Desarrollo de un instrumento para la adquisición automática de datos de campo.

en FISICA APLICADA, con opcibén en ELECTRONICA Y

TELECOMUNICACIONES. Ensenada,. Baja California, México. Julio

de 1986.

DESARROLLO DE UN INSTRUMENTO PARA LA

ADQUISICION AUTOMATICA DE ‘\ OS DE CAMPO

£)

Resumen aprobado: _ idWV ~ NL Dr. Enrique Mi benchuchan

frector de Tesis

Este trabajo presenta el diseno y la construcci6én de un instrumento autOnomo, para la captacidn automatica de datos de

campo.

El instrumento se basa en un microprocesador CDP1302 que supervisa y controla la ejecucuién de las tareas de adquisicion y almacenamiento de datos._

El adquisidor est& formado por cinco mddulos fundamentales que

pueden utilizarse con diversos transductores, mediante el acoplamiento adecuado de sefales.

DE EDUCACION SUPERIOR DE ENSENADA

DIVISION DE FISICA APLICADA

DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA

Y TELECOMNUNICACIONES

"DESARROLLO DE UN INSTRUMENTO PARA LA

ADQUISICION AUTOMATICA DE DATOS DE CAPO"

TESIS

Que para cubrir parcialmente los requisitos necesarios para

obtener el grado de Maestro en Ciencias presenta:

LINO WONG CASTANEDA

Dr. Enrique Mitrani Abenchuchan, Director del Comité

Dr. Arturo Serrano Santoyo,| Jefe del Departamento de Electronica y

Teleco-municaciones

M.C. =re de! Barragan, Director de la Division de Fisica

Aplica-da

CG. Nava B.

M.C. Cuauhtémoc Nava Button, Director Académico Interino

Lino

a mis padres

Durante el periodo de estudios en el CICESE, el autor fue

financiado por el CONSEJO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA; en

la etapa final de depuracién y documentacioén de este proyecto,

el autor recibidé- apoyo econdmico y moral del INSTITUTO DE

NS

No

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:

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Spy ° "wo . "uo

INTRODUCCION

DESCRIPCION GENERAL

Descripcioén a Cuadros

Programa de Control

Programas Manejadores

Utilizacién de la Memoria Masiva Sistema de Interconexion

Especificaciones

Limitaciones

OPERACION DEL INSTRUMENTO

Mandos de Operacion

Procedimiento para Incluir un Manejador Nuevo

DESCRIPCION DE LOS DIFERENTES MODULOS

La Microcomputadora

Introduccion Descripcion

Funcionamiento

Entrada a Modo Activo por Encendido Inicial Entrada a Modo de Reposo

Entrada al Modo Activo por Interrupcioén de

Alarma..

Memoria Masiva

10 10 ll

12 12 18

21 21 21 22 26 26 27 27

Descripcion

Funcionamiento

Operacion

Configuraciones Direccionamiento

MOdulo de Conversioén Analégico-Digital Introduccion

Descripcion

Funcionamiento

Fuente de Alimentacion Introduccion

Descripcion

Resultados Obtenidos

M6dulo de Comunicacion Externa Descripcion

MOdulo de Direccion Introduccion

Descripcion Funcionamiento

Médulo de Temperatura Introduccion

Descripcion

Funcionamiento

PROGRAMACION

28 30 33

36 36 36 39 40 40 40 44 45 45 46 46 46 49 50 50 50 53

5.02 El Proceso de Adquisicion 55

5.2.1 El Subprograma MANDOCOM 56

Fa2s2 El Subprograma REPOSO 57

Deled El Subprograma INTERRUP 57

5.2.4 El Subprograma ADQUIERE 58

Diels 5 Ordenamiento de Datos en Memoria Masiva 61

6 CONCLUSIONES 63

LITERATURA CITADA 65

APENDICE I.- Distribucioén Basica de los Médulos

y sus Conectores..

APENDICE II.- Diagramas El@ctricos

Figura

10

ll 12 13 14 15 16

17 18 19 20

21 22 23

24

Diagrama General del Instrumento

Relacién entre la Tabla de Manejadores y la de Asignaciones

Diagrama a Cuadros de la Microcomputadora

Opciones de Alimentaci6én a Memoria

Distribucién de Bits del Puerto de Control

Diagrama a Cuadros de la Memoria Masiva Registro de Control y Direcciones

Distribucién de Terminales en las Bases de Memoria

Seleccién y Configuracioén de Memoria Diagarama a Cuadros del Moédulo A/D Distribucién de Bits del Puerto Uno

Diagrama General de la Fuente Circuito de Fuente Auxiliar Sensor Hall con Concentradores

Diagrama a Cuadros del Médulo de Direccién

Distribucién de Bits del Puerto Dos

Circuito Escalador

Amplificador Diferencial

Diagrama General del Programa de Control

El Subprograma MANDO COM El Subprograma REPOSO El Subprograma INTERRUP El Subprograma ADQUIERE

Ordenamiento de la Memoria

Pagina

22

23

26

29

30

32

33

37

38

Al

42

47

47

49

51

52

54

56

57

58

60

Tabla Pagina I Seleccioén de las Paginas de Memoria 24

II Distribucién de Sectores en una 24

Pagina de Memoria

IIl Direcciones Asignadas al Reloj Programable 25 IV. Lineas de Entrada/Salida del CDP1851 31 V Configuracién de la Memoria Masiva 34 VI Direcciones Asignadas a la Memoria Masiva 35 VIL Direcciones de Acceso al Médulo A/D 38

VIII Sefales de la Fuente 42

IX Direcciones del Moédulo de Comunicacion Externa 45

I INTRODUCCION

Este trabajo naciéd-de la necesidad de desarrollar un grupo de instrumentos para la investigaci6én oceanografica (Angeles,.

A.,.1981,.Castro,.1980) y cuya demanda fué- manifiesta,. en su

momento,.por personal del Departamento de Oceanografia del

CICESE (1982)._ El instrumento que aqui-se describe se

origind-con la idea de construir un medidor de corrientes marinas

(corrientimetro),.que reuniera ciertas ventajas sobre los

instrumentos comerciales,. a saber: bajo costo,. totalmente programable,.algoritmo de grabacién de datos enfocado aé_e las necesidades de la Instituci6én,.construcci6én modular y tecnologia propia._

Existen en el mercado instrumentos para la medicioén de corrientes marinas,. en los cuales se utilizan diferentes

técnicas de mediciOén de la velocidad y direccién de flujos de

agua (Aanderaa Instruments,.1975,.General Oceanics Inc. ,.1978)._

Dentro de las técnicas mas sofisticadas que se utilizan estan

plazo de dos etapas: En la primera etapa se disefiaria un instrumento totalmente modular con funciones de adquisicioén y grabacion de datos independientemente del transductor utilizado, con capacidad para manejar simultaneamente hasta cuatro canales.

En la segunda etapa se anexarian sdio los mOdulos personalizados

de diferentes transductores.

Esta tesis presenta la conclusion de la primera etapa que incluye ademas dos moddulos de_ transductores: Direccién y

Temperatura. El total de mOdulos construidos son siete, mismos que se interconectan por medio de un ducto que se designo:para tal fin.. Practicamente, lo que aqui: se documenta es un

adquisidor de datos que se basa en una microcomputadora y que puede ser utilizado en aplicaciones diferentes a la que lo derivod. Por tal raz6én no se abunda en detalles de instrumentacioén oceanografica sino que se procura mantener un

2.1 Descripcioén a Cuadros..

La arquitectura de este instrumento’ se basa en un adquisidor de datos que es comin a diversos transductores. Este adquisidor se forma de cinco mOddulos basicos de bajo consumo de

energia controlados por una unidad de procesamiento que utiliza

el microprocesador 1802 y su serie de periféricos (figura 1). Los cinco mddulos son: Conversion Analdgico- Digital, Memoria

Masiva, ComunicacioOn Externa, Fuente de Alimentacion y

Microcomputadora. Estos moddulos son el naicleo del instrumento y se utilizan como base para diferentes configuraciones que se

pueden realizar con 1a anexidn de moddulos opcionales. Los

modulos opcionales son las tarjetas personalizadas oO acondicionadores de sefial de un transductor especifico. Se tiene capacidad para atender cuatro moddulos de personalizacion, sin embargo la programaciodn del instrumento permite al usuario declarar todos los médulos que le sean necesarios y definir, por medio de mandos, s0dio aquellos cuatro que desea utilizar en cada

muestreod..

