ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
ESCUELA DE INGENIERÍA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN TRANSMISOR DE
TEMPERATURA PARA TERMOCUPLAS TIPO K
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO
DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y CONTROL
JUAN CARLOS BARRAGAN IZUR1ETA
DIRECTORA: ING. ANA RODAS
Quito, Mayo del 2003
n
DECLARACIÓN
Yo, Juan Carlos Barragán Izurieta, declaro bajo juramento que el trabajo aquí
descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún
grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas
que se incluyen en este documento.
A través de la siguiente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual
correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo
establecido por la ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la
normativídad institucional vigente.
x.
Juan Carlos Barragán
111
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Juan Carlos Barragán
Izurieta, bajo mi supervisión.
ING. ANA RODAS
DIRECTORA DE PROYECTO
IV
AGRADECIMIENTO
Agradezco a mi familia y amigos que me apoyaron en la realización de este
proyecto, y a la Ing. Ana Rodas por su guía para el desarrollo de éste.
CONTENIDO
DECLARACIÓN ¡¡
CERTIFICACIÓN i¡¡
AGRADECIMIENTO iv
CONTENIDO vii
RESUMEN ¡x
PRESENTACIÓN x¡
1. GENERALIDADES 1
1.1 TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA 4
1.1.1 TERMOCUPIA O TERMOPAR 4
1.1.1.1 Tipos de termocup] as 7
1.1.1.2 Usos típicos en la industria 9
1.1.2 SENSORES DE TEMPERATURA POR RESISTENCIA CRTD) ' 10
1.1.3 LOS TERMSTORES 13
1.1.4 SENSORES SEMICONDUCTORES 14
1.2 MEDIDORES Y TRANSMISORES DE TEMPERATURA 15
1.2. ] CARACTERÍSTICAS DE MEDIDORES Y TRANSMISORES 17
1.2.2 MEDIDORES COMERCIALES. 18
1.3 EQUIPO MEDIDOR-TRANSMISOR A DISEÑAR 22
VI
CAPITULO 2
2. DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE
2.1 CONSIDERACIONES GENERALES
2.2 CONTROLADOR CENTRAL
2.2.1 MCROCONTROLADORPIC16F877
*2.2.1.1 Características del PIC16F877
2.2.1.2 Asignación de pines del microprocesador
2.2.1.3 Conversión A/D
2.2.1.4 Memoria
2.2.1.5 Comunicación serie
2.2.7.5.7 Propiedades de la conexión
* 2.2.7.5.2 Frecuencia de trabajo y comunicación serial
23 A VISUALIZACION CON PANTALLA DE CRISTAL LIQUIDO (LCD)
2.3.2 TECLADO
2.3.3 RELOJ EN TIEMPO REAL
2.4. ACONDICIONADOR DE SEÑALES ANÁLOGAS
2.4.1 ACONDICIONADOR DE SEÑAL DE LA TERMOCUPLA
4 2.4.1.1 Filtro de segundo Orden
2.4.2 MEDIDOR DE TEMPERATURA AMBIENTAL
2.5 TRANSMISOR DE CORRIENTE
2.6 ALIMENTACIÓN Y MONITOR DE BATERÍA
2.6.1 TENSIÓN DE OPERACIÓN
2.7 CIRCUITO FINAL IMPLEMENTADO
Vil
CAPITULO 3
3. DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE 48
3.1 SOFTWARE DE OPERACIÓN DEL PIC • 48
3.1.1 ASPECTOS FUNDAMENTALES 48
3.1.2 JNICJALIZACION 49
3.1.2,1 Inicialización y Configuración del LCD 50
3.1.3 PRIMER MODO DE OPERACIÓN: ADQUISICIÓN DE DATOS 55
3.1.3.1 Configuración del PIC16F877 para la conversión A/D 55
3.1.3.2 Configuración e Implementación delasubrutinaparaelRTC 57
3.1.3.3 Indicador de estado de batería 61
3.1.3.4 Indicador de conexión del transmisor de corriente 62
3.1.4 SEGUNDO MODO DE OPERACIÓN: MANEJO DE MEMORIA 62
3.2 SOFTWARE DE INTERFAZ CON EL USUARIO 65
3.2.1 PRIMER MODO DE OPERACIÓN 65
3.2.1.1 Visualización de la información " 65
3.2.1.2 Funciones del teclado en el primer modo 66
3.2.2 SEGUNDO MODO DE OPERACIÓN 66
3.2.2.1. Yisualización de la información 66
3.2.2.2 Funciones del teclado en el segundo modo 67
3.3 PROGRAMA PARA LA PC 68
viu
CAPITULO 4
4. PRUEBAS Y RESULTADOS 71
4.1 PRUEBAS DE OPERACIÓN 71
4.1.1 ELEMENTOS PATRONES 71
4.1.2 PRUEBA A TEMPERATURAS BAJO LA TEMPERATURA AMBIENTAL 72
4.1.3 PRUEBA EN BAÑO MARÍA 74
4.1.4 PRUEBA SOBRE 90 °C 77
4.1.5 PRUEBA DEL TRANSMISOR DE CORRIENTE 81
4.1.6 COMPORTAMIENTO DEL EQUIPO PARA CAMBIOS RÁPIDOS 85
4.1.7 MANEJO DEL TECLADO 86
4.1.8 COMUNICACIÓN SERIAL. 87
4.2 RESULTADOS DE LA CONSTRUCCIÓN 90
4.2.1 CONSTRUCCIÓN 90
4.2.2 CONSUMO ' 91.
CAPITULO 5
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 93
5.1 CONCLUSIONES 93
5.2 RECOMENDACIONES 95
BIBLIOGRAFÍA 97
ANEXOS
RESUMEN
En este proyecto se presenta el diseño y construcción de un medidor - transmisor
de temperatura con entrada para termocuplas tipo K y salida de corriente
normalizada, basándose en un Microcontrolador PIC, con una interfaz amigable al
usuario y la posibilidad de comunicación con un PC.
El diseño incorpora una parte análoga y otra digital para la medición, presentación
y transmisión de la información, lo que se describe en los diferentes capítulos que
comprende la parte escrita del proyecto.
En e! Capítulo 1, se describen generalidades sobre la medición de temperatura,
sensores, medidores y transmisores de temperatura y sus características,
basándose en esto, se plantea el medidor transmisor que se diseña en el presente
proyecto.
En el Capítulo 2, se presenta el diseño de hardware que compone el equipo, la
selección de sus partes y descripción de las funciones que realizan dentro del
equipo, esta revisión se la hace de una manera rápida y completa con el fin de
entender su funcionamiento.
En el capítulo 3 se encuentra la descripción del software necesario para el
funcionamiento del equipo que servirá para programar al microcóntrolador PiC,
también se explica el software de interfaz de usuario tanto implementado en el
PIC como el desarrollado para el computador.
En e! capítulo 4 se describen las pruebas realizadas al medidor - transmisor para
verificar su correcto funcionamiento, en especial que cumpla con lo que se
propuso diseñar.
Finalmente en el capítulo 5 se tienen las conclusiones y recomendaciones acerca
del proyecto, obtenidas luego del proceso de desarrollo y construcción del mismo
y luego de la verificación de su funcionamiento mediante las pruebas pertinentes.
En los anexos se encuentra la documentación de ciertos elementos utilizados en
el desarrollo del proyecto que puede ayudar al mejor entendimiento de las partes
del diseño.
Finalmente en el capítulo 5 se tienen las conclusiones y recomendaciones acerca
del proyecto, obtenidas luego del proceso de desarrollo y construcción del mismo
y luego de la verificación de su funcionamiento mediante las pruebas pertinentes.
En los anexos se encuentra la documentación de ciertos elementos utilizados en
el desarrollo del proyecto que puede ayudar al mejor entendimiento de las partes
del diseño.
XI
PRESENTACIÓN
La temperatura es uno de los fenómenos físicos que con mayor frecuencia se
mide en procesos ambientales e industriales, por lo tanto, su medición y control es
un aspecto de importancia fundamental dentro del control de procesos; no
solamente en los que la temperatura es una variable crítica, sino en todos, ya que
esta variable influye en el comportamiento de los instrumentos de medición y en la
vida de todos los seres vivos.
La medición y transmisión de temperatura a distancia ha merecido últimamente
gran atención en los sistemas de control de procesos, y es por ello que se ha
pasado de simples instrumentos ciegos que no dan información al usuario a
complejos y modernos sistemas que incluyen pantallas gráficas e incluso sonidos
para interactuar con el usuario final. La transmisión de la información se ha
desarrollado en forma de corriente por muchos años gracias las ventajas que
presenta este tipo de transmisión sobre otros.
Existen medidores de temperatura de tipo analógico y digital. Un equipo de
medida de temperatura digital es mucho más exacto y confiable que los
tradicionales métodos de medición de temperatura basados en termómetros y en
técnicas análogas. Si además de esto se tiene un transmisor incorporado y el
sistema usado se basa en un microcontrolador se tienen ventajas adicionales
como la facilidad de comunicación con el operador y la posibilidad de ir
, almacenando los datos periódicamente o visualizarlos.
En la actualidad se han desarrollado muchos instrumentos medidores de
temperatura que poseen varias características, presentaciones y costos. Ya que
en el mercado existe una gran demanda de medidores de temperatura portátiles
de bajo costo, se construirá el medidor transmisor con características de diseño y
presentación competitivas a nivel industrial, utilizando como elemento principal un
PIC.
CAPITULO 1
GENERALIDADES
CAPITULO 1
GENERALIDADES
La temperatura es uno de los fenómenos físicos que con mayor frecuencia se
mide en procesos ambientales e industriales y constituye el control de la variable
más común que se efectúa en los procesos industriales. Por esto se han
desarrollado una inmensa cantidad de instrumentos medidores de temperatura
que poseen amplia gama de técnicas de medida, con distintas prestaciones en
cuanto a precisión, tiempo de respuesta y condiciones de trabajo en las cuales
pueden utilizarse.
La temperatura se mide básicamente a partir de cambios en las propiedades de
diversos materiales entre los cuales podemos citar;
a) Variaciones en el volumen o en el estado de los cuerpos (sólidos, líquidos o
gases).
b) Variaciones en la resistencia de algún conductor (RTDs).
c) Variación en ia resistencia de algún semiconductor (termistores).
d) Fuerza electromotriz generada en la unión de dos metales distintos
(termocupías).
e) Intensidad de ia radiación emitida por un cuerpo (pirómetros de radiación).
f) Fenómenos utilizados en el laboratorio (velocidad del sonido de un gas,
frecuencia de resonancia de un cristal, etc).
Un instrumento de medición es aquel que sirve para obtener el valor de (a
magnitud de una variable física, la información resultante de la medición debe ser
presentada al operador en una forma reconocible por los sentidos.
Un medidor de temperatura tiene como parte fundamental un sensor y circuitos
adicionales para tratar la señal y obtener salidas adecuadas. Los medidores de
temperatura son tan diversos como sus aplicaciones, variedad de diseños y
transductores que utilizan. Pero es posible identificar ciertos bloques funcionales
que son de carácter general. Estos bloques se muestran en la Figura 1.1.
Magnitud — &a medir \o
sensorDrimarío
wAcondicionador
de señal pEtapadesalida
Fig. 1.1 Bloques funcionales básicos de un instrumento de medición
El elemento sensor primario es el dispositivo que está en contacto con la variable,
recibe y mide la energía de la señal de entrada produciendo una señal de salida
dependiente de la magnitud medida, este elemento sensor puede ser cualquiera
de los diferentes tipos de sensores de temperatura existentes; los sensores más
usados son RTDs y termocuplas aunque también existen medidores que utilizan
sensores de temperatura semiconductores.
La salida del elemento primario es una cierta variable física que puede ser
necesario convertirla a otra variable de diferente naturaleza por ejemplo señales
eléctricas. El elemento de conversión modifica la naturaleza de la señal que
proporciona el sensor para hacerla más fácilmente tratada, sin alterar la
información de la señal.
También puede ser necesario la manipulación de la señal, por ejemplo, cambiar la
magnitud de la misma; esto se lo realiza en el bloque de acondicionamiento de la
señal. Este bloque de tratamiento o acondicionamiento depende del tipo de
sensor utilizado, ya que cada sensor tiene sus propias características y
requerimientos. En muchos casos, debido al bajo nivel y no iinealidad de las
salidas de los sensores de temperatura estas señales deben ser apropiadamente
amplificadas y linealizadas para obtener salidas adecuadas.
En algunos instrumentos la función de conversión y tratamiento se lo realiza en un
solo bloque, o también puede ser el caso que se lo realice en varios bloques
separados. En los instrumentos digitales se realiza la conversión análoga a digital
y todo el procesamiento posterior de la señal se lo realiza digitalmente.
Cuando los bloques funcionales del instrumento se encuentran separados
físicamente o se desea enviar la información de la medida a distancia es
necesario la transmisión en una señal estándar (al ser estándar es compatible con
cualquier instrumento de control con independencia de su marca comercial) para
que finalmente la información obtenida sea presentada al operador para
conocimiento o control de la variable medida.
El resultado de la medición debe ser presentado al operador, de aquí parte la
idea de que exista una interfaz con el usuario, la cual debe ser fácilmente
reconocible por los sentidos. Esta presentación puede consistir en una simple
indicación de aguja o una indicación en forma digital del resultado (instrumento
indicador). La presentación de la indicación puede tener la forma de un registro
gráfico del valor de la variable en función del tiempo (Instrumento registrador), la
información también puede ser enviada a distancia a un instrumento de control de
la variable o a un computador.
Estos son algunos de ios diferentes tipos de instrumentos de medición, registro y
control de temperatura.
Indicadores
Registradores
Transmisores
Fig. 1.2 Tipos de instrumentos
Medidores Portátiles
Controladores
1.1 TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA
El primer paso para la medición de temperatura es la detección de la misma. Esto
se lo hace con un sensor llamado también detector, transductor o medidor. Si el
sistema es eléctrico los traductores de temperatura convertirán la magnitud física
(t°) en una señal eléctrica de voltaje, resistencia o corriente.
En la Tabla 1.1 se detallan los transductores de temperatura más populares y sus
características.
TERMOCUPLA
Máximo Rango:
-184°C a+2300°C
Gran precisión y
repetitibílidad
Necesita
Compensación de cero
Bajo voltaje de salida
RTD
Rango:
-200 °C a +850 °C
Linealidad
Necesita corriente de
excitación
Bajo costo
TERMISTOR
Rango:
0°Ca+100°C
Poca Linealidad
Necesita corriente de
excitación
Alta sensibilidad
SEMICONDUCTOR
Rango:
-55°Ca+150°C
Linealidad: 1°C
Precisión : 1 °C
Necesita corriente de
excitación
lOmv/K^Omv/K,
0 1 (JA/ K típicas
Tabla 1.1. Sensores más populares y sus características
1.1.1 TERMOCUPLA O TERMOPAR
Una termocupla se hace con dos alambres de distinto material unidos en un
extremo (soldado generalmente). Al aplicar temperatura en la unión de los
metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto Seebeck) del orden de los
milivoltios el cual aumenta con la temperatura.
Metal A
Metal B
Fig. 1.3 Efecto termoeléctrico
El principio de medición de temperatura utilizando termocuplas se basa en tres
principios físicos, que son:
Efecto Seebeck: al unir dos cables de materiales diferentes formando un circuito,
se presenta una corriente eléctrica cuando las junturas se encuentran a diferente
temperatura.
Efecto Peltier: cuando una corriente eléctrica fluye a través de una juntura de dos
metales diferentes, se libera o absorbe calor. Cuando la corriente eléctrica fluye
en la misma dirección que la corriente Seebeck, el calor es absorbido en la juntura
caliente y liberado en la juntura fría.
Efecto Thomson: un gradiente de temperatura en un conductor metálico está
acompañado por un gradiente de voltaje, cuya magnitud y dirección depende del
metal que se esté utilizando.
La expresión para el voltaje de salida de la termocupla, con la juntura de medida a
T (°C) y su referencia a 0°C, es un polimonio de la forma:
(1.1)
Pero los valores de los coeficientes K 2, Ka, etc. son muy pequeños para los tipos
de termocuplas más comunes. Por lo que generalmente se puede considerar
lineal su comportamiento dentro de ciertos rangos de temperatura.
Sin embargo, el principal inconveniente de las termocuplas es su necesidad de
"compensación de cero", puesto que las desjuntaras (T1 la juntura de medición y
T2 la juntura de referencia) están relacionadas. Si T2 = T1 , entonces V2 - V1 , y el
voltaje de salida V = 0. Los voltajes de salida de las termocuplas están a menudo
definidas respecto con una juntura de referencia de O °C (de ahí el término juntura
fría o ice point junction), así la termocupla provee un voltaje de salida de OV a 0°C.
Por lo tanto, para mantener la precisión del sistema, la juntura de referencia debe
estar a una temperatura bien definida (pero no necesariamente a 0°C). Una
simple aproximación de esta necesidad está mostrada en la Figura 1.4.
METAL A METAL A
METALB
Baño deHielo -
Fig. 1.4 Compensación de cero Clásica, usando una juntura de referencia a (0°C).
Antiguamente se solucionaba este problema colocando los empalmes en un baño
de hielo a cero grados para que generen cero voltaje (T2 = O y luego V(T2) = 0).
Aunque un baño de hielo es relativamente fácil de definir, es un gran
inconveniente el mantenerlo.
Actualmente todos los instrumentos modernos miden la temperatura en ese punto
mediante un sensor de temperatura adicional (generalmente semiconductor, a
veces termistor), y la suman para crear la compensación y obtener así [a
temperatura real. El voltaje de compensación debe ser equivalente a la
temperatura de la referencia, o sea, es función de esta temperatura V(comp.) =
Vf(T2) como se muestra en la Figura 1.5, En la práctica, la juntura fría es rara vez
mayor que un par de decenas de grados sobre los 0°C, y generalmente puede
variar en ±10 °C.
METAL A
VÍOUTJO-V(COMP)
COBRE
T1 * V(T1)
SAME.TEMP
METAL B
COBRE
METAL A
CIRCUITO DECOMPENSACIÓN DE
TEMPERATURA
V(T2) T2
TEMP\R
V(COMP) =f(T2) BLOQUE ISOTÉRMICO
Fig.1.5 Usando un sensor de temperatura para la compensación de cero
El punto de empalme (llamado "unión ó juntura de referencia") está siempre en el
conector a la entrada del instrumento pues ahí está el sensor de temperatura. De
modo que es necesario llegar con el cable de la termocupla hasta el mismo
instrumento para no crear junturas adicionales.
Cuando se usa compensación electrónica de juntura fría, es práctico eliminar el
cable de la termocupla adicional y terminar las puntas de la termocupla en un
bloque isotérmico como es el arreglo mostrado en la Figura 1.5. Las junturas de
metal A-Cobre y el metal B-Cobre, si están a la misma temperatura, son
equivalentes a la unión de Metal A-Metal B(ley del metal intermedio).
Las salidas de las termocuplas son muy pequeñas y cambian de 7 a 50 uV por
cada grado (1 °C) de cambio en temperatura haciendo a las señales muy
susceptibles a los efectos de ruido eléctrico. Por esto la sensitividad y ruido se
deben considerar cuando se miden señales de termocuplas. Los
acondicionadores de termocuplas incluyen filtros pasabajos, además, incluyen
amplificadores de alta ganancia para aumentar el nivel de la señal de voltaje.
Las termocuplas son pequeñas, robustas, relativamente económicas y operan en
e! mayor rango de todos los sensores de temperatura, por eso, las termocupías
son el tipo de sensor de temperatura más comúnmente utilizado en la industria.
Estas son especialmente útiles para hacer medidas a temperaturas
extremadamente altas (hasta los +2300 °C) en ambientes hostiles.
1.1.1.1 Tipos de tennocuplas
Existen una infinidad de tipos de termocuplas. En la Tabla 1.2 aparecen algunas
de las más comunes, pero casi el 90% de las termocuplas utilizadas son del tipo J
o del tipo K. Los metales más comúnmente usados son: hierro, platino, Rodio,
Renio, Tungsteno, Cobre, Alumel (compuesto de níquel y Aluminio), Cromel
(compuesto de Níquel y Cromo) y Constantan (compuesto de Cobre y Níquel).
Designación
ANSÍ
B
C
E
J
K
R
S
T
Cable +
Aleación
30% Platino
70% Rodio
5 % Tungsteno
95% Renio
Cromel
Hierro
Níquel / cromo
87% Platino
13%Rodio
90% Platino
10%Rodio
Cobre
Cable -
Aleación
6% Platino
94% Rodio
26% Tungsteno
76% Renio
Cobre / níquel
Cobre /níquel
Níquel / aluminio
100% Platino
100% Platino
Cobre / níquel
Rango
de uso típico
°C
(0, 1820)
(0, 2300)
(0, 982)
(0, 760)
(-184, 1300)
(0, 1593)
(0, 1538)
(-184,400)
Coeficiente de
Seebeck
M.V/°C
7.7
16
76
55
40
11.7
10.4
45
Tabla 1.2. Termocuplas más comunes y sus características
La Figura 1.6 muestra las curvas Voltaje-temperatura y de coeficiente de
Seebeck- temperatura de las tres termocuplas más comúnmente usadas,
mantenida a 0°C ia juntura de referencia. De las termocuplas mostradas (J, K, S),
las termocuplas tipo J son las más sensibles, produciendo grandes salidas de
voltajes dado un cambio de temperatura. Por otro lado, las termocuplas tipo S son
las menos sensibles. Estas características son muy importantes de considerar
cuando se diseña un circuito acondicionador de señal en que las bajas salidas de
las termocuplas requieren amplificadores de ganancia alta y bajo ruido.
25O 5OO 750 1000 1250 1500 1750 -250 750 1000 1250 15OO 1750
TEMPERATURA fC} TEMPERATURA ('C)
Fig. 1.6 Voltaje de Salida y Coeficiente De Seebeck Para Termocuplas Tipo J, K y S
El presentar estos datos de las termocuplas tiene dos propósitos. Primero, ilustrar
el rango y sensibilidad de estos tres tipos de termocuplas, de tal forma que se
pueda determinar, a simple vista, que la termocupla tipo S tiene uso en el más
amplio rango de temperatura, pero la termocupla tipo J es más sensible. Segundo,
el coeficiente de Seebeck provee una rápida guía de la linealidad de las
termocuplas. Usando la Figura 1.6, se puede escoger una termocupla tipo K por
su coeficiente de Seebeck lineal en el rango de O a 250°C o una tipo S en el rango
de 90°C a 1700°C o que una termocupla tipo J tiene un coeficiente de Seebeck el
cual varia menos que 1 uV/°C entre 200 y 500°C, lo cual lo hace ideal para
mediciones en este rango.
1.1.1.2 Usos típicos en la industria
La termocupla K se usa típicamente en fundición y hornos a temperaturas
menores de 1300 °C, por ejemplo fundición de cobre y hornos de tratamientos
térmicos, contiene alta resistencia a la corrosión y a la oxidación.
Las termocuplas tipo J son más baratas y se usan principalmente en la industria
del plástico, goma (extrusión e inyección) y fundición de metales a bajas
temperaturas. Esta termocupla solo es aconsejable en ambientes no oxidantes.
Las termocuplas R, S, B se usan casi exclusivamente en la industria siderúrgica
(fundición de acero). Finalmente las tipo T eran usadas hace algún tiempo en la
industria de alimentos, su respuesta es similar a la de la termocupla tipo J,
proporciona aproximadamente 0.045 mV/° C, con un rango máximo hasta llegar a
300 ° C, se recomienda por su buena señal, para mediciones de precisión dentro
de un limite no superior a los 250 ° C, tiene alta resistencia a la oxidación, pero
han sido desplazadas en esta aplicación por RTD de platino.
Como protección frente al ambiente, las termocuplas industriales normalmente se
encuentran encapsuladas dentro de un tubo de acero inoxidable u otro material
(vaina) tal como se indica en la Figura 1.7, la velocidad de respuesta y la robustez
de la sonda vendrán afectadas por el espesor de dicha vaina.
