-p¡n DIP, 8-lead or 14-Iead SOIC packages• Available for extended íemperaíure range
- Commercial (C): 0°C to +70°C- Industrial (I): -40°C to +85°C- Automotive (E): -40*C to +125'C
DESCRIPTION
The Microchip Technoiogy Inc. 24C08B/16B ís an 8K or16K bit Elecíricalíy Erasable PROM intended for use inexíended/auíomotive temperaíure ranges. The deviceis organized as four or eight bíocks of 256 x 8-bit mem-ory wiíh a 2-wire serial ¡níerface.The 24C08B/16B alsohas a page-wriíe capability for up to 16 bytes of data.The 24C08B/16B is available In íhe standard 8-pin DIPand boíh 8-lead and 14-Iead surface mount SOIC pack-ages.
PACKAGETYPESPDIP
8-leadSOIC
14-IeadSOIC
AOC
A1 £
VssQ
AOCÜ
A1CÜ
NC CÍ
AO C¡I
Al CÍ
NC CÍ
A2 CÍ
Vss CÍ
NC [í
1 8Ni
2 6 7oco
3 g 6O)DO
4 5
1 8
10
2 o 7oco03
3 ^ 6oíOJ
4 5
: i 14' 2 13
w
- 3 ft 12o
' A O3 -1-1. 4 JD U
" 5 S 10UJ
I 6 9
- 7 8
DVcc
JSCL
HSDA
I^Vcc
Ib SCL
ÍU NC
liD Vcc
^ WP
^H NC
ÍD SCL1! SDA
^D NC
BLOCKD1AGRAM
SDA SCL
vccD—-vssQ—-
12C is a trademark of Philips Corporation.
© 1998 Microchip Technology Inc . DS21081E-page 1
24C08B/16B
1.0 ELECTRICAL CHARACTERISTICS
1.1 Máximum Ratings*
Vcc 7.0VAll ¡nputs and outputs w.r.t. Vss -0.6V ío Vcc +1.0VStorage temperatura ...,-65'C to +150'GAmblent temp. with power applled -65'C to +125'CSoldering temperatura of leads (10 seconds) +300'CESD protection on all pins > 4 kV
*Notice: Stresses above those Usted under "Máximum ratings"rnay cause permanent damage to íhe device. This ís a siress rat-ing only and functiona! operaíion of the device at íhose or anyother conditions above those ¡ndicated in the operational üstingsof this specífication Ís not implied. Exposure to máximum raíingconditions for extended períods may affeci device reliability.
TABLE1-1: PIN FUNCTiONTABLE
Ñame
Vss
SDA
SCL
WP
Vcc
AO, A1, A2
Function
Ground
Serial Address/Data I/O
Serial Clock
Write Protecí Input
+4.5V ío 5.5V Power Supply
No Internal Connection
TABLE 1-2: DC CHARACTERISTICS
Vcc = +4.5Vto+5.5VCommercial (C): Tamb = 0°C ío +70DCIndustrial (I): Tamb = -40°C ío +85°CAutomoíive (E): Tamb = -40'C to +125°C
Parameter
WP, SCL and SDA pins:High level inpuí voltage
Low Level input voltage
Hysteresís of Schmitt triggerinputs
Low leve! outpuí volíage
Input leakage current
Output leakage current
Pin capacitance(all ¡nputs/outputs)
Operating current
Síandby currení
Symbol
VIHVIL
VHYS
VOLluILO
ClN, COUT
[ce wrííeIce read
Ices
Min
.7 Vcc.
.05 Vcc
-10
-10
—
:
Max
.3 VCC
.40
10
10
10
31
100
Units
V
V
V
V
uA
uA
PF
mAmApA
Conditions
(Note)
IOL = 3.0 mA, Vcc=4.5V
ViN=.lVtoVcc
VOUT = .IVtoVcc
Vcc = 5.0V (Note 1}Tamb = 25'C, FCLK=1 MHz
Vcc = 5.5V, SCL = 400kHz
Vcc = 5.5V, SDA = SCL = VccWP = Vss
Note: This pararneter is periodically sampled and noí 100% tes íed.
FIGURE 1-1: BUSTIMING START/STOP
SCL
SDA
TSU:STA
VHYS
THD:STATSU;STO
START STOP
DS21081E-page 2 © 1998 Microchip Technology Inc.
24C08B/16B
TABLE 1-3: AC CHARACTERISTICS
Parameter
Clock frequencyClock highíimeCiock low timeSDA and SCL rise timeSDAand SCL fall timeSTART condiíion hold time
START condiíion setuptimeData input hold timeData input seíup timeSTOP condiíion setup timeOutput valid from clockBus free time
Outpuí fall time from VIHmin ío ViLmaxInput filter spike suppres-sion (SDA and SCL pins)Write cycle timeEndurance
Symbol
FCLK
THIGHTLOW
TRTF
THD:STA
TSUSTA
THD:DATTSU:DATTSU:STO
TAATBUF
TOF
Tsp
TWR
—
Min
—
4000.4700—
—
4000
4700
0
250
4000—
4700
—
—
—
1M
Max
100
—
—
1000300
—
: —
—
——
3500—
250
50
10—
Units
kHz
nsnsnsnsns
ns
nsnsnsnsns
ns
ns
mscycies
Remarks
(Motel)(Moíel)Afterthis period íhe first clockpulse is generatedOnly relevant for repeatedSTART condítion
(Mote 2)Time íhe bus must be free beforea new transmission can start(Noíe1),CB<100pF
(Note 3)
Byte orPagemode25°C, Vcc = 5.0V, Block Mode(Mote 4)
Noíe 1: Not 100% tested. CB = total capacitance of one bus line ¡n pF.2: As a transmitíer, the device must provide an interna! mínimum delay time to bridge the undefined región
(mínimum 300 ns) of íhe falling edge of SCL to avoid uniníended generation of START or STOP conditions.3: The combined TSP and VHYS specifications are due ío new Schmitt írigger inputs whích provide improved
noise and spike suppression. This eliminates íhe need for a Ti specificatíon.4; Thís parameter ¡s not íested but guaraníeed by characterization. For endurance estimaíes ¡n a specific
applícation, please consult the Total Endurance Model which can be obíained on our website.
FIGURE 1-2: BUSTIMING DATA
SCL
SDAIN
SDAOUT
© 1998 Mícrochip Technology Inc . DS21081E~page 3
24C08B/16B
2.0 FUNCTIONAL DESCRIPTIONThe 24C08B/16B supports a Bi-d¡rect¡onal 2-w¡re busand data transmlssion protocol. A device that sendsdata onto the bus is defined as transmitter, and adevice receívíng data as receiver. The bus has to becontrolled by a masier device which generates íheserial clock (SCL), controls íhe bus access, and gener-ates the START and STOP condiíions, while íhe24C08B/16B works as slave. Both, masíer and slavecan opérate as transmiíter or receiver but the masíerdevice determines which mode is activated.
3.0 BUS CHARACTERISTICSThe following bus protocol has been defined:
• Data íransfer may be initiated oniy when íhe busis noí busy.
• During data transfer, íhe data Une must remainstable whenever the clock Une is HIGH. Changesin íhe data ííne while the clock line is HIGH will beiníerpreted as a START or STOP condltton.
Accordingly, the following bus conditions nave beendefined (Figure 3-1).
3.4 DataValid (D)
3.1 Bus not Busy (A)
Boíh daía and clock unes remain HIGH.
3.2 Start Data Transfer (B)
A HIGH to LOW transition of the SDA line while theclock (SCL) is HIGH determines a START condiíion.AII commands must be preceded by a START condi-tion.
3.3 Stop Data Transfer (C]
A LOW to HIGH transition of íhe SDA line while íheclock (SCL) is HIGH deíermines a STOP conditíon. AIIoperations musí be ended with a STOP condition.
The síaie of the data line representa valid data when,after a START condition, the data line is stable for íheduration of the HIGH period of íhe clock signa!.
The daía on the line must be changed during the LOWperiod of the clock signal. There is one clock pulse perbit of data.
Each data transfer is iniíiated with a START condiíionand terminated wiíh a STOP condition. The number ofthe daía bytes transferred between the START andSTOP conditions is determined by the master deviceand is theoretically unlimiíed, although only the last 16will be stored when doing a wriíe operation. When anoverwrite does occur it will replace data in a first in firstout fashion.
3.5 Acknowledqe
Each receíving device, when addressed, is obliged togenérate an acknowledge after the reception of eachbyte. The masíer device must genérate an extra clockpulse which is associated with this acknowledge bit.
Note: The 24C08B/16B does noí genérale anyacknowledge bus if an internal program-ming cycle is In progress.
The device ihaí acknowledges, has to pulí down theSDA une during íhe acknowledge clock pulse ¡n such away that the SDA une is stable LOW during the HIGHperiod of íhe acknowledge related clock pulse. Ofcourse, setup and hold times must be taken iníoaccount. During reads, a master musí signal anend ofdata ío the slave by NOT generating an acknowledgebií on the last byte íhat has been clocked ouí of theslave. In this case, the slave (24C08B/16B) wil! leavethe data line HIGH to enable the masterto genérate íheSTOP condition.
FIGURE 3-1: DATATRANSFER SEQUENCE ON THE SERIAL BUS
SCL
SDA
STARTCONDITION
ADDRESSOR DATAACKNOWLEDGE ALLOWED
VALID TO CHANCE
STOPCONDITION
DS2l081E-page 4 © 1998 Mlcrochip Technology Inc .
24C08B/16B
3.6 Device Addressinq 4.0 WRITE OPERATION
A control byte is the firsí byíe receíved following thestari condiílon from the master device. The control byteconsisis of a 4-bit control code, for the 24C08B/16Bíhís ¡s set as 1010 binary for read and wriíe operations.The next íhree bits of the control byte are the block'selecí bits (B2, B1, BOJ'.They are used by the masíerdevice to select which of the eighí 256 word blocks ofmemory are to be accessed.These bits are in effect thethree most significan* bits of the word address.
The last bit of the coníroi byte defines the operaíion tobe performed. When set to one a read operation ¡sselected, when set to zero a wriíe operation is selected.Following the start condition, the 24C08B/16B monitorsíhe SDA bus checking the device type identifier beingíransmitted, upona 1010 code the slave device outputsan acknowledge signai on the SDA line. Depending onthe state of the R7W bit, the 24C08B/16B wlll seiect aread or write operation.
Operation
ReadWriíe
ControlCode
10101010
Bíock Select
Biock AddressBlock Address
R/W
1
0
FIGURE 3-2: CONTROL BYTEALLOCATION
START READ/WRITE
' ¿LAVÉ AD[JRES¿ 'I I I I I
,'
1 0 1 0
R/W A
\2
B1 BO
4.1 Bvte Write
Following the start condition from the master, thedevice code (4 bits), the block address (3 bits), and theRAV bit which is a logic low is placed onto the bus bythe master transmitier.This indicaíes to the addressedslave receiver íhat a byte with a word address wlll fol-low after it has generaíed an acknowledge bit duringthe niníh clock cycle. Therefore the nexí byte transmít-ted by the masíer is the word address and wlll be writ-ten into the address pointer of íhe 24C08B/16B. Afterreceiving another acknowledge signai from the24C08B/16B the master device will transmit the dataword to be written into the addressed memory locaíion.The 24C08B/16B acknowledges again and the mastergenerates a stop condition. This initiates the infernalwrite cycle, and during this time ihe 24C08B/16B willnot genérate acknowledge signáis (Figure 4-1).
4.2 Paqe Write
The write control byíe, word address and íhe flrst daíabyte are transmiíted ío the 24C08B/16B in the sameway as in a byte wriíe. But instead of generating a stopcondííion the master íransmits up to 16 data bytes tothe 24C08B/16B which are temporarily stored in theon-chíp page buffer and will be written into the memoryafíer the master has transmitted a stop condition. Afteríhe receipí of each word, the four lower order addresspoiníer bits are internally incremented by one. Thehigher order seven bits of the word address remainsconsíant If the master shouíd transmit more than 16words prior to generating the stop condition, íheaddress counter will roll over and íhe previouslyreceived data will be overwritten. As with the byte writeoperaíion, once the stop condition is received an inter-na! write cycle will begin (Figure 4-2).
FIGURE 4-1: BYTEWRITES
BUS ACTIVITY I CONTROL WORD nATA
MASTER S BYTE ADDRESS DATA
T - -A. ^ ^
SDA LINE S
BUS ACTIVITY
I I I I I I I I I I I I
I I I I I I I I I I I IA AC CK K
STOP
I IP
I IACK
FIGURE 4-2: PAGE WRITEs
BUS ACTIVITY T rnWTDniMASTER A ^UN'™JL
R BYTE
SDA LINE s! | 1 i
ABUS ACTIVITY C
K
ADDRESS (n) DATA n DATA n + 1 DATA n * 15
I I I I I I I i i i i i i i i i i1 1 1 1 1 1 1 l i l i l í ! I I I
A AC CK K
1 1 1 | i\ i i i i i
I I I 1 l\ i i i iACK
STOP
ACK
© 1998 Microchip Technology Inc . DS2108lE-page 5
24C08B/16B
5.0 ACKNOWLEDGE POLLINOSince the devíce wlll not acknowledge during a wriíecycle, this can be used to determine when the cycle Iscomplete (this feature can be used to maxlmíze busíhroughput). Once the stop condiíion for a wriíe com-mand has been issued from'the masíer, the device ¡ni-tiates íhe internaüy íimed write cycle. ACK poliing canbe initíaíed immediately.This involves the master send-ing a start condition followed by the coníroi byte for awrite command (R/W = 0). If the device is still busy withthe wriíe cycie, then no ACK will be returned. If thecycle is complete, then the device will return íhe ACKand the master can then proceed with the nexí read orwrite command. See Figure 5-1 for flow diagram.
FIGURE 5-1: ACKNOWLEDGE POLLINOFLOW
SendWrite Command
Send StopCondiíion to
Initiate Write Cycle
Send Síart
Send Control Bytewith R/W = O
Did DeviceAcknowledge
ACK = 0)?
