SISTEMA DE CONTROL DE UN

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SISTEMA DE CONTROL DE UN RADIO DESPERTADOR
DIGITAL

• Sistemas Digitales Programables II. SDP-II
• CURSO 2004/2005

JUAN PABLO REY SOUTO DANIEL SALGADO GONZÁLEZ
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ÍNDICE DE CONTENIDOS

• INTERFAZ

• ESPECIFICACIONES

• DIAGRAMA DE SECUENCIA DE OPERACIONES

• DESCRIPCIÓN CIRCUITOS USADOS (SIMULACIONES
  FUNCIONALES)

• UNIDAD DE CONTROL

• CIRCUITOS AUXILIARES

• ESTIMACIÓN RECURSOS E IMPLEMENTACIÓN

• SIMULACIONES TEMPORALES SISTEMA COMPLETO

• CONCLUSIONES

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LA INTERFAZ DE USUARIO QUE PRESENTARÍA SERÍA
LA SIGUIENTE
PANEL DE CONTROL
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El reloj posee las siguientes especificaciones

• Una vez inicializado el reloj un temporizador
  interno indicará el paso
• de cada minuto haciendo evolucionar normalmente
  al sistema

• El despertador permitirá mediante la señal reset
  la inicialización de
• todos sus señales y contadores

• El interruptor pitido_radio estará desactivado
  si se desea
• despertar con la radio y activado si se desea
  despertar con
• un pitido

• Los indicadores de emisora o de pitido estarán a
  1 hasta que se
• pulse el interruptor start_stop.

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• Para cambiar la hora o la alarma se usarán los
  interruptores
• set_cambio y set_hora_alarma

• Para aumentar los minutos pulsaremos el botón
  inc_minutos y
• para las horas pulsaremos el botón inc_horas.

TAMBIÉN COMO CONDICIONES DE PARTIDA

• SE PREVÉ LA UTILIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
  EN EQUIPOS DE
• SOBREMESA (ALIMENTACIÓN DE LA RED) POR LO QUE
  NO SE REQUIERE UN
• ESPECIAL BAJO CONSUMO

• LA VELOCIDAD DE PROCESO NO ES UN FACTOR
  LIMITADOR YA QUE LAS
• SEÑALES CON LAS QUE SE INTERACTUA (SIN TENER EN
  CUENTA EL
• TEMPORIZADOR) LAS PROPORCIONA UNA PERSONA
• ( PREVIO ACONDICIONAMIENTO )

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SE SUPONE QUE EL CIRCUITO POSEE LOS SIQUIENTES
ELEMENTOS, DE LOS CUALES SE DISEÑARÁ EL
SISTEMA DE CONTROL.
CIRCUITOS ANTIREBOTES
INC_MINUTOS
VISUALIZADORES
INC_HORAS
SET_CAMBIO
SISTEMA DE CONTROL
SET_HOR_AL
PITIDO_RADIO
CLK
RESET
ACTIVACION DE ALARMA
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Inicio
DIAGRAMA DE SECUENCIA DE OPERACIONES
Inicia circuitos
Inicia Temp. (1 min)
Fin_temp
si
no
si
Alarm_stop
Parar pitido
no
no
Activo set_alarm_time?
Actualizar reloj
si
Reloj o alarma
hora reloj hora alarma?
no
reloj
alarma
si
Horas/minutos
Horas/minutos
pitido/emisora
Pitido
emisora
min
horas
min
horas
Aumentar hora
Aumentar min
Aumentar hora
Aumentar min
On radio
On pitido
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• SE TRATA DE UNA APLICACIÓN DE COMPLEJIDAD MEDIA
  QUE SERÁ
• IMPLEMENTADA MEDIANTE UN SISTEMA SECUENCIAL
  SÍNCRONO DE
• CONTROL Y UNA UNIDAD OPERATIVA.
• ESTA ESTARÁ CONSTITUÍDA POR
• 4 CONTADORES DE 4 BITS CADA UNO PARA LA HORA DEL
  RELOJ
• 4 CONTADORES DE 4 BITS CADA UNO PARA LA HORA DE
  LA ALARMA
• TEMPORIZADOR QUE AVISA DEL CAMBIO DE MINUTO
• 2 BIESTABLES DE SEÑALIZACIÓN DE ALARMA
• 1 COMPARADOR
• 1 DIVISOR DE FRECUENCIA, DETECTORES DE FLANCOS,
  UN MULTIPLEXOR
• Y UN VISUALIZADOR DINÁMICO