) pucToO |

: ut | | ul

COMUNICACIO CONVERSION

EXTERNA A/D

RS- 232

Ouc T O 2 {

UE

MODULOS DE PERSONALIZACION

Figura 1.- Diagrama General del Instrumento

analégicas es de +/- 4.3 V,. y la resoluci6én del convertidor’ es

de 13 bits en complemento a dos._

tipo de paquete de memoria que se desee utilizar. Son posibles los siguientes tipos: 2716, 2732, 2732A, 2764, 27128.

Adem&as de que todos los mb6ddulos fueron construidos con

circuitos de bajo consumo de energia (CMOS), el programa de control maneja el encendido y apagado de las fuentes de

alimentacion del instrumento, lo que optimiza el consumo segin

el tipo de tarea que se este procesando. En los tiempos. de ocio, inclusive el mismo programa de control se suspende desenergizando la microcomputadora. Los tnicos circuitos que nunca se desactivan son los del sistema de alarma y la memoria

de respaldo de datos.. Estos se utilizan para activar la

microcomputadora cuando se ha cumplido un tiempo de muestreo.

Los diferentes voltajes utilizados por el instrumento_ se obtienen del modulo de la funte de alimentaciOén, mismo que fué: disefado con técnicas de conmutacion para aumentar la eficiencia. La fuente se alimenta de una bateria de 12 V.. @ 10 A-H y proporciona los siguientes voltajes: +5 volts regulados para los circuitos digitales, +/- 12 volts regulados para los circuitos analdgicos, +24/28 volts para obtener los voltajes de programacion en el mddulos de memoria masiva y +6.2 volts como fuente auxiliar para los circuitos que no se desenergizan. Las fuentes de +5 y +/- 12 volts tienen control independiente de

El instrumento es controlado totalmente por la microcomputadora mediante la ejecucién de un programa de control. Este programa es un monitor que interpreta y ejecuta mandos, mismos que suministra el usuario por medio de una terminal via el mOdulo de comunicaciOn externa. Los diferentes mandos que se implementaron permiten configurar el instrumento, asi- como generar un proceso de adquisicidn y recuperacion de datos. A continuaci6n se hace un_- resumen de los mandos que estan implementados en el programa monitor:

PF Programa el reloj con fecha y hora.

FE Despliega en pantalla fecha y hora.

TA Programa la tasa o razon de muestreo que se

aplicar&-en los mandos de adquisicioOn..

PR Programa nimero de lecturas en rafaga para un

canal analdgico.

AS Asigna una subrutina especifica como manejador de un canal analdgico.

LE Lee datos de la memoria masiva, iniciando en el

fitimo bloque abierto..

IP Inicia un proceso de adquisicién con despliegue de datos en pantalla.

Ic Inicia el proceso de adquisicién continua con

almacenamiento de datos en memoria masiva..

FR Despliega en pantalla el formato de adquisicion.

La mayoria de los mandos se ejecutan de manera directa e inmediata. La excepcioén son los mandos IC e IP que desencadenan un proceso de adquisiciodn, el cual depende de los manejadores

asignados..

2.2.1 Programas Manejadores.

Un manejador es una subrutina que controla y accede una tarjeta o modulo de personalizaciOon. El instrumento sdlo puede

atender cuatro canales analdgicos y,; por tanto, cuatro mo6dulos

de adquisiciOn, sino que ejecuta aquellos manejadores que fueron asignados a un canal analodgico. Los manejadores se asignan y registran en el tablero de asignaciones por medio del mando AS.

Cada modulo de personalizacioOn debera tener su manejador y este

debe estar asociado a un canal analdgico. En la figura 2 se ilustra la relaci6én del tablero de manejadores y el tablero de asignaciones. En el capitulo III se presenta un procedimiento para incluir manejadores en el programa monitor.

No, MANEJADOR

APUNTA A ASIGNADO AL

MANEJADOR a CANAL

No.

MANEJADOR

2

TABLERO DE MANEJADORES

Figura 2.- Relacién entre la Tabla de Marejadores

y la de Asignaciones.

2.2.2 Utilizaci6én de la Memoria Masiva..

Cuando una pila se llena, se graba de manera permanente en Ila memoria. Para la lectura de datos el proceso es similar s0io que inverso: se trasladan bloques a la pila temporal y de

aqui-se descargan segtin las solicitudes del usuario. La memoria se puede leer a partir de cualquier bloque, donde el primer bloque de la memoria es el cero. La selecci6én del bloque de inicio o de apertura, se hace con el mando AM y la lectura de datos con el mando LE. El mando LE efecttia la lectura secuencial de octetos del bloque que ha sido abierto. Si la solicitud excede el nimero de datos restantes de este bloque, autom&aticamente se efectia la apertura del siguiente bloque.

2.3 Sistema de Interconexion..

El instrumento utiliza un sistema de interconexidn de

mOdulos que se basa principalmente en dos ductos: el ducto que interconecta los moédulos basicos y el ducto que enlaza_ 41los

moOdulos de personalizacion. El ducto de los médulos bAasicos se

deriva directamente de las lineas del microprocesador 1802 y_ se distribuye en dos conectores, Jl y J2. El ducto de los mddulos de personalizaci6n_ se deriva del modulo de conversion analodgico-digital y lleva tanto lineas de sefial analodgica como de control digital. Este se localiza en el conector J3. En el Apéndice I, se ilustra la localizaci6én de los moddulos asi- como la distribuci6én de conectores y la asignaciOén de sus terminales..

2.4 Especificaciones..

No. de canales analdgicos 4

Alcance maximo de sefiales analdgicas +/- 4.3 V.. ResolucioOn del convertidor A/D 12 bits mas

+/-signo

Precision l cuenta

Capacidad maxima de almacenamiento Bits por muestra

Velocidad maxima de muestreo

No. maximo de muestreos en rafaga

Intervalo entre muestreos en rafaga

65535 muestras

l13bits (dos octetos) 172ms/canal

256

Tasa de muestreo Programable desde

1 segundo hasta 256 dias

2.4.1 Limitaciones..

Dependiendo de la configuracién, existe un tiempo que limita la seleccioén de tasas de muestreo. Este tiempo es el que se toma el sistema en efectuar el total de adquisiciones de los canales analodgicos habilitados. Para el mando IC se requiere

ademas un tiempo de programaciOn, que es el que se consume en

a . 1s

programar ui bLlioque de 512 octetos.. A continuacioOn se dan 41las formulas para calcular la tasa minima de muestreo utilizable

¢ ¢ . * 4

segtn los otros parametros de configuracion. Mando IP:

Tmin = kK(R5 + Ry +:R, + Rz )

Mando IC:

Tmin = k(Ro +.Ry + R22 + Ry ) + TP

Donde:

Ryn= No.. de lecturas en rafaga por canal

k 172 ms (tiempo por adquisici6én)

IIIT OPERACION DEL INSTRUMENTO

3.1 Mandos de Operaci6on._

Al encender el instrumento se activa el intérprete de

mandos cuya invitacion a teclear es el caracter ">" . El enlace

con el exterior es a traves de cualquier terminal RS-232

conectada al moddulo de comunicaci6dén externa. Los diferentes

mandos permiten preparar el instrumento para las tareas de adquisicion de datos, asi-como generar un proceso de adquisicion o, leer la informacion que ha sido grabada en la memoria masiva.

A continuacion se describen los mandos' implementados.. Se utilizan las siguientes convenciones: los caracteres en

mayascula son los necesarios para que el mendo se interprete

correctamente, los argumentos encerrados entre llaves {} son

obligatorios y los argumentos’ encerrados entre parentesis

cuadrados [] son opcionales. Se utiliza un espacio como

separador entre mando y argumentos.

AMemoria [nb] Abre un bloque de la memoria

masiva en preparacion a una

lectura.

ASubrutina {nm} {ca}

FEcha

tener un valor hexadecimal

entre 0 y FF._

Asigna la subrutina de manejo para

un canal analdgico. Los

argumentos pueden tener un valor

hexadecimal entre O y FF.

nm- Nimero de manejador. Corresponde a la posicidn en

que fue- insertado el

apuntador a la subrutina de

manejo en el tablero de

manejadores.

ca- Canal analdgico.