10
Fig. 1.7 Protección de Termocuplas
Las uniones desnudas o junturas expuestas son usadas en medidas estáticas o
de flujo de gases no corrosivos donde se requiere un tiempo de respuesta rápida,
pero son fragües. Las uniones aisladas se emplean para medir en ambientes
corrosivos, donde además interese aislamiento eléctrico de! termopar, éste queda
entonces encerrado por la vaina y aislado de ésta por un buen conductor térmico
como aceite o resina epóxica.
1.1.2 SENSORES DE TEMPERATURA POR RESISTENCIA (RTD)
Otro popular sensor de temperatura es el Detector de temperatura por resistencia
(RTD) que es un dispositivo que muestra un incremento en su resistencia con la
temperatura, y que se rige por la siguiente expresión:
RT = Ro (1 + a! T + a2T2 + a3T3+ ... + anTn) (1.2)
En donde:
RO - Resistencia en ohmios a 0°C.
Rt = Resistencia en ohmios a t °C.
a = Coeficiente de temperatura de la resistencia, es una característica del material
que forma el conductor, que expresa, a una temperatura determinada, la variación
de la resistencia en ohmios del conductor por cada grado que cambia su
temperatura.
El número de términos depende del material, el rango de temperatura y la
exactitud requerida.
11
Están constituidos por un embobinado sensible a la temperatura, hecho de
alambre muy fino, típicamente de platino (Pt), montado sobre un cuerpo de
cerámica, vidrio, mica o papel duro. Los elementos de Platino son apropiados
para temperaturas de -250 a +850 grados Centígrados. El comportamiento del
RTD es más preciso y más lineal que la termocupla sobre el rango de medida.
La Figura 1.8 ilustra la variación de la resistencia respecto a la temperatura de un
RTD 100Q (PtlOO). Como se puede ver el RTD es un dispositivo más lineal que
las termocuplas, por esto linealizar el RTD es menos complejo e incluso en
muchas ocasiones no es necesario. La constante de temperatura típica 0.385
O/°C para RTD de Pt 100Q.
La expresión del RTD puede reducirse a la expresión lineal:
R t = R 0 ( l + at) (1.3)
R
n280270
260
250240230220'
210
200190"180'
170-
ieo150
14D
130
120
110
Ro 1003080-40 120 100 Z-ÍO 300 360 -120 480
FIG 1.8 Resistencia respecto a temperatura
Un RTD es un sensor pasivo y requiere de corriente de excitación para producir
un voltaje de salida, por lo que su acondicionamiento incluye generalmente como
primera etapa un circuito puente de resistencias.
12
Siendo resistencias relativamente bajas (100Q) que cambian muy poco con la
temperatura (bajo coeficiente de temperatura menos de 0.4 Q/°C) la resistencia de
los hilos conductores que conectan el RTD puede provocar errores importantes,
En la denominada técnica de medición de dos hilos, la resistencia se mide en los
terminales del sistema de adquisición de datos, por lo que la resistencia de los
hilos forma parte de la cantidad desconocida que se pretende medir. Por el
contrario, la técnica de cuatro hilos mide la resistencia en los terminales del RTD,
con lo cual la resistencia de los hilos queda eliminada de la medida. La
contrapartida es que se necesita el doble de cables y el doble de canales de
adquisición de datos. (La técnica de tres hilos ofrece una solución intermedia que
elimina un cable, pero no es tan precisa.)
Los RTD requieren de acondicionamiento de señal con fuentes de excitación de
corriente altamente precisas, amplificadores de alta ganancia y conectores para
mediciones de 4 y 3 hilos. Sin embargo, la caída de voltaje en un RTD es mucho
más grande que la salida de voltaje de la termocupla. A pesar de que e! costo del
RTD es más alto que el de la termocupla ellos usan junturas de cobre, y los
efectos termoeléctricos de las junturas no afectan su precisión. Además, no
requiere compensación de cero.
Se deben tener precauciones con la corriente de excitación porque la corriente a
través de RTD causa calentamiento. Este auto calentamiento cambia la
temperatura del RTD y aparece como error en la medida, Por esta razón, se debe
poner atención al diseñar la circuitería del acondicionador de señal tal que el auto
calentamiento esté por debajo de 0.5°C. Los fabricantes especifican e! error por
auto calentamiento para varios valores de RTD y tamaños.
Se han aplicado en múltiples usos industriales, en electrodomésticos, en edificios
y en automóviles. En los automóviles, por ejemplo, al ser inmune a los gases de
escape, pueden utilizarse para medir y controlar su temperatura, también pueden
medir la temperatura de entrada de aire al motor. Se han aplicado también en
hornos domésticos, cuyas temperaturas quedan fuera del rango de aplicación de
otros sensores. En edificios se usan para medir la temperatura y controlar el
13
consumo de agua caliente, También en la industria, en el control de la
temperatura de los gases de la chimenea, para optimizar la combustión del
caldero y reducir la contaminación y formación de hollín.
1.1.3 LOS TERMISTORES
Los termistores son semiconductores, cuya resistencia varia con los cambios de
temperatura. Pueden tener un coeficiente de temperatura positivo o negativo.
El fundamento de los termistores está en la dependencia de [a resistencia de los
semiconductores con la temperatura, debida a la variación con ésta del número de
portadores. Al aumentar la temperatura lo hace también el número de portadores
reduciéndose la resistencia, de ahí que presenten coeficiente de temperatura
negativo (NTC). Esta dependencia varía con la presencia de impurezas, y si el
dopado es muy intenso, el semiconductor adquiere propiedades metálicas con
coeficiente de temperatura positivo (PTC).
3200
Rt
1600 —
O 50 100
F1G 1,9. Gráfica para un termistor NTC de platino calibrado a T0 = 25°C y R0 = 1 K
La ecuación que domina el cambio de resistencia de un termistor respecto a la
temperatura está dada por:
R T =R 0 e ° (1.4)donde;
R0 = Resistencia inicial.b = Coeficiente térmico.Tt = Temperatura de trabajo en Kelvin.T0 = Temperatura de referencia.
14
Tienen mayor sensibilidad lo que permite obtener medidas de alta resolución y
reducir aún más el impacto de la resistencia de los hilos conductores. Pero su no
linealidad es mayor que los sensores descritos anteriormente, lo que exige un
algoritmo de Idealización para obtener resultados aprovechables.
Los termistores se conectan a puentes de Wheatstone convencionales o a otros
circuitos de medida de resistencia. Son de pequeño tamaño y su tiempo de
respuesta depende de la capacidad térmica y de la masa del termistor variando de
fracciones de segundo a minutos.
La distancia entre el termistor y el instrumento de medida puede ser considerable
siempre que el elemento, posea una alta resistencia comparada con la de los
cables de unión. Debido a la baja masa térmica del dispositivo, la corriente que
circula por el termistor a través del circuito de medida debe ser baja para
garantizar que la variación de resistencia del elemento sea debida exclusivamente
a los cambios de temperaturas del proceso y no por autocalentamiento.
Sin embargo, son populares en aplicaciones portátiles como son la medición de la
temperatura de baterías y otras temperaturas críticas en un sistema. Tienen
aplicaciones importantes en medición y control de la temperatura en indicadores
de! nivel de líquidos. Los termistores encuentran su principal aplicación en la
compensación de temperatura, como temporizadores y como elementos sensibles
en vacuómetros.
Para obtener una buena estabilidad en los termistores es necesario envejecerlos
adecuadamente, con el fin de mantener sus características dentro del rango de
0.03 °C/año en un periodo de 12 años.
1.1.4 SENSORES SEMICONDUCTORES
Estos modernos sensores de temperatura semiconductores ofrecen gran precisión
y alta linealidad en un rango de operación de -55°C a +150°C aproximadamente.
Sus amplificadores internos pueden escalar la salida a valores convenientes, tales
15
como 10mV/°C. Son usados en circuitos para "compensación de cero" en
termocuplas en un amplio rango de temperatura.
Los sensores de circuitos integrados (IC) resuelven el problema de la linealidad y
ofrecen altos niveles de rendimiento. Son, además, relativamente económicos y
bastante precisos a temperatura ambiente.
Sin embargo, los sensores de IC no tienen tantas opciones de configuraciones del
producto o de gama de temperaturas, y además son dispositivos activos, por lo
que requieren una fuente de alimentación.
Los sensores de IC forman parte de la tendencia hacia los "sensores inteligentes",
que son unos transductores cuya inteligencia incorporada facilita las actividades
de reducción y análisis de datos que el usuario debe realizar normalmente en el
sistema de adquisición de datos.
Algunos de los fabricantes de este tipo de sensores son National Semiconductor y
Analog device. Estos tienen salida de voltaje o corriente dependiendo del modelo,
entre este tipo de sensores están:
LM135, LM235, LM435 son sensores con salida de voltaje proporcional a la
temperatura absoluta en grados Kelvin. LM35, LM45 con salida de voltaje
proporcional a la temperatura en grados centígrados. LM34 sensor con salida de
voltaje proporcional a la temperatura en grados Fahrenheit. LM134, LM234,
LM334 son sensores de temperatura con salida de corriente de 1pA/°C.
1.2 MEDIDORES Y TRANSMISORES DE TEMPERATURA
Un instrumento medidor capta la variable, la acondiciona y presenta la información
al usuario mientras que un transmisor es un instrumento que capta la variable del
proceso y la transmite en forma normalizada a distancia a un instrumento
receptor, indicador, registrador o controlador. En aquellos instrumentos utilizados
únicamente para monitorear la variable del proceso la etapa de presentación de la
información (visualización) es muy importante, porque supone una ¡nterfaz con el
usuario, además de las funciones que brinde el equipo. En los Instrumentos
utilizados en un lazo de control, como los transmisores, esta etapa no suele
aparecer porque la salida del instrumento se conecta directamente al controlador
sin necesidad de visualizar (medidores ciegos) también porque el transmisor está
dispuesto cerca del proceso y lejos de la estación de control.
Señal
entrada
Elemento sensorprimario
^
Elementodeconversión
wp
Bloque detratamientode la señal
Fig. 1.10 Bloques funcionales generales de un instrumento de medida
Existen gran variedad de medidores de temperatura portátiles en el mercado, que
cubren la mayoría de las aplicaciones ya que permiten tomar fácilmente la
temperatura en superficies y temperaturas internas en industrias, tanto como en
laboratorios.
Son muy utilizados por departamentos de mantenimiento para ajustar nuevas
instalaciones de trabajo y de control. Estos medidores son usados en ambientes
donde el calor o frío deben ser controlados.
Los medidores de temperatura deben ofrecer: alta velocidad y exactitud en la
medición, estabilidad de medición, calibración Automática, Compensación de
junta fría automática, Compensación de Temperatura ambiente (si usan
termocuplas).
Muchos de los instrumentos de medición usados para transmitir en aplicaciones
de control y monitoreo de procesos transmiten la información de las siguientes
maneras:
Electrónica: (4-20 mA.) distancias largas (hasta 1,5 Km.), transmisión instantánea
(0-10 VDC) distancias cortas, transmisión instantánea.
17
Neumática: (3-15 psi.) distancias cortas (hasta 400 m. si no se refuerza). La
transmisión puede necesitar varios segundos.
La transmisión más utilizada en la industria es en forma de corriente, normalmente
de 4 a 20 mA. aunque también se usa de 0-20 mA. Las señales de corriente se
usan porque son menos propensas a los errores causados por ruido o caídas de
voltaje en cables que son muy largos y por la posibilidad de conectar varios
aparatos en serie. Los acondicionadores de señal en los controladores convierten
las señales de corriente a señales de voltaje al pasar la corriente a través de una
resistencia de precisión para después poder ser digitalizada, Adicionalmente la
transmisión de corriente que se realiza en el rango de 4 a 20 mA. que suma a las
anteriores ventajas la correspondencia de los OV con 4 mA. imposibilita confundir
el valor mínimo en la escala, con la ausencia de señal a causa de una falla.
También existen transmisores con salida normalizada de voltaje 0-10 V. u otros
rangos de voltaje como de O a 5 V. (poco utilizados en la industria). Generalmente
se lo usa cuando el controlador está cerca del transmisor para evitar caída de
voltaje en los conductores.
Algunos de los Transmisores modernos que incluyen un microprocesador en su
diseño, ofrecen la posibilidad de comunicación digital con un computador además
de la indicación a través de LCD; éstos, al igual que los medidores, pueden
ofrecer auto calibración automática y corrección de temperatura digitalmente,
pocos medidores ofrecen la posibilidad de guardar datos en memoria, ésta es una
característica, más bien, de equipos de medición portátiles.
1.2.1 CARACTERÍSTICAS DE MEDIDORES Y TRANSMISORES
Además de las características generales de los instrumentos de medición también
se tiene que tomar en cuenta, para el diseño del medidor transmisor del proyecto,
las características especificas de algunos modelos existentes en el mercado.
18
La mayoría de equipos portátiles son fabricados con materiales resistentes para
trabajar en ambientes hostiles, su uso es simple, son independientes y
compactos, de pequeño tamaño y peso para un fácil transporte. Además de un.
bajo consumo.
Algunos medidores, presentan las medidas en displays de 7 segmentos o LCD
(los más costosos), con variado número de dígitos y resoluciones las cuales
permite la visualización y sirven como interfaz con el usuario; presentan opciones
accesibles con teclas, estas opciones pueden ser: rango de medida, escala de
medida (dependiendo de cada modelo); inclusive los más modernos ofrecen la
posibilidad de comunicación con el computador y almacenamiento de datos.
Con respecto a sus señales de entrada los más comunes aceptan termocupla,
RTD, o señales de milivoltios u ohmios. Algunos pueden presentar alarma por
falla de batería, o por termocupla rota y compensación de cero (si usa
termocupla).
1.2.2 MEDIDORES COMERCIALES.
A continuación, se presentan algunos medidores de temperatura comerciales, se
incluyen características físicas, técnicas y precios comerciales para poder ver que
se ofrece en el mercado y de allí sacar algunos puntos a considerar para el diseño
del medidor transmisor.
19
omega.com0Yoar OmríStop Sourco forProccss Measuretnent ana Control! Medidor de temperatura
Indicador modular de temperatura
CARACTERÍSTICAS
Entrada según modelo para termocupla tipoJ, K, T, E, R, S o B, Conexión para RTD deplatino de 3-0-4 cables, curva de 0.00385 o0.00392.
Escala Seleccionare °F / °C
Varias entradas seleccionables (403B)
Fabricante: OmegaModelo: Serie 400BPrecio: 400B VI 439 USD*
403B 695 USD*
Resolución de 1/0.1/0.01° paratermocuplas RTD y termistores.
Construcción modular, construido enaluminio.
Display 0,8" (20rnm)
omega.com8Yoar Qne-Stop Sourca fwPracess Measwement antf Co/Hroíí
Medidores Portátiles
Handhelp de alta precisión
CARACTERÍSTICAS
• Conector miniatura estándar OMEGA® paratermocupla; conector para termistor típo 1/4"phone jack; Mini conector OMEGA® paraRTD.
• Técnica de medida: conversión A/D doblependiente.
• Linealización 100% digital.
• Resolución de 1/0.1 ° Seleccionable.
Fabricante: OmegaModelo: 450 SeriesPrecio: 295 USD*
Display: 0.3"(7.62 mm)
Escala °F/°C Seleccionable.
Temperatura de funcionamiento de Oa 50 °C (ambiente).
Incluye batería alcalina de 9 V vidade 2000 horas.Tamaño: 7 x 3.3 x 1.8" (178 x 84 x 46mm) peso: 9 Oz (255g).
* Precio de catalogo no incluye IVA ni envío
20
omega.com0Yoar Qna-Stop Soutce far Process Measurement and Control! Medidor de temperatura
Medidor de temperatura con display de LEDs
Fabricante: OmegaModelo: DP116-JC1Precio: 195 USD*
CARACTERÍSTICAS
• Entrada para termocupla y RTD.
• Precisión con termocuplas:
Con resolución de 1.0° ±2.7°F (±1.5°C) + 1
Con resolución de 0.1 ° ±1.8°F (±1 °C) + 1
• Precisión con RTD:
Con resolución de 0.1° ±0.5°F (±0.3°C)+0.2%
• Velocidad de lectura: 2.5/seg.
Tiempo de respuesta: 1 seg.
Display de 3 1/2 Dígitos, de 0.56" (14.2mm).
Alimentación: 115 Vac, ±15%, 50/60 Hz
Potencia de consumo: 2 watts.
Dimensiones: 24 x 72 x 120 mm (0.94 x2.83 x 4.72") Peso: 7 02. (200 g)
Panel para montaje: 3 /64 DIN, 22.2 x68 mm (0.87x2.68").
Medidores PortátilesTermómetro con entrada Dual tipo K para trabajo pesado
Fabricante: EXTECHModelo: 421307Precio: 100 USD*
CARACTERÍSTICAS
La entrada dual tipo K provee lecturadiferencial y función de Data Hold.
Rango de -50 a 1300°C (-°58 a 2000°F)selecciónatele.
Precisión de 0.3%, resolución de 0.171°,escala °C/°F seleccionable.
Incluye Batería de 9 VDC, Cubiertaprotectora con soporte, y sonda detemperatura.
Dimensiones: 7.6" x 3,6" x 2.1" (192 x91 x 53mm); Peso: 13 oz. (365 g).
Pantalla grande 0.8" (20mm) 3 1/2Dígitos.
' Precio de catalogo no incluye IVA ni envío
21
Medidores PortátilesTermómetro con entrada Dual tipo K y aimacenamiento de Datos
Fabricante: EXTECHModelo: 422130Precio: 230 USD*
Software compatible conWindows para captura,almacenamiento, gráfica yanálisis de datos.
CARACTERÍSTICAS
Entrada Duaí para termocupla tipo K o J
Tiempo de registro ajustable de 1segundo a 60 minutos.
Usuario puede guardar hasta 8,000medidas.
Transferencia de datos a un PC paraanálisis vía interface RS232
Reloj de tiempo real
Lecturas Min/Max/Prom y diferenciales
Rango para Tipo J: -190 a 760 °C (-310a1400°F)
Rango Tipo K: -190a1333°C (-310a2431 °F)
0.1% precisión en la lectura con 0.1° deresolución
Incluye batería de 9 VDC, disquete consoftware para Windows, Cable RS-232 ycubierta protectora.
Tamaño: 5.7 x 2.78 x 1.4"(145 x 68 x35mm) peso: 8.3 Oz (235g)
Transmisor Universal de TemperaturaEntrada para Termocupla o RTD provee salida lineal de 4-20mA.
Fabricante: EXTECHModelo: 40500kPrecio: 113+IVA
CARACTERÍSTICAS
Entrada programable para Termocuplatipo J, KoPtIOO.
Amplio Rango de temperatura ajustablepor el usuario (32 a 1470 °F/ O a 800°C)
Compensación de juntura fría (CJC)
Fuente para transmisión de 12-36 VDC
Salida de 4-20mA con 0.06% delinealidad y 0.1% de precisión en FS.
Construcción de cubierta en ABS.
Rango Configurable de temperatura conajustes de Zero/span que habilita alusuario establecer la salida de 4 -20mA. en el rango escogido.
Dimensiones: 1.69"(d) x 1.12"(h) (40 x28 mm); Peso: 0.8 oz.
Fácil montaje en el cabezal del sensor
22
1.3 EQUIPO MEDIDOR-TRANSMISOR A DISEÑAR
Considerando las características tanto físicas como técnicas de los equipos
disponibles en el mercado se decidió construir un medidor-transmisor de
temperatura que cumpla ia mayoría de ellas, y aumentar otras que darían mayor
versatilidad al equipo en cuestión.
El medidor transmisor será capaz de medir la temperatura de un proceso dentro
del rango de temperatura de O a 250 °C. mediante una termocupla tipo K. Además
medirá la temperatura ambiente usando un LM35. Las dos variables podrán ser
visualizadas en una pantalla LCD que sirve como interfaz con el usuario. Contará
con tres teclas para la operación del mismo e interfaz serial RS232 para
comunicarse con un PC. Tendrá alarma de termocupla abierta, indicador de nivel
de baterías, también podrá detectar cuando una carga esté conectada al
transmisor de corriente que entregará la salida normalizada de 4 - 20 mA.
correspondiente a la medida registrada por la termocupla en el rango establecido.
También se tomaron en cuenta algunas especificaciones físicas, como que el
equipo tiene que ser pequeño y liviano. El Equipo será portátil y completamente
independíente para lo cual contará con un banco de baterías recargables internas.
Además, tendrá Memoria de usuario que no se pierde aun cuando el mismo
apague el equipo y también contará con indicación de reloj en tiempo real.
Para lograr un equipo con estas características, el equipo tendrá un
microprocesador que proveerá las características de versatilidad necesarias y
controlará el funcionamiento del mismo; se tendrá además un reloj en tiempo real
(RTC), una pantalla LCD en la parte frontal con caracteres grandes que permita
fácil lectura y teclas en la parte frontal izquierda para la operación.
CAPITULO 2
DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE
23
CAPITULO 2
DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE
2.1 CONSIDERACIONES GENERALES
En este capítulo se describe el proceso de diseño de las etapas del hardware del
medidor transmisor de temperatura para termocupla tipo K. El equipo consta de;
una entrada para termocupla K, un display LCD 2x16 en el que se podrá visualizar
las temperaturas medidas del proceso y de ambiente, indicación de reloj en
tiempo real, indicador de nivel de batería, comunicación serial y salida de corriente
de 4 -20 mA.
Para poder seleccionar los componentes, primero se definen los bloques
fundamentales que forman parte del sistema.
Fuente deAlimentación ymonitor de red
Acondicionamientode las señales
análogas
Transmisor de
corriente 4-20 mA, ComunicaciónSerial
Interfaz conel usuario
E
i
KTC
LCD
Teclas
Fig. 2.1 Diagrama en bloques básicos del sistema a implementar.
CONTROLADOR CENTRAL: Es e1 responsable de coordinar el funcionamiento de
todo el sistema y sirve para el procesamiento digital de ía información, atender la
interfaz con el usuario, tratar las señales digitales y mostrarlas al usuario, etc.
24
CONVERSOR A/D: Es el encargado de convertir las señales análogas en señales
digitales para su posterior procesamiento digital.
MEMORIA EEPROM: En ella se encuentran los datos guardados por el usuario
que permiten apagar el equipo sin que se pierdan los datos
INTERFAZ CON EL USUARIO: Teclado, Display, RTC y Comunicación serial para
'9' ejercer el control sobre el sistema y brindar información sobre su estado.
ACONDICIONADOR DE SEÑALES ANÁLOGAS: Es el que transforma la
temperatura medida por la termocupla y el sensor de temperatura ambiente
(LM35) en señales de voltaje para que puedan ser utilizadas posteriormente.
ALIMENTACIÓN Y MONITOR DE RED: Para proveer y garantizar niveles de
voltaje apropiados de acuerdo a las características de los elementos utilizados.
t TRANSMISOR DE CORRIENTE: Convierte la señal del acondicionador en salida
normalizada de corriente para poder ser enviada a distancia a un circuito de
control.
2.2 CONTROLADOR CENTRAL
El controlador central es e! responsable de coordinar el funcionamiento de todo el
sistema: atender la ¡nterfaz con el usuario, tratar las señales digitales y mostrarlas
al usuario, etc. Todas estas tareas requerían de un procesador rápido para
permitir un funcionamiento seguro y confiable del equipo, a la vez el consumo y el
tamaño físico debían reducirse al mínimo.
Por todos estos motivos, se optó por una arquitectura de microcontrolador PIC.
Además se contaba con una cierta experiencia en el desarrollo de aplicaciones
con este tipo de microcontroladores y se tenía a la mano la información necesaria
para el funcionamiento, ya que los paquetes de software que se manejan son de
uso libre y pertenecen a Microchip Corp.