YES
NextOperation
6.0 WRITE PROTECTIONThe 24C088/16B can be used as a serial ROM whenthe WP pin is connecíed io Vcc. Programming will beInhlbited and the entlre memory wlll be write-protected.
7.0 READ OPERATIONRead operaíions are initiated in the same way as writeoperations with the excepíion that the R/W bit of theslave address is set to one. There are three basic typesof read operations: current address read, randomread, and sequential read.
7.1 Current Address Read
The 24C08B/16B contains an address counter thatrnaintains the address of the lasí word accessed, inter-nally incremeníed by one. Therefore, ¡f the previousaccess (either a read or write operaíion) was toaddress n, the next current address read operationwould access data from address n + 1. Upon receipt ofthe slave address wlíh R/W bit set to one, the24C08B/16B ¡ssues an acknowledge and transmits the8-bií data word. The master will not acknowledge thetransfer buí does generaíe a stop condition and the24C08B/16B discontinúes transmission (Figure 7-1).
7.2 Random Read
Random read operations allow the masíer lo accessany memory iocation in a random manner.To performthis type of read operation, first the word address mustbe set.This is done by sending the word address to the24C08B/16B as part of a write operaíion. After the wordaddress is sení, the master generales a start conditionfollowing the acknowledge. This terminates the writeoperation, but not before the iníernal address pointer isset. Then the master issues íhe control byíe again buíwith the R/W bit set to a one. The 24C08B/16B will thenissue an acknowledge and transmits the 8-bit dataword. The master will not acknowledge the íransfer buídoes genérate a stop condiíion and the 24C08B/16Bdiscontinúes transmission (Figure 7-2).
7.3 Sequential Read
Sequential reads are initiated in íhe same way as a ran-dom read except that after the 24C08B/16B transmitsíhe first data byte, the master issues an acknowledgeas opposed to a stop condition in a random read. Thisdirects the 24C08B/16B to íransmit the next sequen-tially addressed 8 bit word (Figure 7-3).
To provide sequential reads the 24C08B/16B containsan iníernal address pointer which is incremented byone at the compietion of each operaíion. This addresspoiníer allows the entire memory coníents to be seriallyread during one operaíion.
7.4 Noise Protection
The 24C08B/16B employs a Vcc threshold detector cir-cuit which disables the interna! erase/write logic if theVcc is below 1.5 volts at nominal conditions.
The SCL and SDA inputs nave Schrnitt trigger and filtercircuits which suppress noise spikes to assure properdevice operaíion even on a noisy bus.
DS210BlE-page 6 © 1998 Mícrochip Technology Inc .
24C08B/16B
FIGURE 7-1: CURREN! ADDRESS READ
BUS ACTIVITYMASTER
SDALINE
BUS ACTIVITY
START ,-
CONTROLBYTE DATAn
NO
ACK
FIGURE 7-2: RANDOM READ
S
BUS ACTIVITY A CONTROLMASTER . R BYTE
T, ^
SDALINE I— I LJ
BUS ACTIVITY
ST
WORD A CONTROLADDRESS (n) R BYTE
I 1 I I I I I I 1 II 1 I I I 1A A Ac e cK K K
ST
DATA (n) 0
M M I M |PFJ1 1 1 1 1 I I I I
NO
ACK
FIGURE 7-3; SEQUENTIAL READ
BUS ACTIVITYMASTER
SDALINE
BUS ACTIVITY
CONTROLBYTE DATAn DATA n + 1 DATA n + 2 DATA n + X
STOP
IÍ1l i l i l í !
8.0 PIN DESCRIPTIONS
8.1 SDA Sería! Address/Data Input/Output
This ¡s a Bl-directional pin used to íransfer addressesand data ¡nto and data out of the devíce. It ¡s an opendrain terminal, therefore íhe SDA bus requires a pull-upresistor to Vcc (typlcal 10 kQ).
For normal data transfer SDA is allowed to change onlyduring SCL low. Changes during SCL high arereserved for indicaíing the START and STOP condi-tions.
8.2 SCL Serial Clock
This Input is used to synchronize the data transfer fromand to the device.
8.3 WP
This pin musí be connected to eiíherVss orVcc.
If tled to Vss, normal memory operatfon is enabled(read/wrile the entire memory 000-7FF).
If tied to Vcc, WRITE operations are ¡nhibited. Theentire memory will be write-protecíed. Read operationsare not affected.
This feaíure allows the userto use the 24C08B/16B asa serial ROM when WP is enabled (íied to Vcc).
8.4 AO. A1.A2
These pins are not used by the 24C08B/16B. Theymay be left floating oríied to eitherVss orVcc.
© 1998 Microchip Technology Inc . DS2l081E-page 7
ANEXOS
AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN
AD620
ANALOGDEVICES
Low Cost, Low PowerInstrumentation Amplifier
AD620FEATURESEASYTO USEGain Set with One External Resistor
(Gain Range 1 to 1000)Wíde Power Supply Range (±2.3 V to ±18 V)Higher Performance than Three Op Amp IA DesignsAvailable in 8-Lead DIP and SOIC PackagíngLow Power, 1.3 mA max Supply Current
EXCELLENT DC PERFORMANCE ("B GRADE")50 jW max, Input Offset Voltage0.6 (iV/°C max, Input Offset Drift1.0 nA max, Input Bias Current100 dB mín Common-IVIode Rejection Ratio (G = 10)
LOWNOiSE9 nV/Vííz, @ 1 kHz, Input Voltage Noíse0,28 M.V p-p Noise (0.1 Hz to 10 Hz}
EXCELLENT AC SPECIFICATIONS120 kHzBandwidth (G = 100)15 JJLS Settling Time to 0.01%
APPLICATIONSWeigh ScalesECG and Medical InstrumentationTransducer InterfaceData Acquisition SystemsIndustrial Process ControlsBattery Powered and Portable Equipment
PRODUCT DESCRIPTION "The AD620 is a low cost, high accuracy instrumentation ampli-fier that requires only one external resistor to set gains of 1 to
CONNECTION DIAGRAM
S-Lead Plástic Alini-DIP (N), Cerdip (Q)and SOIC (R) Packages
1000. Furthermore, the AD620 features 8-lead SOIC and DIPpackaging that is smaller than discrete designa^ and offers lovverpower (only 1.3 mA max supply current), making ít a good fitfor battery powered3 portable (or remote) applícatíons.
The AD620j with its high accuracy of 40 ppm máximumnonlinearityj low offset voltage of 50 pV max and offset drift of0.6 u,V/°C max, ís ideal for use in precisión data acquisitionsystemsj such as weigh scales and transducer ínterfaces. Fur-thermorej the low noisej low Input bias current, and low powerof the AD620 make it well suited for medical applications suchas ECG and nonínvasive blood pressure monitors.
The low input bias current of 1.0 nA max is made possible withthe use of Superfieta processíng in the ínput stage. The AD620works well as a preamplifíer due to its low Ínput voltage noíse of9 nV/VHz at 1 kHz, 0.28 uV p-p in the 0.1 Hz to 10 Hz band,0.1 pA/VHz input current noise. Also, the AD620 is well suitedfor multiplexed applications with its settling time of 15 ps to0.01% and its cost is low enough to enable designs with one in-amp per channel.
30,000 10,000
S 10 15SUPPLY CURRENT-mA
Figure 1. Three Op Amp IA Designs vs. AD620
REV. E
Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate andreliable. However, no responsibílity is assumed by Analog Devices íor itsuse, ñor for any infringements of patents or other rights of third partíaswhich may result from its use. No iicense ¡s granted by ímplication orotherwíse under any patent or patent rights of Analog Devices, j
1ook 1MSOURCE RESISTANCE - O
Figure 2. Tota! Voltage Noise vs. Source Hesistance
One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A.Tel: 781/329-4700 World Wide Web Site: http://www.analog.comFax: 781/326-8703 ©Analog Devices, Inc., 1999
AD620-SPECIFICATIONS (Typical @ +25°C, Vs= ±15 V, and RL= 2 kíl, unless otherwise noíed)
Alodel
GAINGain RangeGain Error2
G = lG = 1 0G=100G=1000
Non! in cari ty,G= 1-1000G= 1-100
Gain vs. Temperature
VOLTAGE OFFSETInput Offset] VQSI
Over TemperamreAverage TC
Omput Offset, Y0so
Over TemperatureAverage TC
Offset Referred to theInput vs.Supply (PSR)
G= 1G = 10G=100G = I Q O O
INPUT CURRENTInput Bias Current
Over TemperatureAverage TG
Input Offset CurrentOver TemperatureAverage TC
INPUTInput Impedance
DífferentialCommon-Mode
Input Voltage Range3
Over Temperature
Over TemperatureCommon-Mode Rej'ectíon
RatioDCtoóOHzwithI kfl Source Imbalance
G= 1G = 10G= 100G = 1000
OUTPUTOutput Swlng
Over Temperature
Over TemperatureShort Current Circuit
Condítíons
G = 1 + (49.4 k/RG)
Votrr = ±10V
Votrr = -10 Vio +10 V,RL=10kílR L = 2 k f l
G=lGain>l2 .
AD620AMiti Typ Max
1 10,000
0.03 0.100.15 0.300.15 0.300.40 0.70
10 4010 95
10-50
(Total RTI Error = VOS! + VOSo/G)Vs = ± 5 V t o ± 1 5 VVs = ± 5 V t o ± 1 5 VVs = ± 5 V t o ± 1 5 VVS = ± I5VVs = ±5 VVs = ± 5 V t o ± I 5 VVs = ±5Vto±15V
Vs = ±2,3 Vto±18V
Vs = +.2.3Vto±5V
Vs = ±5Vto±18V
VcM = O V t o ± 1 0 V!
RL = 10 kn,Vs = ±2.3 V to ±5 V
Vs = ±5Vto±18V
30 125185
0.3 1.0400 1000
15002000
5.0 15
80 10095 120110 140110 140
0.5 2.02.5
3.00.3 1.0
1.51.5
10||210|¡2
-Vs + 1.9 +VS-1.2-Vs + 2.1 +VS-1.3-Vs+1.9 -í-Vs-1.4-Vs + 2.1 +VS-1.4
73 9093 110110 130110 130
-Vs+1.1 +VS-1.2-Vs + 1.4 +VS - 1.3-Ys+1.2 +VS-1.4-Vs+1.6 +Vj-l.5
±18
AD620BAlin Typ Max
1 10,000
0.01 0.020.10 0.150.10 0.150.35 0.50
10 4010 95
10-50
15 5085
0.1 0.6200 500
7501000
2.5 7.0
80 100100 120120 140120 140
0.5 1.01.5
3.00.3 0.5
0.751.5
10] 210)2
-Vs + 1.9 +VS-1.2-Vs + 2.1 +VS-1.3-Vs+1.9 +VS-I.4-Vs + 2.1 +VS-I.4
80 90100 110120 130120 130
-Vs+1.1 +VS-1.2-Vs+1.4 +VS-1.3-Vs+1.2 +Vs-l-4-Ys+1.6 +Ys-1.5
±18
AD620S1
Min Typ Max
i 10,000
0.03 0.100.15 0.300.15 0.300.40 0.70
10 4010 95
10-50
30 125225
0.3 1.0400 1000
15002000
5.0 15
80 10095 120110 140110 140
0.5 24
8.00.3 1.0
2.08.0
10][210|(2
-Vs + 1.9 +VS-1.2-Vs + 2.1 +VS-1.3-Vs+1.9 +VS-1.4-Vs + 2.3 +VS-U4
73 9093 110110 130110 130
-Vj+1.1 +VS-I.2-V$+1.6 +VS-1.3-Vs+1.2 +Vs-l-4-Vs + 2.3 +YS-1.5
±18
Units
%
%%%
ppmPpm
ppm/°Cppm/DC
flVaV[iV/°CaV|iVaVpV/°C
dBdBdBdB
nAnApA/°CnAnApA/°C
Gn||pFGnjIpFVVVV
dBdBdBdB
YVVVmA
—2— REV. E
AD620
Alo del
DYNAMIC RESPONSESmalí Signa! -3 dB Bandwidth
G = lG= 10G=100G=1000
Slew RateSettlíng Time to 0.01%
G = 1-100G = 1000
NOISE
Yohage Noisej 1 kHz
Inputj Voltage Noise, eoi
Outpm, Voltage Noise, eno
RTI,0.1HztolOHzG = lG=10G= 100-1000
Current Noise0.1 Hz to 10 Hz
REFERENCE INFUT
RKIDÍVoltage RangeGain to Output
POWER SUPPLYOperating Range*Quiescent Current
Over Temperatura
TEMPERATURE RANGEFor Specífied Performance
CondMons
lOVStep
AD620AMin Typ Max
100080012012
0.75 1.2
15150
Total RTI Noise = n¡ ) + (eno / G)1
f=. lkHz
VIK+, VREF ~ 0
Vs = ±2.3Vto±18V
9 1372 100
3.00.550.2810010
20+50 +60
-Vs+1.6 +VS-1.61± 0.0001
±2.3 ±180.9 1.31.1 1.6
-40 to +85
AD620BMin Typ Max
100080012012
0.75 1.2
15150
9 1372 100
3.0 6.00.55 0.80.28 0.410010
20+50 +60
-Vs+1.6 +VS-1.61 ± 0.0001
±2.3 ±180.9 1.31.1 1.6
-40 to +85
AD620S1
Min Typ Max
100080012012
0.75 1.2
15150
9 1372 100
3.0 6.00.55 0.80.28 0.410010
20+50 +60
-V5+1.6 +VS-1.61 ± 0.0001
±2.3 ±180.9 1.31.1 1.6
-55 to +125
Units
kHzkHzkHzkHzV/us
US
US
nV/VHz"nV/VHz
uVp-puVp-puVp-pm/VHzpAp-p
kíí}iAV
VmAmA
°G
NOTES'Sec Analog Devices military data sheet for 883B tested specifícations.2Does not include effects of exteraal resistor RQ.30ne ínput grounded. G = 1.4This is defined as the same supply range which is used to specify PSR.
Specifícadoas subject to change without notice.