Despliega en pantalla la fecha y

hora del reloj del instrumento,

con el siguiente formato:

Mes:dia

FR

IContinuo

Despliega en pantalla los parametros de adquisiciodn con que

ha sido configurado el

instrumento. La informacidOn que despliega este mando es la misma

que se graba como encabezado

cuando se ejecuta el mando Ic

(sec. 5.2.5). Los datos

desplegados son los siguientes:

M:d Mes y dia.

him:s Hora, minutos y

segundos.

nm Nimero de muestreos.

im Intervalo entre

muestreos.

ut Unidad de tiempo para

intervalo entre

muestreos.

nrO Nimero de muestreos’ en

rafaga para canal 0.

nrl Nimero de muestreos. en rafaga para cenal l.

nr2 Nimero de muestreos en

rafaga para canal 2.

nr3 Naimero de muestreos en

rafaga para canal 3.

Inicia un proceso de adquisicion

4 + . ; Cd

continuo segtn la configuracion

PR y AS. Los datos tomados de los

muestreos se . almacenan

temporalmente en una pila de 512

octetos,. Cuando esta pila_ se

llena, los datos se graban en

forma definitiva en un bloque de

la memoria masiva. Una vez

iniciado el mando, se suspende

toda comunicaciOn con el exterior

y el proceso se mantiene hasta que

la energia de la_ bateria lo

permita. La Gnica manera de

abortar el proceso, es apagando el

instrumento. Las doce primeras

localidaes del primer bloque de la

memoria masiva, corresponden al

encabezado de adquisicioén, el cual

tiene la misma informaci6n que la

desplegada por el mando FR.

IPantalla © Inicia un proceso de adquisicion

segin la configuracién antes dada

por los mandos PF, TA, PR y AS..

Los muestreos se despliegan en

pantalla (terminal RS-232) como

cantidades en decimal con signo.

LEctura

PFecha [s]

[np]

[m]

la fecha de terminacion y se ejecuta el mando FR. Este mando puede utilizarse para verificar la

operacion correcta del

instrumento, antes de ordenar el

mando IC.

Lee un nimero determinado de octetos del fltimo bloque abierto de la memoria masiva. Las lecturas son secuenciales, lo que implica que después de una lectura

automaticamente se apunta la

Siguiente localidad. Los datos de

memoria se envian al puerto RS-232

en formato ASCII representando

cantidades en hexadecimal.

np- Ntmero de octetos

solicitados. Puede ser una

cantidad hexadecimal entre 0

y FFFF.

PRafaga {ca} {nr}

TAsa {nm} {im} {ut }

Ss - segundos m - minutos

h - hora d - dia M - mes

Progrma el nimero de muestreos-’ en

< 4 .

rafaga para cada canal analogico.

ca- Nimero de canal analdgico.

nr- Namero de muestreos en

rafaga.

Programa la tasa de muestreo.

nm- Ntimero de mvestreos. Este

argumento solo lo utiliza el

mando IP y puede tener un valor hexadecimal entre 0O y

FF..

im- Intervalo entre muestreos.

Puede tener un valor

ut- Unidad de tiempo. unidad que se

intervalo

Esta es la

toma para el

entre mMueStreos-e

Pueden utilizarse cuatro

unidades de tiempo:

s 7 segundo m - minuto h - hora d - dia

3.2 Procedimiento para incluir un manejador nuevo.

Cada modulo de personalizacion debe tener

puede haber tantos manejadores como lo permita memoria de LEXC (PROM) donde reside el programa

un mManejador y

el espacio de la

de control de la

microcomputadora. Lo siguiente es una lista de los incluir un manejador nuevo.

l- Construir la tarjeta de personalizacion. dependiente de un canal analdgico.

2- Escribir la subrutina de manejo del personalizacioén. El manejador debe regresar

pesos para

Esta sera:

modulo de

adquisicioOn por el registro RD del microprocesador 1802. La parte alta de RD debe tener los bits mas significativos y la parte baja debe tener los menos’ significativos. Se

sugiere auxiliarse de la subrutina ANADIGI que se diseno-para controlar el modulo de conversidén analdgico-digital.

ANADIGI()

ENTRADA- No. de canal analédgico en R8.L..

SALIDA- Cuenta de adquisicidOén en RD. Trece bits en

comnplemento a dos..

Incluir la subrutina de manejo en el programa monitor, cuyo

archivo fuente se llama INSADATCA. El disco con el archivo

fuente se puede solicitar en la Seccién de Instrumentacion

Electronica.

Incluir en el tab.ero de manejadores TABSUB, del misz:ic programa INSADATCA, el apuntador a la subrutina de manejo

que se ha anexado.

Tomar nota del nimero de manejador. Este ser& dado por la posicidOn en que se insert6-el apuntador en el tablero de manejadores. La primera posicion de TAFSUB corresponde al

manejador cero.

Reprogramar las memorias de LEXC de la microcomputadora con la versién nueva del programa de control.

Utilizar el mando AS cuando se desee usar el manejador

IV DESCRIPCION DE LOS DIFERENTES MODULOS

4,1 La Microcomputadora,.

4.1.1 Introduccion...

Este modulo es el controlador amo del instrumento y bajo su

supervisiOn se ejecutan las diferentes tareas de control, adquisicion y almacenamiento de datos. Se basa en un microprocesador 1802 con 2K palabras de memoria de

lectura-exclusiva, 4K palabras de memoria de lectura-escritura,

un reloj de tiempo real y un puerto de control. El descifrado

de memoria se realiza con un par de circuitos mas un juego de

interruptores que son configurables por el usuario. El juego de interruptores permite definir zonas de trabajo de 8K palabras, dentro de cualquier frontera de este valor. El reloj

programable y el puerto de control funcionan como sistema de

alarma, a la vez que permiten al procesador conmutar entre dos

modalidaes de trabajo: Modo ce reposo y modo activo. El modo

4.1.2 Descripcion..

Los circuitos que se utilizan en la microcomputadora_ son totalmente compatibles con el procesador 1802, de lo que resulta una interconexiodn directa (figura 3).

45 V. . DIRE Cc cCltORNE S

QO?

2K 2K 2K

DESCI.

L/E L/E L/EXC

MICRO

( DOA °

QZ Lo

INT/

E/A

ne LJ PUERTO

Vaux | {Spf

Figura 3.- Diagrama a Cuadros de Ja Microcomputadora

Se tienen instalados 6K de memoria de trabajo, de

cuales asignan

lectura-escritura. Las

pueden configurarse

como de

para

memorias

permanecer energizadas de bateria, en lectura-escritura

ausencia de la fuente de +5 V.. Se requiere conectar un_ diodo schottky a Vaux (figura 4). Las memorias de lectura-exclusiva (2716) tienen control independiente de encendido, el cual. se activa con la linea Q del microprocesador: Q=1 enciende y Q#=0 apaga (figura 4). El juego de puentes P9, P10, Pll y P12 permiten, ademas, configurar la memoria de lectura-exclusiva como memoria de lectura-escritura:

PY P10 Pll P12 TIPO DE MEMORIA

A C C A LEXC

Cc

A

A

C

L/E

C= ABIERTO A= CERRADO

MWR/

—

<

MEM P

4

Lve 2

2 O—,—_» FUENTE CONTROLADA

Vee u POR MICRO

Gx

FIO

+5 Voux b

+5 Vaux

Figura 4.- Opciones de Alimentaci6n a Memoria

El descifrado de memoria se realiza con un par de circuitos

(1859,1867) y una selecci6én adicional por medio de

interruptores. Estos permiten definir paginas de trabajo de 3K, mientras que los circuitos de descifrado permiten utilizar las

utiliza debido a que las necesidades de memoria son menores que 8K,.en cambio resulta ftil poder cambiar la zona ‘de trabajo,

sobre todo cuando se conecta la microcomputadora a instrumentos

externos como un sistema de desarrollo.

La tabla I muestra la configuraci6én de puentes para fijar una pagina de trabajo. La tabla II muestra los cuatro posibles direccionamientos relativos a la pagina de trabajo. El

habilitador CEO/ selecciona la memoria de lectura-exclusiva, los

habilitadores CEl/ y CE2/ seleccionan las memorias de lectura-escritura y CE3/ no se utiliza.

PUENTES LOCALIDADES DE MEMORIA PAGINA

12345 67 38 DEC HEX

ACCACACA 0000-8191 OOOO-1FFF 0

CACACACA 3192-16383 2000-3FFF 1

ACA CCACA 16334-24575 4000-5FFF 2

CAA CCACA 24576-32767 6000-7FFF 3

C=CERRADO A=ABIERTO

Tabla I .- Selecci6én de las Paginas de Memoria.