25
2.2.1 JV1TCROCONTROLADORPIC16F877
Peripheral Interface Controllers, o PICs. son microcontroladores construidos bajo
una arquitectura RISC (reduced instruction set code). Operan efectivamente a una
instrucción por ciclo de máquina con un oscilador de alta frecuencia de hasta
20Mhz obteniendo por cada ciclo de máquina 200ns. Esto hace a los PICs
relativamente rápidos para un microprocesador de 8-bit
1C1VDD
MCURÍ/THV
RAO/»*)RA1/AM1RA2/X>t2RA3/AN3RA4/TOCKI
REQ/RDrfAM-BR1M MííS7AhlfiF1E2 ("CSíf /AN7
GSCl LWNOSC2>CUKCÜTRCOíTIOSORC1/T1OS1RC2/CCP1RC3/SCKRCO/PSPORDI SPI
vss
PGCrfí&SRB5RB4
PGM/RB3RB2R61
IHT/RDO
PSP7/RD7PSP6/RD6PSP5/R05
RX/RC7
5DOÍÍC5
RD3íPSP3RD2ípSP2
Sp PIC1BF877PV1
Fig. 2.2 Microcontrolador PIC16F877
El data sheet del PIC16F877 puede ser usado como referencia para detalles más
completos del microcontrolador, el cual se encuentra en los anexos.
2.2.1.1 Características delPIC16F877
El dispositivo tiene 32 líneas I/O, distribuidas en 5 puertos de entrada y/o salida.
Cada una de estas líneas puede ser asignada independientemente como entradas
o salidas. Muchos de estos pines tienen múltiples funciones, y la implementación
de estas funciones son programables usando registros de control. Estas líneas
son usadas para unir los dispositivos periféricos. Además cuenta con un set de 35
instrucciones y modo SLEEP en el cual el microcontrolador entra en bajo
consumo.
s26
Una característica que hace al P1C diferente de otros consoladores, es la
capacidad de manejar directamente periféricos, ya que en sus puertos de
entrada/salida cada pin I/O puede consumir 25 mA. y proveer hasta 20 mA.
Además la corriente total de salida del puerto B es 100 mA. y su corriente de
disipación de 150 mA.
El PIC será utilizado para digitalizar las señales de temperatura y mostrarlas al
usuario, también se utilizará para manejar los periféricos como el LCD, el reloj en
tiempo real (RTC) y manejo de memorias, como parte de la interfaz con el
usuario.
2.2.1.2 Asignación de pines del microprocesador
#12nj
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
NOMBRE
MCLR
RAO
RAÍ
RA2
RA3
RA4
RAS
REO
REÍ
RE2
VDD
VSS
OSC1
OSC2
RCO
RC1
RC2
RC3
RDO
RD1
I/O
IIIIVref.
I
-
1
-
-
-
-
-
-
I/O
170
170
I/O
0
0
DESCRIPCIÓN
Reset manual
Termocupla
LM35
Mon. Batería
2.56 VDC
Detector de Tx.
-
Alarma TC
-
-
5 VDC
GND
XTAL 4 MHZ
XTAL 4 MHZ
RTC (DO)
RTC (DI)
RTC (D2)
RTC (D3)
LCD (DB4)
LCD (DBS)
#
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
NOMBRE
RD2
RD3
RC4
RC5
RC6
RC7
RD4
RD5
RD6
RD7
VSS
VDD
RBO
RB1
RB2
RB3
RB4
RB5
RB6
RB7
I/O
0
0
I/O
170
O
I
0
0
0
0
-
--
-
-
-
IIII
DESCRIPCIÓN
LCD (DB6)
LCD (DB7)
RTC (AD_W)
RTC (CS)
RS232-TX
RS232-RX
LCD(Rs)
LCD (E)
RTC (READ)
RTC (WRITE)
GND
5 VDC
RTC (IHz)
Botonl
Boton2
Boton3
Tabla 2,1 Utilización de los pines del P1C16F877,
27
Esta designación de pines de entrada salida describe el uso de los puertos para ei
control y manejo de los periféricos.
2.2.1.3 Conversión A/D
Dentro del diseño del equipo, el conversor Análogo Digital es otra función utilizada
del microcontrolador PIC, con el fin de poder realizar labores de medidas de
naturaleza análoga como temperatura y nivel de baterías.
El P1C16F877 cuenta con 8 canales análogos de entrada para colocar 8 señales
de este tipo. Los ADC son dispositivos capaces de proporcionar una señal digital
cuyo valor es directamente proporcional a la señal análoga que se encuentra a su
entrada. El conversor A/D es la única parte del microcontrolador capaz de operar
mientras el dispositivo está en modo SLEEP (bajo consumo).
Tres canales análogos son utilizados, dos de ellos para entrada de voltaje
correspondiente a las señales de temperatura, la primera proviene del
acondicionador de la termocupla y el segundo • directamente del sensor de
temperatura ambiental LM35, el tercer canal es utilizado para sensar el voltaje de
la fuente de alimentación que pueden ser las baterías internas. En el sistema, el
dispositivo entra en modo SLEEP después de comenzar la conversión A/D ya que
el PIC así lo permite si el conversor A/D es utilizado con un oscilador RC interno,
de este modo el ruido digital desde el módulo en SLEEP es detenido.
Estos son algunos de los parámetros más importantes que caracterizan a los
conversores A/D:
Margen de entrada: En general, son los niveles de voltaje mínimo y máximo (a su
entrada) que pueden convertir. El voltaje mínimo (o inferior) a la entrada se
convierte en un cero digital a la salida, mientras que el voltaje máximo (o superior)
se traduce en unos a la salida.
28
Ya que el equipo mide de O a 250 °C y las señales provenientes de los sensores
de temperatura después de su acondicionamiento son de 10 mV/°C. el margen de
entrada utilizado es de O - 2.5 V.
Resolución: de cuántos bits digitales se dispone a la salida. Cuántos más bits
tenga un conversón, de más resolución será su medida. Valores típicos son 8, 12,
16, 20, etc. Los conversones A/D que usa el PIC16F877 son de 10 bits, con los
que se utiliza un formato 8,2 que significa que la parte entera de la medida será
representada con 8 bits y los dos bits restantes se utilizara para representar la
parte decimal, con lo que se puede obtener medidas de temperatura de O a 250
°C con pasos de 0.25 °C.
Tiempo de conversión: Es el tiempo que tarda en realizar una conversión desde
el instante en que recibe la orden. Se utiliza el conversor A/D con oscilador RC
también interno con lo que se obtiene tiempos de conversión típicos de 2 a 6 jj.s
según información del fabricante.
Precisión de la conversión: La precisión absoluta especificada para el conversor
A/D incluye la suma de todas las contribuciones por error de cuantización, error
integral, error diferencial, error a plena escala, error por offset. EL error absoluto
es definido como la diferencia entre el valor actual y valor ideal. E! error absoluto
del conversor A/D está especificado como < + 1 LSb para VDD = Vref (sobre las
especificaciones del rango de operación del dispositivo). El error de cuantización
típico es ±1/2 LSb y está inherente en el proceso de conversión de análogo a
digital. La única forma de reducir el error de cuantización es incrementar la
resolución del conversor A/D o hacer sobre muestreo,
2.2.1.4 Memoria
Todas las memorias utilizadas por el equipo son internas del PIC16F877, el cual
cuenta con los siguientes tipos de memoria:
29
Memoria de datos RAM: Memoria de Acceso Aleatorio; del tipo volátil permite al
programa leer y escribir en cualquier zona de la memoria en forma aleatoria.
El microcontrolador contiene también 368 bytes de memoria de datos RAM.
Muchas de estas localidades fueron usadas como registros de uso general y
específicos en el programa, como contadores, registros auxiliares y de control.
Memoria EEPROM interna: EEPROM (E2 PROM): Memoria Programable y
Borrable Eléctricamente de Solo Lectura. Las EEPROM pueden borrarse
eléctricamente y programarse con nuevos contenidos. Son del tipo no volátil.
Dentro de los 256 bytes de EEPROM interna del microcontrolador, varios registros
son usados cuando el usuario desea guardar datos en una memoria no volátil,
dentro de los cuales se almacenan datos como temperatura del proceso, del
ambiente y la hora en la que fueron almacenados estos datos, esto se lo hace en
bloques de memoria asignados para cada bloque de datos; de este modo si el
usuario del sistema apaga el equipo no se perderán los datos almacenados en él.
Memoria de programa FLASH: Las memorias FLASH EEPROM son un nuevo tipo
de memoria EEPROM, con mayor velocidad de acceso, del tipo no volátil en
donde pueden borrarse y almacenarse nuevos contenidos, haciendo más fácil la
programación del PIC (reprogramables).
OOOOh0005hOOAOhOliOh0220h0255h0263H0480h04bOh0525h055AK0600h06C4h1KFFH
InicioInicialización PIC, LCD, serialPrograma principalRutina de presentación de memoriasRutina de escritura en LCDRutinas de retardoRutinas de InternipciónAdquisición de Temperatura de procesoAdquisición de Temperatura ambienteRutina de monitoreo de bateríaRutina lectura/escritura en EEPROMTablasPin
Tabla 2.2 Mapa de memoria de programa
30
El PIC16F877 contiene 8 Kwords de 14-bit de memoria flash de programa de los
cuales se ocupa 1.5 Kwords en el programa que contiene la lógica del equipo.
2.2.1.5 Comunicación serie
El PIC16F877 cuenta con un puerto serial (USART), que mediante una conexión
Full Dúplex serial RS232 puede conectarse con una PC. De esta forma es posible
obtener el valor de la variable medida por el equipo y memorias, presentándolo en
la pantalla de un computador personal.
2.2.1.5.1 Propiedades de la conexión
La conexión con la PC se realiza a través de una interfaz serie asincrónica del tipo
RS232. Las características de la conexión son:
-Velocidad: 9600 baudios
-1 bit de inicio i- 8 bits de datos
-1 bit de parada
- Sin paridad
Como la tensión de operación del equipo es de 5 voltios, es necesario un circuito
que traslade estos niveles de tensión a aquellos compatibles con RS232, el que,
requiere lógica negativa, donde "1" lógico va de -3 V a -12 V y "O" lógico está
entre +3 V y +12 V. Se utilizó un circuito integrado del tipo MAX232 de Maxim
Corp, para la comunicación serial. Este integrado provee 2 drivers y 2 receivers,
de los cuales se utilizan uno de cada uno y además requieren capacitores
externos de 10jj.F como se muestra en la Figura 2.3.
Se utiliza un terminal hembra DB9 para conectar al puerto serie de la PC, de tal
manera de que los datos puedan entrar a través del puerto serie COM1 o COM2
del computador.
31
2.2.1.5.2 Frecuencia de trabajo y comunicación serial
La comunicación con la PC se realiza a través del USART integrado al
microcontrolador PIC, compatible con RS232. Para este propósito, el PIC posee
un módulo generador de baudiaje que utiliza la frecuencia del cristal para poder
generar todos las frecuencias de comunicación necesarias. Para que este
generador funcione correctamente y entregue el baudiaje necesario se utiliza un
cristal de 4 MHz y capacitores de 22 pF. Con esta frecuencia se minimizó el error
según la fórmula que provee el fabricante en el datasheet para las velocidades
utilizadas generalmente en comunicaciones asicrónicas tipo RS232,
PIC1BF877
_1
_2
_i_A
~_5_7
_£_£12.
1314
4MHZ 15
HBH 1*22pF Z^ZZpplS
!» — ~ 3¿^ 20
VDDMCLR#/THV
RAO/ANORA1/AM1RA2/AN2RA3/AN3RA4/TOCK1RA5/A>MREO/RD#/AhJ5RE1AMW/AMSRE2/CSÍ/AN7
OSC2/CLKOJTRcomosoRdmosiRC2/CCP1RC3/SCKRDO^SPORD1/PSP1
vss
PODíRB7 ||
RB5 ||RB4 ~-
POM/RB3 ||RB2 g.
RB1 á|IHTíRBO ¿¿
PSP7/RD? 22PSP6/RDG ||
PSP4/RD4 |
TX/RCB j^j-SDO/RC5 21SDURC4 f|
RD3/PSP3 **RD2^PSP2 *i
3
5
1110129
MAX232
ci-
ca*
C2-
T1IHT21HRIO'JTR2OUT
V-
TIOUTT2OUT
R1INR2IN
|C13— 10 uF
6
~Z 1" "F
14 17 213 38 4
5
D89
-f "V-
-C >
^J
F¡g. 2.3 Circuito utilizado para la comunicación serial
2.3 INTEKFAZ CON EL USUARIO
La interfaz con el usuario debía incluir un teclado para el control ágil y sencillo de
todo el equipo por medio de diferentes funciones y algún tipo de indicación visual
para informar de su estado, además de la posibilidad de comunicarse con un PC.
32
Como interfaz se utiliza un display LCD 2x16 y tres teclas. Se necesita un reloj en
tiempo real para conocer e! tiempo y una conexión serial RS232 con la que el
equipo se conecta a una PC.
2.3.1 VISUALIZACIÓN CON PANTALLA BE CRISTAL LIQUIDO (LCD)
Se empleó un visuaüzador o display de cristal líquido LCD 16230A de OPTREX
Corp, basado en el controlador de Hitachi HD44780. Este display cuenta con dos
línea de 16 caracteres (2x16).
Su conexión al sistema es simple, el número de terminales de salida necesarios
para su control oscila típicamente entre 7 y 11, dependiendo el modo de
operación usado que se programe al iniciar el sistema. Se puede usar un bus de 4
o de 8 bits de datos, y necesita 3 bits de control: Un bit selector de
dato/instrucción, la señal de enable y el bit de lectura/escritura, aunque este último
se emplea en modo escritura siempre.
PIC1EF877
VDD
RAO/ANORA1/AN1RA2/AN2RA3/AN3RA+/TOCKIRA5/AN4REO/RDrf/ANS
OSdJCLMNOSC2.CLKOUTRCÜ/T10SQRC1/TIOSI
POD/RD7PGORB6
POK1/RB3R62RB1
IKT/RBO
PSP7/RD7PSP6/RD6PSP5/RD5
RC3/3CKRDOPSPORD1JPSP1
RXflíC?TX.RC6
SOOíRCSSDURC4
RD3.-PSP3
vss
LCD
Fig. 2.4 Diagrama de conexión del LCD
33
Para el diseño se emplea el LCD con un bus de 4 bits de datos más los 3 bits de
control. El LCD está conectado a un conector de 14 pines y es manejado en el
modo de 4 bits de datos del DB4 a DB7. La línea de RS es un bit de control que
indica si la información enviada es dato o instrucción para el controlador del LCD.
La línea R/W selecciona la acción de lectura o escritura, ésta está puesta a tierra
en modo de escritura siempre. El bit de control E (enable) habilita el LCD para
cualquier acción. Las líneas de datos del LCD que no son utilizadas se las coloca
a tierra como se muestra a continuación en la Tabla de asignación de pines y en
la Figura 2.4 que muestra las conexiones del LCD.
PIN No.
12
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Nombre
Vss
Vcc
Yee
RS
R/W
E
DBO
DB1
DB2
DB3
DB4
DBS
DB6
DB7
I/O
-_
-
I
I
II/O
I/O
170
I/O
yo170
I/O
I/O
Descripción
GKD
+5V
Ajuste del contraste
0 = Escribir en el LCD
1= Leer del LDC
0 = Instrucción
l=Dato
habilitación LCD
Bus de datos (GND)
Bus de datos(GND)
Bus de datos(GND)
Bus de datos(GND)
Bus de datos 1(LSB)
Bus de datos 2
Bus de datos 3
Bus de datos 4(MSB)
Tabla 2.3 Asignación de pines del LCD
El voltaje de control para el ajuste de contraste depende de la temperatura de
operación del LCD, en caso de utilizar un display con temperatura de operación
de O - 50 °C(16230A) el voltaje de control Vee está entre O y 5 V, siendo O V. el
valor para el más alto contraste. Si la temperatura de operación es de -20 a 70°C
(16230H), el voltaje está entre -8 y 5V, y obtiene el mayor contraste con -8 V
como voltaje en Vee.
34
2.3.2 TECLADO
El teclado del sistema consta de 3 pulsantes normalmente abiertos conectados al
microcontrolador PIC, a través de los pines del puerto B, aprovechando que el PIC
cuenta con la posibilidad de ser interrumpido ante un cambio en el estado de
algún pin del Puerto B(RB7-RB4). Para que ocurra esto, el software debe estar
configurado para actuar como una interrupción por una señal externa. Utilizando
esta característica propia del microprocesador, el sistema solamente atiende la
interrupción externa cuando alguna tecla es presionada (se usan los pines RB7,
RB6 y RB5 del microprocesador para las teclas 1, 2, y 3 respectivamente). Toda
la operación del equipo puede llevarse a cabo a través de estas 3 teclas o
combinación de éstas, las que poseen funciones diferentes en cada modo de
operación del equipo y son mostradas en la Tabla 2.4.
Modol
Modo2
Teclas 1
Se guarda datos en memoria EEPROM
Borrar bloque de memoria actual
Tecla2
+ Teclal
Incrementa hora
+ Tecla3
Incrementa minuto
Ver Siguiente bloque de Memoria
TeclaS
Menú
Menú
Tabla 2.4 Resume todas las funciones del teclado
Para el uso de los pulsantes se incluyen un circuito RC que elimina rebotes, e
incluye resistencias de 4.7 KH y capacitores de 0.1 JJ.F como se muestra en la
Figura 2. 5
©
POCRB6RB5
POW/RB3RB2RB1
INT/RBO
PSP8/RD6PSP5/RD5PSP4/RD')
RX/RC7
SDLRC4RD^PSPSRD2.-PSP2
sip¿0 \
" — iafe3534 4.TK:33 :
3£
27
.242322
S2P"
Í \ci \WüF L_
« •
' sap1
¡ i 1 -• \KluF 1 1
1
PIC16F877P
Fig. 2.5 Conexión de teclado
35
2.3.3 RELOJ EN TIEMPO REAL
El equipo cuenta con un reloj en tiempo real que provee de ia información de
tiempo a! microcontrolador para poder presentarla al usuario en todo momento;
este tiempo será almacenado junto con los datos de temperatura de proceso y
ambiental cuando el usuario presione la tecla que realiza esta función y este dato
se utilizará como información de referencia para el usuario.
El reloj escogido es el RTC 58321 de EPSON, es un Reloj en tiempo real CMOs
con calendario perpetuo y funciones para desarrollo de aplicaciones con
microcontroladores. Tiene un reloj interno de 32.768 KHz, y provee de registros de
reloj y calendario para años, meses, días, día de la semana, horas, minutos,
segundos con selección entre 12/24 horas, más corrección del salto de año
bisiesto y una señal de salida de referencia adicional (1 Hz.). Siendo un
dispositivo CMOS, tiene bajo consumo y es ideal para equipos portátiles.
Para su conexión al microcontrolador PIC utiliza un bus de datos de 4 bits que
van conectado de los pines DO-D3 del RTC a los pines RCO-RC4 del PIC, y
necesita resistencias de pull-up de 4.7 KQ conectadas a 5V.
Además se utilizan y conectan las siguientes líneas de control:
WRITE (Pin 2): que habilita la escritura en los registros del RTC y va conectado al
pin RD7 del PIC,
READ (Pin 3): que habilita la lectura de los registros de tiempo del RTC y va
conectada al pin RD6 del PIC.
CS2 y CS1(Pin 1 y 13): habilita al chip para que pueda realizarse cualquier
operación sobre éste, pueden ser usadas como habilitaciones por separado pero
en el equipo se utilizan como una única habilitación y es manejada a través del pin
RC5 del PIC.
ADDRESS WRITE (Pin 9): esta línea informa al RTC que el dato en el bus es la
dirección del registro que va a ser leído o escrito y es manejado a través del pin
RC4 del PIC,
36
BUSSY (Pin 10) esta salida del RTC genera una señal de IHz, y es utilizada
como entrada en el puerto B, la cual genera una interrupción que actualiza la
indicación del reloj en el LCD y registros de memoria Ram asociados con la
indicación de tiempo.
PIN No.
l
2
3
4-7
8
10
11
12
13
14
15
16
nombre
CS2
RD
WR
DO-D4
Gnd
Bussy
Stop
Test
CS1
Vcc
I7O
I
II
I/O
-0
III
-
--
Descripción
Chíp select 2: 1L se habilita el
chip
1L habilita lectura
1L habilita escritura
Bus de datos
GND
Señal de salida de IHz
Detiene el reloj
Incrementa el reloj
Chíp select 1: 1L se habilita el
chip
Desconectado
Desconectado
4-5V
Tabla 2.5 Designación de pines del RTC
Fig. 2.6 Diagrama de conexión del RTC con el PIC
37
2.4. ACONDICIONADOR DE SEÑALES ANÁLOGAS
La función del bloque de acondicionamiento de señales es tratar las señales
de salida de los sensores, típicamente pequeñas, para conseguir señales que
puedan ser usadas por el conversor A/D o e! transmisor de corriente para
enviar una señal de 4 a 20 mA. de acuerdo a la la temperatura del sensor.
Los sensores usados son;
• LM35 para determinar la temperatura ambiental.
• Termocupla tipo K para realizar la medida de la temperatura del proceso.
Termo cxip la
4-20
Trasmisor de I
Fig. 2.7 Diagrama de acondicionamiento de señales
La salida de voltaje correspondiente a la temperatura de proceso medida con la
íermocupla es acondicionada por el circuito AD595 que es un amplificador para
termocupla tipo K; después junto con la señal de! LM35, sensor de temperatura
ambiental, entran a su respectivo canal dei conversor A/D en el P1C. La señal de
la termocupla también es usada para obtener la salida normalizada de corriente.
38
2.4.1 ACONDICIONADOR DE SEÑAL DE LA TERMOCUPLA
E! acondicionamiento de la señal de la termocupla incluye funciones de
amplificación y filtrado, con este sensor se mide la temperatura del proceso y esta
señal acondicionada a su vez es usada por el conversor A/D y por el transmisor
para obtener corriente de 4 a 20 mA.
Se escogió ei amplificador para termocuplas AD595, que contiene internamente
un completo acondicionamiento para señales de termocuplas tipo K o T. Usa una
sola fuente de +5 V y provee una salida directa para medidas de 0°C a 300°C.
Puede medir temperaturas bajo O °C si se incluye una fuente de alimentación
negativa.
Internamente el AD595 tiene un amplificador con entrada diferencial precalibrado
con una ganancia de 250 y realimentación para eliminar ruido. La salida de la
termocupla es amplificada por el AD595 obteniendo una salida fija de 10 mV/°C.
Cuenta además con compensación de cero, que genera un voltaje proporcional a
la temperatura ambiental, y es sumado internamente con ia señal de voltaje de la
termocupla para compensar las características de las termocuplas tipo K o tipo T,
esto elimina la necesidad de un baño de hielo (ice bath) como referencia.
Los cables de entrada de las termocuplas van conectados a los pines 1 y 14.
Ambos directamente desde el punto de medida o a través de un conector de tipo
similar al de las termocuplas.
El AD595 posee ademas una alarma de falla, que indica si una o ambas puntas
de la termocupla están abiertas. La salida de la alarma tiene capacidad de
manejar TTL, e incluye una resistencia de 47 KQ, conectada a +5V. También se
aconseja un capacitor de 0.1 JJ.F entre VCC y GND para filtrar el ruido de la fuente,
(recomendado por el fabricante).
39
t
-TC
+TC
Fig. 2.8 Circuito acondicionador de íermocupla upo K
Para reducir el ruido el AD595 cuenta con pines de compensación de frecuencia,
al incluir un capacitor de 0.1 JJ.F. entre el pin 10 y 11 se reduce la frecuencia de
corte de 10 KHz. a 120 Hz. filtrando el ruido sobre esta frecuencia.
La termocupla tipo K conectada al AD595 va a medir temperaturas de 0° C hasta
250 °C por lo que la salida de este Cl será de O a 2.5 V. Para limitar esta salida a
2.5 V o 250 °C se conecta a un zener de 2.5 V y a un filtro pasabajo de segundo
orden para reducir el ruido en la señal.
La salida del acondicionador de termocupla AD595, presentaba una pequeña
cantidad de ruido en su señal, por eso se consideró necesaria la ¡mplementación
de un filtro pasabajos de segundo orden.
2.4.1.1 Filtro de segundo Orden
Antes de seleccionar el tipo de filtro que se va a usar, es necesario considerar el
comportamiento de los diferentes tipos de filtros existentes en el rango de
frecuencia deseado. Los filtros de los cuales se analizó su comportamiento son
filtro Butterworth, filtro Chebyshev y filtro Bessel.