REV. E
AD620ABSOLUTE MÁXIMUM RATINGS1
SuppJy Voltage ...... .±18 VInternal Power Dissipation ~ 650 mWInput Voltage (Common Mode) ±VsDifferential Input Voltage .±25 VOutput Short Circuit Duration , . IndefinlteStorage Temperatuie Range (Q) .-65°C to +150°CStorage Temperature Range (N, R) -65°C to -f 125°COperating Temperature Range
AD620 (A, B) ~40°C to +85°GAD620 (S) ~55°C to +125°C
Lead Temperature Range(Soldering 10 seconds) +300°C
NOTES'Slresses above those Usted under Absoluto Máximum Ratings may cause perma-nent damage to the device. Thís is a stress rating only; functional operation of thedevíce at these or any other condidons above those indícated ín the operationalsection of this specification is not implíed. Exposure to absolute máximum ratingconditíons for extended periods may affect device reliability.
JSpedfícauon is for device in free ain8-Lead Plasuc Package: 9¡A = 95°C/W8-Lead Cerdip Package; 8JA = 110°C/W8-Lead SOIC Package: 0JA = 155°C/W
ORDERING GUIDE
Model
AD620ANAD620BNAD620ARAD620AR-REELAD620AR-REEL7AD620BRAD620BR-REELAD620BR-REEL7AD620ACHIPSAD620SQ/883B
Temperature Ranges
~40°C to + 85°G-40°G to 4-85°C-40°C to +85°C-40°C to +85°C-40°C to +85°C-40°G to -í-85°C-40°G to +85°C-40°G to +85°C-40°C to +85°C-55°C to +1250C
Package Options*
N-8N-8SO-813"REEL7" REELSO-813" REEL7" REELDi e FormQ-8
*N = Plasuc DIP; Q = Cerdip; SO = Smaü Oudíne.
METALIZATION PHOTO GRAPHDimensíons shown in inches and (mm).Gontact factory for latest dimensions.
OUTPUT
•FORCHIP APPLICATIONS: THE PAOS 1RG AND BRG MUST BE CONNECTED IN PARALLELTO THE EXTERNAL GAIN REG1STER RG. DO NOT COHNECT THEM IN SERIES TO RG. FORUN1TY GAIN APPLICATIONS WHERE RE |S NOT REQUIRED, THE PADS 1RG MAY SIMPLYBE BONDED TOGETHER, AS WELL AS THE PADS 8RG.
CAUTION.ESD (eiectrostatic discharge) sensitive devíce. Eiectrostatic charges as high as 4000 V readilyaccumulate on the human body and test equípment and can discharge without detection.Although the AD620 features proprietary ESD protection circuitryj permanenc damage mayoccur on devices subjecred to high energy eiectrostatic discharges. Therefore3 proper ESDprecautions are recommended to avoid performance degradation orloss of functionality.
-4- REV. E
AD620
+25°C, Vs = ±15 V, RL= 2 kfl, unless otherwise noted)
•SAMPLES|ZE = 3
-40 O +40
INPUT OFFSET VOLTAGE - jí
Figure 3. Typícal Distribution of Input Offset Voltage
-25 25 75TEMPERATURE~«C
Figure 6. Input Bias Current vs. Temperature
£ 2 0
-SAMPLESIZE=85Q-
-1200 -600 O +600
INPUT BIAS CURRENT-pA
-M2QQ
Figure 4. Typical Distribution of Input Bias Current
1 2 3WARM-UP TIME-Minutos
Figure 7. Change in Input Offset Voltage vs.Warm-Up Time
-SAMPLESIZE = 8
-400 -200 O +200
INPUT OFFSET CURRENT- pA
Figure 5. Typícal Distribution of Input Offset Current
100 1kFREQUENCY-Hz
Figure 8. Voltage Noise Spectral Density vs. Frequencyf
(G= 7-7 000)
REV. E -5-
AD620-Typ¡cal Characteristics
f1
111
£100
CU
RR
EN
T N
o
L_v.i,-^
*V**s-
-— -v ---T~ —
10 100 1000FREOUENCY-Hz
Figure 9, Current Noise Spectral Density vs. Frequency Figure 11. 0.7 Hz to W Hz Current Noise, 5 pA/Div
j i l i l iTIME-1 SEC/DIV
100,000
_ 10,00 O
10k 100k 1M 10MSOURCE RESISTANC6 - H
Figure 10a. 0.1 Hz to W Hz RTI Voltage Noise (G = 1) Figure 12. Total Dríft vs. Source fíesistance
TIME-1SEC/DIV 1o 100FREQUENCY
Figure Wb. 0.1 Hzto W Hz RTI Voltage Noise (G = 1000) Figure 13. CMR vs. Frequency, RTI, Zero to 1 k£l Source¡mbalance
-6- REV. E
AD620
10 100 ik loh look 1MFREQUENCY - Hz
Figure 14. Positive PSR vs. Frequency, RTI (G = 1-1000)
lok iookFREQUENCY- Hz
Figure 17, Large Signal Frequency fíesponse
0.1 10 100 1k 10k 100k 1MFREQUENCY- Hz
+vs -0,0
-0.5f)uDí -1,0
ho
+0.5
-Vs 40.05 10 15
SUPPLY VOLTAGE * Volts
Figure 15. Negativo PSR vs. Frequency, RTI (G - 1-1000) Figure 18. Input Voltage Range vs. Supply Voltage, G = 1
1I 10
iok 1ook 1MFREQUENCY-Hz.
+VS -0.0
5 10 15SUPPLY VOLTAGE a: Volts
Figure 16. Gain vs. Frequency Figure 19. Output Voltage Swíng vs. Supply Voltage,G=10
REV, E -7-
AD620
VB - 3C15V
7\0 lk
LOADRESISTANCE-n
Figure 20. Output Voltage Swing vs. Load Resistance Figure 23. Large Signa! Response and Settiing Time,G=W(0.5mV=001%)
isa
Figure 21. Large Signa! Pulse Response and Settiing TimeG= 1 (0.5 mV= 0.01%)
Figure 24. Small Signal Response, G = 10, RL
CL = TOO pF
Figure 22. Small Signa! Response, G = 1, RL = 2CL = TOO pF
Figure 25. Large Signal Response and Settiing Time,G= 100(0.5mV= 0.01%)
REV. E
AD620
Figure 26. Small Signa! Pulse Response, G = 100,RL = 2k£l,CL=100pF
5 10 15OUTPUT STEP SI2E-Volts
Figure 29. Settling Time vs. Step Size (G = 1}
Figure 27. Large Signa! Response and Settling Time,G = 1000 (0.5 mV= 0.01%)
10 100GAIN
Figure 30. Settling Time to 0.01% vs. Gain, fora 10 VStep
Figure 28. Small Signal Pulse Response, G = 1000,RL = 2kn,CL = 100 pF
Figure 31a. Gain Nonlínearity, G = 1, RL= 10 kO.(10\iV = 1 ppm)
REV. E
AD620
Figure 31b. Gain Nonlinearity, G « 700, RL = 10 kQ.= W ppm)
Figure 31c. Gain Nonlinearity, G = 7000, RL= 10k&(1 mV = 100 ppm)
VOUT
•ALL RESISTORS 1% TOLERANCE
Figure 32. Settling Time Test Circuit
Figure 33. Simplified Schemath of AD620
THEORY OF OPERATIONThe AD620 is a monolithic ínstrumentation amplifíer based ona modifícation of the classíc three op amp approach. Absohitevalué trimmíng allows the user to program gaín accurately (to0.15% at G = 100) with only one resistor. Monolithic construc-tion and láser wafer trímming aílow the tight matchíng andtracking of circuit componentSj thus ensuríng the high level ofperformance ínherent in thís circuit.
The ínput transistors Ql and Q2 provide a single differential-pair bipolar input for high precisión (Figure 33)j yet offer lOxlower Input Bías Current thanks to Superfieta processíng. Feed-back through the Ql-Al-Rl loop and the Q2-Á2-R2 loop main-tains constant collector current of the input devices Qlj Q2thereby ímpressíng the input voltage across the externa! gainsettíng resistor R^. Thís creates a dífferential gain from theinputs to the A1/A2 outputs given by G = (Rl + R2)/R<3 -f 1.The uníty-gain subtracter A3 removes any common-mode síg-nalj yielding a single-ended output referred to the REF pinpotential.
The valué of RQ also determines the transconductance of thepreamp stage. As RQ is reduced for larger gainsj the transcon-ductance increases asymptotícally to that of the input transistors.This has three important advancages: (a) Open-loop gain isboosted for increasíng programmed gain, thus reducing gain-related errors. (b) The gain-bandwidth product (determined byClj C2 and the preamp transconductance) increases with pro-grammed gain, thus optimízing frequency response. (c) TheÍnput voltage noise is reduced to a valué of 9 nV/VííZj deter-mined maínly by the collector current and base resistance of theinput devices.
The interna! gain resístors3 Rl and R2j are trimmed to an abso-lute valué of 24.7 kO, allowing the gain to be programmedaccurately with a single external resistor.
The gain equation is then
+1
so that
= 49.G-l
-10- REV. E
AD620Makevs. Buy: A Typic al Bridge Application Error BudgetThe AD620 offers improved performance over "homebrew"three op amp IA designs, along wíth smaller size, fewer compo-nents and lOx lower supply current. In the typical application,shown in Figure 34, a gaín of 100 is required to amplífy a bridgeoutput of 20 mV full scale over the industrial temperature rangeof-40°C to +85°G. The error budget table below shows how tocalcúlate the effect various error sources have on círcuít accuracy.
Regardless of the system in which it is being used, the AD620provides greater accuracy, and at low power and price. In simple
systemSj absolute accuracy and drift errors are by far the mostsignifícant contributors to error. In more complex systems wíthan intelligent processor, an autogaín/aut02ero cycle wül remove allabsolute accuracy and drifr errors leavíng only the resolutionerrors of gaín nonlinearity and noise., thus allowing íull 14-bitaccuracy.
Note that for the homebrew circuÍt3 the OP07 specificati ons forínput voltage offset and noise nave been mulúplíed by V2. Thisis because a three op amp type in-amp has two op amps at itsinputSj both contributing to the overall input error.
PRECISIÓN BRIDGE TRANSDUCERAD620A MONOL1THICINSTRUMENTATIONAMPLIFIER, G=10Q
SUPPLY CURREN! = 1.3mA MAX
"HOMEBREW" IN-AMP, G = 100'0.02% RESISTOR MATCH, 3PPM/°C TRACKING"DISCRETE 1% RESISTOR, IQQPPMf C TRACKING
SUPPLY CURRENT = 15mA MAX
Figure 34. Make vs. Buy
Table I. Mate vs. Buy Error Budget
Error Source
ABSOLUTE ACCURACY at TA = +25°CInput Offset Voltage, uVOutput Offset Vohage, uYInput Offset Currentj nACMR, dB
DRIFT TO +85°CGain Driftj ppm/°CInput Offset Voitage Drift, [tV/°COutput Offset Voitage Drift, (iV/°C
RESOLUTIONGain Nonlinearity3 ppm of Full ScaleTyp 0.1 Hz-10 Hz Voltage Noise3 jtV p-p
AD620 CircuitCalculation
125pY/20mY! 000 UV/1 00/20 mV2nAx350n/20mV110dB->3.16ppm3x 5 V/20 mV
(50 ppm + 10 ppm) x 60°ClHV/ Q Cx 60DC/20mV15 flV/°C x 60°C/100/20 mV
40 ppm0,28 flV p-p/20 mV
"Homebrew" CircuitCalculation
(ISO^LVx V2)/20mV((150 uVx 2)/100)/20mV(6nAx 350n)/20mV(0.02% Match x 5 V)/20 mV/1 00
Total Absolute Error
100ppm/°CTrackx 60°C(2.5 fiV/°C x V2 x 60°C)/20 mV(2.5 uV/°Cx 2x 60°C)/1 00/20 mV
Total Drift Error
40 ppm(0.38 jíV p-p x^)/20mV
Total Resolution Error
Grand Total Error
Error, ppm
AD620
6,250500
18791
7,558
3,6003,000
450
7,050
4014
54
143662
L of Full Scale
Homebrew
10,60715053
500
11,310
6,00010,607
150
16,757
4027
67
28,134
G = 100,75 = ±15 V.(All errors are min/max and referred to ínput.)
REV. E -11-
AD620
Figure 35. A Pressure Monitor Circuit whích Operates on a +5 V Single Supply
Pressure MeasurementAíthough useñil in many bridge applications such as weighscaleSj the AD620 is especially suítable for hígher resístancepressure sensors powered at lower voltages where small síze andlow power become more signífícant.
Figure 35 shows a 3 kH pressure transducer bridge poweredfrom +5 V. In such a circuítj the bridge consumes only 1.7 mA.Addíng the AD620 and a buffered voltage divider allows thesígnal to be condítioned for only 3.8 mA of total supply current.
Small size and low cost make the AD620 especially attractive forvoltage output pressure transducers. Since it delivers íow noíseand driftj k wíll also serve applications such as diagnostíc non-invasive blood pressure measurement.
Medical ECGThe low current noise of the AD620 allows íts use in ECGmonítors (Figure 36) where high source resistances of 1 Mí) orhigher are not uncommon. The AD620's low power, low supplyvoltage requirements., and space-saving 8-íead mini-DIP andSOIC package offerings make it an excellent choice for batterypowered data recorders.
Furthermorej the low bias currents and low current noísecoupled wíth the low voltag e noise of the AD620 ímprove thedynamic range for better performance.
The valué of capacitor Cl is chosen to maintaín stabilíty of theright leg drive loop. Proper safeguardsj such as isolation3 mustbe added to thís circuit to protect the patíent from possibleharm.
PATIENT/C1RCUITP ROTE CTIOH/ISOLATI ON
Figure 36. A Medical ECG Monitor Circuit
-12- REV. E
Precisión V-I ConverterThe AD620j along with another op amp and two resistors, makesa precisión current source (Figure 37). The op amp buffers thereference terminal to maintain good CMR. The output voltageVx of the AD620 appears across Rlj which converts it to acurrent. This current less only, the input bías current of the op
then flows out to the load.