A CONTINUACIÓN SE PRESENTA UNA BREVE DESCRIPCIÓN
DE CADA UNO
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TEMPORIZADOR (TIMER_MM) Es el encargado de
generar la señal de salida cada minuto

• RESULTADO SIMULACIÓN

timer_mm.vhd
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CIRCUITO DETECTOR DE FLANCOS Este circuito
proporciona un pulso a su salida cuando detecta
un flanco de subida en su señal de entrada

• RESULTADO SIMULACIÓN

Detector_flancos.vhd
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CONTADOR HORA RELOJ Es el encargado de
almacenar la hora del reloj despertador. En cada
paso de minuto evoluciona actualizando
correctamente los distintos contadores.
Contador_hora.vhd

• RESULTADO SIMULACIÓN

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CONTADOR ALARMA Tiene un funcionamiento
análogo a CONTADOR HORA RELOJ pero solo
evoluciona si detecta que se ha pulsado algún
botón de incremento de horas o minutos en el
estado de cambio de hora de la alarma

• RESULTADO SIMULACIÓN

Contador_alarma.vhd
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COMPARADOR Simple circuito combinacional que
activa su salida si sus dos entradas son
iguales. Dispone además de una entrada de
inhibición

• RESULTADO SIMULACIÓN

comparador
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FINALMENTE UNIMOS LOS DIVERSOS COMPONENTES EN UN
CIRCUITO DE MAYOR JERARQUÍA QUE REPRESENTAMOS A
CONTINUACIÓN
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RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN FUNCIONAL DEL
CIRCUITO TOP_COMPONENTES
EN PRIMER LUGAR ESTABLECEMOS LA HORA DEL RELOJ Y
DE LA ALARMA
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FINALMENTE VEMOS COMO SE ACTIVA LA SEÑAL IGUAL AL
ALCANZAR EL RELOJ LA HORA DE LA ALARMA
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UNIDAD DE CONTROL
Diagrama de estados
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TEST DE EVOLUCIÓN DE LA UNIDAD DE CONTROL
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BIESTABLE BIESTABLE SINCRONIZADO POR NIVEL PARA
MANTENER ESTABLE LA ACTIVACIÓN O DESACTIVACIÓN
DE LAS ALARMAS

• RESULTADO SIMULACIÓN

Biestable.vhd
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DIVISOR DE FRECUENCIA
CIRCUITO DIVISOR DE LA FRECUENCIA DEL RELOJ DE
ENTRADA