El comportamiento-en frecuencia del filtro Butterworth es lo más plano en la
respuesta de magnitud en la banda de paso, la variación en la atenuación en la
40
banda de transición es mejor que un filtro Bessei, pero no tan buena como un filtro
Chebyshev, La respuesta paso de un filtro Butterworth tiene algo de rizado y
sobre impulsos en el dominio del tiempo, pero menos que un Chebyshev. Estas
características de estos tres tipos de filtros se muestran en la Figura 2,9.
i
.Chevyshev10
Phase [deg.]
-10010 10000
Frequency [HzJ
Fig. 2.9 Respuesta de los filtros en frecuencia y magnitud
Se escogió el filtro Butterworth por su comportamiento intermedio tanto en
frecuencia como en magnitud, en la configuración Sallen Key mostrada en la
Figura 2.10.
El diseño del filtro se lo realiza utilizando el Programa Filterlab de Microchip Corp.,
el que calcula los valores de resistencias, con valores de capacitores conocidos y
estándar. Todos los cálculos se realizan basados en el método de aproximación,
orden del filtro y frecuencia de corte. Más información se puede encontrar en
notas de aplicación de Microchip AN699, AN437, relacionadas con filtros
análogos.
La ecuación de diseño que usa este programa para encontrar los valores
deseados es:
VOUTVJN
S 2 +S
donde K= 1
41
KCR1R2C1C2)
1 1 K 1(2.1)
R2C1 R2C2 (R2C1) R1R2C1C2
0.47
t
Fíg. 2.10 Filtro Butterworth pasabajo de 2do Orden, configuración Sallen Key
El filtro de segundo orden Butterworth con frecuencia de corte de 100 Hz.(va!or
experimental) fue diseñado estableciendo los capacitores de C1 -0.15 p.F y C2 =
0.47 pF. y las resistencias resultantes fueron R1 = 3 KO y R2- 12 KQ. Como
amplificador operacional se utiliza el LM339, éste es un integrado dual con bajo
consumo, bajo offset y bajo ruido.
La salida del filtro va conectado a un canal análogo del conversor A/D interno del
PIC16F877.
2.4.2 MEDIDOR DE TEMPERATURA AMBIENTAL
Se utiliza el sensor LM35 para medir la temperatura ambiental que será mostrada
en el LCD, como una opción más del equipo.
EL LM35 es un dispositivo de tres terminales que produce voltajes de salida
proporcionales a la temperatura en °C (10mV/°C). Así, el voltaje de salida nominal
a 25 °C es 250mV y 1 V a 100°C. Puede medir temperaturas bajo los 0°C usando
una resistencia pull-down.
42
El sensor posee 3 terminales (Vcc, tierra, y salida), un capacitor de 0.1 jj,F es
incluido entre Vcc y GND por recomendación del fabricante.
Vcc (+5 a 20 V)
isalida
= -t-10mV/°C
Fig. 2.11 Conexiones típicas del LM35
La salida del LM35 entra directamente en otro canal del conversor A/D.+5V
PSP7/RD7PSPBÍRDHPSPOTD5PSP-1/RCH
RXÍÍC7TX/RC6
SDOÍÍC5
PIC16F877P
Fig. 2.12 Circuitos de acondicionamiento de las señales análogas
Como voltaje de referencia para el conversor A/D se utiliza un zener de 2.5 V, con
un potenciómetro para la calibración. Se trata de obtener un voltaje de referencia
de 2.56 V, junto con la resolución del conversor de 10 bits se obtienen 1024 pasos
con variación 10mV/°C. es decir una resolución de 0,25 °C.
43
2.5 TRANSMISOR DE CORRIENTE
El transmisor transmite la variable captada por e! sensor, en señales de corriente.
El rango de salida del transmisor va de 4 - 20 mA. Sin embargo, los controladores
leen señales de voltaje, entonces se usa una resistencia de carga para convertir
los 4 - 20 mA. en señal de voltaje aplicando la ley de Ohm V = IR. Como se indica
en la Figura 2.13, se necesita que una fuente de voltaje DC alimente al
transmisor.
Trasmisorde 2 Hilos
<l - 20 mA
- 20 mA
Resistencia de carga
Fig. 2.13 Transmisor de 4 - 20 mA. de 2 Hilos
Las principales ventajas de una transmisión en corriente son las siguientes:
• Eliminación del error por caída de tensión en la línea de transmisión, sobre
todo cuando se trata de largas distancias.
• Posibilidad de conectar varios aparatos en serie, tales como galvanómetros
análogos, registradores, etc, sin que su conexión introduzca error a la
medición.
• La correspondencia de los OV con 4 mA.f imposibilita confundir el valor
mínimo en la escala, con la ausencia de señal a causa de una falla.
El diseño del transmisor de corriente se lo hace en base a los transmisores
XTR116 de Burr-Brown Corp, que son transmisores de corriente de uso general.
Este transmisor tiene en su entrada un amplificador de instrumentación, como se
muestra en la Figura 2.14. La salida del acondicionamiento de la señal de la
termocupla entra en este amplificador que amplifica la corriente con ganancia de
100, obteniendo como corriente de salida la corriente de entrada amplificada 100
veces ( lo = 100 lin). La corriente de entrada se obtiene del voltaje de entrada al
44
XTR116 (Vin) que va de O a 2.5 V, este voltaje que dividido por una resistencia de
entrada (Rin) da como resultado: a O V. una corriente de entrada de O joA y a 2.5 V
una corriente de entrada de 160 joA, la cual debe ser sumada a una corriente de
desplazamiento constante de 40 pA, obtenida al dividir el voltaje de referencia que
entrega el mismo XTR116 de 4.09 V, por una resistencia R de 102,2 KH, para
obtener una corriente total de entrada que va de 40 \jA. hasta 200jjA. que
amplificada 100 veces da como resultado una corriente de salida de 4 - 20 mA,
Para la salida se usa un transistor n-p-n para manejar la corriente de salida.
XTR118:4.096V
VQirt(10mWC)-VJn
Fig. 2.14 Conexión del transmisor de corriente en base al XTR116
Resumiendo se tiene:
lo= 100*l in
lin = Vin/Rin + Vref/R
lo(0) = 1 00 * (0/Rin + 4.09/1 02.200) = 1 00 * (40 ) jjA = 4 mA.
lo(2.5) = 100 * (2.5/Rin + 4.09/102.200) = 100 * (160 + 40) pA = 20mA.
Rin es 15625 n, que se obtiene con una resistencia de 12 KO y un potenciómetro
de 5 KO en serie, este potenciómetro puede ser usado para calibrar la pendiente
de la salida de corriente.
45
2.6 ALIMENTACIÓN Y MONITOR DE BATERÍA
2.6.1 TENSIÓN DE OPERACIÓN
El microcontrolador, alig'uáí que el resto de los componentes digitales y análogos
del sistema operan con 5 Voltios. La tensión de 5V es suministrada por la fuente
regulada de voltaje LM78L05, a través de la alimentación con un adaptador de
7.5-12v y/o un banco de baterías recargables de Níquel - Metal hidruro de 1.25
cada una obteniendo 5 V y 650 mAh. que da al equipo una autonomía de 15 horas
teóricamente. El regulador de voltaje tiene como protección de polarización a la
entrada un puente de diodos, y una resistencia R5 de protección en caso de
cortocircuito, esta resistencia es de 27 Q. calculado para que en operación normal
(33 mA.) exista en ésta una caída de 0.89 V.
9-15 Vdc 2
Vo••
V
•
•
IN -j
Gt
t-OUT
MD
Uv
ic
•i
..
mmr
J
••iím
21
\*
S?
LM339A
\JD
R3
22
LM317L.
CONN BATT
—
10'>
ICO
CQX
Fig. 2.15 Circuito de alimentación y monitoreo de batería
Para la carga de las baterías se utiliza un circuito en paralelo al de alimentación
con el 7805, e! cual utiliza un regulador LM317 como fuente de corriente constante
que entrega 50 mA.- a las baterías, obteniendo un tiempo de carga aproximado de
12 horas.
46
Un tercer canal del conversor A/D se utiliza para monitorear el voltaje de entrada
del equipo utilizando un divisor de voltaje a la entrada y un seguidor de voltaje
implementado con el otro operacional del LM339, tanto cuando éste es alimentado
por batería interna o adaptador, con lo que se puede, por medio de software, dar
avisos de carga de batería. El objetivo es el de siempre garantizar niveles de
voltaje necesarios para que los eíemerltos utilizados trabajen correctamente.
i2.7 CIRCUITO FINAL IMPLÉkENTÁDO
Una vez descrito cada uno de los bloques que componen el equipo, se indica
finalmente el circuito resultante en el esquemático a continuación.
'•*<.*,
'
RN
2
OSC
2/CL
KOUT
RO
VIIO
SO
RC
1/T
1OS
IR
C2/
CC
PÍ
RC
3/S
CK
RD
O^S
PO
RD
1/P
SP
1V
SS
07/2
0030
8:48
:10a
f=0
.90
C:/C
ircui
to f
inal
.sch
(S
heet
: 1/2
)
CAPITULO 3
DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE
48
CAPITULO 3
DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE
En este capítulo se describe la lógica necesaria que es posible implementar con
las etapas de hardware descritas en el capítulo anterior, para el medidor
transmisor de temperatura para termocupla tipo K, basado en el microprocesador
P1C16F877 de Microchip Corp.
El software desarrollado consta de tres partes:
- Software de operación del PIC
- Software de interfaz con el usuario
Programa para la PC
3.1 SOFTWARE DE OPERACIÓN DEL PIC
3.1.1 ASPECTOS FUNDAMENTALES
El software para el funcionamiento del PiC y sus componentes se desarrolló en
Lenguaje ensamblador, utilizando el paquete Mplab de Microchip,
En el programa principal del PIC, se inicializa el sistema configurando los
parámetros para el funcionamiento del PIC, como bits de puertos para entrada o
salida, se inicializa los controladores para el manejo de RTC y LCD, y se
establecen las diferentes fuentes y rutinas de interrupción y la comunicación
serial.
El programa principal cuenta con dos modos de operación: El primer modo es e!
que se encarga de la adquisición de las señales y datos, mientras que el segundo
modo se encarga del manejo de memorias. Estos dos modos pueden ser
accesados de acuerdo al puntero Modo que es modificado ai puísar /a tecla 3
(menú) que cambia el registro (modo) apuntando al siguiente modo de operación.
49
El programa principal se desarrolla básicamente como indica el diagrama de flujo
de la Figura 3.1.
( inicio )
Inicializar PIC, Configurar; LCD, RTC, Com. serial, ysubrutinas de interrupción
Verificar valor del puntero deModo
No
Fig. 3.1 Diagrama de flujo del programa principal
3.1.2 INTCIALIZACION
La inicialización del sistema consiste en la configuración del PIC después de un
reset y en el establecimiento de los parámetros iniciales para el funcionamiento
del equipo, así como la designación de líneas de entrada/salida de los diferentes
puertos y la habilitación de fuentes de interrupción a ser utilizadas en el desarrollo
del programa que son:
Interrupción AD, generada cuando la conversión ha sido finalizada y sirve para
despertar del modo SLEEP en el cual entra el PiC al comenzar la conversión.
- Interrupción externa, generada por cambio en uno de los pines del puerto B
utilizada para el manejo de teclado y actualización de la indicación de tiempo.
- Interrupción por recepción en el puerto serial, utilizada para la comunicación
con una PC.
50
Como parte de la ¡nicialización se establece el uso de la comunicación serial con
que cuenta el PIC y usando los registros de la Tabla 3.1 se configura:
- La velocidad de comunicación utilizando el registro SPBRG, considerando el
uso de un cristal de 4 MHz. para la operación del PIC.
- Habilitar el puerto serial y establecer una comunicación asincrónica que
significa que no se usa una señal de reloj en la comunicación.
- Configurar parámetros para la transmisión (TXSTA) y la recepción (RCSTA)
Banco
I
0
1
Nombre
TXSTA
RCSTA
SPBRG
Dirección
98h
ISb
99h
Bit?
CSRC
SPEN
Bit 6
TX9
RX9
Bit5
TXEN
SREN
Bit 4
SYNC
CREN
Bit3— .
ADDEN
Bit 2
BRGH
FERR
Bitl
TRMT
OERR
Bit 0
TX9D
RX9D
Registro generador de Baud Rate
•*Esta conexión FulI Dúplex se realiza a través de una interfaz serie asincrónica del
tipo RS232. Las características de la conexión son:
- Velocidad; 9600 baudios
- 1 bit de inicio
- 8 bits de datos
- 1 bit de parada
- Sin paridad
3.1.2.1 Initialización y Configuración del LCD
Al iniciar el microprocesador también se inicializa el controlador del LCD, para ello
se establece el modo de operación del controlador con una interfaz de 4 bits, ya
que este controlador ofrece la posibilidad de operar en dos modos: el primer modo
con una interfaz de 8 bits, y el segundo con interfaz de 4 bits, en el cual son
requeridas dos transferencias por carácter o comando. Con 8 bits a pesar de que
51
es más fácil de implementar (menos memoria de programa) requiere 4 línea más
de entrada salida.
E! controlador del LCD utiliza tres líneas de control E, RS, R/W para el manejo del
LCD. La línea RS es un bit de control que indica si la información enviada es dato
o instrucción para el controlador del LCD. La línea R/W es el bit que selecciona la
acción de lectura o escritura. La línea de control E (enable) habilita el LCD para
cualquier acción.
Los consoladores de LCD son lentos comparados con los microprocesadores, por
eso se debe tener cuidado en el control de ios tiempos para que la transferencia
no ocurra muy rápido, Los tiempos necesarios por el LCD están disponibles en el
data sheet display 16230 de OPTREX Corp.,
Estos tiempos son generados llamando a subrutinas de retardo de uso general
ya que dentro del programa el sistema necesita diferentes tiempos de espera,
estas subrutinas están implementadas con bucles o lazos de retardo y calculado
el tiempo según las instrucciones que lo componen sabiendo que el oscilador es
de 4 MHz, o sea, 1 p,s. por cada instrucción.
Cuando el voltaje es aplicado por primera vez, se debe esperar el tiempo
necesario para que la alimentación alcance los 4.5V, este tiempo está alrededor
de 15 ms, para que el LCD se configure correctamente después de reset, de otra
forma el LCD no funcionará adecuadamente. Primeramente se inicializa en modo
de operación de 8 bits por especificación del fabricante, escribiendo en el bus de
datos <DB7 DBG DBS DB4> el número 0011 y dando pulso en el bit Enable del
RTC (E), después se establece el modo de operación de 4 bits, escribiendo en el
bus de datos el número 0010 e igualmente dando pulsos de enable, entonces se
escoge el modo de imprimir los caracteres, número de líneas y caracteres y se
limpia la pantalla. Con esto se termina la inicialización del LCD, y está listo para
poder escribir en él.
52
Los tiempos y modelo de inicialización son especificaciones del fabricante y se lo
realiza como muestra el diagrama de flujo siguiente:
( Reset_on
Esperar el tiempo para queYcc alcance 4.5 Y
RS RW DB7 DB6 DBS JDB40 0 0 0 1 1
Esperar por más de 4.1 mS
RS RW DB7 DB6 DB5 DB40 0 0 0 1 1
Esperar por más de 100 us
RS RW DB7 DB6 DBS DB40 0 0 0 1 1
RS RW DB7 DB6 DBS DB40 0 0 0 1 0
0 0 0O O 1
1X
ox
0 0 0O O 1
0 0 00 0 0
0 0 00 0 0
FIN DE LA INICIALIZACIÓN
Después del reset general esperaalrededor de 15 ñas.
Interfaz de 8 bits
Tiempo de espera de alrededorde 5 ms.
Interfaz de 8 bits
Tiempo de espera de alrededorde 400 us.
Interfaz de 8 bits
Interfaz de 4 bits
Pantalla de 2 líneas y caracteres de5x7 pixels
Pantalla encendida, sin cursor
Borrado de pantalla
Modo de operación durante laoperación de escritura (incrementa laDosición del cursor")
Fig. 3.2 Diagrama de flujo de la inicialización del LCD
Una vez inicializado el controlador, para escribir en el LCD se utiliza una subrutina
que será llamada durante todo el programa cuando se quiera escribir un carácter
en el display.
53
Subrutina de escritura en el LCD: Antes de llamar a esta subrutina se debe escribir
en el acumulador el valor que se desea enviar, conociendo que la transferencia
del dato se lo hace en código ASCII, cuando el dato sea un dígito se suma
internamente 48 al dígito ya que en esta codificación los números dígitos están
ubicados desde el valor 30H.
LCDWR
dato en elacumulador
Guardar el dato en unregistro temporal
Pasar dato por máscara yobtener el nibble alto
RS RW DB7 DB6 DBS DB41 O D D D D
Dar pulso en el bit enable
Pasar dato por máscara yobtener el nibble bajo
RS RW DB7 DB6 DB5 DB41 O D D D D
Dar pulso en el bit enabíe
Retorno
Antes de llamar a la subrutina se escribe eldato-instrucción a ser enviado en elacumulador, esta subrutina hace dostransferencias por dato-instrucción
Primero se obtiene los cuatros bitssuperiores del dato a través de una máscarapara ser escritos en el puerto y enviados alLCD
Para enviar una instrucción semantiene el bit RS en bajo
Después se obtiene los cuatros bits menossignificantes del dato a través de unamáscara para ser escritos en el puerto yenviados al LCD
Para enviar una instrucción semantiene el bit RS en bajo
Después de enviar el dato-instrucción retomaal flujo normal del programa
Fig. 3.3 Diagrama de flujo de la rutina de escritura en e! LCD
Una vez que se llama a esta subrutina, este dato se guarda en un registro
temporal, el cual es pasado por una máscara que entrega los 4 bits más
significativos del dató (nibble alto), este valor de 4 bits se lo escribe en el bus de
datos, manteniendo el bit RS en alto durante la escritura y el bit R/W en bajo, para
54
que el controlador del LCD pueda tomarlo mientras se da un pulso de enable, se
lee nuevamente el registro temporal que contiene el dato a escribir, ahora se lo
pasa por una máscara para obtener su nibble bajo, nuevamente se lo escribe en
el bus de datos con RS en alto y R/W en bajo mientras se da e! pulso de enable.
Terminada esta operación el valor se imprime en el LCD.
Para ubicar el cursor en una posición especifica dentro del LCD, saltar de línea,
borrar la pantalla, regresar e! cursor al inicio de la pantalla, desplazar los
caracteres en la pantalla o hacer parpadear e! cursor se debe recurrir a comandos
del controlador del LCD, estos comandos o instrucciones están disponibles en el
data sheet del Display, y la forma de enviar un comando al controlador es similar
al de escribir un carácter en el LCD con la única diferencia que al momento de
escribir en el bus de 4 bits y dar el pulso de enable el bit de control RS debe estar
en bajo, con esto el controlador entiende que lo que está leyendo es una
instrucción y no un dato.
Para la utilización de caracteres especiales como el indicador del estado de la
batería o de conexión del transmisor se utiliza la memoria CGRAM del LCD, que
significa Character Generator RAM, la misma que memoriza caracteres diseñados
que son ingresados por programa desde eí microcontrolador; la forma de generar
estos caracteres es introduciendo números hexadecimales que representan los
puntos por filas que forman este carácter, incluida la octava línea que
generalmente es usada para el cursor.
• •
B B
ios
Í1B
íll
$11
íll
flF
?00
. 3.4 Ejemplo para la generación de caracteres especiales en el LCD
55
3.1.3 PRIMER MODO DE OPERACIÓN: ADQUISICIÓN DE DATOS
El primer modo de operación se encarga de adquirir y convertir las señales
provenientes de la termocupla y del sensor de temperatura ambiente a señales
digitales a través del conversor A/D incorporado en el PIC. Además trata estas
señales digitalmente para ser utilizadas por el PIC en la interfaz con el usuario,
mostrando esta información en el LCD o en la comunicación con el PC, así
también son mostradas la hora actual, el estado de baterías e indicación de
transmisión de corriente.
3.1.3.1 Configuración del PIC16F877 para la conversión A/D
Por medio de subrutinas recomendadas por el fabricante, que se encuentran en el
data sheet del microcontrolador, se configuran cada uno de los canales utilizados
en la adquisición de las diferentes señales análogas como son: temperatura de
proceso proveniente del acondicionador de la señal de la termocupla, en el primer
canal análogo (CHO), temperatura ambiental proveniente del sensor
semiconductor LM35 en el segundo canal (CH1) y señal de batería proveniente de
un divisor de voltaje a la entrada del tercer canal (CH2). Se utiliza el módulo
conversor dejando al microcontrolador en modo SLEEP (bajo consumo) para ser
despertado al finalizar la conversión; todas estas conversiones se las realiza con
voltaje de referencia externo de 2.56V.
Banco
0
0
10
110
Nombre
STATUS
ADCONO
ADCON1
ADRESH
ADRESL
TRISA
PORTA
Dirección
0X03
OX1F
OX9F
OX1E
OX9E
0X85
0X05
Bit?
ADCSl
ADFM
Bit 6
RP1
ADCSO
-
Bit5
RPO
CHS2
-
Bit 4
CHS1
-
Bit3
CHSO
PCFG3
Bit 2
GO
PCFG2
Bitl
PCFG1
BitO
ADON
PCFGO
Tabla 3.2 Nombres de los registros y sus bits utilizados en la conversión A/D
Los registros, direcciones y bits de la Tabla 3,2 se utilizan en la configuración del
conversor. Para habilitar el conversor A/D se hace lo siguiente:
56
Primero se debe configurar el puerto A para la conversión A/D, estableciendo los
pines necesarios del puerto como entradas o salidas, esto se logra escribiendo 1
para entradas y O para salidas en los bits del registro TRISA. El registro que
controla el uso digital o analógico de las líneas del PUERTO A, el uso de voltaje
de referencia o establecer que el resultado esté alineado a la derecha o a la
izquierda es ADCON1, el cual establece las opciones de acuerdo la Tabla dada
por el fabricante y que está disponible en e! correspondiente data sheeí.
Conversión AD
Seleccionar canal de conversiónSeleccionar reloj de conversiónHabilitar módulo de conversión (ADCONO)
Empezar la conversión yEntrar en modo SLEEP
Finalizo laconversión?
Despertar al finalizar laconversión
Guardar el resultadosde 10 bits alineado a
la izquierda
Al ser el reloj RC la conversión esperaun ciclo de máquina en donde se dejael dispositivo en modo SLEEP conesto se reduce ruido digital en laconversión
El dispositivo queda en modo SLEEPhasta que la interrupción- AD lodespierte al finalizar la conversión
El resultado de la conversión esguardado en registros de memoriaRAM
Se espera un mínimo de 15 jas antes derealizar la siguiente coaversión porrecomendación del fabricante
Fin
Fig. 3.5 Diagrama de flujo de la rutina de conversión A/D
El resultado de la conversión de 10 bits es leído en 2 registros de 8 bits cada uno,
ADRESH y ADRESL Si se escribe un 1 en ADCON1<7> el resultado de 10 bits
será alineado a la derecha lo que quiere decir que los 6 bits más significativos de
ADRESH son leídos como ceros, mientras que si en ADCON1<7> se escribe
cero, los 6 bits menos significativos de ADRESL son leídos como cero, esta última
opción es utilizada, con el fin de tener un formato 8.2, siendo los 8 bits más
57
significativos utilizados para representar los valores enteros de la* temperatura
mientras que ios dos menos significativos del resultado representan el valor
decimal de la temperatura, obteniendo así una lectura en pasos de 0.25 ° C.
Existe otro registro de control de la conversión ADCONO y es ei responsable de
modos de operación del conversor A/D, reloj del conversor, selección del canal
estado de la conversión e inicio de la conversión.
En el caso de la adquisición de la señal de la termocupla y temperatura ambiental
se utilizan subrutinas separadas en donde se escoge el canal del conversor
correspondiente a cada entrada y se realizan varias medidas de las cuales se
saca promedio con el fin de reducir los efectos del ruido en cada medición. Este
promedio es generado con un contador y sumas sucesivas para obtener una
medida estable. Durante la conversión el microcontrolador permanece en modo
SLEEP, por dos motivos: el primero por entrar en bajo consumo y el segundo
porque en modo SLEEP se reduce el ruido digital en la conversión; los resultados
de estas conversiones son guardados en registros de memoria RAM, éstos se
usan para ser mostrados al usuario en el LCD, la temperatura de proceso, la
temperatura ambiental, también se realiza ei monitoreo de la batería con un tercer
canal analógico del PIC.