R1 R1
Figure 37. Precisión Voltage-to-Current Converter(Operates on 1.8 mA, ±3 V)
GAIN SELECTIONThe AD620's gain is resistor programmed by RGS or more pre-ciselyj by whatever impedance appears between Pins 1 and 8.The AD620 is designed to offer accurate gains using 0.1%-1%resistors. Table II shows required valúes of RG for various gains.Note that for G = lj the RQ pins are unconnected (R^ = °°). Forany arbítrary gain RQ can be calcuiated by using the formula:
_49 .4Af lG~ G-l
To minimize gain error, avoid high parasitic resistance in serieswith RGJ to minimize gain drift, RG should have a low TC—lessthan 10 ppm/°C—for the best performance.
Table II. Required Valúes of Gain Resistors
1% Std TableValué of RG) íl
49. 9 k12.4 k5.49 k
2.61 k1.00 k499
24910049.9
CalcuiatedGain
1.9904.9849.998
19.9350.40100.0
199.4495.0991.0
0.1% Std TableValué ofRG )n
49.3 k12.4 k5.49 k
2.61 k1.01 k499
24998.849.3
CalcuiatedGain
2.0024.9849.998
19.9349.91100.0
199.4501.013003
AD620INPUT AND OUTPUT OFFS ET VOLTAGEThe low errors of the AD620 are attributed to two sources.,input and output errors. The output error is divided by G whenreferred to the input. In practice, the input errors domínate athígh gaíns and the output errors domínate at low gaíns. Thetotal VQS for a given gaín is calcuiated as:
Total Error RTI = input error + (output error/G)
Total Error RTO = (input error x G) + output error
REFERENCE TERMINALThe reference terminal potential defines the zero output voltagCjand is especially useful when the load does not share a preciseground with the rest of the system. It provídes a direct means ofinjectíng a precise offset to the output3 with an allowable rangeof 2 V within the supply voltages. Parasitic resistance should bekept to a minimum for optímum CMR.
INPUT PROTECTIONThe AD620 features 400 fí of series thin film resistance at itsínputs., and wül safeiy withstand ínput overloads of up to ±15 Vor ±60 mA for several hours. This is true for all gains^ and poweron and ofíj which ís particularly important since the signalsource and amplifíer may be powered separately. For longertime periodsj the current should not exceed 6 mA (!IN <YjN/400 H). For input overloads beyond the suppliesj clampíngthe ínputs to the supplies (using a low leakage díode such as anFD333) will reduce the required resístante, yielding lowernoise.
RF INTERFERENCEAll instrumentation ampHfíers can rectify out of band signáis.,and when amplííying small sígnalsj these rectified voltages act assmall de offset errors. The AD620 allows direct access to theinput transistor bases and emitters enablíng the user to applysome fírst order filtering to unwanted RF signáis (Figure 38)jwhere RC « l/(2 Ttf) and where f > the bandwidth of theAD620; G < 150 pF. Matching the extraneous capacitance atPins 1 and 8 and Pins 2 and 3 helps to maíntaín high CMR.
Figure 38, Circuit to Attenuate RF Iriterference
REV. E -13-
AD620COMMON-MODE REJECTIONInstrumentation amplifíers líke the AD620 offer high CMR3
\vhich is a measure of the change ín output voltage when bothinputs are changed by equal amounts. These specífications areusually given for a full-range input voltage change and a specí-fied source imbalance.
For optimal CMR the reference termina! should be tied to a lowimpedance point, and differences ín capacitance and resístanceshould be kept to a mínimum between the two ínputs. In manyapplications shíelded cables are used to mínimize noisej and forbest CMR over frequency the shield should be properly driven.Figures 39 and 40 show active data guards that are configuredto improve ac common-mode rejectíons by "bootstrapping" thecapacitances of input cable shieldsj thus minímÍ2Íng the capaci-.tance mismatch between the inputs.
GROUND INGSince the AD620 output voltage ís developed with respect to thepotential on the reference terminal, it can solve many groundingproblems by simply tying the REF pin to the appropriate "localground."
In order to isolate low level analog signáis from a noisy digitalenvironmentj many data-acquisition components have sepárateanalog and digital ground pins (Figure 41). It would be conve-nient to use a single ground line^ howeverj current throughground wires and PC runs of the circuit card can cause hun-dreds ofmillivolts of error. Therefore3 sepárate ground returnsshould be provided to minimize the current flow from the sensi-tive points to the system ground. These ground returns must betied together at some poíntj usually best at the ADC package asshown.
Figure 39. Differential Shield Dríver
Figure 40. Common-Mode Shield Dríver
Figure 41. Basic Grounding Practíce
-14- REV. E
GROUND RETURNS FOR INPUT BIAS CURRENTSInput bías currents are those currents necessary to bias the inputtransistors of an amplifíer. There must be a direct return pathfor these currents; therefore3 when ampKfying "floating" input
AD62Qsources such as transformerSj or ac-coupled sourcesj there mustbe a de path from each input to ground as shown Ín Figure 42.Refer to the Instrumentatíon Amplífier Application Guide (freefrom Analog Devices) for more information regardíng ín ampapplicauons.
o VD
Figure 42a. Ground Returns for Bias Currents withTransformar Coupled Inputs
OVOUT
Figure 42b. Ground Returns for Blas Currents withThermocoupte Inputs
Figure 42c. Ground Returns for Bias Currents with AC Coupled Inputs
•TO
REV. E —15—
AD620
OUTLINE DIMENSIONSDimensíons shown in ínches and (mm).
Plástic DIP (N-S) Package
0.430(10.92]
0.160(4.06)40.115 (2.93)- .
0.022 (0.558) 0.100 0.070 (1.77)0.014(0.356) I2-54) 0.045(1.15)
Cerdip (Q-S) Package
0.005(0.13) 0.055(1.4)MIN MAX
0.200 (5.08)MAX
0.310 (7.67)0,220 (5.59)
i0.405(10.29)
MAX —^0.060(1.52)10.015(0.38)
0.023 (0.5B) 0.100 0.070 (1.78)0.014 (0.36) í2-54) 0.030 (0.76)
+! |* 0.015(0.38)0.008 (0.20)
SOIC(SO-S) Package
0.1968(5.00),
• /y y y yPIN 1 0.0688 (1.75)
0.009B (0.25)
PLAÑE
0.0196 (0.50)
0.0160 (0.41]
-16- REV. E
ANEXO 4
OPTOACOPLADORES 2N138
SIEMENS 6N1386N139
LOW INPUT CURRENT, HIGH GAINOPTOCOUPLER
FEATURES• High CurrentTransfer Ratio, 800%• Low Input Current, O.SmA• High Output Current, 60mA• Isolation Test Voltage, 2500 VACRMS
• TTL Compatible Output, VOL=0.1 V• High Common Mode Rejection, 500V|isec.• Adjustable Bandwidth-Access to Base• Standard Molded Dip Plástic Package• Underwriters Lab File #E52744
APPLICATIONS• Logic Ground Isolation-TTL/TTL, TTL/CMOS,
CMOS/CMOS, CMOS/TTL• EIA RS 232C Line Receiver• Low Input Current Line Receiver-Long Lines,
Party Lines• Telephone Ring Detector• 117 VAC Line Voltage Status Indication-Low
Input Power Dissipation• Low Power Systems-Ground Isolation
DESCRIPTION
High common mode transíent ¡mmunity and veryhigh current ratio together with 2500 VAC insulationare achieved by coupling an LED with an integratedhigh gain photo detector in an eight pin dual-in-Iinepackage. Sepárate pins forthe photodiode and out-put stage enable TTL compatible saturation volt-ages with high speed operation. Photodariingtonoperation is achieved by tying the Vcc and V0 ter-mináis together. Access to the base terminal allowsadjustment to the gain bandwidth.
The 6NT 38 is ideal for TTL applications since the300% mínimum current transfer ratio with an LEDcurrent of 1.6 mA enabies operation with one unitload-in and one unit load-out with a 2.2 KQ pull-upresistor.
The6N139 is bestsuited for low power logic appli-cations involving CMOS and low power TTL. A400% current transfer ratio with only 0.5 mA of LEDcurrent is guaranteed írom 0°C to 70°C.
Caution:Due lo Ihe small geometríes of ihis device, ¡t should ba
handled with Electrostatic Discharge (ESD) precau-tions. Proper grounding would prevent damagefurtherand/or degradatlon which may be induced by ES D.
Dimensions in inches (mm)
.022 (.56)
.018 (-45T1
1 - .100 (2.54) Typ.
Máximum RatingsReverse Input Voltage 5 VSupply and Output Voitage, Vcc (pin 8-5), Vo (pin 6-5)
6N138 -0.5 to 7 V6N139 -0.5 to 18 V
Emitter-Base Reverse Voltage (pin 5-7) 0.5 VAverage ínput Current 20 mAPeak Input Current (50% Duty Cycle-1 ms pulse width) 40 mAPeak Transient Input Current (tp<T p.sec( 300 pps 1.0 AOutput Current lo (pin 6) 60 mA
Derate linearly above 25°C, free air temperature at 0.7 mA/°CInput Power Dissipation 35 mW
Derate linearly above 50%, free air temperature at 0.7 mW/°COutput Power Dissipation 100 mW
Derate linearly above 25DC, free air temperature at 0.2 mA/°CIsolation Test Voitage 2500VACRMS
Isoiation ResistanceV[0=500 V, TA=25°C ..>1012nV|0=500V, TA=100°C ¿lO^n
Storage Temperature -55°C to +T25°COperating Temperature -55°Cto +100°CLead Soldering Temperature (t=10 sec.) 260°C
5-T
Electro-Optical Characteristics (TA=0°C to 70°C, TA=25°C-Typ¡cal, unless otherwíse specified)
Parameter
CurrenlTransfer Ratio
Logic Low
Output Voltage
Logic Hlgh
Outpul Current
Logic Low Supply Current
Logic High Supply Current
Input Forward Volíage
Inpul Reverse BreakdownVollage
Temperature Coefficient ofForward Voltage
InputCapacitance
Input-Output InsulatlonLeakage Current
Resistance (Input-Output)
Capacitance (Input-Outpul)
Symbol
CTR
VOL
'OH
'CCL
ICCH
VF
BVR
CIN
l-o
RI-O
C|.0
Device
6N138
6N139
6N138
6N1396N1396N139
6N138
6N139
Min
300
400500
5
Typ.
1600
16002000
0.1
0.10.150.25
0.1
0.05
0.2
0.001
1.4
-1.8
25
1012
0.6
Max.
0.4
0.40.40.4
250
100
1.5
10
1.7
1.0
Units
%
%
V
V
HA
RA
mA
HA
V
V
mWC
PF
HA
n
pF
Test Conditions
lp=1.6 mA, V0=0.4 V, Vcc=4.5 V
lp»0.5 mA, V0=0.4 V, Vcc=4.5 Vlp-1 .6 mA, V0=0.4 V, Vcc=4.5 V
1F=1 .6 mA, I0-4.8 mA, Vcc=4.5 V
lp-1 .6 mA, I0-B rnA, Vcc=4.5 VIp-5 mA, I0=15 mA, Vcc=4.5 VIF=12 mA, I0=24 mA, Vcc=4.5 V
IF-O mA, VO-VCG-? V
]F=OmA, V0=VCC=18V
lp-1.6 mA, V0=OPEN, Vcc=18 V
lp-0 mA, V0=OPEN, Vcc=18 V
lF=O.6mA,TA=25°C
!R=10nA
IF=1.6mA
f=l MHz, VF=0
45% Relative Humidity, TA=25°Ct=5s,V1.0«3000VDC
V|0=500VDC
f=1 MHz
Note
5.6
5.6
6
6
6
6
6
6
7
7
7
Switching Specifications (TA=25°C)
Parameter
Propagation Delay Time
To Logic Low at Output
Propagation Delay Time
To Logic High at Output
Common Mode Transíent Immuníty at L ogicHigh Level Output
Cornmon Mode Transient Immunity at L ogicLow Level Ouput
Symbol
[PHL
[PLH
CMH
CML
Device
6N138
6N139
6N138
6N139
Min Typ.
2
60.6
2
41.5
500
-500
Max.
10
251
35
607
Units
HS
HS
US
IiS
V/HS
V/íiS
Test Conditions
Ip-I.BmA, RL-2.2K£1
!F=0.5mA, RL=4.7KHlF=12mA, RL=270n
lF=1.6mA, RL=2.2Kn
lp-0.5 mA, RL=4.7 KH[F=12mA, RL=270n
lp=0 mA, RL=2.2 KnRCC=O/VCM/-IOVP.P
!F=1.6mA, RL=2.2KORCC=O/VCM/=IOVP.P
Note
6,8
6,8
9,10
9,10
Notes1 .Derale linearly above 50°C free-air temperalure at a rate of 0.4 mA/°C.2.Derate linearly above 50°C free-air temperature at a rate of 0.7 mW/DC.S.Derate linearly above 25°C free-air temperature at a rate of 0.7 mA/°C.4.Derate linearly above 25°C free-air lemperature at a rate of 2.0 mW/°C.5.DC current transfer ratio is defineó" as the ratioof outpputcollector current, IO, to the forward LED input current, IF times 100%.6.Pin 7 open.7.Device considered a two-lermínal device: plns 1, 2, 3 and 4 shorted together and pins 5, 6, 7 and 8 shorted together.S.Using a resistor between pin 5 and 7 wlll decrease galn and delay time.9.Common mode transíentimmunityin [ogichigh level isthe máximum tolerable (positive) dVcm/dton theleading edge of the common mode
pulse, VCM- to assure that the output wi II remain in a [ogic hígh state (i.e. Vo>2.0 V) common mode transient i mmunity in logic low level is themáximum tolerable (negative) dVcm/dton the trailing edge of the common mode pulse signal, VCM, to assure that the output wi II remain ¡n alogic low state (Le. Vo<0.8 V).
