Universidad de Costa RicaFacultad de IngenieríaEscuela de Ingeniería EléctricaIE – 0502 Proyecto EléctricoDISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA MEDIDO

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1. CAPÍTULO 1: Introducción.En los últimos años se ha hecho bastante común el uso de la instrumentación virtual, ya que permite obtener herramient

hardware y el firmware de la tarjeta, así como el controlador que se debe utilizar en el ordenador para poder hacer las transacciones de informac

transferencia y protocolos. Con esto se puede determinar la frecuencia máxima de operación y la precisión del circuito

como las computadoras que se van a conectar a él. Para simplificar el diseño del circuito, también se dividirá este en submódulos. Uno de los problem

CAPÍTULO 2: Desarrollo teórico.2.1 Sistemas de instrumentación digital.En la ciencia e ingeniería siempre ha existido la necesidad de realizar medicio

medidores digitales tenían un ancho de banda bastante reducido, un par de miles de hertz, por lo que no desplazaron por completo a los dispositivos de

al puerto PCIMA. Esto presenta un problema, ya que el dispositivo no se puede utilizar en computadoras con una arquitectura diferente.2.2 Convertidore

El error de cuantización “q” indica cuál es la máxima incertidumbre que se puede tener a la hora de convertir una señal analógica en digital. Por lo g

armónicas. Para relacionar la potencia de las armónicas en términos de la fundamental se utiliza la distorsión armónica total DAT, la cual está defini

Diseño e implementación de un sistema medidor de variables eléctricasPor:Manuel Guillén Girón Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctricade la Facu

02.676.11010log201010−+−=−DATRSRNEDB(2.2-4)Otro aspecto que se debe tomar en cuenta a la hora de usar CAD es la estabilidad del reloj; es necesario qu

desea observar, y por tanto no modifique la variable observada. Por esto, es deseable que el sistema de medición de voltajes tenga una impedancia lo m

Donde Vent es el voltaje que se desea medir. Vsal es el voltaje de salida.Este método para acondicionar el voltaje por medir es válido solo cuando el

conocido y por la ley de Ohm se sabe que el voltaje instantáneo a través de una impedancia es el producto de la corriente instantánea por la impedanci

2.3.3 Medición de resistencias.Existen varios métodos para la medición de resistencias, los más precisos consisten en la utilización de puentes de res

sistemas de primer orden para obtener una medida bastante aproximada de las capacitancias.Un circuito de primer orden tiene una

CAPÍTULO 3: Diseño del circuito de adquisición. El sistema que se describe en este proyecto se basa en el uso de una tarjeta de adquisición de datos

permite muestrear señales de hasta 100 kHz, por lo que, siempre y cuando no se necesite muestrear señales de más de 100 kHz, no es necesario utilizar

Dado que el circuito debe medir señales tanto continuas como alternas, y el CAD solo puede convertir señales positivas, es preciso dotar al circuito d

Vent-VentD110k1 21 2F1Vent+1 2COMU31 29000k900k90kFigura 3.2.1 Circuito acondicionador para el voltímetro.En la figura 3.2.1 se puede ver el circuito

DEDICATORIAA mis padres, que a pesar de todas las dificultades de la vida siempre están dispuestos a darlo todo por sus hijos, a mis hermanos por el a

proporcionar ganancias de hasta 500 V/V, no se puede usar una ganancia muy elevada, ya que esto reduce el ancho de banda del amplificador y por tanto

1,822 µΩ /cm, se tiene una resistencia de 530 µΩ /unidad de área, de tal manera se necesitan aproximadamente 57 unidades de área de circuito

ganancia del transistor en CD. Se debe prestar atención a la corriente de corte en el colector del transistor, ya que esta define cuál será la máxima

En esta sección se trata el diseño del frecuencímetro. El circuito aquí mostrado puede operar hasta una frecuencia aproximada de 50 MHz.