3.1.3.2 Configuración e Implementación de la subrutina para el RTC
Como se ha visto la indicación de tiempo está siempre presente, y es
constantemente actualizada, esta información es obtenida de un reloj de tiempo
real incorporado al equipo, que funciona con alimentación independiente a la del
equipo.
Para el control del RTC Epson 58321 se manejan tres bits de control:
La línea de control Write que habilita la escritura en los registros del RTC. La
línea Read que habilita la lectura de los registros de tiempo del RTC. Y la línea de
control Address Write, esta línea informa al RTC que el dato en el bus es la
58
dirección del registro que va a ser leído o escrito, además cuenta con la
habilitación del chip para realizar cualquier operación CS (chip select).
El RTC está trabajando como un reloj de 24 horas, para lo cual se debe mantener
el bit interno del RTC (24/12) en alto, io que se hace cada vez que el PIC inicializa
y siempre que se modifica e registro que contiene este bit. Este registro es el de
las decenas de horas (05h).
Para lograr la actualización constante de! tiempo se utiliza la señal de 1Hz que
entrega el RTC58321, esta salida es utilizada como una entrada del PIC que
genera una interrupción, la cual al ser atendida, lee los registros del RTC
correspondientes a segundos, minutos y horas con los que se actualiza el valor de
registros de memoria RAM correspondientes al tiempo, para ser presentada en la
pantalla principal en hora y minutos, y parpadeo del separador con cada cambio
de segundo.
Para poder leer y escribir en el RTC se sigue y utiliza el diagrama de tiempos
mostrado en la Figura 3.6 y la Tabla de registros del RTC dados por e! fabricante
y disponible en el data sheet del RTC58321 de EPSON.
CSl
CS2 _|
DO-D3 I ^><>..
Wríte
Read
Bus de
Bus deJdlUii
< >
\/
^ Dirección ^
< >
X^ Escribe dato ^
< >
^ Lee dato ^
|i
< \. 3.6 Diagrama de tiempos del RTC
59
Para la lectura de los registros internos del RTC se utiliza la rutina de lectura
mientras el equipo se encuentre en et primer modo y se haga la actualización de
la indicación del tiempo.
/La subrutina LEEJRTC: Antes de llamar a esta subrutina se debe escribir en una
localidad de memoria RAM, la dirección del registro del RTC que se desea leer,
esta dirección es direccionable con 4 bits del OOH a OFH. Se llama a la subrutina,
la cual retorna con el valor leído de dicho registro, en el acumulador, estos valores
son de 4 bits ya que el RTC maneja valores en BCD.
La subrutina toma la dirección escrita en el registro de memoria RAM, habilita el
RTC colocándolo en alto CS, se da el pulso en la línea Address write y se escribe
la dirección en el bus de datos de 4 bits, se espera un tiempo de 2 jas, se cambia
la dirección del bus de datos haciendo que los pines del puerto que estaban como
salida se conviertan en entradas (puesto que éste es bidireccional) porque el
mismo sirve para escribir y leer el datos, utilizando el registro TRIS del puerto
correspondiente, se da el pulso en Read y se lee el bus de datos y mueve al
acumulador el valor leído en dicho registro, deshabilita el uso del reloj y regresa al
flujo normal.
Para escribir dentro de los registros internos del RTC tanto en la igualación del
reloj o en la configuración del RTC, se utiliza una rutina de escritura en el RTC,
Antes se debe escribir en registros de memoria interna la dirección del registro en
el cual se desea escribir y el dato a escribir.
La subrutina toma la dirección escrita en el registro de memoria RAM, habilita el
RTC colocándolo en alto CS, se da el pulso en la línea Address write y se escribe
la dirección en el bus de datos de 4 bits, se espera un tiempo de 2 jas, toma el
dato que se desea escribir en dicha dirección del registro de memoria RAM y lo
escribe en el bus de datos, da el pulso en la línea Write, deshabilita cualquier
operación del reloj y regresa al flujo normal.
60
Para la igualación del reloj a través de combinación de botones dispuestos para
ello, se atiende las interrupciones del PIC generadas por el teclado, la que
comprueba la combinación de teclas para saber la operación que se debe
efectuar como igualar minutos o igualar hora, en ambos casos son similares los
procedimientos, lo que cambia son los registros utilizados tanto en RAM como en
el RTC, si se presionan lo botones:
Incrementar unidades minutos
Incrementar decenas minutosEncerar unidades minutos
Encerar decenas minutosEncerar unidades minutos
Incrementar decenas horasEncerar unidades horas
Encerar decenas horasEncerar unidades horas
Retomo
Fig. 3.7 Diagrama de flujo para la igualación del reloj
Tecla 2 + Teclal, Incrementa minutos, aumenta uno al registro de RAM que
contiene las unidades de los minutos, compara este valor con 10, si es igual a
61
diez, incrementa las decenas de los minutos y regresan a cero las unidades de
minutos, compara las decenas con 6, si es igual a seis, pone en cero los registros
correspondientes a unidades y decenas de minutos, si en las comparaciones los
registros no sobrepasan el límite se acepta el incremento de estos valores. Con
esto se asegura que el valor máximo en minutos sea 59, y cuando el número es
mayor que esto el indicador de minutos regresa a cero, sin aumentar los registros
de horas.
Tecla 2+ Teclal, Incrementa horas, es similar a! anterior pero esta vez se
comparan los registros correspondientes a unidades y decenas de hora con 24, y
se escribe el resultado en los registros correspondientes del RTC, Con esta
subrutina que se utiliza para igualar la indicación de tiempo, se tiene una
indicación tiempo que empieza en 00:00 hasta 23:59 y la igualación de minutos y
horas se la realiza por separado.
Al producirse una interrupción por la pulsación de alguna tecla o combinación de
ellas lo primero que se hace, siempre que se está en este modo, es verificar que
la operación que se desea hacer es igualar el reloj con la combinación apropiada
de las teclas, con esto no se ejecutarán otras funciones al tratar de igualar el reloj.
3.1.3.3 Indicador de estado de batería
Para controlar el estado de la fuente de alimentación se realiza una conversión
A/D de esta señal previamente acondicionada por hardware, con voltaje de
referencia interno de 2.56V, el resultado de esta conversión es comparado con
límites que definen el nivel de la carga, tal que, cuando la alimentación sea total
(12 a 9 VDC) en el adaptador, o 5 VDC en la batería, este monitor indique carga
completa. La indicación de la carga de la batería se presenta en forma de una
batería que se irá vaciando de acuerdo como el nivel de voltaje en la batería vaya
disminuyendo, existen 4 niveles de carga, al disminuir la carga de la batería de un
nivel mínimo se mostrará mensaje de "Batería baja" y el mensaje " recargar" y el
dispositivo quedará en modo SLEEP, hasta que se recargue [a batería o se
apague el equipo. Este voltaje mínimo es usado para garantizar los niveles de
voltaje necesarios para que la parte digital y analógica funcionen correctamente.
Este monitor se usa tanto al iniciar el equipo como al estar en cualquier modo de
operación del equipo, pero la indicación únicamente aparece en el primer modo.
3.1.3.4 Indicador de conexión del transmisor de corriente
Este indicador se implementa gracias a una característica del transmisor de
corriente que entrega 5 VDC al ser alimentado por una fuente externa, la que es
necesaria para la transmisión de la información; esta señal se usa como entrada a
una línea I/O digital de! PIC, dicha entrada se monitorea haciendo polling y
cuando se encuentra activa muestra un indicador en pantalla mientras se
encuentre en el primer modo de operación.
3.1.4 SEGUNDO MODO DE OPERACIÓN: MANEJO DE MEMORIA
El segundo modo de operación es e! encargado de mostrar los datos guardados
por el usuario en algún momento anterior, Estos datos están guardados en
memoria EEPROM lo que quiere decir que no se perderá si el equipo es apagado.
OOH
04H
2BH
FFH
Bits de control de memoria
Dato de temperatura de proceso MSB
Dato de temperatura de proceso LSB
Dato de temperatura ambiental
Dato de tiempo al grabar (H)
Dato de tiempo al grabar (M)
8 bloques de memorias de usuarioen EEPROM, con 5 registrosalmacenados cada uno.
Fig. 3.8 Diagrama de distribución de memoria EEPROM
63
Cuenta con 8 bloques de memoria que almacena datos de temperatura de
proceso, temperatura ambiental, la hora a la que fue guardada y un número
correspondiente al bloque de memoria.
Para esto se utiliza la memoria EEPROM interna que tiene el PIC16F877, 256
bytes para datos con un direccionamiento de Oh hasta OFFh para lectura y
escritura durante operación normal. Esta memoria es indirectamente direccionada
a través de registros de funciones especiales como EEDATA que mantiene los 8
bits de! dato para lectura/escritura y EEADR que mantiene la dirección de la
localidad de EEPROM que va a ser utilizada. Otros registros utilizados en la
subrutina de lectura/escritura en EEPROM aparecen en la Tabla 3.3.
Banco
3
3
2
2
Nombre
EECONl
EECON2
EEDATA
EEADR
Dirección
18Ch
18Dh
lOCh
lODh
Bit?
EEPGD
Bit 6
-
Bit 5
-
Bit 4
-
Bit3
WRERR
Bit 2
WREN
Bitl
WR
BitO
RD
Tabla 3.3 Registros y bits Memoria EEPROM
Las rutinas utilizadas tanto para leer como para escribir utilizadas son las
presentadas por el fabricante en el data sheet del PIC16F877.
Para la lectura de memoria RAM se usa la rutina recomendada en el data sheet,
que consiste en escribir la dirección de memoria EEPROM que se desea leer en
el registro EEADR, a través del Bit EEPGD del registro EECON1 se accesa a la
memoria EEPROM de datos, y poniendo en 1 el bit RD de EECON1 se inicializa el
ciclo de escritura en memoria EEPROM, este bit sólo puede ser seteado por
software al finalizar el ciclo es borrado, el dato es devuelto en el registro EEDATA,
esta operación de lectura es instantánea.
Para la escritura en memoria EEPROM se usa también la rutina recomendada por
el fabricante, la cuaJ consiste en escribir la dirección de memoria EEPROM en el
registro EEADR y el dato que se desea escribir en EEDATA a través del Bit
EEPGD del registro EECON1 se accesa a la memoria EEPROM de datos, y
64
poniendo en 1 el bit WREN de EECON1, se habilita el ciclo de escritura, se
cumple con una secuencia establecida por el fabricante en donde se escribe el
número 55h y luego OAAH en EECON2; poniendo en 1 el bit WR de EECON1 se
inicia el ciclo de escritura y este bit es borrado por software al finalizar el ciclo. Se
espera hasta que la seña! de término de escritura llegue, se deshabilita la
escritura en EEPROM y regresa al flujo normal del programa. Esta operación
requiere un tiempo mayor que el de la lectura.
Cuando en el primer modo el usuario desea guardar un dato debe pulsar el botón
de memoria (teclal), al hacer esto el programa lee un registro de control de
memoria, guardado también en EEPROM, el cual se actualizará automáticamente
cada vez que se grabe o se borre un bloque de memoria; en el se encuentra el
estado de cada bloque de memoria, si un bloque está desocupado un bit
correspondiente de este registro de control estará en cero, caso contrario estará
en uno lógico. Una vez que se ha encontrado un bloque de memoria disponible se
guardan los datos correspondientes a la temperatura del proceso, la temperatura
ambiental, y registros correspondientes a hora y minutos, todo esto se guarda en
localidades de EEPROM asignadas previamente además de actualizar el estado
del registro de control de memoria.
Cuando el usuario entra en el segundo modo de operación, se revisa nuevamente
el estado del registro de control de memoria, si no existen memorias guardadas,
es decir, si todos los bits del registro de control están en cero, aparecerá el
mensaje de "memoria vacía". Pero si existen memorias guardadas, se indica el
primer bloque de memoria disponible. Para visualizar una por una las memorias
que estén guardadas, es decir, las que tengan su respectivo bit de control en alto,
se debe pulsar el botón (tecla 2) que modifica un registro de RAM que busca e
indica el siguiente bloque de memoria disponible.
Si el usuario desea borrar un bloque de memoria, una vez que está en la pantalla
donde se muestra este grupo de datos, debe pulsar el botón de borrado (tecla 1),
en este momento el programa lo único que hace es limpiar eí bit de control
correspondiente a este bloque de memoria en el registro de control de memoria,
65
sin tener que borrar todos los datos de este bloque guardado en la memoria
EEPROM, sólo se actualiza el registro de control, con esto todo el bloque no será
leído nuevamente y quedará disponible para guardar nuevos datos.
3.2 SOFTWARE DE INTERFAZ CON EL USUARIO
En esta parte se ve el manejo del equipo, describiendo la interfaz con el usuario y
revisando las pantallas posibles y sus funciones en cada modo de operación.
3.2.1 PRIMER MODO DE OPERACIÓN
3.2.1.1 Visualización de la información
El primer modo de operación presenta las siguientes pantallas:
o( )p0
12315
25 °C 20 °Cl¿l|f
«
tf]
La primera pantalla indica el valor de la temperatura (en grados centígrados) del
proceso tomado por la termocupla, también la temperatura del sensor para
temperatura ambiental tomado con el LM35, indica la hora y minutos en tiempo
real, la indicación de carga de la batería y la indicación de que el transmisor esta
conectado.
e>o
oP
SINTC15:33
v>20 °C
pi
También se puede presentar esta pantalla en que se nota que en lugar de la
temperatura de proceso aparece el mensaje de que la termocupla está abierta en
66
una o ambas de sus puntas. Los datos restantes son los mismos que en la
pantalla anterior. En el caso de que el transmisor no esté conectado no aparece
el indicador.
3.2.1.2 Funciones del teclado en el primer modo '
En este modo de operación las funciones de los botones del teclado son:
0
Oo-0
— 12
3
0
0'
Tecla 1. Guarda los datos tanto de temperatura de proceso, ambiental y la hora en
un bloque de memoria EEPROM; en el instante de pulsar el botón aparece una
pantalla que muestra los datos como fueron almacenados, si no la muestra es
posible que ya todas las memorias estén ocupadas. En el caso de presionarla
mientras esté en la segunda pantalla de este modo (SIN TC), en el lugar de la
temperatura de proceso se guardan ceros.
Tecla 2. + Tecla 1. Iguala los minutos de la indicación del tiempo.
Tecla 2. + Tecla 3. Iguala la hora de la indicación del tiempo.
Tecla 3. (menú) Cambia de modo de operación.
3.2.2 SEGUNDO MODO DE OPERACIÓN
3.2.2.1 Visualización de la información
El segundo modo de operación puede presentar dos pantallas que son:
67
oo 1 23.25 °C
MI 15:3320 °C
e
Esta pantalla presenta las memorias guardadas por el usuario en caso de existir;
indica temperatura de proceso, temperatura ambiental, el número del bloque de
memoria y la hora a la que guardada.
Si no existen bloques de memoria ocupadas o se han borrado todas, se presenta
el mensaje de "Memoria Vacía" en esta pantalla.
0o
000
MEMORIAVACIA
«
3.2.2.2 Funciones del teclado en el segundo modo
En este modo las funciones de los botones son:
0oo0
1
2
3
O
0
Tecla 1. Borra la memoria actual y se visualiza la siguiente, en caso de existir, si
no existe se muestra el mensaje de pantalla vacía.
Tecla 2. Va a la memoria siguiente en caso de existir.
Tecla 3. (menú) Cambia de modo de operación.
68
3.3 PROGRAMA PARA LA PC:
Como parte de la interfaz con e! usuario, se desarrolló un programa en Visual
Basic para ser ejecutado en un ambiente Windows, en él se presentan ciertas
aplicaciones para el medidor transmisor como son: graficar datos de temperatura
de proceso enviados desde el transmisor y descargar memorias guardadas por el
usuario del medidor al PC.
Para esto tanto el PIC como el PC deben compartir un formato para la
comunicación adicional al protocolo de comunicación en el que se especifique que
función se está ejecutando y cuántos datos se van a enviar o recibir.
Este formato es propio de este equipo y consiste en enviar desde el computador
un <comando> que especifique la función:
<255> Adquisición de datos
Cuando el PIC recibe este comando, envía al PC dos bytes de 8 bits, que
representan la temperatura de Proceso.
<254> Descarga de las memorias de usuario guardadas en EEPROM
Cuando el PIC recibe este comando envía los datos guardados en memoria
EEPROM, que son 8 bloques de memoria de 5 bytes cada uno. Además envía el
registro de control de memorias; en total se envían 41 registros de 8 bits cada
uno.
Por otro lado, Visual Basic usa una programación orientada a objetos, es por esto,
que el programa desarrollado como interfaz gráfica, utiliza un formulario en donde
fueron añadidos varios objetos, entre éstos:
Timerl: utilizado para la adquisición de datos, con este timer se envía el comando
de adquisición a un intervalo constante (Tiempo de adquisición) el cual como
69
defecto está establecido en 10 ms., pero en la barra de menú se encuentra el
menú de configuración en donde se puede cambiar este valor. Este cambio de
tiempo de adquisición se hace modificando el valor de la propiedad
Timerl.interval,
Mscomml: Utilizado para la comunicación con el módulo a través del puerto
serial. El protocolo de comunicación "9600,^8,1" está configurado en la propiedad
Mscomml.settings, El puerto serie del PC puede ser seleccionado en el menú
configuración con el que se cambia la propiedad Mscomml.ComPort. Otras
propiedades utilizadas de este objeto es Input, output, Rthreshold, InputLen,
CommEvent, modificadas de acuerdo a la función que se realice. La recepción de
datos se realiza con el evento On_comm que actúa como interrupción al recibir el
número de datos, establecidos en InputLen, en el buffer.
Timer 2: Cuando ha sido habilitada la opción de registrar la medida de
temperatura en un archivo, en la adquisición de datos, se habilita este timer, y se
crea un archivo con extensión txt en e! cual se va registrando datos y horas para
posteriormente ser utilizada para cualquier aplicación, la propiedad interval de
este objeto es usada para establecer el tiempo de registro que por defecto está
establecido cada segundo, este tiempo también puede ser cambiado desde el
menú configuración.
Picturebox: Utilizado para graficar los datos de temperatura recibidos. La gráfica
se hace con la propiedad Pset, la cual gráfica por puntos y cuyas coordenadas
son en X el tiempo y en Y el dato de temperatura.
Command: Botones usados para iniciar y terminar la comunicación, salir del
programa o descargar las memorias.
Otros objetos como etiquetas, casilla de verificación o barras de desplazamiento
son usados para indicación y presentación de información.
CAPITULO 4
PRUEBAS Y RESULTADOS
70
, Piuycctol - Miciosutt Visual Basic Jdesign] - |Pioyectu1 • Foiml (Fuim)]
Fig. 3.9 Programa en tiempo de diseño y los componentes utilizados.
71
CAPITULO 4
PRUEBAS Y RESULTADOS
En este capítulo se detallan las pruebas efectuadas al medidor transmisor, las que
consistieron en analizar su comportamiento de acuerdo al diseño planteado. Se
£, efectuaron las pruebas respectivas para comprobar que el equipo cumple con los
objetivos de diseño.
4.1 PRUEBAS DE OPERACIÓN
4.1.1 ELEMENTOS PATRONES
Con el fin de efectuar las mediciones y compararlas se debe primero escoger él
equipo a ser usado como referencia. Para esto se utilizó como patrón, al módulo
FLUKE 80TK que es muy conocido y utilizado en mediciones portátiles; este
módulo convierte la señal de la termocupla y usa el multímetro digital para indicar
la temperatura directamente; utiliza una batería de 9 V. y tiene entrada para
termocupla tipo K; además convierte la señal medida por la termocupla a un
milivoltio por grado (°C o °F),
Precisión del módulo FLUKE 80TK
RANGO PRECISIÓN LECTURA
-20 a 350°C 0.5 % 2 DC
-4 a 662 °F 0.5 % 3.6 °F
72
Para las pruebas que se efectuaron en un medio líquido, la punta utilizada es una
termocupla de propósito general en líquidos y semisóüdos, tipo K, con un rango de
temperatura de -250 °C a 899 °C, (-418 °F a 1650 °F), con una constante de
tiempo de 6 s en líquidos, juntura aterrizada y vaina de acero inoxidable (datos
obtenidos del fabricante Cole-Parmer).
4.1.2 PRUEBA A TEMPERATURAS BAJO LA TEMPERATURA AMBIENTAL
Esta prueba sirve para comprobar el comportamiento del medidor transmisor en el
rango desde O °C hasta la temperatura ambiental, alrededor de los 17 °C. Para
esta prueba se colocó agua y hielo en un recipiente, hasta llegar a temperatura de
O °C; se utilizó la punta de inmersión como punta de prueba y se trató de que
exista la menor cantidad de hielos flotando en el líquido, ya que estos trozos de
hielo variaban tas condiciones de medida. El incremento de temperatura se lo
hizo, primeramente, dejando que la temperatura ambiental por transmisión, a
través del aire, incremente la temperatura del líquido contenido en el recipiente.
Mientras la diferencia de temperatura disminuía también lo hacía la velocidad con
que variaba la temperatura; entonces, con la ayuda de una pipeta se aumentó
agua a mayor temperatura que la ambiental en el recipiente hasta llegar a medir a
temperatura ambienta!.
Los resultados de esta prueba se presentan en la siguiente Tabla y en la gráfica
de la Figura 4.1.
JFJuke Medidor Error
0.6
1
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
0.5
1
2
2.5
3
3.75
4 -
4.5
4.75
-16.7%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
7.1%
0.0%
0.0%
-5.0%
JFIuke Medidor Error
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
5.5
5.75
6.75
7.5
7.75
8.25
8.75
9
9.75
0.0%
-4.2%
3.8%
7.1%
3.3%
3.1%
2..9%
0.0%
2.6%
73
10
10.5
11
11.6
12.8
13.2
10.25
10.75
11.25
11.75
13
13.5
2.5%
2,4%
2.3%
1.3%
1.6%
2.3%
13.6
14
15
16
17.1
13.75
14.25
15.25
16.25
17.25
1.1%
1.8%
1.7%
1.6%
0.9%
20
18-
16-
1 4 -
10-
8 -
6 -
4 -
2 -
0O 10 12 14 16 18
Fig. 4.1 Comparación de medidas en el rango de O a 17 °C
En esta gráfica se puede notar como el comportamiento del medidor transmisor
(en azul) se asemeja al comportamiento del módulo Fluke (en rojo), cosa que no
es tan evidente al ver los datos de errores en las medidas, esto se debe a que en
bajas temperaturas son más notorias estas pequeñas diferencias.
En el gráfico de la Figura 4.2 se nota la importancia del error de cuantización
sobretodo a bajas temperaturas. El error medio en este rango es de 0.8 % y se
presentan los errores máximos de 16.3 % en 0.6 °C, y de 7.1% en 7 °C siendo las
diferencias entre medidas realmente pequeñas.
74
10.0%
-10.0% -
-15.0% -
-20.0%
Fig. 4.2 Error en !a medición en el rango de O a 17 °C
4.1.3 PRUEBA EN BAÑO MARÍA
Para esta prueba las mediciones de temperatura se las realizan utilizando un
módulo de Baño María existente en el laboratorio de Instrumentación, el que
controla la temperatura del agua de acuerdo a un valor establecido como setpoint.
E! calentamiento lo hace mediante resistencias eléctricas, y se lo realiza de
manera lenta con e! fin de mantener la temperatura lo más constante por el tiempo
suficiente para tomar las medidas de ambos instrumentos de medición. En esta
prueba se debía cambiar la punta de prueba de un instrumento a otro ya que se
cuenta con una sola punta de inmersión. La temperatura dada por el módulo de
baño María es usada únicamente como temperatura de referencia ya que no es
un equipo calibrado. La comparación se la hace con el módulo FLUKE antes
mencionado.