• RESULTADO SIMULACIÓN

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MULTIPLEXOR TOTAL
MULTIPLEXOR QUE PERMITE SELECCIONAR SI SE
VISUALIZARÁ LA HORA DEL RELOJ O LA HORA EN LA QUE
ESTÁ ESTABLECIDA LA ALARMA
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CONTROLADOR VISUALIZADOR DINÁMICO
CRCUITO DE CONTROL DE UN VISUALIZADOR CONSISTENTE
EN 4 DISPLAYS BCD/7SEGMENTOS QUE HABILITA CADA
UNA DE ELLOS CON LA FRECUENCIA NECESARIA PARA
EVITAR LA PERCEPCIÓN DEL PARPADEO
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TOP DESPERTADOR SE TRATA DEL CIRCUITO DE MAYOR
JERARQUÍA ESTANDO CONSTITUIDO POR LA UNIDAD DE
CONTROL Y LA UNIDAD OPERATIVA, SEGÚN VEMOS EN
EL ESQUEMA (posteriormente se verá la simulación
temporal correspondiente)
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ESTIMACIÓN DE LOS RECURSOS LÓGICOS NECESARIOS
54 BIESTABLES
4 ? UNIDAD DE CONTROL 16 ?CONTADORES HORA
RELOJ 16 ?CONTADORES HORA ALARMA 16
?TEMPORIZADOR 1 ?ACTIVACIÓN ALARMA POR PITIDO 1
?ACTIVACIÓN ALARMA POR ENCENDIDO RADIO
11 MACROCELDAS POR LO MENOS PARA SALIDAS
UNIDAD DE CONTROL 28 MACROCELDAS PARA EL
VISUALIZADOR DINÁMICO 16 MACROCELDAS PARA EL
MULTIPLEXOR
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NÚMERO MÍNIMO DE TERMINALES E/S NECESARIOS
13 TERMINALES DE SALIDA 11 ?VISUALIZADOR
DINÁMICO 1 ?ACTIVAR/DESACTIVAR ALARMA_PITIDO
1 ?ACTIVAR/DESACTIVAR ENCENDIDO_RADIO 6
TERMINALES DE ENTRADA GENÉRICOS 1
?DESACTIVACIÓN DE ALARMA 1 ?INCREMENTO DE
HORAS 1 ?INCREMENTO DE MINUTOS 1 ?CAMBIO DE
HORA O ALARMA 1 ?IDENTIFICACION VARIABLE A
CAMBIAR 1 ?ACTIVACION DE ALARMA POR
PITIDO/ON_RADIO 2 TERMINALES DE ENTRADA
ESPECÍFICOS 1 ?CLK 1 ?RESET
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• SEGÚN LA ESTIMACIÓN ANTERIOR SERÍAN NECESARIAS
  AL MENOS
• 109 MACROCELDAS, 8 TERMINALES DE ENTRADA Y AL
  MENOS 13
• TERMINALES DE SALIDA

• UN PLD DE COMPLEJIDAD MEDIA PODRÍA SER ADECUADO
  PARA
• ESTA APLICACIÓN

• ESTUDIANDO LA FAMILIA 9500 DE XILINX, UNO
  APROPIADO
• PUEDE SER EL XC95-144 (144 MACROCELDAS)

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EXTRACTO DEL INFORME DE IMPLEMENTACIÓN EN EL PLD
ELEGIDO
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EXTRACTO DEL INFORME TEMPORAL PROPORCIONADO
POR LA HERRAMIENTA
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UNA VEZ IMPLEMENTADO EL SISTEMA DE CONTROL EN EL
PLD ELEGIDO SE OBTUVIERON LOS SIGUIENTES
RESULTADOS EN LA SIMULACIÓN TEMPORAL
VISIÓN GLOBAL DE LA EVOLUCIÓN
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ESTABLECIMIENTO HORA DE RELOJ Y HORA DE ALARMA
31
ACTIVACIÓN DE PITIDO TRAS ALCANZAR LA HORA DE LA
ALARMA
32
DESACTIVACIÓN DE LA ALARMA Y PUESTA DE UNA NUEVA
HORA DE ALARMA
33
FINALMENTE ACTIVACIÓN DE LA ALARMA POR ENCENCIDO
DE LA RADIO
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CONCLUSIONES FINALES

• EL FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA SE AJUSTA TAL Y
  COMO SE PUEDE
• COMPROBAR EN LA SIMULACIÓN TEMPORAL A LAS
  ESPECIFICACIONES
• DADAS.
• SE UTILIZAN 128 DE LAS 144 MACROCELDAS DEL
  DISPOSITIVO ELEGIDO
• POR LO QUE ESTÁ BASTANTE OPTIMIZADO EN CUANTO
  A RECURSOS
• LA MÁXIMA FRECUENCIA DE FUNCIONAMIENTO ES DE
  44.4 Mhz, MUY POR
• ENCIMA DE LA FRECUENCIA DE TRABAJO PREVISTA