10.In applications where dv/dt rnay exceed 50,000 V/[is (such as state discharge) a series resistor, RCC should be inciuded to protect le fromdestructively high surge currents. The recommended valué is [y
•ka
5-26N139/139
ANEXO 5
AMPLIFICADOR OPERACIONA TL084
TL084TL084A-TL084B
GENERAL PURPOSE J-FETQUAD OPERATIONAL AMPLIFIERS
WIDE COMMON-MODE (UP TO Vcc+) ANDDIFFERENTIALVOLTAGE RANGE
LOW INPUT BIAS AND OFFSET CURRENT
OUTPUT SHORT-CIRCUIT PROTECTION
H1GH INPUT IMPEDANCE J-FET INPUTSTAGE
INTERNAL FREQUENCY COMPENSATION
LATCH UP FREE OPERATION
HIGH SLEW RATE : 16V/|is (typ)
DESCRIPTION
The TL084, TL084A and TL084B are high speedJ-FET input quad operational amplifiers incorpo-raíing well matched, high voltage J-FET and bipo-lar transistors ¡n a monoliihic ¡ntegrated circuií.
The devices feature high slew rates, low input biasand offset currenís, and low offset volíage temper-atura coefficient.
PIN CONNECTIONS(íopview)
NDIP14
(Plástic Package)
DS014
(Plástic Micropackage)
TSSOP14(Thin Shrink Small Outline Package)
ORDERCODE
Part Number
TL084M/AM/BMTL084I/AI/BITL084C/AC/BC
TemperaturaRange
~55°C,+125°C-400CP+105°C
0°C, +70°C
Package
N
•••
D
•
••
P
••-
Example : TL084CN, TL084CD
N = Dual In Une Package (DIP)D = Smsll Outline Package (SOJ - also avallable In Tape & Real (DT)P = Thin Shrink Small Outllne Package (TSSOP) - only available
In TapeS Real (PT)
Oulputl 1 C
Inverting Input 1 2 C
Non-inverting Input 1 3 C
Vcc+ 4 C
Non-!nvertlnglnput2 5 C
Invertíng Input 2 6 C
Output2 7 C
^—^
í k
^
ü 14 Output4
D 13 Inveríing Input 4
ü 12 Non-Ínvert¡ng Input 4
D 11 Vcc"
H 10 NDn-InvertInglnput3
H 9 Invertíng Input 3
H 8 OutputS
March2001 1/1 ;
TL084-TL084A-TL084B
SCHEMAT1C DIAGRAM (each amplifier)
Non-inverting j Linpuí i—'
Invert inginpul
ABSOLUTE MÁXIMUM RATINGS
Symbol
Vcc
v¡vid
Ptot
'oper
Tstg
Parameter
Supply voltage - note
Input Voltage - note 2'
Differential Input Voltage - note 3)
Power Dissipation
Output Short-circuit Duration - note 4>
Operaíing Free-airTemperature Range
Storage Temperature Range
TL084M, AM, BM TL084I, Al, B[ TL084C, AC, BC
±18
±15
±30
680
Infinite
-55ÍO+125 -40to+105 0 to +70
-65to+150
Unit
V
V
V
mW
°C
ac1. AK voltago valúes, except differentlal voltage, are wíth respect to the zero reference level (ground} of the supply voltages where the zero reference
level Is the midpolnt between VCCT and VCc"-2. Themagnllude of the Input voltage must neverexceed the magnltude of the supply voltage or!5 volts, whlcheverls less.3. Differentíal voltages are the non-lnverting ínput terminal wlth respect to the Inverting Input terminal.4. The output may be shorted to ground or to elther supply, Temperature and/or supply voltages must be Kmited to ensure that the dissípallon rating
Is not exceeded
2/12
TL084-TL084A-TL084B
ELECTRICAL CHARACTERISTICSVcc = ±15V, Tamb = +25°C (unless otherwise specified)
Symbol
Vio
DVio
lio
llb
Avd
SVR
'ce
VIcm
CMR
los
±vopp
SR
tr
KOV
GBP
Ri
Parameter
Input Offset Voltage (Rs = 500)Tamb = +25°C TL084
TL084ATL084B
Tmln^Tamb <Tmax TL084TL084A
; TL084B
ínput Offset Voltage Drin
Input Offset Current - note 1)Tamb = +25°C
I min — ' amb — ' max
Input Bias Current -note 1Tamb = +25°C
Tmin - 'amb - 'maxLarge Signal Voltage Gain (RL = 2kÜ, V0 = ±10V)
Tamb = +25-CTmln - Tamb ¿ Tmax
Supply Volíage Rejection Ratio (Rs = 50£i)Tamb = +25°C
Tmln - Tamb - Tmax
Supply Current, no load, per ampüfierTamb = +25°c
Tmln — ' amb — ' max
input Common Mode Voltage Range
Common Mode Rejection Ratio (Rs = 50H)
Tamb = +25°CTmln - Tamb - Tmax
Output Short-circuit CurrentTamb=+25"C
Tmín - Tgmb - Tmax
Output Voltage SwingTamb = +25°C RL = 2kQ
RL=10kHTmin<Tamb <Tmax RL = 2k-Q
RL = 10kn
Slew Rate (Tamb = +25°C)V,n = 10V, RL = 2kn, CL = 100pF, unity gain
Rise Time (Tamb = +25°C)V,n = 20mV, RL = 2kQ, CL = 100pF, unity gain
Overshoot (Tamb = +25QC)Vin = 20mV, RL = 2kO, CL = 100pF, unity gain
Gain Bandwidth Product (Tamb = +25'C)V,n = 10mV, RL = 2kH, CL = 100pF, f= IQOkHz
Input Resistance
TLtmi.MjACjAI.AM,BC.BI.BM
Min.
5025
8080
±11
8080
1010
10121012
8
2.5
Typ,
331
10
5
20
200
86
1.4
+15-12
86
40
1213.5
16
0.1
10
4
1012
Max.
10631375
1004
20020
2.52.5
6060
TL084C
Min.
2515
7070
±11
7070
1010
10121012
8
2.5
Typ.
3
10
5
20
200
86
1.4
+15-12
86
40
1213.5
16
0.1
10
4
1012
Max.
10
13
1004
40020
2.52.5
6060
Unit
rnV
uA//°C
PAnA
PAnA
V/mV
dB
mA
V
dB
mA
V
V/jis
RS
%
MHz
n
3/12
TL084-TL084A-TL084B
Symbol
THD
en
0m
V01/V02
Parameter
Total Harmonio Dístortion (Tamb = +25°C),f- 1kHz, RL = 2kn,CL = 100pF, AV = 20dB,
V0 = 2Vpp
Equivalen! Input Noise VoltageRs = 100Q,f=1KHz
Phase MarginChannel Separatíon
Av = 100
TLOB^.MjAC.Al.AM,BC.BI.BM
Mln. Typ.
0.01
15
45
120
Max.
TL084C
Min. Typ.
0.01
15
45
120
Max.
Unlt
%
nV
VHZdegrees
dB
1. The input blas currents are ¡unction leakage currents whích approxlmately double for every 10'C íncrease ín the junction temperature.
4/12
TL084 - TL084A - TL084B
MÁXIMUM PEAK-TO-PEAK OUTPUTVOLTAGE versus FREQUENCY
os
100 1K 10K 100K
FREQUENCY (Hz)
10M
MÁXIMUM PEAK-TO-PEAK OUTPUTVOLTAGE versus FREQUENCY
lOk 40!f 100k 400k 1M 4M 10M
FREQUENCY (Hz)
MÁXIMUM PEAK-TO-PEAK OUTPUTVOLTAGE versus LOAD RESISTANCE
f_ 30
£ 25
3 -> 20§ífrÍT <M íüg§ 10
ss °X
"
///
/
amb = +25"C
/
/
.
/
S/
^*-^*~^
0.1 0.2 0.4 0.7 1 2 4 7 10
LOAD RESlSTANCE(k .Q)
MÁXIMUM PEAK-TO-PEAK OUTPUTVOLTAGE versus FREQUENCY
MÁ
XIM
UM
PE
AK
-TO
-PE
AK
O
UT
PU
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OLT
AG
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V)
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0
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I
I
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j
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í :i u
1"
''
R
\>\
\K 10K 100K
FREOUENCY (Hz)
= ioknmb = +25
í!\C1M 10M
MÁXIMUM PEAK-TO-PEAKOUTPUTVOLTAGE versus FREE AIR TEMP.
,_ 30
t 25
8~ 20
# U J lín-g ls
2£i§ 10!§ ,s— ' n
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— — riiiI
- V c c = z l
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• — - R L = IQkíJ- - - R L = 2kn
——
1 "-75 -50 -25 0 25 50 75 -50 125
| T E M P E R A T U H E (BC)
MÁXIMUM PEAK-TO-PEAK OUTPUTVOLTAGE versus SUPPLY VOLTAGE
MÁ
XIM
UM
PE
AK
-TO
-PE
AK
OU
TP
UT
VO
LTA
GE
(V)
_
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j.
K
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W
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o
u.
o
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o
*LTan
I= IOkíl
b= +
.
25' C
/
/
/
//
/
/
2 4 6 8 10 12 14 16
SUPPLY VOLTAGE (±V)
£¿7 5/12
TL084-TL084A-TL084B
INPUT BIAS CURRENT versus FREE AIRTEMPERATURE
100
1" 10
INP
UT
BIA
S C
UR
RE
NT
C5
F3
__
i
= vr(0 = ±15
=*—
V =
=rj
^
s~7^~
==7\
0 -25 0 25 50 75 100 125
TEMPERATURE fC)
LARGE SIGNAL D1FFERENTIAL VOLTAGEAMPLIFICARON AND PHASE SHIFT versusFREQUENCY
UJO 5- 100
Oz>0<!~ 10
u.< 1D
III
-pslili
R
IIIll
^sEíghlsc
II!
|ImT
HIFTate)
C
11!
1
Ptí
CL = 100pF
-VccTam
= ±15Vb_ i-l
100 1K
¿o u
lili H U ÍDIFFEREN
VOLTAC.AMPLIFICA
1 \l sea
-vj\ I
|\
TIAL.e.
TÍOS
s
'\
k 0
í
10K 100K 1M 10M
FREQUENCY (Hz)
SUPPLY CURRENT PER AMPLIFIER versusFREE AIR TEMPERATURE
2.01.81.6
i wfe 1-2£ 1.0§ 0.8
" 0.6
£ 0.4
3 0,2
0-7
^ —•*-• —
— -^ -L--->,
Vvc
No
c = ± 15V -
signalload
— -^-~-~^
5 -50 -25 0 25 50 75 100 125
TEMPERATURE (*C)
LARGE SIGNAL DIFFERENTIAL VOLTAGEAMPLIFICATION versus FREE AIR TEMP.
1000
ui 200§5" loo
§§ 403 £ 20P 0 ,Q
u. < 2o
1
v- "o
= ±1
= Í10\
• -— •—"- —
5 -50 -25 0 25 50 75 100 125
TEMPERATURE ('C)
TOTAL POWER DISSIPATION versus FREE AIRTEMPERATURE
-75 -50 -25 O 25 50 75 100 125
TEMPERATURE fC)
SUPPLY CURRENT PER AMPLIFIER versus
SUPPLY VOLTAGE
~ 2.0
1" 1-8
fc 1-6S 1-4g 1.2
3 1-0>- 0.8
í 0.6
g °'40.20
- Tamb = "^2
.No signal
. No load
l-fi
2 4 6 8 10 12 14 16SUPPLY VOLTAGE ( ± V)
6/12
TL084-TL084A-TL084B
COMMON MODE REJECTiON RATIO versusFREE AIR TEMPERATURE
VOLTAGE FOLLOWER LARGE SIGNAL PULSERESPONSE
ER
EJE
CTI
ON
(dB)
CO
MM
ON
MO
DE
MO
DR
ATI
O
, S
S
s
í
RLvc
-
= 10 MI
5V
5 -50 -25 0 25 50 75 100 125
TEMPERATURE fC)
OUTPUT VOLTAGE versus ELAPSED TIME
28
24
1 20
t" 1RCD ID
§ «> 8
1 4
3 o-4
WEfm
m
001
"/•1
\
1 — 1
, —tro
tr
VccKu =
'amb
= ±15V
2kH
= +25'C -
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
TlME(jis)
O>
oo<
O 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
TIME ( s)
EQUIVALENT INPUT NOISE VOLTAGE versusFREQUENCY
EQU
IVAL
ENT
INP
UT
NO
ISE
VO
LTA
GE
ÍnV
^Hz)
10
u
•*-
y;
en
-~s
o
o
o
o
CJ
o
o
o
\\
— - 1 — - -
IIVA
RT
illll 1 1!X = ±15V
V a 10
s =100 auto =+25'C
n
) 40 ÍOO 400 1k 4k lOk 40k lOOk
FREQUENCY (Hz)
TOTAL HARMONIC DISTORTION versus FREQUENCY
1
o 0.4i—o:e 0.1S 5- 0.04o £.
i 0.01
=: 0.004-jsP 0.001
10
- v ce-Av
Vnf
- ' amb
- ríe
= 1
ms)=6
= +2
v
/i/
o 400 !k 4k lOk 40kFREQUENCY (Hz)
=1
look
7/12
TL084-TL084A-TL084B
PARAMETER MEASUREMENT INFORMATION
Figure 1 : Voltage Follower Figure 2 ; Gain-of-10 Inverting Amplifier
-o en
CL=100pF
1Qkn
1kn
O en
TYPICAL APPLICATIONSAUDIO DISTRIBUTION AMPLIFIER
CL= 10OpF
f0 = 100kHz
OutputA
Output B
Output C
8/12
TL084 - TL084A - TL084B
i
TYPICAL APPLICATIONS (contínued)
POSITIVE FEEDBACK BANDPASS FILTER
Output B
Ground
OUTPUTA
SECOND ORDER BANDPASS FILTER
OUTPUT B
CASCADED BANDPASS FILTERfo = 10OkHz; Q = 69; Gain = 16
9/12
TL084-TL084A-TL084B
PACKAGE MECHAMICAL DATA14 PINS-PLÁSTIC DIP
n ri.r,
n n n n rn rn8
7
U LJ U LJ LJ
D¡m.
a1B
b
b1
D
E
e
e3
F
¡
L
Z
Millimeters
M¡n.
0.511.39
1,27
Typ.
0.5
0.25
8.5
2.5415.24
3.3
Max.
1.65
20
7.1
5.1
2.54
Inches
Min.