El intervalo de medición fue cada °C. Para obtener un incremento lento se
estableció el vaíor del setpoint un grado sobre cada medición deseada. La prueba
tuvo una duración de alrededor de tres horas; las mediciones tomadas fueron
hechas a partir de los 10 °C porque éste es el valor de setpoint mínimo que puede
ser establecido en el módulo y también porque a esta temperatura ya no había
trozos de hielo en suspensión, y se llega hasta 90.5 °C, punto de ebullición del
75
agua, en el cual la temperatura se mantiene constante hasta que todo el líquido
cambie de estado. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla y en la
gráfica de la Figura 4.3,
, , , Fluke Medidor ErrorMana10.211
12.51314
14.5151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950
8.811
12.113.914.414.715.316.717.919
19.819.120.421.222.523.524
25.426
27.428.829.530.231.232.233.234.335.136.337.338.239
40.140.942.142.944.145.746.246.747.849.1
9111214
14.514.7515.51718
19.2520
19.2520.521
22.2523.524
25.2526
27.528.7529.7530.7531.532.533.534.535.536.537.538.5
39.2540.541
42.2543
44.2545.7546.2546.75
4849.25
-2.3%0.0%0.8%-0.7%-0.7%-0.3%-1.3%-1.8%-0.6%-1.3%-1.0%-0.8%-0.5%0.9%1.1%0.0%0.0%0.6%0.0%-0.4%0.2%-0.8%-1.8%-1.0%-0.9%-0.9%-0.6%-1.1%-0.6%-0.5%-0.8%-0.6%-1.0%-0.2%-0.4%-0.2%-0.3%-0.1%-0.1%-0.1%-0.4%-0.3%
Baño _. , ,., ... —Rt. , Fluke Medidor ErrorMana
5152535455565758596061 •626364
64.565.36667686970717273747576777879808182
8384.3858687888990
90,5
49.950.851.652.853.654.655.857.258.158.859.660.561.862.362.663.564.266.667.367.768.369.670.471.572.473.474.375.676.477.578.479.580.681.682.883.685
85.88788
88.889.3
5051
51.7553
53.7554.75
5657.2558.25
5959.7560.75
6262.5
62.7563.7564.566.7567.2567.7568.2569.7570.571.572.5
73.2574.575.7576.5
77.7578.5
79.7580.7581.75
8383.75
85868788
88.7589.25
-0.2%-0.4%-0.3%-0.4%-0.3%-0.3%-0.4%-0.1%-0.3%-0.3%-0.3%-0.4%-0.3%-0.3%-0.2%-0.4%-0.5%-0.2%0.1%-0.1%0.1%-0.2%-0.1%0.0%-0.1%0.2%-0.3%-0.2%-0.1%-0.3%-0.1 °/o
-0.3%-0.2%-0.2%-0.2%-0.2%0.0%-0.2%0.0%0.0%0.1%0.1%
76
34 39 44 49 54 59 64 69 74 79 84 89
Fig. 4.3 Comparación de medidas en el rango de 10-90 °C
En la gráfica se puede comparar el comportamiento del medidor transmisor
diseñado (en azul), con respecto a! módulo Fluke (en rojo) usado como patrón. En
esta gráfica y basándose en los errores obtenidos se nota que sus
comportamientos son muy similares. Como se puede ver en la gráfica del error en
la medición, los errores principalmente por cuantización son más evidentes
cuando la temperatura es baja, mientras que cuando la temperatura aumenta
estos errores son minimizados o su aporte en el resultado es menor, esto también
se puede notar en la línea de tendencia del error. Se tiene un error medio de 0.3%
en todo el rango medido, y un error máximo dei 2.3% en 8.8°C lo que significa una
diferencia de 0.2 °C que es principalmente debido al error de cuantización
inherente al proceso de conversión análoga digital.
77
1.5% i
1.0% -
0.5% -i
0.0% -
-0.5% -
-1.0% -
-1.5%-
-2.0% -
-2.5% J
Fig. 4.4 Error en la medición en el rango de 10 a 90 °C
4.1.4 PRUEBA SOBRE 90 °C
Como la prueba anterior solo pudo ser hecha en el rango de 10 °C a 90 °C, por
trabajar con agua, se realizó una nueva prueba en la que ya no se utilizó agua,
sino, un cautín y dos termocuplas tipo K de juntura expuesta iguales, para que las
medidas sean lo más parecidas. También, en la prueba anterior otro
inconveniente era tener que intercambiar la termocupla de un instrumento a otro;
a! contar con dos puntas de prueba semejante se evita este inconveniente.
Se colocaron las puntas sobre una placa de aluminio, por ser buen conductor de
calor, fueron colocadas juntas y sujetadas para evitar que se muevan o separen y
además fueron cubiertas de silicona térmica, que es aislante eléctrico y conductor
térmico, con lo que se trataba que las puntas estén a ¡a misma temperatura y
sean menos sensibles a las perturbaciones externas.
En esta prueba se utiliza como elemento de calentamiento un cautín de 25W,
colocado sobre e! soporte de aluminio que tiene las puntas de prueba del medidor
transmisor y la de referencia. La medición se la realiza una vez que las puntas
lleguen a la temperatura constante máxima, entonces se desconecta el cautín y
se toma las medidas mientras la temperatura baja hasta llegar a la ambiental, esta
78
pendiente es menor que la que se obtiene al subir (a temperatura. De esta prueba
se obtuvo los siguientes resultados.
Fluke Medidor Error
13.9
35
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
14
15
16
17
18
19.25
20.25
21.25
22.25
23.25
24.25
25.25
26.25
27.25
28.25
29.25
30.5
31.5
32.5
33.5
34.5
35.5
36.5
37.5
38.25
39.25
40.25
41.5
42.25
43.25
44.25
45.25
46.5
47.25
0.7%
0.0%
0.0%
0.0%
0.0%
1.3%
1.3%
1.2%
1.1%
1.1%
1.0%
1.0%
1.0%
0.9%
0.9%
0.9%
1.7%
1.6%
1.6%
1.5%
1.5%
1.4%
1.4%
1.4%
0.7%
0.6%
0.6%
1.2%
0.6%
0.6%
0.6%
0.6%
1.1%
0.5%
Fluke Medidor Error
48
49
50
5]
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
77.5
78.5
80
81
48.25
49.25
50.25
51.25
52.25
53.25
54.25
55.25
56.25
57.5
58.5
59.5
60.5
61.5
62.5
63.5
64.5
65.5
66.25
67.5
68.5
69.5
70.5
71.5
72.5
73.5
74.5
75.5
76.5
77.5
78
79
80.5
81.5
0.5%
0.5%
0.5%
0.5%
0.5%
0.5%
0.5%
0.5%
0.4%
0.9%
0.9%
0.8%
0.8%
0.8%
0.8%
0.8%
0.8%
0.8%
0.4%
0.7%
0.7%
0.7%
0.7%
0.7%
0.7%
0.7%
0.7%
0.7%
0.7%
0.6%
0.6%
0,6%
0.6%
0.6%
79
82
82.5
83.5
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
82.5
83
84
85.5
86.5
87.5
88.5
89.5
90.5
91.5
92.25
93.5
94.5
95.25
96.25
97.5
98.5
99.5
100.5
101.5
102.25
0.6%
0.6%
0.6%
0.6%
0.6%
0.6%
0.6%
0.6%
0.6%
0.5%
0.3%
0.5%
0.5%
0.3%
0.3%
0.5%
0.5%
0.5%
0.5%
0.5%
0.2%
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123.5
103.5
104.5
305.5
106.5
107.5
108.5
109.5
110.5
111.5
112.5
113.5
114.5
115.5
116.5
117.5
118.5
119.5
120.5
121.75
122.75
124.5
0.5%
0.5%
0.5%
0.5%
0.5%
0.5%
0.5%
0.5%
0.5%
0.4%
0.4%
0.4%
0.4%
0.4%
0.4%
0.4%
0.4%
0.4%
0.6%
0.6%
0.8%
Como se puede notar, en este rango la medición del instrumento se asemeja
mucho más a la medida hecha por el módulo Fluke, presentando un error máximo
del 1.7 % en 17 ° C lo que quiere decir una diferencia de 0.5 y un error promedio
de 0.7 % en este rango. Otra vez podemos atribuir los-errores principalmente al
error de cuantización.
En la Figura 4.5 se gráfica los resultados de esta prueba, en donde se puede
notar que las mediciones se asemejan en este rango de temperatura, en la Figura
4.6 se visualizan los errores en la misma.
No fue posible, con este método, llegar a temperaturas sobre los 125 °C por
cuanto los materiales plásticos y los recubrimientos de las termocuplas
disponibles no soportan estas temperaturas.
80
125 n120115
110
105
100 -
95-90-
85
80
75
70
65
60 -J
55
50
45
40
35
30-
25-
20 -
15 -
10-10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125
Fig. 4.5 Comparación de medidas en el rango de 17 a 125 °C
1.8%i
m O) ro r--
Fig. 4.6 Error en la medición en el rango de 17 a 125 °C
Otro parámetro que se debe tomar en cuenta es la velocidad con que se
incrementa ia temperatura, ya que va a influir en la medición, por los algoritmos de
81
medición que utiliza el medidor transmisor. Este es sensible a estos cambios
puesto que promedia las señales medidas en un tiempo constante, mientras que
cuando la temperatura se mantiene estable la medida se asemeja muchísimo más
a la medida por el módulo Fluke. Por esta razón, como constante en las pruebas
se ha tenido un incremento lento de temperatura.
4.1.5 PRUEBA DEL TRANSMISOR DE CORRIENTE
Esta prueba se hace con el fin de comprobar que la señal de salida de corriente
corresponde al valor de temperatura medido por la termocupla e indicado en el
display del transmisor, esta prueba se la realiza con varios valores de resistencias
de carga para verificar que la salida de corriente no depende de la resistencia de
carga.
Temp I(Teórica) 1(100) 1(250) 1(500) Err(lOO) Err(250) E(500)0
20212223242526272829303132333435
36373839404142434445
4.005.285.34 -5.415.475.545.605.665.735.795.865.925.986.056.116.186.246.306.376.436.506.566.626.69
' 6.756.826.88
4.005.315.385.445.505.565.635.705.755.825.885.956.016.086.146.206.276.336.406.466.526.586.656.726.786.856.90
4.005.325.395.455.525.585.655.705.785.835.905.976.036.086.166.226.286.346.426.466.546.616.676.736.796.866.92
4.025.345.405.485.535.605.675.725.785.855.905.936.046.106.186.256.316.376.446.506.566.636.706.766.826.886.96
0.0%0.6%0.7%0.6%0.5%0.4%0.5%0.6%0.4%0.5%0.4%0.5%0.4%0.5%0.5%0.4%0.5%0.4%0.5%0.4%0.4%0.3%0.4%0.5%0.4%0.5%0.3%
0.1%0.8%0.9%0.8%0.9%0.7%0.9%0.7%0.8%0.6%0.8%0.8%0.7%0.6%0.9%0.7%0.6%0.5%0.8%0.5%0.6%0,7%0.7%0.7%0.6%0.6%0.6%
0.4%1.1%1.0%1.3%1.0%1.1%1.2%1.1%0.8%1.0%0.8%0.2%0.9%0.9%1.1%1.1%1.1%1.1%1.1%1.1%1.0%1.1%1.1%1.1%1.0%1.0%1.1%
82
4647484950515253545556575859606162636465666768697071727374757677787980818283848586
87888990919293949596
6.947.017.077.147.207.267.337.397.467.527.587.657.717.787.847.907.978.038.108.168.228.298.358.428.488.548.618.678.74 •8.808.868.938.999.069.129.189.259.319.389.449.50
9.57
9.639.709.769.829.899.95
' 10.0210.0810.14
6.987.047.10 '7.177.237.297.357.427.497.557.627.677.747.807.877.948.008.068.138.198.258.328.388.448.518.578.638.708.768.838.898.969.039.089.159.219.279.349.4]9.479.539.609.669.729.789.859.919.9710.0410.1110.16
6.997.057.127.197.237.317.377.447.507.567.637.687.767.817.897.958.028.088.148.218.278.338.398.458.528.598.668.728.788.848.908.989.039.099.169.229.289.359.419.479.54
9.619.679.749.809.869.929.9810.0510.1210.18
7.017.087.147.217.277.337.407.467.537.587.627.687.747.807.867.948.008.068.128.208.268.328.388.448.508.588.648.708.768.828.908.969.029.089.149.229.289.349.40
9.469.549.609.669.729.789.849.929.9810.0410.1010.16
0.5%0.5%0.4%0.5%0.4%0.4%0.3%0.4%0.5%0.4%0.5%0.3%0.4%0.3%0.4%0.5%0.4%0.3%0.4%0.4%0.3%0.4%0.3%0.3%0.4%0.3%0.3%0.3%0.3%0.3%0.3%0.4%0.4%0.3%0.3%0.3%0.2%
0.3%
0.4%
0.3%0.3%0.3%
0.3%
0.2%0.2%0.3%0.2%0.2%0.2%0.3%0.2%
0.6%0.6%0.6%0.7%0.4%0.7%0.5%0.6%0.5%0.6%0.6%0.5%0.6%0.5%0.6%0.6%0.6%0.6%0.5%0.6%0.5%0.5%0.5%0.4%0.5%0.5%0.6%0.6%0.5%0.5%0.5%0.5%0.4%0.4%
0.4%
0.4%
0.3%
0.4%
0.3%0.3%0.3%0.4%0.4%0.4%
0.4%0.3%0.4%0.3%0,4%0.4%0.4%
1.0%1.0%1.0%1.0%0.9%0.9%0.9%0.9%0.9%0.8%0.5%0.4%0.4%0.3%0.3%0.5%0.4%0.3%0.3%0.5%0.4%0.4%0.3%0.3%0.2%0.4%0.4%0.3%0.3%0.2%0.4%0.4%0.3%0.3%0.2%0.4%0.3%0.3%0.3%0.2%0.4%0.3%0.3%0.2%0.2%0.2%0.3%0.3%0.2%0.2%0.2%
83
979899100101
102
10310410510610710810911011]112113114115116117118119120121122123124125126127128129130131132133134137138339
14034]142143144145150155160.165
10.2110.2710.3410.4010.4610.5310.5910.6610.7210.7810.8510.9110.9811,0411.1011.1711.2311,3011.3611.4211.4911.5511.6211.6811.7411.8111.8711.9412.0012.0612.1312.1912.2612.3212.3812.4512.5112.5812.7712.8312.9012.9613.0213.0913.1513.2213.2813.6013.9214.2414.56
10.2410.3010.3710.4210.4910.5410.6110.6810.7410.7910.8710.9311.0.111.0611.1111.1911.2611.3213.381 1.4511.5111.5711.6311.7011.7611.8311.8911.9512.0112.0812.1312.2012.2812.3412.3912.4632.5212.58.12.7812.8412.9012.9613.0413.0913.1513.2313.2813.6013.9214.3014.55
10.2410.3010.3710.4410.5010.5610.6210.6910.7630.8310.8810.9511.0011.0713.1311.2011.2611.3031.3731.4611.5111.5711.6411.7111.7611.8211.8711.9612.0512.1012.1612.2112.2812.3212.3912.4732.5212.5912.7712.8432.9212.9813.0513.1113.1713.2413.2813.6113.9214.2614.56
10.2210.3010.3610.4210.4810.5610.6210.6810.7410.8210.8810.943.1.0011.0613.1213.2011.2611.3211.3811.4411.5211.5811.6411.7011.7611.8411.9011.9812.0212.0812.1612.2212.2812.3412.4012.4612.5412.6012.7812.8032.9012.9613.0413.1233.1813.2213.2833.6213.9214.2414.58
0.3%0.3%0.3%0.2%0.2%0.1%0.2%0.2%0.2%0.1%0.2%0.2%0.3%0.2%0.1%0.2%0.2%0.2%0.2%0.2%0.2%0.2%0.3%0.2%0.1%0.2%0.2%0.1%0.1%0.1%0.0%0.1%0.2%0.2%0.0%0.1%0.3%0.0%0.1%0.1%0.0%0.0%0.1%0.0%0.0%0.1%0.0%0.0%0.0%0,4%-0.1%
0.4%0.3%0.3%0.3%0.4%0.3%0.3%0.3%0.4%0.3%0.3%0.3%0.2%0.3%0.2%0.3%0.2%0.1%0.1%0.3%0.2%0.2%0.2%0.2%0.2%0.1%0.0%0.2%0.4%0.3%0.2%0.1%0.2%0.0%0.1%0.2%0.1%0.1%0.0%0.1%0.2%0.2%0.2%0.2%0.2%0.2%0.0%0.1%0.0%0.1%0.0%
0.1%0.3%0.2%0.2%0.2%0.3%0.3%0.2%0.2%0.3%0.3%0.3%0.2%0.2%0.1%0.3%0.2%0.2%0.2%0.1%0.3%0.2%0.2%0.2%0.1%0.3%0.2%0.4%0.2%0.1%0.3%0.2%0.2%0.2%0.1%0.1%0.2%0.2%0.1%-0.2%0.0%0.0%0.1%0.2%0.2%0.0%0.0%0.3%0.0%0.0%0.1%
170175180185190195200205210215217219221223225227229234235236238242
14.8815.2015.5215.84-16.1616.4816.8017.1217.4417.7617.8918.0218.1418.2718.4018.5318.6618.9819.0419.1019.2319.49
14.9015.2015.5915.8616.2216.4816.8017.1517.4317.7517.8718.0318.1418.2618.3818.5118.6318.9519.0219.0919.2319.49
14.8915.2015.4815.7616.0816.4016.7217.0017.3617.6817.8017.9218.0418.2018.3218.4418.5618.8818.9619.0419.1619.44
14.9015.2215.5415.8416.1816.4816.8017.1217.4417.7617.8818.0238.1418.2618.4018.5218.6418.9819.0419.1019.2219.50
0.1%0.0%0.5%0.1%0.4%0.0%0.0%0.2%-0.1%-0.1%-0.1%0.1%0.0%-0.1%-0.1%-0.1%-0.1%-0.1%-0.1%-0.1%0.0%0.0%
0.1%0.0%-0.3%-0.5%-0.5%-0.5%-0.5%-0.7%-0.5%-0.5%-0.5%-0.5%-0.6%-0.4%-0.4%-0.5%-0.5%-0.5%-0.4%-0.3%-0.4%-0.2%
0.1%0.1%0.1%0.0%0.1%0.0%0.0%0.0%0.0%0.0°/o0.0%0.0%0.0%-0.1%0.0%0.0%-0.1%0.0%0.0%0.0%-0.1%0.1%
De estos resultados lo que se puede observar es que la salida de corriente del
transmisor si está siendo regulada. La limitación del valor de la resistencia de
carga va a depender mucho de la fuente de alimentación externa que esté
conectada al transmisor ya que con una fuente de 12 VDC, se puede utilizar hasta
una resistencia de 250 Q. Para valores mayores de resistencia se debe incluir una
fuente de mayor voltaje (24 VDC) máximo de 36 VDC según especificaciones del
transmisor XTR116 usado.
Para esta prueba se utilizó la conexión que se muestra en la Figura 4.7 que tiene
el medidor transmisor como fuente de corriente constante, una fuente externa de
voltaje DC que puede ser de 12-36 VDC y la resistencia de carga en la cual se va
a medir la caída de voltaje.
MedidorTransmisor
T- 12-36 Vdc
Resistenciade carga
Fig. 4.7 Conexión para prueba de salida de corriente constante
85
Como resultado de esta prueba se obtuvo este gráfico de corriente en función de
la temperatura para una resistencia de carga de 100Í1
Salida de corriente del Transmisor
20-
15-
V"c<utoü
5-
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260
Temperatura! C)
Fig. 4.8 Salida de corriente con una resistencia de carga de 100 O
4.1.6 COMPORTAMIENTO DEL EQUIPO PARA CAMBIOS RÁPIDOS
Esta prueba se !a realiza con el fin de calcular el tiempo de respuesta del
instrumento de medida, y sirve para analizar el comportamiento del equipo ante
cambios bruscos de la variable.
Como e! equipo es de uso general y puede ser usado con termocuplas tipo K de
cualquier tipo de presentación, el tiempo de respuesta va a depender del tipo de
sonda utilizado, pero la visualización en el LCD de la temperatura de proceso ante
cambios rápidos, es mucho más continua que la presentada en el computador.
Para esta prueba se utiliza la punta inmersible que es calentada hasta alcanzar
los 250 °C y entonces es sumergida en agua a temperatura ambiente. Mediante la
comunicación serial, se puede calcular el tiempo de respuesta al cambio rápido y
obtener la gráfica de la respuesta del equipo.
86
» PROGRAMA DE PRUEBA DEL MEDIDOR TRANSMISOR DE TEMPERATURA
Fig. 4.9 Cálculo del tiempo de respuesta gráficamente
Para el ejemplo de la figura el tiempo de repuesta fue de 7 segundos, utilizando
una punta de inmersión con vaina protectora.
Como se puede ver en la gráfica, existe un retardo en la adquisición de datos el
que se debe principalmente al programa del PC que fue desarrollado en Visual
Basic, un programa lento.
4.1.7 MANEJO DEL TECLADO
Esta prueba de funcionamiento sirve para verificar el fácil manejo del equipo a
través del teclado incorporado y el manejo de las funciones disponibles como la
igualación de la indicación del tiempo y manejo de memorias.
eO
(>-,oo
— -123
O
O
Para igualar el reloj se sigue el siguiente proceso:
87
Mientras se esté en el primer modo de funcionamiento, se debe pulsar la tecla 2 y
mantenerla pulsada mientras con la tecla 1 se igualan minutos o se igualan las
horas con la tecla 3,
Para grabar en memoria no volátil:
Mientras se está en el primer modo se puede grabar, simplemente pulsando la
tecla 1, si hay memorias libres donde guardarse aparece por un instante la
siguiente pantalla en donde se puede ver los datos almacenados y el número de
memoria asignado.
e>oo0°
1 23.25 °C 20 °CMI 15:33
o
F>
Para borrar una memoria se procede así:
Cuando se encuentra en el segundo modo, y se está observando los datos de
memoria almacenados se puede borrar dicha información presionando la tecla 1,
inmediatamente se presenta en la pantalla la siguiente memoria disponible, en
caso de no existir aparecerá el mensaje de "memoria vacía".
4.1.8 COMUNICACIÓN SERIAL.
Una de las características planteadas para el diseño era que ei equipo tenga la
posibilidad de comunicación con un computador, esta comunicación se la probó
con un programa desarrollado en Visual Basic en donde se ofrecen algunas
aplicaciones a este tipo de comunicación. Se puede visualizar la medición del
proceso en una forma gráfica y almacenar automáticamente esta información en
un archivo de texto para su posterior uso, además la visualízacíón de las
memorias almacenadas por el usuario en ei equipo medidor transmisor
Para establecer esta comunicación ambos programas el de! PIC y el del PC
debían estar configurados para ciertos parámetros.
- Velocidad; 9600 baudios
- 1 bit de Start
- 8 bits de datos
- 1 bit de Stop
- Sin paridad
El formato utilizado para la comunicación consiste en que el programa del
computador envía un comando, e! que indica que tipo de datos devolverá el PIC,
para ser usados por el programa del PC. Este comando establece la función que
puede realizar la comunicación y éstas son:
<255> adquisición de datos, recibe 2 datos desde el PIC
<254> descarga las memorias de usuario guardadas en EEPROM.
Para la interfaz con el usuario y como resultado de la comunicación entre el
medidor transmisor y el PC se obtienen las siguientes pantallas en el computador.
*. PROGRAMA DE PRUEBA DEL MEDIDOR TRANSMISOR DE TEMPERATURA
F¡g. 4.10 Registro gráfico de la medición de temperatura
89
Esta es la pantalla en donde se registran gráficamente los valores de temperatura
transmitidos por el medidor transmisor; el tiempo de adquisición lo define el
programa del computador.