HABILITADORES LOCALIDADES DE MEMORIA

CE3/ CE2/ CEl1/ CEO/ DEC HEX

1 1 1 0) 0000-2047 0000-07FF

1 1 0 1 2043-4095 03 00-OFFF

1 0 ] 1 4096-6143 10C0-17FF

0 1 1 1 6144-3191 1300-1FFF

Aunque el manejo de paginas funciona para las 64K palabras de memoria. direccionable, queda prohibido el uso dé los los 32K palabras de la parte alta de la memoria (8000-FFFF), ya que se destin6d:- para perif@éricos externos como el moddulo de memoria

masiva.

El reloj de tiempo real (1879) junto con el puerto de

control (4076) forman el sistema de alarma. Esta parte de la microcomputadora nunca se apaga, ya que tiene la tarea de

interrumpir el estado de reposo de la misma.

Tanto el reloj como el puerto de control se asignaron a localidades de la parte alta de la memoria como se ilustra en la tabla III._ La figura 5 muestra la distribucién de bits para el

puerto de control.

SEGUNDOS (contador/alarma) --- 3008

MINUTOS (contador/alarma) ----~-- 300C

HORAS (contador/alarma) --- 3010 DLAS (contador) --- 3014 NESES (contador) --- 3013

REGISTRO DE CONTROL/ESTADOS <= 301C PUERTO DE CONTROL --- 3020

Do

CECE £

Oo enclende

fuente | apegea

oO pHs del reloj

Figura 5.- Distribuci6On de Bits del Puerto de Control

4.1.3 Funcionamiento.

La microcomputadora_ es una configuracion tipica de procesador y memoria, ejecutando un programa de control. La

tarea principal es la adquisicioén de datos y su almacenamiento

en la memoria masiva. Durante los tiempos de ocio el procesador ahorra energia conmut&4ndose al modo de reposo. A continuaciOdn

se describe la manera de conmutar entre el modo de reposo y_ el

modo activo. Se toma como referencia la figura 3.

4.1.3.1 Entrada a modo activo por encendido inicial de fuentes.

- Se enciende Vaux. y se genera RES1/.

- El encendido de +$ volts inicializa al procesador, el cual toma el control y verifica la causa por la que se le ha despertado.

4.1.3.2 Entrada al modo de reposo.

- El procesador programa el reloj para que se active la alarma en un tiempo determinado.

- Se activa la linea de bajo consumo del reloj.

- A través del puerto de control se apaga la fuente de +5

volts...

4.1.3.3 Entrada al modo activo por interrupci6én de alarma.

- El reloj genera una sefial de alarma por su linea INT/.

- INT/ activa E/A para encender la fuente de +5 volts.

- El encendido de +5 volts inicializa el procesador quien

toma el control y verifica la cauSa por la que se le ha

despertado.

de fuentes._

Se desactiva la interrupci6on del reloj.

4.2 Memoria Masiva.

4.2.1 Introduccion.

La funcién de este circuito es almacenar, en forma no

volatil, la informacidn que el instrumento proporciodna, como

resultado de un procesamiento total o parcial de los datos

adquiridos. La capacidad de almacenamiento es configurable de

acuerdo al volumen de datos esperados durante el periodo de

trabajo del instrumento. Se controla la alimentacidn de

voltajes al sistema, con el propOsito de minimizar el consumo de

@ energia.

4.2.2 Descripcion.

La memoria masiva esta formada por ocho memorias

reprogramables que se borran con luz ultravioleta, donde la

informacion se “programa” y permanece escrita, hasta que las

tipos diferentes (2716, 2732/2732A, . 2764 y 27128),

proporcionando asi- varias capacidades de almacenamiento, siendo

la maxima obtenible de 128K palabras de ocho bits..

La figura 6 muestra los elementos que integran el moddulo.

BANCO DE MEMORIAS

CONTROL Volimentacion

ENCENDIDO 0 2 4 6

FUENTE VY programacion

217 25V

OES O- DES? BO = AIG CE, OE, PGM

REGISTRO REGISTRO DIRECC. DATOS /CONT.

5 DUCTO DE LA MICROCOMPUTADO

v

Figura 6.- Diagrama a Cuadros de la Memoria Masiva

Se tiene un registro que proporciona las lineas de

direccionamiento de las memorias, y otro que contiene las de los

datos entrada/salida y las de control. Ambos registros

constituyen la interfaz moddulo-microprocesador. Otro cuadro

alimentaci6én a una de las ocho memorias y, por otro, .habilita la

fuente de voltaje de programacién (+21/25V).

4.2.3 Funcionamiento.

Para seleccioOnar las 131,072 localidades del banco de

memorias se necesitan diecisiete lineas de direccionamiento.

Las dieciseis menos significativas (AO -A15) se obtienen con

cuatro registros tipo "D" CD4076 (figura 7). Estos memorizan

una direccioén de dieciseis bits, que se produce al efectuar una

instruccion de entrada o salida por el puerto cuatro (IN/OUT 4).

Cuando N2 es valida, el pulso TPA registra la parte alta de la

direccién y TPB la menos significativa.

2x COP 4076

CDP 1831

PBT l«—____» DES? TPA >o—+> JH» ais

PB6 le» DES6 -——> Al4

PBS l¢———— pes 5, 8 i——> Al3

PB4l. ___» pes 4 DIR 0-7———___+-— i——= Al2

PB3 }<.—______--» DES3 -——> All

PB2|<—_—__e pes 2 N2 —_>— Gl iH Alo

Pei > DES | © i AS

P BO;-<——_—-» DESO G2 I——_+> as

PaT[-MICRO <———_—_» Pasj}——> Al6

PA5 = CE TB bs > AT

PAG = OE —

PAZ PGM |g

PA2-—INHRO ———— DIRO-7 : =

PAI pe———— D1 ——*\/Av-q-* % #7 48 |caaiges

PAQ<————— ipo 2 _—

gh? e—___— Gl

ARDY | Hv \ coke ae

ASTB|——_> HVPP S| “—

2x CDP 4076

Ne /

DIR O-7 XP. acta P. BAJA

TPA _/ \

TPB

AY

tabla IV. describe la funci6én asignada a cada una de ellas.

LINEA ASIGNACION MO DO FUNCION

PBO-7 DESO-DES7 E/S Datos de entrada/salida

PA7 7 -

-PA6 Al6 S linea de direcci6én mas significativa

PAS CE S activa el banco de memorias

PA4 OE S habilita las salidas de las memorias PA3 PGM S aplica el pulso de programacion

PA2 INERD s inhibe los registros de direcciones

PAl IDl E lee identificacion PAO IDO E lee identificacion

ARDY HVCC S habilita voltaje de alimentacion Vcc ASTB HVPP S habilita voltaje de programacion Vpp

Tabla IV .- Lineas de Entrada/Salida del CDP1851l.

La programaciOn se controla mediante CE, OE y PGM; por ID1l

e IDO se lee una clave de identificacién que se configura en los

conmutadores Sl, e indica al microprocesador qué: tipo de memoria

se instald:en el modulo.

Las memorias se insertan en bases para circtitos integrados

de veintiocho terminales y son compatibles entre si, con la

salvedad de algunas de ellas (figura 3), como: Vcc, Vpp, OE,

PGN, All y Al3. La 2716 y la 2732, que tienen s6lo veinticuatro

8 a © © 4 g

EIR ELE

EEL eTE

Vep Vep Cj =~ 28 a) Veo Veo

Ay Ai Lae 271) PGM| PGM

Ay Ar Ar A 3 . 26 = Veo Voc N.C. Ara As As As As Cys 25{- As | As As Ae

As As As As ; (5 24t 7) Ag Ay .| Ap Ag

Ay

Ag

TAG

AG

Ce.

23{)

Vep Aaa: Any An

A; A; A3 A; Ci? 22{ 7) OE |OENpp| OE OE

Az Az A2 Az Che 21) Ayo Aro Avo Ato

Ay Ay Ay Ay (9 20 =} cE CE. CE CE

Ag Ao Ao Ao [10 191 J 0, 0, 0, 0,

Op O O Oo Cu 18{ 7] 0, 0. 0, 0%

0, 0, 0, 0, Oo 12 W Y) Os Os Os Os

O2 02 02 O2 (13 16 oO, O, 0, O,

Gnd Gnd Gnd Gnd Chia 15

Figura 8.- Distribucién de Terminales

en las Bases de Memoria.