Figura 3.5.1 Acondicionador de señal para el circuito contador.ACParar3.3k21E74HC157479122356111014131511Y2Y3Y4Y1A1B2A2B3A3B4A4BSTROBEGSE LECTAB74HC15

pone en bajo inhabilitando el paso de la señal medida, luego por medio de la señal SEL se selecciona la parte baja del dato obtenido y se envía al tr

La frecuencia de oscilación de este circuito está dada por la fórmulaCRf**4.41=(3.6-1)Donde R está dado en ohmios y C en faradios.El CD4047 en teoría

no se pueden conectar directamente a una tarjeta de prototipos. Esto redujo en gran medida las opciones para seleccionar los integrados utilizados en

CAPÍTULO 4: El estándar USB.4.1 Introducción. A continuación se describirá el estándar USB en su versión 2.0. Solo se dará una reseña de los puntos

por medio de concentradores ("hubs"). El "servidor" es una combinación de software y hardware, y se encarga entre otras cosas de d

ÍNDICE GENERALÍNDICE DE FIGURAS...viÍNDICE DE TABLAS...

El estándar permite conectar a un servidor hasta 127 dispositivos, ya sean periféricos y/o concentradores. La máxima distancia d

A su vez cada interfaz contiene cero o más "endpoints", que son porciones del dispositivo USB que pueden funcionar como fuente de informaci

• "Low speed": Tiene una tasa de transferencia de hasta 1.5 Mbits/s. Esta velocidad es utilizada en aquellos dispositivos que no necesitan e

obtener las tablas de descriptores. Según el estándar USB, el endpoint cero siempre es un endpoint de control y se utiliza para inicializar, enumerar

se garantiza integridad en los datos. Ejemplos de aplicaciones son los "mouses”, teclados y todo tipo le dispositivos puntero o de interacción hu

voltaje en el bus USB, además el nodo responde por defecto a la dirección 0; lo primero que el "host" trata de hacer es lograr asignar una n

solicitada. En el caso de comunicaciones sin temporización, deben esperar a que el bus se encuentre disponible, y utilizar el ancho de banda disponibl

CAPÍTULO 5: El CY7C68013.5.1 Descripción del CY7C68013.Figura 5.1.1 Diagrama simplificado del CY7C68013A en su versión de 56 pines.El chip CY7C68013

conjunto pueden implementar hasta cuatro "endpoints" que pueden operar a 12 Mbit/s o a 480 Mbits/s según se esté trabajando con un "hos

de "strobe" para operar asincrónicamente. En cualquiera de los dos casos, estos solo pueden trabajar en modo esclavo, es decir, necesitan de

4.4 Ancho de banda. ...314.5 Tipos de transf

Figura 5.1.2 Diagrama simplificado del CY7C68013A en su versión de 56 pines.40

5.2 El controlador 8051 embebido.Como se ha venido mencionando, el CY7C68013 cuenta con un microcontrolador interno que posee un set de instrucciones

Además cuenta con una memoria RAM de 8 KB, que puede se cargada ya sea por medio del bus USB o por medio de una EEPROM externa.5.3 El SIE.Todas las i

5.4 Tarjeta de desarrollo PmodUSB2.Debido a la cantidad de pines disponibles, el chip CY7C68013 solo se encuentra disponible en empaquetados de

Figura 5.4.2 “Pin-out” del CY7C68013A en su versión de 56 pines.A pesar de que el FX2 puede manejar un bus de 16 bits, debido a la presencia de los le

CAPÍTULO 6: Implementación y análisis de resultados.6.1 Firmware.La etapa de desarrollo del firmware fue la etapa que tuvo más dificultades a lo largo

El FX2LP tiene tres modos de operación respecto al uso de los puertos:• Modo Puertos: en este modo de operación todos los pines son utilizados como pu

ya que el 8051 no interviene en el manejo de los datos y solo se encarga de inicializar el dispositivo y los respectivos endpoints.En el presente proy

habilitado y funcionar como “endpoint” de control; y el EP1 que solo puede ser utilizado para mandar paquetes tipo “interrupt” o “bulk” que no superen

asegura que siempre se están enviando paquetes al “Host”, además, como precaución se habilitó el envío de paquetes nulos, es decir, si por alguna razó

ÍNDICE DE FIGURASFigura 2.2.1 Error de cuantización de un CAD ideal...8Figura 2.2.2 Códigos perdidos...