0.0200.055
0.050
Typ.
0.0200.010
0.3350.1000.600
0.130
Max.
0.065
0.787
0.2800.201
0.100
10/12
TL084-TL084A-TL084B
PACKAGE MECHANICAL DATA14 PINS - PLÁSTIC MICROPACKAGE (SO)
G
O el
n n n n n n rfií 14 8
1 7
Ü_
u u u u u u u
Dim.
A
a1a2
bblC
elD(1)
E
ee3
F(1)G
L
M
S
Millimeters
Min.
0.1
0.350.19
Typ.
0.5
Max.
1.750.2
1.6
0.460.25
Inches
Min.
0.004
0.0140.007
Typ.
0.020
Max.
0.0690.0080.0630.0180.010
45° (typ.)8.555.8
3.8
4.6
0.5
1.277.62
8.756.2
4.0
5.3
1.270.68
0.3360.228
0.1500.1810.020
0.0500.300
0.3440.244
0.1570.2080.0500.027
8° (max.)Note :(1) D and F do not Include mald flash orprotruslons-Mold flash orprotrusions shall not exceed 0.15mm (.066 Inc) QNLY FOR DATABOOK.
11/12
TL084-TL084A-TL084B
PACKAGE MECHANICAL DATA14 PINS - THIN SHRINK SMALL OUTLINE PACKAGE
T
A
«1
Dim.
A
Al
A2
b
c
D
E
El
e
k1
Millimeters
Min.
0.05
0.80
0.19
0.09
4.90
4.30
0°
0.50
Typ.
1.00
5.00
6.40
4.40
0.65
0.60
Max.
1.20
0.15
1.05
0.30
0.20
5.10
4.50
8°
0.75
Inches
Min.
0.01
0.031
0.007
0.003
0.192
0.169
0°
0.09
Typ.
0.039
0.196
0.252
0.173
0.025
0.0236
Max.
0.05
0.006
0.041
0.15
0.012
0.20
0.177
8°
0.030
Information furnished Is believed to be accurate and reliable. However, STMícroelectronícs assumes no responsibility for the consequencesof use of such Information ñor for any Infringement of paíents or other righís of third parties which may result from ¡ts use. No llcense is grantedby fmplícatlon or otherwise under any patent or patent rights of STMlcroelectronlcs. Speciflcatlons mentioned In thls publicatíon are subjectto change without notice. Thls publícaíion supersedes and replaces all Information previously supplied. STMicroelectrónica producís are nolauthorized for use as crillcal components in ufe support devices or systems without express wrltlen approval of ST Micro ele ctronics.
© The ST logo Is a registered trademark of STMlcroelectronlcs
© 2001 STMicroelectronics - Printed ín líaly - All Rights ReservedSTMlcroelectronlcs GROUP OF COMPANIES
Australia - Brazll - China - Finland - France - Germany - Hong Kong - India - Italy - Japan - Malaysia - Malta - MoroccoSingapore - Spain - Sweden - Swltzerland - United Kingdom
© http://www.sl.com
12/12
ANEXO 6
BATERÍA 12V 6AH
Www. ib tba t te ry .com
SLA BATTERYBT 2-12 12V2AH
4.75rnm(.lB7lnch) 0.8mm(.ü31lnch)
Terminal Dímensions
General SeriesGeneral Series Valve Regulated Lead Acid batíerles are designadwith AGM (Absorbent Glass Mat) technology, high performanceplates and electrolyte to gain extra power output for commonpower backup system appllcations wídely used in the fleld ofUPS, Emergency Lighting System.
Application• Alarm System• Cable Televisión• Communication Equipment• Control Equipment• Security System
Medical EquipmentUPSPower toolsEmergency Power SystemToys
General Features• Sealed and maintenance free operation.• Non~Spillable construction design.• ABS containers and covers(UL94HB, UL94V-0) optional.• Safety valve instalíation for explosión proof.• High quality and high reliability,• Exceptional deep díscharge recovery performance,• Low self discharge characterístic.• Flexibility design for múltiple install positions.
Construction• Component ......Raw material
• Positive• Negatlve• Container. Cover
,.,Lead dioxide...Lead..ABS
ABS
• Sealant ..Epoxy Resín• Safety valve .....EPDR'Terminal ...Copper• Separator ........Fiber glass• Electrolyte .......Sulfuric acid
70.5niinp.78lnch)
Battery Model
Designed Floatíng Life
Capacity(25°C)
Dimensions
Apprax. Weight
Internal Resistance
Self Discharge
Capadty Affectedby Temp.(2GHR)
Charge Valtage(25°C)
BT2-12
S Years
20HR(0.1A,1.75V)
2.0AH
Length
70.5mm(2.78/¡nch)
10HR(0.18A,1.75V)
1.8AH
Width
17.5mm(1.87inch)
5HR(0.32A/1.75V)
1.6AH
Height
98rnm(3.86Ínch)
IHRCl ^^SV)
1.2AH
Total Height
104mm('í,09¡nch)
0.92Kg (2.03 Ibs)
Full charged at 25°C: 0.05 Ohm
3% of capadty decllned per month at (25°C)
40°C
102%
25°C
100%
Cycle use
14.4-15V(~30mV/ °C), max. Current: 0.6A
0°C
85%
-15°C
65%
ñoat use
13.6-13,8V(-2QmV/ DC)
Page 1 of 2
i
Ií r¿
W w w . i b t b a t t e r y . c o m
SLA BATTERYBT 2-12 12V2AH
a) S u e <u 1
(DO. ra t ra i.e /o ,c 3 .c o
f»
'120
100
80
60
40
20
0
2.
QJ 2.t.¿
QJ 2.OíB-g 2.
QJtí 1.(Om
1.
(CA)
0.25
. 0.20
0.15
0.10
0.05
• 0
n
19
10
32
34
35 c
(V/Ce)
2.33
2.17
2.00
1.83
0
Charge Characteristic) Consi3ntChargeAtO.25CA-2.30V (2S°q
Charge Ch5r9S--\joltage ¿- — •"] ^
-/J^ /\ 10Q%DI
1 \/ \ 50D/üD¡K
,/ ^^^ x^_^ ChargeC
— s
jcharge -
harge
urrent "
2 4 6 8 1 0 1 2
Time(hour)
Relatíonship of OCV and state of charge
^~ -"""
^^
\^^
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Remained Capacity(%)
Discharge Characteristic (25°C)
2 17QJ
<-.2.QC
"«1.83
Dís
char
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0
-•
110105
100£
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É^ as¿r 8o'§ 7S0. 700 65
6055SO4S40
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l 12CA 1C
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5CA
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2 6 12 30 60 3 10 2Mln i Hour
1
Self Discharge Cha ráete ristics
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X
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\*
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I C
"X
-
5 6 7 8 9 10 11 12 13 1-1Storage time: months
^_
5CA
0
15 1617 18 19 20
Constant current discharge ratings-amperes at 25°C
F . V / T I m e
1.60V
1.67V
1.70V
1.7SV
1.80V
1.85V
S M I N
7.62
7.15
6. 55
6.4.2
5.75
5.07
1 0 M I N
4.74
4.50
4.33
4 .20
4.01
3.82
1 5 M I N
3.58
3.44
3.36
3.25
2.95
2.65
3 0 M I N
2.18
2.09
1.90
1.80
1.67
1.54
1 H R
1.39
1.37
1.33
1.26
1.18
1.10
3 H R
0.61
0.59
0.55
0.53
0.51
0.49
5 H R
0.37
0.36
0.36
0.35
0.33
0.31
1 0 H R
0.21
0.21
0.21
0.20
0.20
0.20
2 0 H R
Q-.ll
0.11
0.10
0.10
0.10
0.10
Constant power discharge ratings-watts at 25ÜC
F.V/Time
1 .6QV
1.67V
1.70V
1.75V
l . S Q V
1.85V
S M I N
13.7
13.2
12.5
12.5
11.5
10.4
1 0 M I N
8.78
8.56
8.47
8 . 4 4
8.32
7.89
1 S M I N
6.69
6.61
6.56
6.50
6.03
5.47
3 0 M I N
4.03
3.94
3.69
3.58
3.42
3.20
1HR
2.57
2.55
2.50
2.46
2.32
2.18
3 H R
1.11
1.07
1.02
1.00
0.97
0 . 9 4
5 H R
0 .64
0.64
0.63
0.63
0.61
O . S 9
1 Q H R
0.43
0.42
0.42
0.42
0.41
0.41
2 0 H R
0.22
0.22
0.21
0.21
0.20
0.19
Copyright 2003, 2004 IHT Technologies Inc.
Page 2 of 2
ANEXO 7
MICRO CONTROLAD OR ATMEGA16
é
Features• High-performance, Low-power AVR® 8-b¡t Microcontroller• Advanced RISC Architecture
- 131 Powerful Instructions - Most Single-clock Cycle Execution- 32 x 8 General Purpose Working Registers- Fully Static Operatíon- Upto16MlPSThroughputat16MHz- On-chip 2-cycIe Multíplier
• Nonvolatile Program and Data Memoríes- 16K Bytes of In-System Self-Programmable Flash
Endurance; 10,000 Write/Erase Cycies— Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits
In-System Programming by On-ch¡p Boot ProgramTrue Read-While-Write Operation
- 512 Bytes EEPROMEndurance: 100,000 Write/Erase Cycies
- IKByte Internal SRAM '-- Programming Lock for Software Security
• JTAG (IEEE std. 1149.1 Compliant) Interface- Boundary-scan Capabilitíes According to the JTAG Standard- Extensiva On-chÍp Debug Support- Programming of Flash, EEPROM, Fuses, and Lock Bits through the JTAG Interface
• Peripheral Features- Two 8-b¡tTimer/Counters with Sepárate Prescalers and Compare Modes- One 16-bit Timer/Counter with Sepárate Prescaler, Compare Mode, and Capture
Mode- Real Time Counter with Sepárate Oscillator- Four PWM Channeis- 8-channe[, 10-bit ADC
8 Single-ended Channeis7 Differential Channeis ¡n TQFP Package Only2 Differential Channeis with Programmable Gain at 1x, I0x, or 200x
- Byte-oriented Two-wire Serial Interface- Programmable Serial USART- Master/Slave SPI Serial Interface- Programmable Watchdog Timer with Sepárate On-chip Oscillator- On-chip Analog Comparator
• Special Microcontroller Features- Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection- Internal Calibrated RC Oscillator- External and Internal Interrupt Sources- Six SIeep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-savet Power-down, Standby
and Extended Standby• I/O and Packages
- 32 Programmable I/O Lines- 40-pin PDIP, 44-Iead TQFP, and 44-pad QFN/MLF
• Operating Voltages- 2.7 - 5.5V for ATmegal 6L- 4.5 - 5.5V for ATmegal 6 -
• Speed Grades- O - 8 MHz for ATmegal 6L- O -16 MHz for ATmegal 6
• Power Consumption @ 1 MHz, 3V, and 25°C for ATmegal 6L- Active: 1.1 mA- Idle Mode: 0.35 mA— Power-down Mode: <1 uA
8-bitMicrocontrollerwith 16K BytesIn-SystemProgrammableFlash
ATmega16ATmega16L
Summary
246 6NS-AVR-10/06
ylTÍEL Note; This is a summary document. A complete documentis available on our Web-site ai www.atmel.com.
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:=- 5
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AMEL
The AVR core combines a rich insíruction set with 32 general purpose working registers.All íhe 32 registers are directly connected to íhe Arithmetic Logic Unit (ALU), allowíngtwo independent regisíers to be accessed ¡n one single ¡nstruction executed in one clockcycle. The resuiting archiíecture is more code efficient while achieving throughputs up toten times fasterthan conventional CISC microcontrollers.
The ATmegal6 provides the foilowing features: 16K byíes of In-System ProgrammableFlash Program memory with Read-While-Write capabilities, 512 bytes EEPROM, 1Kbyte SRAM, 32 general purpose I/O lines, 32 general purpose working registers, aJTAG interface for Boundary-scan, On-chip Debugging support and programming, threeflexible Timer/Counters with compare modes, Iníernal and External Interrupts, a serialprogrammable USART, a byte orieníed Two-wire Serial Interface, an 8-channel, 10-bitADC with optional differential input stage with programmable gain (TQFP package only),a programmable Watchdog Timer with Internal Oscillator, an SPI serial port, and sixsoftware seiectabie power saving modes. The Idle mode stops the CPU while allowíng
, the USART, Two-wire interface, A/D Converter, SRAM, Timer/Counters, SPI port, andínterrupt system to continué funcíioning. The Power-down mode saves the register con-tents buí freezes íhe Oscillator, disablíng all oíher chip functions untíl the nexí Externalínterrupt or Hardware Reset. In Power-save mode, the Asynchronous Timer continúesto run, allowing the userto maintain a timer base while the rest of the device ¡s sleeping.The ADC Noise Reduction mode stops the CPU and all I/O modules except Asynchro-nous Timer and ADC, to minimize switching noise during ADC conversions. In Standbymode, íhe crystal/resonator Oscillator is running while the rest of the device is sleeping.Thís allows very fast start-up combinad with low-power consumption. In ExtendedStandby mode, both the main Oscillator and the Asynchronous Timer continué to run.
The device ¡s manufactured using Aímel's high density nonvoialíle memory technology.The On-chip ISP Flash allows íhe program memory to be reprogrammed in-sysíemthrough an SPI serial interface, by a conventional nonvolatile memory programmer, orby an On-chip Boot program running on the AVR core. The booí program can use anyinterface to download the applícation program ¡n the Application Flash memory. Soft-ware in the Boot Flash section will continué to run while the Application Flash section isupdated, providing írue Read-While-Write operation. By combining an 8-bit RISC CPUwith In-System Self-Programmable Flash on a monolithic chip, the Atmel ATmega16 isa powerful microcontrolier thaí provides a highly-flexible and cost-effective solution tomany embedded control applications.
The ATmegalG AVR is supported with a full suiíe of program and system developmenttools including: C compilers, macro assemblers, program debugger/simulators, in-circuitemulators, and evaluation kits.
Pin Descriptions
VCC Digital supply voltage.
GND Ground.