La parte del mddulo que resta por describir se ilustra en

el diagrama simplificado de la figura 9, que muestra sélo una de

las ocho’ bases. Los diagramas completos se encuentran en el

apendice II..

Los puentes Pl cefinen la capacidad de la memoria, mediante

la seleccién de las tres lineaes de direcciOdn que se aplican al

adescifrador o selector de ocho salidas CD4023. La linea HVCC

habilita el descifrador y enciende la fuente de voltaje de

programacion (+21/25V). Vec y Vpp se conmutan a la memoria

seleccionada por el CD4023, a través de los transistores Qc y

Qp, respectivamente, El voltaje de programaci6én se controla,

ademas, por HVPP a traves de una compuerta "Y". Este voltaje se

obtiene regulando linealmente +24/23 volts de la fuente de

y 27128, 0 a +25 volts para las 2716 y 2732. Los interruptores

A-H configuran adecuadamente las terminales no compatibles.

Vpp vce

21/7 25V 43y

HVPP

ep

BC 307

>o

wwf oe

REGULADOR T KY [

+ 24/28 ——+ LINEAL 421/25.

vep LI 1 ze Vee

Al2—————+ 2 27 PGM |

A 7——___j 3 26 ————_ TA

A 6____} 4 25 |— AB B o+4+—_——_-. Al3

&A5————“+ 5 24[;-— as

HvCC A4 ————_ 6 23 ro

—_—_ SELO A3 ————_| 7 MEMO 22}—OE/Vpp p #———— All

AI6 _——o D -—-SEL| A2 ————+ 8 21 ALO

- SEL 2 Al 9 20 ce

A!S ————0 ,o—_____+¢ I SEL3. Ao 10 19 OES7

4

alg. ———o_,»8 P-SEL4 DESO i i8 DESG6

A136 ——*" _p4A —- SELS DES| 12 \7 DESS

Al2. ————~" H- SEL6 DES2 13 16 DESé

Ail. —-—~ I~ SEL7 14 15 DES3

rt

['

Qp

OE TRE #21/725V.

F

Figura 9.- Seleccién y Configuracion de Memoria

4,2.4 Operacion.

Los circuitos se encuentran distribuidos en dos tarjetas.

La primera contiene los registros de direcciones, datos y

control, la légica de selecci6n, los transistores de

interruptores de configuraci6én. La segunda tarjeta lleva las

ocho bases que alojan las memorias y los interruptores que

compatibilizan las terminales discrepantes.

4.2.4.1 Configuraciones.

La tabla V indica las configuraciones posibles del sistema,

segin el tipo de memoria utilizado (referirse a los diagramas

generales, apendice II).

TARJETA 1

TIPO | PUENTES Pl | $1:123456738 | VPP (Volts) wee Years utara B ARLARERS ok eet Sow | ememesi eminem ue a epee mf er ermine a HR

2716 | 3-11,4-10,5-9 | CACACACA | 25

2732-A | 3-12,4-11,5-10 | ACCAACAC | 25/21

2764 | 3-13,4-12,5-11 | CAACCACA | 21

27123 | 3-14,4-13,5-12 | ACACCACA | 21

TARJETA 2

TIPO | $1:12345678 | $2:12345678 | S$3:12345678 | S4:12345678 seer | --- - | ---

|---2716 | CACACACA | CACACACA | CACACACA | ACACACAC

2732-A| ACCAACCA | ACCAACCA | CAACCAAC | ACCAACCA

2764 =| ACA-ACA- | ACA-ACA- | A-ACA-AC | -ACA-ACA

27123 | ACACACAC | ACACACAC | ACACACAC | CACACACA

Donde: "A" significa abierto, "C" cerrado y "-" irrelevante.

Tabla V .- Configuraciones de la Memoria Masiva.

Pars obtener el voltaje de programaciOn adecuedo, primero

se selecciénan +24 0 +23 volts semi-regulados en la fuente de

alimentaciOn general (ver secc.. 4.4). El potenciémetro R1 de

la tarjeta 1 ajusta el voltaje de salida del regulador lineal a

4.2.4.2 Direccionamiento.

La interfaz CDP1851 del mddulo ocupa tres localidades en la

zona de memoria de la nicrocomputadora (tabla VI).

DIRECCION (hex) ASIGNACION

3000 Registro de mandos/estado 3001 Puerto "A"

8002 Puerto "B"

Tabla VI .- Direcciones Asignadas a la Memoria Masiva.

Con el proposito de simplificar el descifrado de estas

localidades, se tomd:la linea de direccionamiento m&s

Significativa (DIR7 sincronizada con TPA) como selectora del

CDP1351. Esto tiene una desventaja, las 32K palabras m&as altas

de la memoria forman imagenes de la interfaz programable, y no

pueden utilizarse.

Los registros que contienen las lineas de direccionamiento

AQ-A15 del banco de memoria masiva, estan en la zona ce puertos

Ge la microcomputadora y se cargan por medio de una instrucciOon

de entrada/salida al puerto 4.

El descifrado de estos registros se hace utilizando la

linea N2; esta simplificaci6én hace que se desperdicien otros

puertos, sin embargo, la linea de control INHERD permite inhibir

los registros de direcci6én y utilizar otros puertos que activen

4.3 Mddulo de conversion analoégico-digital.

4.3.1 Introduccion.

Este modulo se utiliza como interfaz entre el procesador y

los diversos mOdulos que contienen los acondicionadores de

sefial. Se reciben cuatro canales analdgicos que comparten un

convertidor A/D de 13 bits, precedido por un circuito de

muestreo y retencion. Se cuenta con dos puertos de

entrada-~salida que se utilizan para control, tanto interno como

externo. Dentro del control interno se maneja el encendido de

las fuentes que alimentan a los mOdulos de acondicionamiento de

senal.

4,3.2 Descripcion.

El mOdulo se divide en dos secciones: La seccidén de

adquisicioOn y la seccioén de control. La parte de adquisicion la

forma un selector de cuatro canales, un circuito de muestreo y

retenciOn y un convertidor A/D de 13 bits. La parte de control

la forman dos puertos de salida de los que se utiizan 3 lineas

para el control interno del médulo y 3 lineas pera control

externo. La figura 10 ilustra los diferentes bloques que forman

CONTROL

EXTERNO PUERTO

CONTROL

+5

ANAL. PUERTO

Figura 10.- Diagrama a Cuadros del Médulo A/D

El sistema de adquisicion se configur6é: para admitir senales

dentro de un alcance de +/- 4.8 volts. La recepci6n es bifilar,

donde una de las lineas es tierra. Antes del convertidor las

sefiales se atrapan en el circuito de muestreo y retenciodn. El

convertidor seleccionado basa la conversiOén en un algoritmo de

cuatro pendientes (Analog Devices, 1934). El formato de salida

es en coédigo binario complemento a dos.

Todas las operaciones sobre el mOdulo se reaiizan a traves

de instrucciones de entrada/salida sobre los puertos uno y dos.

La figura 11 muestra la distribuci6én de bits para el puerto de

control interno. En la tabla VII se presentan las direcciones

DIRECCION NO Nl LEC/ESC HABILITA

PTO 1 QO 1 ESC Puerto de control interno

PTO 2 1 0 ESC Puerto de control externo

PTO l 0 1 LEC Parte alta del convertidor

PTO 2 1 0 LEC Parte baja del convertidor

Tabla VII .- Direcciones de Acceso al Moddulo A/D.

o7

| XCEL 4CL

HABILITA SEL. ANA.

INHIBE “ “

MUESTREO RETENCION

HABILITA SENALES DE EDO.

DESHAB. ” “os

INICIO DE CONV.

APAGA FUENTES ANA.

ENCIENDE . "

-O

~—

OC-~0

-0

Figura 11.- Distribucién de Bits del Puerto Uno

Aunque la mayoria de los circuitos son de bajo consumo de

energia (ClHOS), se provee de un control, asignado al puerto l,

que desactiva las fuentes de +/- 12 volts y de +5 analdgico. El

procesador maneja este control segin un programa de tareas sobre

los modulos de adquisicién. Las lineas de datos del convertidor

A/D se protegen con compuertas de tres estados dada la

posibilidad de que aquél est@- apagado mientras el ducto este:

4.3.3 Funcionamiento.

Este mddulo se maneja a través de los puertos de control.