• 0xFF: Habilita el circuito contador, por defecto inicia con una base de tiempos de 1 ms• 0xFE: Configura la base de tiempos en 1 ms• 0xFD: Configura

Figura 6.1.1 Diagrama de temporización del CAD en modo READ.Tal y como se puede ver en la figura 6.1.1, la conversión se inicia al poner en bajo el pi

que con un reloj de 48 MHz se deben ejecutar 24 instrucciones nop a fin de completar los 500 ns de espera entre cada lectura.Una vez que se ha termina

bastante alto si se toma en cuenta que la máxima resolución del CAD utilizado es de 19 mV.El módulo de medición de capacitancias tampoco presentó mayo

la frecuencia que fue medido, y en caso de que no se haya medido ninguno se envía un paquete que contenga ceros. Figura 6.2.2: Salida del circuito ac

A fin de limitar el ancho de banda se implementó un filtro Butterworth de cuarto orden con celdas Sallen-Key, con una frecuencia de corte de 100 kHz.L

6.4 Ejecución y problemas encontrados.La ejecución de este proyecto se puede dividir en tres etapas: la primera consistió en la selección de los comp

pésima linealidad por lo que su utilización en la etapa analógica hubiese introducido distorsiones intolerables a las señales que se d

En la tercera etapa, se debió seleccionar un chip USB capaz de cumplir con la versión 2.0 del estándar. Así, se decidió utilizar el chip FX2LP CY7C680

inconveniente fue el hecho de que la mayoría de los firmware de ejemplo disponibles estaban orientados a ser utilizados con el módulo de desarrollo de

ÍNDICE DE TABLASTabla 3.3.1 Rangos de corriente del amperímetro ...20Tabla 3.4.1 Valores de resistencias para las es

el diseño del firmware final que condujeron a que no se pudieran enviar datos a la computadora.60

CAPÍTULO 7: Conclusiones y recomendaciones.7.1 Conclusiones.Como se observó en los capítulos anteriores, este proyecto no pudo lograr todos los objeti

o El estándar USB facilita trabajo de configuración y uso de los componentes por parte del usuario al proporcionar una interfaz “Universal” para compo

o Pese a que el USB puede suministrar hasta 500 mA, se debe tener cuidado a la hora de alimentar el circuito en desarrollo por medio

o Cuando se trabaja con el FX2LP, se recomienda utilizar las herramientas de desarrollo utilizadas en este proyecto en su versión completa ya que en m

BIBLIOGRAFÍA1.Gray, N. “ABCs of ADCs, analog-to-digital basics”, National Semiconductor tech notes, Noviembre 24, 2003.2.Axelson J.

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25.A Technical Introduction to USB 2.0 !"#$%26.“WinDriver™ USB User’s Manual Ver9.20”, http://w

APÉNDICESApéndice A: Firmware//-------------------------------------------------------------------------// File: fw.c// Contents: Fir

4, // EP6OUT 4, // EP6IN 5, // EP8OUT 5, // EP8IN};// macro for generating the address of an endpoint's control and status r

NOMENCLATURAa.C. Amplificador de instrumentaciónCAD Conversor analógico digitalDAT Distorsión armónica totalFET Field effect transistor (Transistor

// Renumerate if necessary. Do this by checking the renum bit. If it // is already set, there is no need to renumerate. The renum bit will

case GD_DEVICE_QUALIFIER: // Device Qualifier // only retuen a device qualifier if this is a high speed // capable ch

} break; case SC_SET_FEATURE: // *** Set Feature if(DR_SetFeature()) switch(SETUPDAT[0])

#define PortB1_INEN ~bmBIT1#define EndConversion bmBIT0//FIN Definiciones CAD//Definiciones Contador#define EnFLAGS (bmBIT2 | bmBIT3 | bmBIT4

WORD i; WORD count; if(!(EP2468STAT & bmEP2EMPTY)) { // check EP2 EMPTY(busy) bit in EP2468STAT (SFR), core set's this bit when FIF

return(TRUE); // Handled by user code}BOOL DR_GetInterface(void) // Called when a Set Interface command is received{ EP

//funcion de control del contadorBOOL Contador(WORD timebase, BYTE *Packet){ int i; BYTE Dato; Dato = 0x00; //PB2=Parar //PB3=Limpiar //PB4=SEL

_nop_( ); _nop_( ); _nop_( ); _nop_( ); _nop_( ); _nop_( ); _nop_( ); _nop_( ); _nop_( ); _nop_( ); _nop_( ); _nop_( ); _nop_( ); _nop_

void ISR_Ep0ack(void) interrupt 0{}void ISR_Stub(void) interrupt 0{}void ISR_Ep0in(void) interrupt 0{}void ISR_Ep0out(void) interrupt 0{}void ISR_Ep1i

RESUMENEl presente trabajo tuvo como principal objetivo el diseñar una tarjeta que permitiese tomar medidas de variables eléctri