Port A (PA7..PAO) Port A serves as the analog inputs to the A/D Converter.
Port A also serves as an 8-bit bi-directional I/O port, if íhe A/D Converter is not used.Port pins can provide internal pull-up resistors (selected for each bit). The Port A outputbuffers have symmetrical drive characteristics with both high sink and source capability.When pins PAO ío PA7 are used as inpuís and are externally pulled low, they will sourcecurrent if the internal pull-up resistors are activated. The Port A pins are tri-staíed whena reset condition becomes active, even if the clock is not running.
ATmega16(L)2466NS-AVR-10/06
ATmegal 6(L)
Port B (PB7..PBO)
PortC(PC7..PCO)
Port D (PD7..PDO)
RESET
XTAL1
XTAL2
AVCC
Port B is an 8-bit bi-directional I/O port wiíh ¡nternal pull-up resístors (selected for eachbit). The Port B output buffers have symmetrical drive characteristics wiíh both high sinkand source capabilíty. As ¡nputs, Port B pins that are externally pulled low will sourcecurrent íf the pull-up resistors are activated. The Port B pins are tri-stated when a resetcondition becomes active, even Íf the clock is not running.
Port B also serves the functions of various special features of the ATmegal 6 as listedon page 56.
Port C is an 8-bit bi-direcíional I/O port with interna! pull-up resistors (selected for eachbit). The Port C output buffers have symmetrical drive characteristics with both high sinkand source capability. As ¡nputs, Port C pins that are externally pulled low will sourcecurrent if the pull-up resistors are aciivated. The Port C pins are tri-stated when a resetcondition becomes active, even if íhe clock is not running. If the JTAG interface isenabled, the pull-up resistors on pins PC5(TD1), PC3(TMS) and PC2(TCK) will be acti-vated even ¡f a reset occurs.
Port C also serves the functions of the JTAG interface and other special features of theATmegal6 as listed on page 59.
Port D is an 8-bit bi-direcíional I/O port with internal pull-up resistors (selected for eachbit). The Port D output buffers have symmetrical drive characteristics with both high sinkand source capability. As inpuís, Port D pins that are externally pulled low wíl! sourcecurrení if the pull-up resistors are activated. The Port D pins are tri-stated when a resetcondition becomes active, even ¡f the clock is not running.
Port D also serves the functions of various special features of the ATmegal 6 as listedon page 61.
Reseí Inpuí. A low level on íhis pin for longer than the mínimum pulse length will genér-ate a reset, even if the clock is not running. The mínimum pulse length is given In Table15 on page 36. Shorter pulses are not guaranteed ío genérale a reset.
Input ío íhe inverting Oscillator amplífier and inpuí to the internal clock operating circuit.
Output from the inverting Oscillator amplifier.
AVCC is the supply voltage pin for Porí A and íhe A/D Converter. It should be externallyconnected to Vcc, even if the ADC ís not used, If the ADC is used, it should be con-nected to Vcc through a low-pass fílíer.
AREF is the analog reference pin for the A/D Converter.
A comprehensive seí of developmení íools, application notes and datasheets are avail-able for download on http://www.atmel.com/avr.
2466NS-AVH-10/06
Register SummaryAddress
S3F (S5F)
S3E(S5E)
S3D (S5D)
S3C (S5C)
S3B (S5B)
S3A (S5A)
539 (S59)
S38 (558)
S37 (S57)
S36 (S56)
535 (S55)
S34 (554)
S33 (S53)
S32 (S52)
S31<" (S51)"'
S30 (S50)
S2F (54 F)
S2E (S4E)
S2D (S4D)
S2C (S4C)
S2B (S4B)
S2A (S4A)
S29 (549)
S28 (548)
S27 (S47)
526 (S46)
S25 (545)
524 (S44)
523 (543)
S22 (S42]
521 (S41)
S2Q<2' (540)3)
S1F (53F)
S1E(S3E)
S1D(S3D)
SlC(S3C)
SlB (S3B)
S1AÍS3A)
S19 (S39)
518(538)
S17 (S37)
516(536)
S15 (S35)
S14 (S34)
S13 (S33)
S12 (S32)
S11 (S31)
510(530)
SOF (S2F)
SOE(S2E)
SOD (S2D)
SOC (S2C)
SOB (S2B)
SOA (S2A)
S09 (S29)
S03 (S2B)
S07 (S27)
S06 (526)
SOS (525)
SD4 (524)
S03 (S23)
S02 (522)
Ñame
SREG
SPH
SPL
OGRO
GICR
GIFR
TIMSK
TIFR
SPMCR
TWCR
MCUCR
MCUCSR
TCCRO
TCNTO
OSCCAL
OCDR
SFIOR
TCCR1A
TCCR1B
TCNT1H
TCNT1L
OCR1AH
OCR1AL
OCR1BH
OCR1BL
1CR1H
1CR1L
TCCR2
TCNT2
OCR2
ASSR
WDTCR
UBRRH
UCSRC
EEARH
EEARL
EEDR
EECR
PORTA
DORA
PINA
PORTB
DDRB
P1NS
PORTC
DDRC
PINC
PORTO
DDRD
PINO
SPDR
SPSR
SPCR
UDR
UCSRA
UCSRB
UBRRL
ACSR
ADMUX
ADCSRA
ADCH
ADCL
TWDR
TWAR
Bít7
1- -
SP7
Bit 6
T, _
SP6
Bít5
H. • _ •
SP5
Bit 4
S
• -'
SP4
BÍÍ3
V
-SP3
Bit 2
N
SP10
SP2
Bit 1Z
SP9
SP1
Bit 0
C
SPS
SPO
Tlmer/CounterO Output Compare Reglster
INT1
INTF1
OCÍE2
OCF2
SPMIE
TWINT
SM2
JTD
FOCO
INTO
INTFO
TOIE2
TOV2
RWWSB
TWEA
SE
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WGMOO
1NT2
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TICIE1
ICF1
TWSTA
5M1
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CQMG1
-
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OCIE1A
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TWWC
1SC11
WDRF
WGM01
-' _,
TOIE1
TOV1
PGWRT
TWEN
ISC10
BORF
CS02
1VSEL
-
OCIEO
OCFO
PGERS
-
ISCOl
EXTRF
CS01
IVCE
-
TOIEO
TOVO
SPMEN
TWIE
ISCOO
PORF
CSOO
Timer/CounterO (8 Bits)
Osclllalor Calibra tlon Register
On-Ch¡p Oetíug Regisfer
ADTS2
COM1A1
ICNC1
ADTS1
COM1AO
ICES1
ADTSO
COM1B1
-
.
COM1BO
WGM13
ACMÉ
FOC1A
WGM12
PUD
FOC1B
CS12
PSR2
WGM11
CSll
PSR10
WGM10
CS10
Tlmer/Counterl - Counter Register Hlgh Byie
Timer/Counter! - Counter Reglster Low Byta
Tímer/Counterl - Output Compare Register A Hlgh Byte
Tlmer/Counterl - Output Compare Reglster A Low Byte
Tímer/Counterl - Output Compare Reglster B Hlgh Byte
Timer/CounteM - Outpuí Compare Reglster B Low Byte
Tlmer/Countar! - Input Capture Reglster High Byte
Tlmer/Counlarl - input Capture Reglster Low Byle
FOC2 WGM20 COM21 COM20 WGM21 CS22 CS21 CS20
Timer/Counter2 (8 Bits)
Tlmef/Counter2 Output Compare Register
•-
URSEL
URSEL
-
_
_
-UMSEL
_
_
-
UPM1
-
_
WDTOE
-
UPMO
-
AS2
WDETCN2UB
WDP2
OCR2UB
WDP1
TCR2UB
WQPO
UBRR[1i:8]
USBS-
UCSZ1
-
UCSZO
~
UCPOL
EEAR8
EEPROM Address Regisíer Low Byte
EEPROM Data Reglster
-
PORTA7
ODA7
PINA7
PORTB7
DDB7
PINB7
PORTC7
DDC7
PINC7
PORTD7
DDD7
PIND7
- -
PORTA6
DDA6
PINA6
PORTB 6
DDB6
PINB6
PORTC6
DDC6
PINC6
PORTD6
DDD6
PIND6
•
PORTAS
ODAS
PINAS
PORTB5
DDB5
PINB5
PORTC5
DDC5
PINOS
PORTD5
DDD5
PIND5
-
PORTA4
DDA4
PINA4
PORTB4
DDB4
PINB4
PORTC4
DDC4
PINC4
PORTD4
DDD4
PIND4
EERIE
PORTA3
DDA3
PINA3
PORTB3
DDB3
PINB3
PORTC3
DDC3
PINC3
PORTD3
DDD3
PIND3
EEMWE
PORTA2
DDA2
PINA2
PORTB2
DDB2
PINB2
PORTC2
DDC2
PINC2
PORTD2
DDD2
PIND2
EEWE
PORTA1
DDA1
PINA1
PORTB 1
DDB1
PINB1
PORTC1
DDC1
PINC1
PORTD1
DDD1
PIND1
EERE
PORTAO
DDAO
PINAO
PORTBO
DDBO
PINBO
PORTCO
DDCO
PINGO
PORTDO
DODQ
PINDÓ
SPI Data Reglster
SPIF
SPIE
WCOL
SPE
• -
DORO
-
MSTR
_
CPOL
-
CPHA
-
SPR1
SPI2X
SPRO
USART I/O Dala Register
RXC
RXCIE
TXC
TXCIE
UDRE
UDR! E
FE
RXEN
DOR
TXEN
PE
UCSZ2
U2X
RXB8
MPCM
TXBB
USART Baud Rate Regtster Low Byte
ACD
REFS1
ADEN
ACBG
REFSO
ADSC
ACÓ
ADLAR
ADATE
AGÍ
MUX4
ADIF
ACIE
MUX3
ADIÉ
ACIC
MUX2
ADPS2
ACIS1
MUX1
ADPS1
ACISO
MUXO
ADPSO
ADC Data Register Hlgh Byte
ADC Data Register Low Byte
Two-wire Serial Interface Data Reglster
TWA6 " TWA5 TWA4 TWA3 TWA2 TWA1 TWAO TWGCE
Page
7
10
10
83
46.67
68
83.114,132
84.115.132
250
178
30.66
39, 67. 229
81
83
28
225
55.86.133.199.219
109
112
113
113
113
113
113
113
114
114
127
129
129
130
41
165
164
17
17
17
17
64
64
64
64
64
64
65
65
65
65
65
65
140
140
138
161
162
163
165
200
215
217
218
218
180
180
ATmegal 6(L)2466NS-AVR-10/06
Instruction Set Summary
Mnemonics Operands Description
ARITHMETIC AND LOGIC INSTRUCTIQNS
ADD
ADC
AD1W
SUB
SUBÍ
SBC
SBCI
SBIW
AND
AND1
OR
ORÍ
EOR
COM
NEG
SBR
CBR
INC
DEC
TST
CLR
SER
MUL
MULS
UULSU
FMUL
FMULS
FMULSU
Rd.Rr
Rd.Rr
Rdl.K
Rd.Rr
Rd.K
Rd.Rr
Rd.K
Rdl.K
Rd.Rr
Rd.K
Rd.Rr
Rd.K
Rd.Rr
Rd
Rd
Rd,K
Rd.K
Rd
Rd
Rd
Rd
Rd
Rd.Rr
Rd.Rr
Rd.Rr
Rd.Rr
Rd.Rr
Rd.Rr
BRANCH 1HSTRUCTIOHS
RJMP
IJMP
JMP
RCALL
ICALL
CALL
RET
RETl
CPSE
CP
CPC
CP1
SBRC
SBRS
SBICSBIS
BRBS
BR8C
BREQ
BRNEBRCS
BRCC
BRSHBRI.O
BRMI
BRPL
BRGE
BRLT
BRHS
BRHC
BRTS
BRTC
BRVS
BRVC
k
k
k
k
Rd.Rr
Rtí.Rr
Rd.Rr
Rd.K
Rr.b
Rr.b
P.b
P.b
s.ks,k
kkkkkkkkkkkkkkkk
Add two Regislers
Add with Carry two Registers
Add Immedlate to WordSubtract two Regislers
Sublract Conslant from Reglster
Sublract witii Carry two Reglsters
Sublract with Carry Conslant from Reg.