A continuacién se muestra una secuencia de siete pasos para una

adquisicidén completa.

paso l seleccién de canal analdgico, escritura al puerto l.

BO = l, B1-B2 = No. de canal

paso 2 Retencidn de sefial de entrada, escritura al puerto l.

B3 = 1

paso 3 Inicio de conversion, escritura al puerto l. B5 = 1

paso 4 Espera por fin de conversion, lectura de la bandera EFI.

EF1l = 0

paso 5 Adquisicién de los 5 bits mas significativos,

lectura del puerto l. DO-D4

paso 6 Adquisicion de los 3 bits menos significativos,

lectura del puerto 2.

DO-D7

paso 7 Inicializa puerto l.

El puerto 1 inicializado, mantiene al selector analdgico

deshabilitado, al circuito de M/R siguiendo a la entrada y al

4.4 Fuente de alimentacioOn..

4.4.1 Introduccion.

En este capitulo se describe la fuente de alimentacién que

proporciona los voltajes que requiere el instrumento: +5 Volts

regulados para los circuitos digitales, +12 y ~12 Volts

regulados para la circuiteria analodgica, +24/23 Volts

semiregulados para el médulo de la memoria masiva y +6.2 Volts

como fuente auxiliar. El sistema se alimenta de una bateria de

12 Volts, con una capacidad de carga de 10 Amperes~-hora. Se

m una técnica de conmutaciodn, con el objeto de optimizar la

emplea t ca de c tac 5 n el objeto d t 1

eficiencia de la fuente.

4.4.2 Descripcion.

En la figura 12 se muestra un diagrama simplificado de la

fuente y en la tabla VIII se describen las seftiales de la misma.

La fuente auxiliar, ademas de alimentar los circuitos

mencionados en 1a tabla VIII, protege el sistema cuando la

bateria se descarga y cuando su tensiOn disminuye abajo de 7.5

Volts. Si esta condiciodn se presenta, Vaux deja de alimentar al

control de la fuente y se apaga todo el sistema. La figura 13

Dye ae Vv.

L

Vv bat.

12V.

REG.

Linen OF 12Vv.

ss

TI T

L -< ENC 2 FUENTE

AUXILIAR ts

Vaux

6.2 VO_________+4 REG.

- 12 Vv. LINEAL is ¥

iS.

LYV_vret

eal

Figura 12.- Diagrama General de 1a Fuente

como reforzadores del voltaje de referencia del diodo zener Dl.

En operacioOn normal Q4 est&4- saturado y Q3 en corte, Ql y= Q2

conducen y Vaux es aproximadamente igual al voltaje de la

SENAL

| DESCRIPCION

wae eee nee [ects arias RoE SIRI Oo IT I ROS ARR RR LR ERE SLL Mote eS Control de encendido general. Cuando se desactiva se apagan los voltajes de salida y sé1lo la fuente auxiliar permanece encendida.

|

|

|

|

ENC2 | Control de encendido de +12 y -12 Volts.

Solamen-| te funciona cuando ENCl se activa. Permite el

| apagado de los sircuitos analdgicos durante el

| tiempo en que no se utilizan.

|

+24/28V | Voltaje que utiliza el mddulo de memoria masiva

| para programar sus memorias..

|

+/-12V | Alimentaci6én para los circuitos analdgicos

|

+5 V | Alimentaci6én para los circuitos digitales

|

Vaux(6.2)| Tensiédn auxiliar que alimenta al control de la

| propia fuente y a los circuitos del instrumento

| que permanecen encendidos, cuando este se encuen-| tra en reposo.

|

Vbat(12V)| Voltaje de la bateria

Tabla VIII - Senales de la Fuente.

Cuando la bateria se descarga m&s alla de su nivel

operable, la corriente de base de Q4 es insuficiente para

mantenerlo saturado; Q3 se polariza a traves de R3 y conduce,

poniendo a Ql y a.Q2 en corte. El capacitor C4 permite que en

el encendido se establezcan las condiciones normales de

<b + 12V.

Operaci1on. |

Q2

¢—_© V oux 6.2V. ==c3

La conversion de energia se realiza por medio del

transformador Tl (figura 12). El oscilador aplica pulsos de

duracién constante al transistor Ql. Durante el tiempo en que

el transistor conduce,. la corriente en el devanado primario

aumenta linealmente y se crea un campo magnético que almacena

energia. Las polaridades de los devanados secundarios 2, 3, 4,

5 y 6 son opuestas a la del primario; los diodos colocados a la

salida de dichos secundarios impide que haya circulacién de

corriente en ellos, durante el tiempo de conducci6én de Ql.

Cuando el transistor pasa de saturaciédn a corte, la energia

almacenada en el transformador se induce a los secundarios y se

cargan los capacitores de salida, a través de sus_' diodos

respectivos..

La salida de +5 Volts se retroalimenta al sistema de

control de la fuente. El amplificador compara una fraccién del

voltaje de salida con una referencia de precisidn, produciendo

una tensiOn de error que se aplica al oscilador. La frecuencia

de salida del oscilador se ajusta autom&aticamente en funcion del

error y sostiene la regulacioén de la salida de +5 volts.

El nGmero de espiras de los devanados 3 y 4 se calcula para

producir en sus salidas una tensiOn aproximada de -14 y +14

Volts, respectivamente. Estos se regulan linealmente a -12 y

+12 Volts..

semiregulada, que se configura con los puentes Pl y P2 a +28 0

+24 Volts, respectivamente.

4.4.3 Resultados obtenidos..

La eficiencia de la fuente se mejor6é: sustancialmente con

las siguientes provisiones:

a).- Para conmutar el devanado primario se selecciono: un

transistor de efecto de campo IRF530, que tiene una

resistencia de canal maxima (en saturacion) de 0.18 ohms.

b).- Los diodos de salida de los devanados secundarios son

del tipo Schottky, para minimizar la caida del voltaje de

conduccion en ellos.

c).- El nficleo del transformador est& formado por dos

toroides de ferrita en paralelo; a estos se les hace una

¢ . .

ranura lo mas angosta posible y se aisla uno de otro con

barniz o cinta de enmascarar. La ranura disminuye la

fuerza coercitiva del nficleo y hace que la curva de

histeresis B contra H sea m&s angosta y lineal. La

saturacioén del nicleo disminuye y se puede tener un - campo

4,5 Moddulo de comunicaciOn externa.

4.5.1 Descripcion.

Este modulo esta- formado basicamente por el

transmisor/receptor programable 1854, cuya salida y entrada

serie se ajusta a la norma RS-232 por medio de los manejadores

de linea 1483 y 1439 (apéndice II) . Se utiliza un generador de

velocidades de transmisién (baud rate generator) calibrado a

9600 bits por segundo. Las direcciones de acceso al puerto

transmisor/receptor se ilustran en la tabla IX.

REGISTRO (LEC/ESC) DIRECCION

TRANSMNISOR/RECEPTOR 3080 (hex)

CONTROL/ESTADOS 30C0 (hex)

Tabla IX .- Direcciones del Médulo de ComunicaciOoOn Externa.

Las fuentes que alimentan a los circuitos 1483 y 14389, se

desactivan por medio de los interruptores Sl y_ $82. Se

recomienda abrir los interruptores cuando el instrumento_ no

requiera comunicaciOn con el usuario; ya que tales circuitos

@

son de alto consumo de energia.

El protocolo entre el microprocesador y el puerto, se

establece a través de las linees DA (dato disponible) y THRE

5 ae 2 ;

banderas externas del microprocesador EF4 y EF3.

4.6 Modulo de direccioOn.

4.6.1 Introduccion.

Este mOdulo es de los que se anexan al_ sistema de

adquisicioOn y personalizan un transductor. Su disefio fué: para

obtener la orientaci6én fisica de la tarjeta, y por ende del

instrumento, con respecto al polo norte magnético. Para ello se

utiliza un arreglo ortogonal de sensores de efecto Hall y su

acondicionador de senal correspondiente. Para ser utilizado

como bréijula, se aplica un algoritmo que descifra la orientacion

en base a las lecturas momentaneas de los sensores mas unas

constantes de calibracioén [Rico et Al, 1933].