También existe la posibilidad de crear un archivo de texto donde se almacenan los
datos recibidos cada cierto tiempo definido como tiempo de registro; este archivo
de texto se crea automáticamente cuando ha sido seleccionada esta opción en el
casillero de verificación dispuesto debajo del área del gráfico. E! archivo se crea
con el nombre de la fecha del sistema con extensión TXT, que puede ser abierto
incluso en Excel,
005-13-2003-
¿rcNvo £tÉCi6n
PROGRAMA DE05-13-2983
TIEMPO11:12:8911:12:1811:12:1111:12:1211:12:1311:12:1411:12:1511:12:1611:12:1711:12:1811:12:1911:12:2811:12:2111:12:2211:12:21*11:12:25
üd- íir:
Bloc «te ñolas SÍÜ
&JSC« -&«íe ' .
PRUEBfl DEL TRflHSHISOR MEDIDOR11:12:09
TEHP(aC)17,2517,2517,5018,8018.2518.5019-08
20.8021,8022.7521.8826.2527.5030.0031.3032.25
xj
<z
\
I
llA
Fig. 4.11 Archivo donde se registran medidas
Los valores establecidos por defecto son: el puerto de comunicación COMM1, el
tiempo de registro por defecto es 1 segundo y el tiempo de adquisición es 10 ms,
todos estos parámetros pueden ser cambiados en tiempo de ejecución por medio
del menú de configuración en donde se pueden establecer el puerto de
comunicación, los tiempos de registro y adquisición de datos.
Üi. PROGRAMA DE PRUEBA DEL MEDID ¿i. PROGRAMA DE PRUEBA DEL MEDIDO a. PROGRAMA DE PRUEBA DEL MEDIDO
•puertoí ' >•tiempos da regislra >
y 10 ms20 ms
50n»
Fig. 4,12 Menú de configuración
90
4.2 RESULTADOS DE LA CONSTRUCCIÓN
En esta parte del capítulo se analizaran los resultados de la construcción del
equipo para comprobar las medidas y consumo y compararlas con los "equipos
portátiles" del mercado.
Las dimensiones de algunos de los equipos portátiles son:
Medidor
Omega serie 450
Extechmod. 421307
Extechmod. 422130
Medidor transmisor
L"(mm)
7(178)
7.6 (192)
5.7 (145)
6 (150)
H"(rnm)
3.3 (84)
3.6 (91)
2.78 (68)
2(50)
E"(mm)
1.8 (46)
2.1(53)
1.4(35)
1.18(30)
Tabla 4.1 Comparación entre medidores
Al comparar las especificaciones de tamaño de la tabla anterior, se puede ver que
las dimensiones del medidor transmisor son similares con equipos portátiles
existentes en el mercado.
4.2.1 CONSTRUCCIÓN
Como uno de los objetivos del proyecto era tener un equipo portátil, por lo que, el
tamaño influía en el diseño, todos los componentes del mismo se montaron sobre
una placa de circuito impreso de doble lado. Los elementos que no pudieron ser
montados en esta tarjeta como teclas y LCD están sujetos a la tapa de la caja y
unidos al circuito a través de buses de datos. Para tener una indicación visible se
uso un LCD con un área de visualización de 99 * 24 mm con caracteres de casi un
centímetro de alto. Todo el conjunto se introdujo en un caja para proyectos de
plástico ABS de reducidas dimensiones, de 150 x 50 x 30 mm, conseguida en
Radio Shack.
• - - , ':— ;C /~ o ,CSCSSfekjwi xSB^OOC^^ "3
pfO'X9'W5?^n3T3'!Sírfc> &
V.r^—'-T'-1- í-p' ti, ;'-• i. i I i 1 ?~"~^r*7-r •-a...& U:-!!--
;
Fig, 4.13 Circuito final en su caja
Fig. 4.14 Pantalla en el primer modo de operación
4.2.2 CONSUMO
Además de todas las mediciones propias del proceso de desarrollo, se hicieron
pruebas del consumo de corriente del sistema en sus diversos modos de
funcionamiento. La Tabla 4.2 muestra el resultado de dichas mediciones:
92
Operación norma!
Durante pulsación tecla
Normal con transmisión
de corriente
Modo 1
33 mA.
34 mA.
33 mA.
Modo 2
31 mA.
33 mA.
31 mA.
Tabla 4.2 Consumo del medidor transmisor.
Estos datos de corriente fueron calculados tomando como dato la caída de voltaje
en la resistencia a la entrada de 27 O y por ley de Ohm V = IR se encontraron
estos valores de corriente.
A partir de esto se puede concluir que el consumo del equipo es bajo por lo que
con baterías su autonomía llega a 15 horas aproximadamente.
93
CAPITULO 5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
• Basándose en las pruebas realizadas al equipo medidor transmisor, la
primera conclusión es que cumple con los objetivos planteados que eran
obtener un equipo medidor transmisor portátil y confiable, con una interfaz
fácil de usar y de pequeñas dimensiones.
• El medidor transmisor tiene un rango de medida de O a 250 °C y un error
promedio de 1% en todo el rango, se incluyen potenciómetros para
calibración en caso d'e una posible descalibración de la indicación de
temperatura o de la salida de corriente
• El equipo en si, es decir, la caja en la cual está montado el medidor no
soporta altas temperaturas ni es a prueba de agua, es el sensor el que
mide y está en contacto con el rango de temperatura establecido.
• Las dimensiones y apariencia del medidor transmisor son similares a las de
otros equipos existentes, tienen una indicación de la medida visible y una
fácil interfaz para su operación
El uso del XTR116 facilita la implementación de un transmisor de corriente,
éste es un producto nuevo y poco utilizado todavía, pero que por su
simplicidad de funcionamiento puede servir en gran cantidad de
aplicaciones,
• Otro circuito-que simplifica mucho la etapa de hardware es el AD595, éste
no es tan nuevo como el XTR116, e incorpora todas las funciones
94
necesarias para el acondicionamiento de termocuplas tipo K o T, evitando
de esta manera el uso de grandes circuitos analógicos de
acondicionamiento de señal.
Con e! uso de nuevos y otros no tan nuevos elementos disponibles en el
mercado como el XTR116 o el AD595, se evita la difícil tarea de
construcción y calibración de grandes circuitos de acondicionamiento o
transmisión de corriente, que sumado al uso de circuitos basados en
microprocesadores hacen más fácil la adquisición y manejo de señales
para el control y otras aplicaciones. Esto se debe, fundamentalmente, al
bajo costo de los sistemas, a la gran versatilidad que aportan los
microcontroladores; y al alto grado de integración de los componentes
utilizados.
95
5.2 RECO3NOENDACIONES
• Varios aspectos en el diseño del sistema son susceptibles de mejoras o de
futuras ampliaciones como son la incorporación de más bloques de
memorias de usuario, puesto que solo se usa 8 bloques dejando la
posibilidad de ampliar a muchas más de acuerdo a la capacidad de
memoria EEPROM del PIC, El microcontrolador no está tampoco siendo
utilizado en toda su capacidad de memoria de programa ni en la de puertos
de entradas/salidas, por lo que se puede incorporar más funciones.
• Una vez digitalizada la señal de la termocupla, se puede sacar la señal
digitalizada por la salida PWM del microcontrolador y usarla como entrada
al transmisor XTR116 a través de un filtro. Para ello se necesita hacer
cambios en el hardware e incorporar la parte correspondiente en el
software del microcontrolador.
• También con base al presente proyecto, se pueden desarrollar
transmisores de diferentes variables, ya que cambiando la parte
correspondiente al acondicionamiento de seña! se puede usar el transmisor
y la interfaz para cualquier otra variable.
• Utilizando la comunicación serial se pueden conectar otros tipos de
instrumento como registradores, controladores; para ser posible esto, el
protocolo o el formato utilizado para la comunicación debe ser adaptado a!
utilizado por este tipo de instrumento,
• La interfaz de! PC puede ser cambiado por otra que realice más funciones,
o también se puede utilizar otro lenguaje que permita bajar el nivel de
programación, ya que Visual Basic no llega al fondo de la máquina y no
trabaja directamente en sus registros, por eso es un programa lento, pero
fácil de usar.
96
Puesto que el medidor transmisor cuenta con un microprocesador, y ésta
es una de las características para tener un transmisor "inteligente" se
puede implemeníar comunicación con protocolo FIELBUS, el cual está
siendo muy utilizado en labores de control en la actualidad.
El circuito final podría simplificarse, ya que por ejemplo los periféricos
podrían compartir un mismo bus de datos, cosa que en este proyecto no se
hizo porque en lugar de reducir espacio dificultaba la ubicación de los
elementos.
97
BIBLIOGRAFÍA
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Alfaomega/Marcombo, 1997, Barcelona.
Norton Harry N.. - "Sensores y Analizadores", Prentice Hall, 1984.
Walter Kester, "System Applications Guide", Analog Devices Inc., 1993.
Sección 6 "Temperature sensors".
Coughlin, Robert F,; Driscoll, Frederick; "Amplificadores Operacionales y
Cl Lineales. Prentice Hall, 1993.
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Handbook.
PIC16F877, datasheet. Microchíp.
Ad595, datasheet. Analog device.
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XTR116, "4~20mA current loop transmitters", Burr-Brown.
http://www.anan.cl/downioads/s_n02.pdf.
Manual de sensores e instrumentos Cole-Parmer.
98
http://www.geocities.com/medicioneinstrumentacion/
http://www.experts-exchange.com/Programming/Programming_
Languages/VisuaI_Basic/
http://www.digikey.com
http://www.Iawebde1programador.com
http://www.zonequest.com/CrouseHinds/resources/intrinsicaliy_safe/tech
ref/article3.cfm?CompanylD-1
http://www.tvtronica.com.ar/index.html/transdcutores de temperatura.html
AN684. Microchip. Single supply temperatura sensing with
thermocouples.
AN104. Dataforth Corporation. 4-20 mA. transmitters.
http://www.frc.utn.edu.ar/. Martínez Patricia, "Calibración de una
termocupla de Chromel-Alumel"
http://www.parallax.com
Parallax, Manual de aplicaciones de Basic Stamp 2.
ANEXOS
PIC16F87X
Key FeaturesPICmicro™ Mid-Range Reíerence
Manual (DS33023)
Operating Frequency
Resets (and Delays)
Flash Program Memory(14-bitwords)
Data Memory (bytes)
EEPROM Data Memory
Interrupts
I/O Porís
Tímers
Capture/Compare/PWM modules
Serial Communications
Parallel Communications
10-bIt Analog-to-Digital Module
Instruction Set
PIC16F873
DC-20MHZ
POR, BOR(PWRT, OST)
4K
192
128
13
Ports A,B,C
3
2
MSSP, USART
—
5 inputchannels
35 Instructions
PIC16F874
DC - 20 MHz
POR, BOR(PWRT, OST)
4K
192
128
14
Ports A,B,C,D,E
3
2
MSSP, USART
PSP
8 inputchannels
35 Instructions
PIC16F876
DC - 20 MHz
POR, BOR(PWRT, OST)
8K
368
256
13
Ports A,B,C
3
2
MSSP, USART
—
5 inputchannels
35 Instructions
PIC16F877
DC-20MHZ
POR, BOR(PWRT, OST)
8K
368
256 .
14
Ports A.B.C.D.E
3
2
MSSP, USART
PSP
8 ¡nputchannels35 Instructions
© 1998 Microchip Technology Inc. Advanee Information DS30292A-page 3
PIC16F87X
TABLE2-1: SPECIAL FUNCTION REGISTER SUMMARY
Address Ñame Bit? Bit6 B!t5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Blt1 BitOValué on:
POR,BOR
Valué on allother resets
(2)
BankO
OQhW
01h
02h<4>
03hW
04h<4)
05h
06h
07h
08hí5J
09h<5)
OAh<1'<)
OBhW
OCh
ODh
OEh
OFh
I0h
nh
12h
13h
14h
15H
16h
17h
18h
19h
lAh
IBh
iCh
1Dh
1Eh
1Fh
INDF
TMRO
PCL
STATUS
FSR
PORTA
PORTB
PORTO
PORTO
PORTE
PCLATH
INTCON
P1R1
PIR2
TMR1L
TMR1H
TI CON
TMR2
T2CON
SSPBUF
SSPCON
CCPR1L
CCPR1H
CCP1CON
RCSTA
TXREG
RCREG
CCPR2L
CCPR2H
CCP2CON
ADRESH
ADCONO
Addressing this locatíon uses contenta oí FSR to address data memory (not a physícal register)
TlmerO module's register
Program Counter's (PC) Least Signifícant Byte
IRP RP1 RPO TO- FD Z DC cIndirect data memory address pointer
— . - - — - -.. PORTA Data Latch when wrilten: PORTA pins when read
PORTB Data Latch when written: PORTB pins when read
PORTC Data Latch when written: PORTC pins whan read
PORTO Data Latch when writíen: PORTO pins when read
—
- • —
G1E
pspipt3)
~.
' : _'• •-'•'••
—
PE1E
ADIF
(6)
—
—
TOIE
RCÍF
—
— — RE2 RE1 REO
Write Bufferforthe upperS bits of the Program Counter
INTE
TXIF
EEIF
RBIE
SSPIF
BCLIF
TOIF
CCP11F
—
ÍNTF
TMR21F
—
RBIF
TMR11F
CCP2IF
Holding register for the Least Sígnificant Byte of Ihe 1 6-bitTMR1 register
Holding register for the Most Significan! Byte of the 16-bitTMR1 regisier
_;. .•-_ :. . - T1CKPS1 T1CKPSO T1OSCEN T1SYNC TMR1CS TMR1ON
Tímer2 moduie's register
;;: — ;:/;;.: TOUTPS3 TOUTPS2 TOUTPS1 TOLfTPSO TMR2ON T2CKPS1 T2CKPSO
Synchronous Serial Port Receive Buffer/Transmrt Register
WCOL SSPOV SSPEN CKP SSPM3 SSPM2 SSPM1 SSPMO
Capture/Compare/PWM Registerl (LSB)
Capture/Compare/PWM Registerl (MSB)
• - — . • - :
SPEN
• ' :" —;•• ; • - .
RX9
CCP1X
SREN
CCP1Y
CREN
CCP1M3
ADDEN
CCP1M2
FERR
CCP1M1
OERR
CCP1MO
RX9D
USARTTransmil Data Register
USART Receive Dala Register
Capture/Compare/PWM Regístar2 (LSB)
Capture/Compare/PWM Register2 (MSB)
CCP2X CCP2Y CCP2M3 CCP2M2 CCP2M1 CCP2MO
A/D Result Register High Byte
ADCS1 ADCSO CHS2 CHS1 CHSOGO/
DONE — ADON
QOOO 0000
XXXX XXXX
0000 0000
0001 Ixxx
XXXX XXXX
— Ox 0000
XXXX XXXX
XXXX XXXX
XXXX XXXX
xxx
— 0 0000
QOOO OOOx
0000 0000
-r-Q 0— 0
XXXX XXXX
XXXX XXXX
— 00 0000
QOOO 0000
-000 0000
XXXX XXXX
QOOO 0000
XXXX XXXX
XXXX XXXX
—00 Q O Q Q
0000 OOOx
0000 0000
0000 0000
XXXX XXXX
XXXX XXXX
— 00 0000
XXXX XXXX
0000 00-0
0000 0000
uuuu uuuu
0000 0000
OOOq quuu
uuuu uuuu
--QU 0000
uuuu uuuu
uuuu uuuu
uuuu uuuu
-UUU
-—0 0000
0000 OOOu
0000 0000
-r-0 0 — 0
uuuu uuuu
uuuu uuuu
— uu uuuu
0000 0000
-000 0000
uuuu uuuu
0000 0000
UUUU UUUU
UUUU UUUU
— 00 O O O Q
0000 OOOx
0000 O O O Q
0000 0000
uuuu uuuu
uuuu uuuu
— 00 0000
uuuu uuuu
0000 OQ-0
Legend: x - unknown, u = unchanged, g = valué depends on condition, - - unimplemented read as 'O', r = reserved.Shaded locations are unimplemented, read as 'O1.
Note 1: The upper byte of the program counter is not directly accessible. PCLATH is a holding register for thePC<12:8> whosecontents are transferred to the upper byte of the program counter.
2: Other (non power-up) resets include external reset through MCLFT and Watchdog Timer Reset.3: Bits PSPIE and PSPIF are reserved on the 28-pín devices, always maintain these bits clear.4: These regísters can be addressed from any bank.5: PORTO, PORTE, TRISO, and TRISE are not physically ¡mplemented on the 28-pin devices, read as 'O'.6: PIR2<6> and PIE2<6> are reserved on these devices, always maintain these bits clear.
DS3Q292A~page 16 Advance Information © 1998 Mícrochip Technology Inc.
PIC16F87X
TABLE 2-1: SPECfAL FUNCTION REGISTER SUMMARY (Cont'd)
Address Ñame Bit? Bit 6 Bits Bit 4 Bít 3 Bit 2 Bít1 BitOValué on:
POR,BOR
Valué on ailother resets
(2)
Bankl
fioh'4'
eih
82h<4>
83h(4>
84h'4>
85h
86h
87h
88h^
89h(5>
BAhí1'4»
8Bht*l
8Ch
8Dh
8Eh
8Fh
90h
91h
92h
93h
94h
95h. ..
96h
97h
98h
99h
9Ah A '
9Bh .
9Ch
9Dh . .
9Eh
9Fh
INDF
OPTION REG
PCL
STATUS
FSR
TRISA
TRISB
TRISC
TRISO
TRISE
PCLATH
INTCON
PIE1
PIE2
PCON
... •__, ••:.,
._....,.
SSPCON2
PR2
SSPADD
SSPSTAT
-.'••.:—•<-...•
•': •—:•-.:• •
..—... ,:
TXSTA
SPBRG
: • - . . _ ..-:
.— ""•:'
. ' — ":'; "' -— :••-•
ADRESL
ADCON1
Addressing this locatíon uses contents of FSR to address data memory (not a physical regíster)
RBPU 1NTEDG TOCS TOSE PSA PS2 PS1 PSO
Program Counter's (PC) Least Signiflcanl Byte
IRP RP1 RPO Te? PD Z DC C
Indirect data memory address pointer
- — ~ " ' PORTA Data Direction Register
PORTB Dala Diredion Register
PORTC Dala Direcllon Regisler
PORTO Data Direction Register
IBF
—
GIE
PSPIE<3>
—
—
OBF
—
PEIE
ADIÉ
(6)
—
IBOV
—
TOIE
RCIE
—
—
PSPMODE — • PORTE Dala Direction Bits
Write Buffertorthe upper 5 bits of the Program Counter
It^TTE
TXIE
EEIE
—
RBIE
SSPIE
BCLIE
—
T01F
CCP1IE
—
—
INTF
TMR2IE
—
FÜFf
RBIF
TMR1ÍE
CCP2IE
BÜR
Unimplemented
Unímplemented
GCEN ACKSTAT ACKDT ACKEN RCEN PEN RSEN SEN
Timer2 Period Regisler
Synchronous Serial Port (I2C mode) Address Register
SMP CKE D/A P S FVW UA BF
UnTrnpiernented
Uním píeme rrted
Unímplemenled
CSRC TX9 TXEN SYNC — BHGH TRMT TX9D
Baud Rale Generator Register
Uriirripiemenled
Unírnplemented
Unimplemented
Unimplemented
A/D Resull Regisler Low Byte
: — .'- - :— -M ADFM — PCFG3 PCFG2 PCFG1 PCFGO
0000 0000
1111 1111
0000 0000
0001 Ixxx
xxxx xxxx
—11 1111
1111 1111
1111 1111
1111 1111
0000 -111
— -0 0000
0000 OOOx
0000 0000
-r-0 D — 0
— qg
—
—
0000 0000
1111 1111
0000 0000
0000 0000
—_
—0000 -010
0000 0000
_
———
xxxx xxxx
— 0- 0000
0000 0000
1111 1111
0000 0000
OOOq quuu
uuuu uuuu
—11 1111
1111 1111
1111 1111
1111 1111
0000 -111
0 0000
0000 OOOu
0000 0000
-r-0 0 — 0
__
—
0000 0000
1111 1111
0000 0000
0000 0000
_
—__
0000 -DIO
0000 0000
—_
—_
uuuu uuuu
— 0- 0000
Legend: x = unknown, u = unchanged, q = valué depends on condition, - = unimpiemented read as 'O', r = reserved.
Shaded locations are unimplemenled, read as 'O'.
Note 1: The upper byte of the program countens notdirectly accessible. PCLATH is a holding registerforlhe
PC<12:8> whose
contents are transferred to the upper byte of the program counter.
2: Other (non power-up) resets include externa! reset through MCLR and Watchdog Timer Reset.
3: Bits PSPÍE and PSPIF are reserved on the 28-pin devices, always maintain these bits clear.
4: These regísters can be addressed from any bank.
5: PORTO, PORTE, TRISO, and TRISE are not physically implemented on the 28-pin devices, read as 'O'.
6: PIR2<6> and P|E2<6> are reserved on these devices, always maintain these bits clear.
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P1C16F87X
TABLE 2-1: SPECIAL FUNCTION REGISTER SUMMARY (Cont.'d)
Address Ñame Bit? Blt6 BltS Bit 4 Blt3 Blt2 ' Blt1 BltOValué on:
POR,
BOR
Valué on allother resets
(2)
Bank 2 ' ' ' . r
IQOhW
101h
102h'4'
103h^
104h^4'
105h
106h
107h
108h
109h
10Ah('.<>
10BhM
10Ch
10Dh
10Eh
10Fh
1NDF
TMRO
PCL
STATUS
FSR
_
PORTB
• _
—
—
PCLATH
INTCON
EEDATA
EEADR
EEDATH
EEADRH
Addressing this localion uses contents oí FSR to address data memory {not a physical regisler)
TimerO module's register • •
Program Counter's (PC) Least Sígnifícant Byte
IRP RP1 RPO TCf FU Z DC C
Indirect data memory address poínter
Unimplemented
PORTB Dala Latch when written: PORTB pins when read
Unimplemented . .
Unimplemented
Unimplemented. .
—
GIE
—
PEIE
EEPROM data register
—
TOIE
Write Buffer for ihe uppar 5 bits of the Program Counter
INTE RBIE TOIF INTF RBIF
EEPROM address register
EEPROM dala regisler high byte
EEPROM address register high byte
O Q Q O Q Q Q O
xxxx xxxx
0000 0000
0001 Ixxx
XXXX XXXX
—
xxxx xxxx
———0 0000
0000 OOOx
xxxx xxxx
xxxx xxxx
XXXX XXXX
xxxx xxxx
0000 0000
UUUU UUUU
0000 0000
OOOq quuu
UUUU UUUU
—
UUUU UUUU
—
——
0 0000
Q O Q O QOOU
UUUU UUUU
UUUU UUUU
UUUU UUUU
UUUU UUUU
Bank 3
teohí4'
I81h
tBühW
183hí4'
184h^
185h
186h
187h
188h
189h
IBAh*1'4»
ISBhW
18Ch
IBDh
18Eh
18Fh
INDF
OPTION REG
PCL
STATUS
FSR
—
TRISB
—
—
—
PCLATH
INTCON
EECON1
EECON2
—
—
Addressing this locaíion uses contenís of FSR to address data memory (not a physical regfster)
mprj INTEDG
Pragram Counter's (PC)
IRP RP1
TOCS TOSE PSA PS2 PS1 . PSO
Least Significant Byte
RPO T0 FTJ Z DC C
Indirect data memory address poínter
Unimplemented
PORTB Dala Direction Register
Unimplemented
Unimplemented
Unimplemented
- —
GIE
EEPGD
—
PEIE
__
—
TOIE
'"- :.
Write Buffer for the upper 5 bits of the ProgramCounter
INTE
.-•>.-— :":;:;:•
RBIE TOIF INTF RBIF
WRERR WREN WR RD
EEPROM control register2 (not a physical register)
Reserved maíntain clear
Reserved maintain clear
0000 0000
1111 1111
0000 0000
0001 Ixxx
xxxx xxxx
—1111 1111
———
0 0000
0000 OOOx
x xOOO
0000 0000
0000 O Q Q O
0000 0000
1111 1111
0000 0000
OOOq quuu
UUUU UUUU
—
1111 1111
—
—
—
0 0000
0000 OOOu
x uOOO
0000 0000
•0 'QOQ : : QOOQ
Legend: x = unknown, u = unchanged, q- valué depends on conditíon, - = unimplemented read as '0', r= reserved.Shaded locations are unimplemented, read as '0'.