Subtract Immedlate from Word
LoglcalAND Reglsters
LogicalAND Reglsíerand Consfant
Loglcal OR Reglsters
Loglcal OR Reglster and Constant
Exclusive OR Reglsters
Qne's Complement
Two's Complement
Set Bit(s) In Reglster
Clear Blt(s) ln Reglster
Increment
Decrement
TestforZeroorMinus
Clear ReglsterSet Reglster
Multiply Unslgned
MuIUplySIgned
Multiply Slgned with Uaslgned
Fracllonal Multiply Unslgned
Fractlonal Multiply Signed
Fractlonal Multlplv Slaned with Unslqned
Relative Jump
Indlrect Jump to (Z)
Direct Jump
Relativa Subroutíne Cali
Indirect Cali to (Z)
Direct Subroutlrte Cali
Subrouline Retum
Interrupt RetumCompare, Sklp ¡f Equal
Compare
Compare with Carry
Compare Reglster wítri Immediate
Sklp If BU ln Register Cleared
Sklp If Bit InRaglslerlsSeí
Sklp If Bit ln I/O Register Ctaared
Sklp if Bit In 1/0 Register ¡s Set
Branchlf Status Flag Set
Branch If Status Flag Cleared
Branch if EqualBranchlf Not Equal
Branch If Carry Set
Branch if Carry Cleared
Branch if Same or HIgher
Branch ifLower
Branch K MInus
Branch if Plus
Branch If Greater or Equal, Signed
Branch If Less Trian Zero, Signed
Branch if Half Carry Flag Set
Branch If Half Carry Flag Cleared
Branch ifT Flag Set
Branch ifT Flag Cleared
Branch If Overflow Flag is Set
Branch \ Overflow Flag Is Cleared
Operation Flags #CIocks
Rd -*- Rd -t- Rr
Rd<-Rd + Rr+C
Rdh:Rdl <- Rdh:Rdl + K
Rd <- Rd - Rr
Rd <- Rd - K
Rd<-Rd-Rr-C
Rd <- Rd - K - C
Rdh:Rdl<-Rdh:Rdl-K
Rd «- Rd • Rr
Rd <- Rd • K
Rd <- Rd v Rr
Rd <- Rd v K
Rd <- Rd ffl Rr
Rd t- SFF - Rd
Rd í- SQO - Rd
Rd <- Rd v K
Rd«-Rd.(SFF-K)
Rd í- Rd + 1
Rd <- Rd - 1
Rd <- Rd • Rd
Rd <-Rd®Rd
Rd <- SFF
R1:RO*-RdxRr
R1:RO<-RdxRr
Rl:RO(-RdxRr
R1:RO<-(RdxRr)« 1
R1:RG<-(RdxRr)« 1
R1:RO<-(RdxRr)« 1
Z.C.N.V.H
Z.C.N.V.H
Z.C.N.V.S
Z.C.N.V.H
Z.C.N.V.H
Z.C.N.V.H
Z.C.N.V.H
Z.C.N.V.S
Z.N.V
Z.N.V
Z.N.V
Z.N.V
Z.N.V
Z.C.N.V
Z.C.N.V.HZ.N.V
Z.N.V
Z.N.V
Z.N.V
Z.N.V
Z.N.V
Nona
Z.C
z.cZ.C
Z.C
Z.C
Z.C
112
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
PC-í-PCi-k +1
PCx-Z
PC<-k
PC<-PC + k+1
PC<-2
PC<-k
PC <- STACK
PC <- STACK
if (Rd = Rr) PC <- PC + 2 or 3
Rd-Rr
Rd-Rr-C
Rd-K
If (Rr(b)=Q) PC •(- PC + 2 or 3
lf(Rr(b)=1)PC<-PC + 2or3
Íf{P(b)=0)PC-f-PC + 2or3
if(P(b)=l)PC^-PC-t2or3
If (SREG(s) = 1) then PC<-PC+k -f 1
¡f (SREG(s) = 0) then PC<-PC+k + 1
If{Z=1)thenPC*-PCf k + l
If (Z = 0) then PC *- PC + k + 1
if(C = i)thenPC<-PC + k + l
if(C = 0)lhenPC*-PC + fc + l
if (C = 0) Ihen PC <- PC + k + 1
¡f (C = 1) then PC <- PC + k •+• 1
if(N = 1)thenPC<-PC-*-k-i-l
If(N=0)thenPC<-PC + !í+1
¡f (N e V= 0) then PC <- PC + k + 1
If (N B V= 1 ) then PC <- PC + k + 1
If (H = 1) Ihen PC <- PC + k + 1
[f (H = 0) then PC <- PC + k + 1lf(T=1)ttienPC<-PC + k +1
if(T = 0)thenPC-c-PC + k + 1
Íf(V=1)thenPC(-PC + k-t-1if (V = 01 then PC <- PC + h + 1
None
Non e
None
None
None
None
None
1
None
Z. N.V.C.H
Z. N.V.C.H
Z. N.V.C.HNone
Nona
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
Nona
None
None
None
None
None
None
None
None
None
2
2
3
3
3
4
4
4
1 / 2 / 3
1
1
1
1/2 /3
1 / 2 / 3
1 /2 /3
1/2/3
1/2
1/2
1/2
1/2
1 /2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
ATmega16(L)2466NS-AVR-10/06
ATmegal 6(L)
Mnemonics
BRIE
BRÍO
Operands
k
fc
Descríption
Branch If Interrupl Enabled
Brancii lí Intermpl Olsabled
Operation
!f(I=1)thanPC<-pC + k-M
¡f(l = 0| men PC <_ PC + k + 1
Flags
Norte
None
#Clocks
1/2
1/2
DATA TRANSFER INSTRUCTIONS
MOV
MOVW
LDI
LD
LD
LD
LD
LD
LD
LDD
LD
LD
LD
LDD
LDS
ST
ST
ST
ST
ST
ST
STD
ST
ST
ST
STD
STS
LPM
LPM
LPM
SPM
IN
OUT
PUSH
POP
Rd.Rr
Rd.Rr
Rd.K
Rd.X
Rd.X^
Rd.-XRd,V
Rd.Y+
Rd,-Y
Rd.Y-t-g
Rd.Z
Rd.Z-t-
Rd.-Z
Rd. Z-t-q
Rd.k
X,Rr
X+.Rr
-X.Rr
Y.Rr
Y+.Rr
-Y.Rr
Y+q.Rr
Z. Rr
Z*,Rr
-Z.Rr
Z+q.Rr
k. Rr
Rd.Z
Rd.Z+
Rd, P
P. Rr
Rr
Rd
Mova Belween Regtsters
Copy Regisler Word
Load Immediate
Load Indlrect
Load Indlrecl and Posl-lnc.
Load Indliecl and Pre-Dec.
Load Indlrect
Load Indlrect and Post-lnc.
Load Indirect and Pre-Dec.
Load Indlrect with Displacement
Load Indlrect
Load Indlrect and Post-lnc.
Load Indlrect and Pre-Dec.
Load Indtrecíwilh Displacement ;
Load Direct from SRAM '
Store Indlrect
Store Indlrect and Post-lnc.
Store Indirect and Pre-Dec.
Store Indlrect '
Store Indlrect and Post-lnc.
Store Indlrecl and Pre-Dec.
Store Indlrect witli Displacement
Store Indlrect
Store Indlrect and Post-lnc.
Store Indlrect and Pre-Dec.
Store Indlrect wíth Displacement
Store DlrecttoSFíAM
Load Program Memory
Load Program Memory
Load Program Memory and Post-lnc
Store Program Memory
InPort
Out Port
Push Reglster on Stack
POD Realster from Slack
Rd <- Rr
Rd+i:Rdí-Rr+l:Rr
Rd <-K
Rd *- (X)
Rd<-(X).X<-X-M
X<-X-1.Rd<-(X)
Rd <- (Y)
Rdí-{Y),Y<-Y + l
Y<-Y-l.Rd<-(Y)
Rd «- (Y + q)
Rd <- (Z)
Rd <- (Z). Z <- Z+1 •
Z<-Z-1.Rd<-(Z)
Rd <- (Z -f q)
Rd <-(k)
(X)<-Rr
(X) <- Rr. X *- X + 1
X<-X-1.(X)<-Rr
(Y) <- Rr
(Y) <- Rr. Y •<- Y •+• 1
Y<-Y-1.{Y)<-Rr
(Y •*• q) t- Rr
(Z) <- Rr
(Z) <- Rr, Z <- Z + 1
Zí-Z"l.(Z)<-Rr(Z + q) <- Rr(k) «- RrRO <- (Z)
Rd í- (Z)
Rd <- (Z), Z <- Z-t-1
(Z) <- Rl:RO
Rdí-P
P<-Rr
STACK <- Rr
Rd i- STACK
None
None
Nono
None
None
None
Nona
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
None
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3
3
-
1
1
2
2
BIT AND BIT-TEST INSTRUCTIONS
SBI
CBI
LSL
LSR
ROL
ROR
ASR
SWAP
BSET
BCLR
BST
BLD
SEC
CLC
SEN
CLN
SEZ
CLZ
SEI
CLI
SES
CLS
SEV
CLV
SET
CLT
SEH
P.b
P.b
Rd
Rd
Rd
Rd
Rd
Rd
s
s
Rr.b
Rd.b
Set Bit In 1/0 Reglster
Olear Bit In l/O Reglster
Logical Shlft Lelt
Loglcal Shlft Rlghl
Rotate Le» Tbrough Carry
Roíate RlghtTbrough Carry
Arithmetlc Shítt Right
Swap Nibbles
Flag Set
Flag Claar
Bit Store from Reglster to T
BU load from T to Reglsler
Sel Carry
Clear Carry
Set Negativo Flag
Clear Negatlve Flag
Set Zero Flag
Clear Zero Flag
Global Interrupt Enable
Global Interrupl Disable
Set Slgned Test Flag
Clear Slgned Test Flag
SetTwos Complement Overflow.
Clear Twos Complement Overflow
SetTinSREG
Clear TinSREG
Sel Half Carrv Flaq In SREG
l/0{P,b) <- 1
l/O(P.b) <- 0
Rd(n+1) <- Rd{n). Rd{0) <- 0
Rd{n) t- Rd(n+1). Rd[7) <- 0
Rd(0)<-C,Rd(n+l)<- Rd(n),C<-Rd(7)
Rd(7)-(-C,Rd(n)<- Rd(n+1).C<-Rd(0)
Rd(n) í- Rd(n+l). n=0..6
Rd(3..0)<-Rd{7..4),Rd(7..4]<-Rd(3..0)
SREG(s) <- 1
SREG(s) <- 0
T t- Rr(b)
Rd{b) <- T
C«-1
Cí-0
N<-1
N<-0
Z<-1
Z<-0
]<-!
U-0
S<-1
Sí-0
V<-1
V<-0
T-í-1Tí-0
H-t-1
None
None
Z.C.N.V
Z.C.N.V
Z.C.N.V
Z.C.N.V
Z.C.N.V
None
SREG(s)
SREG(s)
T
None
C
C
N
N
Z
Z
I
1
S
sV
V
T
T
H
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2466NS-AVR-10/06JÍfiÜL
Mnemonics
CLH
Operands Descriptíon
Clear Half Carrv Raq In SREG
Operation
H+-0
Flags
H
#Clocks
1MCU CONTROL INSTRUCTIONS
NOPSLEEPWDRBREAK
No Opera tlonSleep
Watchdog ResetBreak
(see specific descr. for Sleep functian)
(see specific descr. for WDR/timer)
ForQn-Chio Debuq Onlv
NoneNoneNone
Nane
111
N/A
10 ATmega16(L)2466NS-AVR-10/06
ATmega16(L)
Ordering InformationSpeed (MHz)
8
16
Power Supply
2.7 - 5.5V
4.5 - 5.5V
Ordering Code
ATmegal 6L-8ACATmegal6L-8PCATmegal 6L-8MC
ATmegal 6L-8AIATmegal 6L-8AU<1)
ATmegal 6L-8P1ATmegal 6L-8PU{1)
ATmegal 6L-8MIATmegal 6L-8MLJÍ1>
ATmegal 6-1 6ACATmegal 6-1 6PCATmegal 6-1 6MC
ATmegal 6-1 6AIATmegal 6-1 6At)í1>ATmegal 6-Í6P1ATmegal 6-1 6PIJWATmegal 6-1 6MIATmegal 6-1 6MU(1>
Package
44A40P644M1
44A44A40P640P644M144M1
44A40P644M1
44A44A40P640P644M144M1
Operation Range
Comrnercial(0°C to 70°C)
Industrial(-40°C to 85°C)
Commercia](0°C to 70°C)
Industrial(-40°C to 85°C)
Note: 1. Pb-free packaging alternative, compiles to the European Directlve for Restrlction of Hazardous Substances (RoHS direc-tive). Also Halide free-and fully Green.
Package Type
44A
40P6
44 M1
44-lead
40-pin,
44-pad
,Thin
0.600
d.0 mm) Plástic Gull Wing Quad Fíat Package (TQFP)
Wlde, Plástic Dual Inllne Package (PDIP)
7 x 7 x 1.0 mm body, lead pitch 0.50 mm, Quad Fíat No-Lead/M¡cro Lead Frame Package (QFN/MLF)
2466NS-AVR-10/06
11
XÍÍÜELPackaging Information
44A
PIN1 =i=c=c=[__c=c=c=c=c=
eL_É
r¡e:1=c=1=
C —i 0"~7"
fiíionníifinfinn nnnnnnnnniiii\ í\^ S B
h PIN 1 IDENTIFIER Sj
I |T
^ ^ s' « -
Ulijllllnllllillilli Illlllllllllllllllllll '
D
I í
V Al-* Á2 UA— — •- L
COMMON DIMENSIONS(Unlt oí Measu re = mm)
Notes: 1. Thls packag2. Dimensions
protruslonlsplástic body
3. Leadcoplana
SYMBOL MIN
A
A1 0.05
A2 0.95
D 11.75
DI 9.90
E 11.75i uunluiiiLb lu JEDECieftíitíii Lü MS-Ü26, Vaiidllun ACB,ni and F=1 Hnnntindtide mold prntnislnn. Allnwable " **'90
0.25 mm per slde. Dimensions D1 and El are máximum B 0.30s Ize dimens lons includ !ng mold mlsmatch .
L 0.45
e
J MM1 • TITLE
AlmEl f25,0fChpr^ ^5 44A, 44-lead, 10 x 10 mm Body Size, 1.0 mm Body Thlcknes" n ' OA a&ld1 0.8 mm Lead Pitch, Thin Profile Plástic Quad Fíat Package ('
NOM MAX NOTE
1.20
0.15
1.00 1.05
12.00 12.25
10.00 10.10 Note 2
12.00 12,25
10.00 10.10 Note 2
0.45
0.20
0.75
0.80 TYP
10/5/2001
DRAWINGNO. REV.
roFPi 44A 8
12 ATmega16(L)2466NS-AVR-10/06
ATmega16(L)
40P6
SEATING PLAÑE
eB
71 0a-15° REF
-'V--'-\: 1. Thispackage conforms lo JEDEC reference MS-011, VariationAC.
2. Dimensions Dand E1 donotinclude mold FlashorProtrusion.Mold Flash or Protruslon shal! not exceed 0.25 mm {0.010').
COMMON DIMENSIONS(Unit of Measure = mm)
SYMBOL
A
A1
D
E
E1
B
B1
L
C
eB
e
MIN
-
0.381
52.070
15.240
13.462
0.356
1.041
3.048
0.203
15.494
NOM
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
MAX
4.826
-
52.578
15,875
13.970
0.559
1.651
3.556
0.381
17.526
2.540 TYP
NOTE
Note 2
Note 2
09/28/01
2325 Orchard ParkwaySan José, CA 95131
TITLE
40P6, 40-lead (0.600V15.24 mm Wide) Plástic DualInlíne Package (PDIP)
DRAWING NO.
40P6
REV.
2466NS-AVR-10/Q6/ImlE 13