4.6.2 Descripcion.

La tensiOn de salida Vh de un sensor Hall, puede elevarse

sustancialmente si se le auxilia con un concentrador de campo

magnético. La concentraciOn se realiza con materiales de alta

permeabilidad tales como el Nolypermalloy. La figura 14 muestra

el arreglo de concentradores que se utiliz6: para el sensor

aproximada de 2 mV/Gauss para una corriente de exitacioén de 50

mA. Como corriente de exitaciOén se utiliza corriente continua

ya que se observod- que el voltaje de desalineamiento Vo se

modifica con los cambios en el sentido de la corriente de

exitacién. Los dos transductores que se utilizan comparten el

. concentrador

sensor—, x

a

=

Ls

—

+B

|-——_—____—

L

—______1

Figura 14.- Sensor Hall con Concentradores

mismo sistema de amplificacion, mediante conmutacion por

selectores analdgicos.. El amplificador se forma de dos etapas:

La primera, proporciona una ganancia de 500 (Al) y se realiza

con un amplificador de instrumentaci6én (AD522); la segunda

etapa proporciona una ganancia de 10 (A2) y se realiza con un

amplificador operacional (LM203), figura 15.

cl c2

SENSORES

FILTRO P.B. vn

x v8 _—.

{ SEL SEL

vny gua ANA

Y

FUENTE vr Verror

DE ir

CORRIENTE

| ‘ IRTEGRADOR

C3

Los problemas de derivas y desbalances que se presentan en

un amplificador de este tipo, y sobre todo con alta ganancia,

se-compensan con un lazo de auto-balance. Esta calibraci6n se

realiza modificando la referencia del primer amplificador’ en

base al voltaje de error que se tiene a la_ salida. La

retroalimentacioOn es a través de un circuito de integraci6n,

quien genera un voltaje en rampa mientras su setial de entrada

(sefial de error) sea diferente de cero. Conforme la rampa

modifica la referencia del amplificador, la sefial de error

tiende a cero y por tanto el voltaje rampa tiende a una

constante. De esta manera se logra la condicioén de estabilidad.

El G1timo valor alcanzado a la salida del integrador es la

referencia de calibraci6n, Para mantener la m&4xima estabilidad

en la referencia, el integrador se construy6:-con un amplificador

de entrada "FET" y con un capacitor de bajo coeficiente de

e &

absorcion.

La fuente de corriente que se utiliza para excitar los

transductores de efecto Hall, se construy6d-con un amplificador

operacional de potencia (LHO0041) que se activa y desactiva por

4.6.3 Funcionamiento.

La operacioén del médulo de direccién se efectta

tres controles digitales: Cl que controla el

mediante

selector de

transductores' Hall, C2 que controla el selector de

salida/balance y C3 que activa y desactiva la fuente de

corriente. Las lineas de control se manejan desde el moddulo de

a Pa : .

conversion analogico-digital y se asignaron al puerto 2 se 4

gun se

o

ilustra en la figura 16. La sefial de salida est&4-asociada al

canal analdgico 3 del mismo modulo de

analoégico-digital.

Oy Do

O bvcloncea

prrns, | mide - C2

5 O sensor x

tL} sensor y 7 Cl

= fuente apogoda - C3 encendida

Figura 16.- Distribuci6n de Bits del Puerto Dos

4,7 Modulo de temperatura.

4.7.1 Introduccion.

Este modulo corresponde a los que se anexan al sistema de

adquisiciOn del instrumento y personalizan un transductor. Fue:

diseniado para efectuar mediciones de temperatura en

arreglo lineal de termistores. El

consta de dos secciones: Un escalador

un amplificador diferencial con alta

la salida se tiene una seflal que varia

circuit

base a oun

Oo acondicionador

o puente de Wheatstone- y

impedancia de entrada. A

de -4,.3

corresponde a un alcance de temperatura de

@ ,

centigrados..

4.7.2 Descripcion.

La figura 17 muestra el circuito de

temperatura. fe basa en el erreglo lineel

a +4.3 volts que

0 40 srados

adquisicion de

de tzermistores

YSI-44202 (incluye Rl y R2) cuya respuesta es la siguiente:

para R1=5700n y R2=12000n

donde Vr= Voltaje de referencia

T= temperatura en grados centigrados

La sensibilidad que Vt tiene con respecto al voltaje de

referencia se elimina con el escalador formado por R3 y R4.

Estas resistencias se escogen para que el voltaje de salida Vs

tenga un alcance de -4.3 a +4.38v que corresponden a una

variacion entre 0 y 40 grados centigrados.

Selecccioén de R3 y R4

como Vs = Vb - Vt = 0 cuando T=20 (2)

entonces Vb = Vt(20 C) = 1.730415 a Vr=2.5 (3)

Vb =

(R4/ R3+R4) Ver

(4)

R4 = 2.2435 R3

Para resolver (4) se toma en cuenta la recomendacion del

fabricante de los termistores en el sentido de que:

1000 < R3+R4 < 5000

Se escoge

R3 = 1.056K

Para obtener

R4 2.37K

Para que el circuito escalador opere como se describid,

mayor que l10Mn.

caso se utiliza.

R3

R4

Figura 17.- Circuito Escalador

La funcioén de transferencia del

Vo = ( (R3/R7)+1 ) Vs

si R5/R6 = R8/R7

Los valores de las resistencias. se

cumpla (5) y adem&s se cumpla que?

G = ( (R3/R7)+1 ) = 16.9

La ganancia de 16.9

sus

con el mddulo de

La figura 18 muestra el circuito que para

se requiere para

salidas con alcance de +/- 4.3 volts,

este

amplificadsr es

(5)

escogen para que se

gue el moddulo entregue

que lo hace compatible

4.7.3 Funcidnamiento.

El circuito de temperatura mide continuamente y su_ salida

se habilita segtin se ilustra en la tabla X. La sefial de salida

esta asociada al canal analédgico 2. El médulo se construyd- en

una tarjeta de circuito impreso que se comparte con la

circuiteria de un adquisidor de presidOn, mismo que no_ se

describe en este trabajo (ver tesis M. A. Perez). Adem&as de

la tarjeta, se comparte el selector analdgico de salida

(apéndice II).

T/P

habilita

0 temperatura

1 presion

Tabla X - Selector Temperatura/Presion

V PROGRAMACION

El programa de control del instrumento se puede dividir en

dos bloques: El monitor y el proceso de adquisicioén (figura

19). El programa monitor corre inmediatamente después del

encendido del instrumento y atiende la comunicaci6n con el

exterior. El proceso de adquisicioén se inicia con los mandos IP

o IC y realiza las tareas de toma de datos de los mddulos

personalizados..

MODO ACTIVO

POR INTERRUPCION

POR _,

PRIMERA

VEZ ADOQUISICION

DE DATOS

PROGRAMA

MONITOR _{iP @ 1c )}

REPOSO

Figura 19.- Diagrama General del Programa de Control

El monitor atiende la comunicaci6dén con el exterior, .

mediante el mddulo de comunicaci6én externa, para la recepcion y

ejecucién de mandos. Son validos diez mandos diferentes, de los

cuales seis son de configuracioén, dos de acceso a la memoria

masiva y dos de adquisicidén de datos.._ El monitor. esta:

organizado como un receptor y despachador de mandos. Una vez

que un mando se aprueba, se invoca una subrutina particular para

su ejecucion. Unicamente el mando IC abandona totalmente el

programa monitor, lo cual provoca la ruptura de la comunicaci6on

con el usuario.

5.2 El proceso de AdquisiciOn.

Este proceso se inicia con los mandos IP o IC. Utiliza los

manejadores asignados por el usuario y optimiza el consumo de

energia. La ejecucién es en su mayoria comin a IP e IC, cuyas

Gnicas diferencias son tres: en IP, los datos se despliegan en

pantalla, en el estado de reposo no se desenergiza la

microcomputadora y el proceso termina regresando el control al

Monitor; en IC, los datos se graban en el mOdulo de memoria

masiva, en estado de reposo se desenergiza inclusive la

microcomputadora y el proceso se termina cuando se agota la

energia de la bateria de 12 volts...

El proceso de adquisicién es una conmutaci6én constante

proceso se sincroniza con un sistema de alarmas que se basa en

las interrupciones de la circuiteria de reloj (figura 3). Los

subprogramas que intervienen en este proceso son: MANDOCOM,

REPOSO, INTERRUP y ADQUIERE.

5.2.1 El subprograma MANDOCOM.

Este es el punto de entrada al proceso de adquisicion. El

Monitor transfiere a este punto el control del programa cuando

se ha aceptado el mando IP o IC. Aqui: se programa y activa el

sistema de alarma, el cual genera una serie de interrupciones a

intervalos constantes de tiempo. Este intervalo o unidad de

tiempo es la que se configura por medio del mando TA. Para

sincronizar los muestreos y garantizar una fecha precisa de

inicio, el proceso se activa verdaderamente hasta que se da la

primera interrupcion (figura 20).

MANDOCOM

CNUMEMUE @— NUMEMUES BANDINIC = O

PROGRAMA RELOJ CON UNITIEM

REPOSO

5.2.2 El subprograma REPOSO.

Este subprograma pone el proceso de adquisicién en estado

de reposo. Se tienen dos modalidades de reposo, que

corresponden a los mandos IP e IC: en IP, s610 se apaga la

fuente de +/-12V y se entra en un lazo de espera; en IC, se

respaldan las variables de trabajo y se desenergiza todo el

instrumento, lo que disminuye al maximo el consumo de energia.

El estado de reposo sdlo se abandona por una iinterrupcidon

(figura 21).

RESPALDA VARIABLES

APAGA 4/- 12V. DE TRABAJO

APAGA FUENTES

Figura 21.- E1 Subprograma REPOSO

5.2.3 El subprograma INTERRUP.

tiempos entre muestreos son miitiplos de ia unidad de tiempo a

la que son dadas las interrupciones, por lo que ێstas_ se

contabilizan hasta completar un intervalo de muestreo. Antes de

que @€sto se cumpla, solamente se actualiza el contador de

eventos y se regresa al estado de reposo (figura 22).

BANDINIC

CTASANUE {

Figura 22.- El Subprograma INTERRUP

5.2.4 El subprograma ADQUIERE.

Supervisa los canales analédgicos que estan activos e invoca al

manejador correspondiente. Para cada canal se toma el total de

muestreos en rafaga y los datos se despliegan en pantalla o se

almacenan en una pila temporal, segin sea el mando que_ se

procesa. Los canales analdgicos activos se identifican en el

tablero de asignaciones si en la casilla correspondiente existe

una cantidad diferente de cero. Esta cantidad corresponde a la

direcciodn del manejador asignado. El subprograma ADQUIERE tiene

dos puntos de entrada: ENTRINIC y ENTRAINT (figura 23)»

ENTRAINIC se utiliza s61lo al inicio del proceso para tomar los

datos del encabezado y respaldarlos en la_ pila temporal.

ENTRAINT es el punto de entrada que normalemente se utiliza

durante el proceso de adquisicioén. Al finalizar el monitoreo de

canales analdégicos el programa tiene diferentes salidas, de

nuevo, que dependen del mando en proceso: en el mando IC, antes

de regresar al modo de reposo se consulta si la pila de

almacenamiento temporal est&a-llena, en cuyo caso la informacion

sera: grabada de manera permanente en un bloque de la memoria

masiva; para el manco IP se va daecrementando el contador de

muestras globales para regresar el control al programa Monitor

LEE FECHA Y GUARDA EN ERCABEZADO BANDINIC = |

CTASAMUE <= TASAMUES ENCIENDE 4¢/- 12 V

CONCANAL ~ O

| concanat | ze]

LLAMA MANEJADOR CORRES. IMPRIME OATOS EN PANTALLA O LOS ALMACENA EN LA PILA TEMPORAL SEGUN IP O IC

RAFAGA

ro

RAFAGA t

“Fe

TEMPORALPILA

LLENA

PROGRAMA MEMORIA

MASIVA

+

Figura 23.- El Subprograma ADQUIERE

REPOS ®O

5.2.5 Ordenamiento de datos en Memoria Masiva.

Los datos almacenados en forma permanente en la memoria

masiva tienen el siguiente orden: Las doce primeras localidades

corresponden al encabezedo de adquisici6n; las siguientes

localidades tienen los datos de muestreo. Cada muestra es una

cantidad de 13 bits en complemento a dos, que se almacena en dos

localidades de memoria. La direccién mas baja tiene los 5 bits mas significativos y la direccién alta tiene los 8 bits menos

significativos. Los datos estan ordenados del primero al filtimo

de los canales activos, iniciando la adquisiciodn en el canal

cero. En la figura 24 se ilustra el ordenamiento de datos en la

memoria masiva. Los datos del encabezado estan cifrados de la

DIR. 0000 MES

OIA

HORA FECHA PRIMER MUESTREO MIN

SEG

NM No, OE MUESTREOS

iM INTERVALO DE MUESTREO UT UNIDAD DE TIEMPO

MRO

MRI No. MUESTREOS RAFAGA POR MR2 CANAL ANALOGICO

MR3

PARTE ALTA _DI

Pees Pees RAFAGA DEL PRIMER CANAL PARTE ALTA ACTIVO

——+ pe

PARTE BAJA

PARTE ALTA

a—— RAFAGA OEL SEGUNDO CANAL AcTIVO

PARTE ALTA PARTE BAJA

siguiente manera:

FECHA Y HORA- BCD

NM, IM, MRO,MR1,MR2,MR3- Hexadecimal

UT= Hexadecimal

F4 - dia

E4 - hora

D4 - minuto

VI CONCLUSIONES

El instrumento descrito, cumple con los objetivos que

inicialmente se plantearon (cap. I). Su arquitectura modular

permite la utilizaci6én de diferentes transductores, inclusive

algunos ajenos a las aplicaciones para las cuales fué- concebido.

Aunque se construyeron dos moddulos personalizados, este trabajo

es la primera fase de un instrumento y por lo tanto no_ se

reportan los resultados de su utilizaci6én con transductores,

sino los de un adquisidor generalizado que, con la inclusioén de

diferentes moOdulos, sera configurado como un instrumento de

aplicacién especifica. Todas las adquisiciones que se hicieron

fueron directas del modulo de conversidén analdgico-digital,

utilizendo como referencia de entrada una fuente programable con

resolucion de 20 bits.. De estas pruebas se derivan las

especificaciones que se dan en el capitulo II. El programa de

control del instrumento, fué-escrito y depurado en el sistema de

desarrollo FUTUREDATA del laboratorio de Microprocesadores de la

Seccién de tInstrumentacion. Los modulos de direccion y

temperatura, que son un avance para la aplicaci6én especifica de

un medidor de corrientes marinas, fueron construidos y

totalmente probados pero no se les realiz6é: su manejador.

limitaciones.-Exiten algunos aspectos de circuiteria que no permiten

explotar al m&ximo la generalidad de este instrumento, dado que

fué-inicialmente ideado para el mustreo de parametros

oceanograficos que no tienen cambios r&apidos con respecto al

tiempo, tales como: La temperatura, la presioén, la direccién y

la velocidad de corrientes marinas. Especificamente el tiempo

de conversién de 170 ms. resulta lento para algunas

aplicaciones donde se requiere mayores velocidades de muestreos

en rafaga; tambien el tiempo de programacién de un bloque (26 seg.) limita la seleccién de la tasa minima de muestreo (sec.

2.3.1).

Algunos posibles

-ealces.-El instrumento est& basico en una microcomputadora con 2K

de memoria de LEXC (PROM) para la residencia de su programa de

control. Esto limita la cantidad de manejadores montados ya que

el programa actual utiliza el total de la memoria disponible.

Por lo anterior, se recomienda que la microcomputadora sea

modificada para aumentar esta memoria. Se sugiere que uno. de

los paquetes de memoria de lectura/escritura (RAM) se cambie a

memoria de LEXC. El programa de control utiliza menos de 2K de

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RPP

OND

OHWP

REST TA PO

TPA TA Pl

TPB TA P2

DATO ENC2 P3

DAT1 -12 V P4

DAT2 -12 V P5

DAT3 +12 V P6

DAT4 +12 V P7

DAT5 Vaux CAO

DAT6 Vaux CAO

DAT7 +24 V CAl

DIRO +24 V CA1

DIR1 ENC1 CA2

DIR2 DMA-IN CA2

DIR3 DMA-OUT CA3

DIR4 INT CA3

DIR5 Q +12

DIR6 SCO +12

DIR7Z SCl -12

ESC NO -12

LEC N1 +5C

+5 V N2 +5C

+5 V EF1 TA

TD EF2 TA

TD EF3 TD

TD EF4 TD

Ducto de Conexién de los Médulos

<<<

TA

TA ENC2 -12 V -12 V +12 V +12 V Vaux Vaux +24 V +24 V ENC1 -Vbat +Vbat -Vbat +Vbat -Vbat +Vbat +5 V +5 V

TARSETA PATRON pE Los

cikcvuitos IMPRESOS