Note 1 : The upper byíe of the program counter is not directly accessible. PCLATH is a holding register for thePC<12:8> whosecontents are transferred to the upper byte of the program counter.Other (non power-up) resets include externa! reset through MCLR and Watchdog Timer Reset.Bits PSPIE and PSPIF are reserved on the 28-pin devices, always maintain these bits clear.These registers can be addressed (rom any bank.PORTO, PORTE, TRISO, apd TRISE are not physically ímplemented on the 28-pin devices, read as 'O'.PIR2<6> and PIE2<6> are reserved on these devices, always maintain these bits clear.
DS30292A-page 18 Advanee informático © 1998 Microchip Technology Inc.
PIC16F87X
7.3 Reading the Data EEPRQM Memory
To read a data memory location, the user must writethe address to íhe EEADR register, clear the EEPGDcontrol bit (EECON1<7>) and then set control bit RD(EECON1<0>).The data is available, in the very next
EXAMPLE 7-1: DATA EEPROM READ
instructíon cycle, in íhe EEDATA register; therefore itcan be read by the next insírucíion. EEDATA will holdíhis valué until another read or until It ¡s written to by theuser (during a write operatíon).
BSFBCFMOVLWMOVWFBSF
BCF
BSF
BCF
MOVF
STATUS, RP1STATUS, RPODATA_EE_ADDR
EEADRSTATUS, RPOEECONl, EEPGDEECONl, RDSTATUS, RPOEEDATA, W
Bank 2
Data Memory Address to read
Bank 3Point to DATA memoryEEPROM Read
Bank 2W = EEDATA
7.4 Writing to the Data EEPROM Memory
To write an EEPROM data location, the address mustfirst be written to the EEADR register and íhe data to
EXAMPLE 7-2: DATA EEPROM WRITEBSF STATUS, RP1 ;
the EEDATA register. Then the sequence inExample 7-2 musí be followed ío initiaíe the write cycle.
BCF
MOVLW
MOVWF
MOVLW
MOVWF
BSF
BCF
SSF
STATUS, RPO Bank 2
EEADR ; Data Memory Address to write
DATA_EE_DATA ;
EEDATA ; Data Memory Valué to write
STATUS, RPO ; Bank 3
EECONl, EEPGD ; Point to DATA memory
EECONl, WREN ,- Enable writes
Required
'Sequence
BCF
MOVLW.
MOVWF
'MOVLW
MOVWF
BSF
BSF
INTCON, GIE
55h
EECON2'
AAh
EECON2
EECONl, WR
INTCON, GIE
Disable Interrupts
Write 55h
Write AAh
Set WR Mt to begin write
Enable Interrupts
SLEEP ; Wait for interrupt to signal write complete
BCF EECONl, WREN ; Disable writes
The write will not initiate if the above sequence is notexacíly followed (write 55h to EECON2, write AAh toEECON2, then set WR bit) for each byte. lí is síronglyrecommended that ínterrupts be disabled during thiscode segment.
Addiíionally, the WREN bit in EECON1 must be set toenable write. This mechanism prevenís accidentalwrites to data EEPROM due to errant (unexpected)code execuíion (i.e., lost programs). The WREN bitshould be kept clear at all times, except when updatingthe EEPROM. The WREN bit is noí clearedby hardware
After a write sequence has been initiaíed, clearing theWREN bit will not affect íhis write cycle.TheWR bit willbe inhibited from being set unless the WREN bit ¡s set.The WREN bit must be set on a previous instruction,both WR and WREN cannot be set wiíh íhe sameinstruction.
At the completion of the write cycle, the WR bít iscleared in hardware and the EEPROM Write CompleteInterrupt Flag bit (EEIF) is set, EEIF must be cleared bysoftware.
© 1998 Microchip Technology Inc. Advanee Information DS30292A-page 53
PIC16F87X
10.1 USART Baud Rate Generator (BRG1
The BRG supporís both the Asynchronous and Syn-chronous modes of the USART. It is a dedicated 8-bitbaud rate generator.The SPBRG register controls theperiod of a free running 8-bií timer. In asynchronousmode bit BRGH (TXSTA<2>) also controls the baudrate. In synchronous mode bit BRGH is ¡gnored.Table 10-1 shows the formula for computation of thebaud rate for different USART modes which only applyin master mode (interna! clock).
Given the desired baud raie and Foso, the nearest inte-ger valué íor the SPBRG register can be calculatedusing the formula in Table 10-1. From thls, íhe error inbaud rate can be determined.
Exampls 10-1 shows the calculation of the baud rateerror for the followíng conditions:
Desired Baud Rate = 9600BRGH = OSYNC = O
TABLE 10-1 BAUD RATE FORMULA
EXAMPLE10-1: CALCULATING BAUDRATE ERROR
Dcsircd Baud rate = Fose / (64 (X + i))
9600 = 16000000/(64CO1))
X = Ü25.042J = 25
Calculated Baud Rate=46000000 / (64 (25 + 1))
9615
Error = fCaiculaled Baud "Rale -Pesired Baud Rale)Desired Baud Rate
= (9615-9600) / 9600
0.16%
It may be advantageous to use the high baud rate(BRGH = 1) even for slower baud clocks. This ¡sbecause the Fosc/(16{X + 1}) equation can reduce thebaud raie error ín some cases.
Writing a new valué to the SPBRG register, causes theBRG timer to be reset (or cleared), this ensures theBRG does not wait for a timer overílow before output-ting the new baud rate.
10.1.1 SAMPLING
The data on the RC7/RX/DT pin is sampled three timesby a majority detect circuít to determine if a high or alow leve! is present at the RX pin.
SYNC
01
BRGH = 0 (Low Speed)
(Asynchronous} Baud Rate = Fosc/(64(X+1))(Synchronous) Baud Rate = Fosc/(4(X+1))
BRGH = 1 (High Speed)
Baud Rate=Fosc/(16(X+1))NA
X = valué ín SPBRG (O to 255)
TABLE 10-2 REGISTERS ASSOCIATED WITH BAUD RATE GENERATOR
Address
98h
18h
99h
Ñame
TXSTA
RCSTA
SPBRG
Bit?
:CSRC
SPEN
Bit 6
TX9
, :RX9
B¡t5
TXEN
SREN
Bit 4
SYNC
CREN
Bita
—ADDEN
Bit 2
BRGH
FERR
Bit1
TRMT
OERR
BitO
TX9D
RX9D
Baud Rate Generator Register
Valué on:POR,BOR
0000 -010
0000 OOOx
0000 0000
Valué onall
otherresets
0000 -010
0000 OOOx
0000 0000
Legend: x = unknown, - = unimplemented read as 'O1. Shaded cells are not used by the BRG.
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PIC16F87X
10.2 USART Asynchronous Mode
[n this mode, the USART uses standard nonreturn-to-zero (NRZ) format (one start bit, eíght or nine data bitsand one stop bit). The most common data format ¡s8-bits. An on-chip dedicated 8-bií baud rate generatorcan be used to derive standard baud rate frequenciesfrom the oscillator.The USART transmits and receivesthe LSb first.The USAFVTs transmitter and receiver arefunctionaily independent but use the same data formatand baud raíe. The baud rate generator produces aclock either x16 or x64 of the bit shift rate, dependíngon bit BRGH (TXSTA<2>). Parity ¡s not supporíed bythe hardware, but can be implemented in software (andstored as the ninth data bit). Asynchronous mode ¡sstopped during SLEEP.
Asynchronous mode ¡s selected by clearing bitSYNC(TXSTA<4>).
The USART Asynchronous module consists of the fol-lowing imporíant elernents:
* Baud Rate Generator* Sampling Circuit* Asynchronous Transmitter* Asynchronous Receíver
10.2.1 USART ASYNCHRONOUS TRANSMITTER -
The USART transmitter block diagram is shown inFigure 10-3.The heartof the transmítter is the transmít(serial) shift register (TSR). The shift register obtains itsdata from the read/wriie transmit buffer, TXREG. TheTXREG register is loaded wüh data in software. TheTSR regisíer is not loaded until the STOP bit has beentransmitted from the previous load. As soon as theSTOP bit is íransmitted, íhe TSR is loaded with newdata from the TXREG regisíer (if available). Once theTXREG register transfers íhe data to the TSR register
FIGURE 10-3: USARTTRANSMIT BLOCK DIAGRAM
(occurs in one TCY), the TXREG register is empty andflag bit TXIF (PIR1<4>) is set. This interrupt can beenabled/disabied by setting/clearing enable bit TXIE( PIE1<4>). Flag bit TXIF will be set regardless of thestate of enable bit TXIE and cannot be cleared in soft-ware. It will reset only when new data ¡s loaded into theTXREG register. While flag bit TXIF indicated the statusof the TXREG register, another bitTRMT (TXSTA<1>)shows the status of the TSR register. Status bitTRMTis a read only bit which is set when the TSR register isempty. No interrupt logic is tied to this bit, so the userhas to poli this bit in order to determine if the TSR reg-ister is empty.
Motel: The TSR register is not mapped in datamemory so it is not available to the user.
Note 2: Flag bit TXÍFis set when enable bitTXENís set.
Steps to follow when setting up an AsynchronousTransmission:
1. Initialize the SPBRG register for the appropriatebaud rate. If a high speed baud rate is desired,set bit BRGH. (Section 10.1)
2. Enable the asynchronous serial port by clearingbit SYNC and setting bit SPEN.
3. If interrupts are desired, then set enable bitTXIE.
4. If 9-bit transmissíon is desired, then set transmitbitTX9.
5. Enable the transmission by setting bit TXEN,which will also set bit TXIF.
6. If 9-bit transmission is selected, the ninth bitshould be loaded in bitTX9D.
7. Load data to the TXREG register (starts trans-mission).
Dala Bus
TXIETXREG register
LSb
TSB registerInlerrupt
, IDÍEN Baud Rate CL
SPBRG
Baud Rale Generator
RC6H-X/CK pin
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10.2.2 USARTASYNCHRONOUS RECEIVER
The receiver block diagram is shown in Figure 10-6.The data is received on the RC7/RX/DT pin and drivesthe data recovery block. The data recovery block isactually a high speed shifter operaíing at x16 times thebaud rate, whereas the main receive serial shifter oper-ates at the bit rate or at Fose.
The USART module has a speciai provisión for multi-processor communication. When the RX9 bit is set inthe RCSTA register, 9-bits are received and the ninthbit is placed iníhe RX9D status bit of the RSTA register.The port can be programmed such that when the stopbit is received, the serial port ¡nterrupt wíll only be acti-vated if the RX9D bit = 1. This feature is enabled bysetting the ADDEN bit RCSTA<3> in the RCSTA regis-ter. This feature can be used ¡n a multi-processor sys-tem as follows:
A master processor intends to transmit a biock of datato one of many slaves. It must first send out an addressbyte that ¡dentifies the targeí slave. An address byte isidentified by the RX9D bitbeing aT(¡nstead of a'O'fora data byte}. If the ADDEN bit is set in the slave'sRCSTA register, all data bytes will be ignorad. How-ever, if the nínth received bit is equal to a '1', indicatingthat íhe received byte is an address, the slave will beinterrupted and the contents of the RSR register will betransferred into the receive buffer. This alíows the slaveto be interrupted only by addresses, so that the slavecan examine the received byte to see if it is addressed.The addressed slave will then clear ¡ts ADDEN bit andprepare to receive data bytes from the master.
When ADDEN ¡s set, all data bytes are ignored. Fol-lowing the STOP bit, the data will not be loaded into thereceive buffer, and no interrupí will occur. If anotherbyte is shifted into the RSR regisíer, the previous databyte will be lost.
The ADDEN bit will only take effect when the receiveris configured in 9-bit asynchronous mode.
The receiver block diagram is shown in Figure 10-6.
Once Asynchronous mode is selected, recepíion isenabled by setting bit CREN (RCSTA<4>).
10.2.3 SETTING UP 9-BIT MODE WITH ADDRESSDETECT
Síeps to follow when setting up an AsynchronousReception with Address Detect Enabled:
• Initialize the SPBRG register for the appropriatebaud rate. If a high speed baud rate is desifed, setbitBRGH.
• Enable the asynchronous serial port by clearingbit SYNC and setting bit SPEN.
• If interrupts are desired, then set enable bit RCIE.
• Set bit RX9 to enable 9-bit reception.• Set ADDEN to enable address detecí.
• Enable the recepíion by setíing enable bit CREN.• Flag bit RCIF will be set when recepíion ¡s com-
plete, and an interrupt will be generated if enablebitRCIEwasset.
• Read the RCSTA regisíer to get the ninth bit anddetermine if any error occurred during reception.
• Read the 8-bit received data by reading íheRCREG register, to determine if the device isbeing addressed.
• If any error occurred, clear the error by clearingenable bit CREN.
• If the device has been addressed, clear theADDEN bitto allow data bytes and address bytesto be read inío the receive buffer, and interrupt theCPU.
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11.0 ANALOG-TO-DIGITALCONVERTER (A/D) MODULE
The ana!og-to-dig¡tal (A/D) converter module has five¡npuís for íhe 28-p¡n devices, and eight for the otherdevices.
The analog ínput charges a sample and hold capacitor.The output of the sample and hold capacitor is the Ínputínto the converter. The converter then generates a dig-ital result of this analog level via successive approxima-tion. This A/D conversión, oí the analog input sígnal,results in a corresponding 10-bit digital number.
The A/D converter has a unique feature of being ableto opérate while the device is in SLEEP mode.To opér-ate in sleep, the A/D clock must be derived from theA/D's infernal RC oscillator.
FIGURE 11-1: ADCONO REGISTER (ADDRESS: 1Fh)
The A/D module has four registers. These registersare:
• A/D Resuit High Register (ADRESH)
• A/D Result Low Register (ADRESL)
• A/D Control RegisterO (ADCONO)
• A/D Control Registerl (ADCON1)
The ADCONO regíster, shown in Figure 11-1, controlsthe operation of the A/D module. The ADCON1 regis-ter, shown in Figure 11-2, configures the functions ofthe port pins.The port pins can be confígured as ana-log inputs (RAS can also be the voitage reference) or asdigital I/O.
R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 U-0 R/W-0
ADCS1 ADCSO CHS2 CHS1
bit?
CHSO GO/ÜÜKTc — ADON
bitO
R =Readable bitW = WritablebitU =Unimplemented bit,
read as '0'- n = Valué at POR reset
bit 7-6:
bit 5-3:
ADCS1 :ADCSO: A/D Conversión Clock Select bits00 = FOSC/201 = FOSC/810 = FOSC/3211 = FRC (clock derived frorn an RC oscillaíion)
CHS2;CHSO; Analog Channel Select bits000 = channel O, (RAO/ANO)001 = channel 1, (RA1/AN1)010 = channel 2, (RA2/AN2)Olí = channel 3, (RA3/AN3)100 = channel 4, (RA5/AN4)101 = channel 5, (REO/ANSJW110 = channel 6, (RE1/AN6)<1>111 = channel 7, (RE2/AN7)Í1'
bit 2: GO/DONE: A/D Conversión Status bit
If ADON = 11 = A/D conversión ín progress (settíng this bit starts the A/D conversión)0 s= A/D conversión not in progress (This bit is automatically cleared by hardware when the A/D conver-sión is complete)
bit 1: Unimplemented: Read as 'O1
bitO: ADON: A/D On bit1 = A/D converter module is operatingO = A/D converter module is shutoff and consumes no operating current
Note 1: These channels are not available on the 28-pin devices.
> 1998 Microchip Technology Inc. Advance Information DS30292A-page 123
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FIGURE 11-2: ADCON1 REGISTER (ADDRESS 9Fh)
U-0• —
b
b
b
b
b
Ü7
it 7-6:
it5:
ií4:
it 3-0:
U-0 RAV-0— ADFM
U-0
—
RAV-0 R/W-0PCFG3 PCFG2
RAV-0PCFG1
RAV-0
PCFGO
bitO
Unimplemented: Read as '0'
ADFM: A/D Resultformatselect1 = Right Justified. 6 most signifícant bits of ADRESH are read as '0'.0 = Left Justified. 6 least signifícant bits of ADRESL are read as '0'.
Unimplemented: Read as '0'
PCFG3;PCFGO: A/D Port Configuration Control bits
PCFG3:PCFGO
0000
0001
0010
0011
0100
0101
Ollx
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
AN7(1)
RE2
A
A
D
D
D
D
D
A
D
D
D
DD
D
D
AN6Í1)
RE1
A
A
D
D
D
D
D
A
D
D
D
D
D
D
D
AN5<1>REO
A
A
D
D
D
D
D
A
A
A
A
D
D
D
D
A = Analog input
D = Digital i/O
Note 1 : These channels are
AN4
RA5
A
A
A
A
D
D
D
A
A
A
A
A
D
D
D
AN3RAS
A
VREF+A
VREF+AVREF+D
VREF+A
VREF+VREF+VREF+VREF+D
VREF+
AN2RA2
A
A
A
A
D
D
D
VREF-A
A
VREF-
VREF-VREF-D
VREF-
AN1RA1
AAA
AA
A.D
AAA
A
AADD
ANORAO
A
A
A
A
A
A
D
A
A
A
A
A
A
A
A
VREF+
VDDRA3VDDRASVDDRA3VDDRASVDDRA3
RA3RASRASVDD
RAS
R =ReadabíebitW=WritablebitU =Unimpiemenfced
bit, read as 'O1
- n = Valué at POR reset
VREF-
vssvssvssvssvssVssvssRA2vssvssRA2RA2
RA2
VSSRA2
CHAN/REFS
8/0
7/1
5/0
4/13/02/1O/O6/26/0
5/1
4/23/2
2/21/0
1/2
not availabíe on the 28-pin devices.
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The ADRESH:ADRESL registers contains the 10-bitresult of the A/D conversión. When íhe A/D conversiónis compíete, íhe result Is loaded into íhis A/D result reg-ister pair, the GO/DONE bit (ADCONO<2>) is cleared,and A/D interrupt flag bit ADIF is set.The block diagramof íhe A/D module is shown in Figure 11-3.
After íhe A/D moduíe has been configured as desired,íhe seiected channel must be acquired before the con-versión is started. The analog input channels musíhave theircorresponding TRIS bits selecíed as ¡nputs.To determine sample íime, seeSecílon 11.1. After thisacquisition time has elapsed the A/D conversión can bestarted. The following steps should be followed fordoing an A/D conversión:
1. Configure the A/D module:• Configure analog pins / voltage reference /
and digital 1/O(ADCON1)• Select A/D input channel (ADCONO)• Select A/D conversión clock (ADCONO)• Turn on A/D module (ADCONO)
2. Configure A/D interrupt (if desired):• . • Clear ADIF bit
• SetADIEbií• SetGIEbít
3. Wait the required acquisition íime.4. Start conversión:
• Set GO/DONE bit (ADCONO)5. Waií for A/D conversión to complete, by either:
• Polling for the GO/DONE bit to be cleared
OR
• Waiting for the A/D interrupt6. Read A/D Result . register pair
(ADRESH:ADRESL), clear bit ADIF if required.
7. For next conversión, go to síep 1 or síep 2 asrequired. The A/D conversión time per bit isdefined as TAD. A mínimum wait of 2TAD isrequired before next acquisition starts.
© 1998 Microchip Technology Inc. cV3rtC& flormaton DS30292A-page 125
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TABLE13-2 PIC16CXXX INSTRUCTION SET
Mnemonic,Operands
Descriptíon Cycles 14-BÍt Opcode
MSb LSb
StatusAffected
Notes
BYTE-ORIENTED FILE REGISTER OPERATIONS
ADDWF f, dANDWF f, dCLRF fCLRWCOMF f, dDECF f, dDECFSZ f, dINCF f, dINCFSZ f, dIORWF f, dMOVF f, dMOVWF fNOPRLF f, dRRF f, dSUBWF f, dSWAPF f, dXORWF f, d
Add W and fAND W with fClear fOlear WComplement fDecrement fDecrament f, Skip íf 0Increment fIncrementf, Skipif 0Inclusive OR W with fMove fMove W to íNo OperationBótate Left f through CarryRoíate Ríght ( through CarrySubtract W from fSwap nibbíes in fExclusive OR W with í
111111
1(2}1
1(2}111111111
00 0111 df£f ffff00 0101 dfff ffff00 0001 Ifff ff f£00 0001 Oxxx xxxx00 1001 dfff ffff00 0011 dfff ffff00 1011 dfff ffff00 1010 dfff f f f f00 1111 dfff f f f f00 0100 dfff ffff00 1000 dfff ffff00 0000 Ifff ffff00 0000 OxxO 000000 1101 dfff ffff00 1100 dfff ffff00 0010 dfff ffff
00 1110 dfff ffff
oo 0110 dfff ffff
C,DC,ZZzzzz
z
zz
ccC,DC,Z
z
1,21,22
1,21,21,2,31,21,2,31,21,2
1,21,21,21,21,2
BIT-ORIENTED FILE REGISTER OPERATIONS
BCF f, bBSF f, bBTFSC f, bBTFSS f, b
Bit Clear fBitSetfBit Test f, Skipif ClearBit Test f, Skipif Set
11
1(2)1(2)
01 OObb bfff ffff01 Olbb bfff ffff01 lObb bfff ffff01 llbb bfff ffff
1,21,233
LITERAL AND CONTROL OPERATIONS
ADDLW kANDLW kCALL kCLRWDTGOTO kIORLW kMOVLW kRETFIERETLW kRETURNSLEEPSUBLW kXORLW k
Add literal and WAND literal with WCali subroutineClear Watchdog TimerGo to addressInclusive OR literal with WMove literal to WReturn from interruptReturn with literal ín WReturn (rom SubroutineGo into standby modeSubtract W from literalExclusive OR literal with W
1121211222111
11 lllx kkkk kkkk11 1001 kkkk kkkk10 Okkk kkkk kkkk00 0000 0110 010010 Ikkk kkkk kkkk11 1000 kkkk kkkk11 OOxx kkkk kkkk00 0000 0000 100111 Olxx kkkk kkkk00 0000 0000 100000 0000 0110 001111 11 Ox kkkk kkkk11 1010 kkkk kkkk
C,OC,ZZ
TOTü
Z
TtT.PTJC,DC,ZZ
Note 1; When an I/O register is modified as a function of ¡tself (e.g., MOVF PORTE, l), the valué usedwill be that valué presen! onthe pins Ihemselves. For example, if the data latch is '1' for a pin configured as input and is driven low by an externaldevice, the data wíll be written back with a 'O',
2: If this instructíon ís executedon the TMRO register (and, where applicable, d- 1), the prescalerwill be cleared Íf assignedto theTimerO Module.
3; [f Program Counter (PC) Ís modified or a conditional test is true, the instruction requires two óyeles.The second cycle ísexecuted as a NOP.
DS30292A-page 154 Aclvance Information © 1998 Microchip Technology Inc.
ANALOGDEVICES
Monolithic Thermocouple Amplifierswith Cold Junction Compensation
AD594/AD595FEATURESPretrimmed for Type J (AD594) or
Type K (AD595J ThermocouplesCan Be Used with Type TThermocouple InputsLow Impedance Voltage Output: 10 mV/°CBuilt-ln Ice Point CompensationWide Power Supply Range: +5 V to ±15 VLow Power: <1 mW typícalThermocouple Faílure AlarmLáser Wafer Trimmed to 1°C Calibration AccuracySetpoint Mode OperationSelf-Contained Celsius Thermometer OperationHígh Impedance Differential InputSide-Brazed DIP or Low Cost Cerdip
FUNCTIONAL BLOCKDIAGRAM
-IN -ALM +ALM V+ COMP VO FB
Ff4i r¡3i FUI RTI ROÍ m rn
1_J LU LU L±J UJ LU+IN -fC +T COM -T -C
PRODUCT DESCRIPTIONThe AD594/AJD595 is a complete instrumentation ampJifíer andthermocouple cold juncrion compensator on a monolithic chip.It combines an ice point reference with a precalibrated amplifierto produce a high level (10 mV/°C) output directly from a ther-mocouple sígnal. Pin-strapping options allow ir to be used as alinear amplifier-compensator or as a swítched output setpoint
'9 controller using either fíxed or remore serpoint control. It canbe used to ampiiíy its Compensation voltage directly3 therebyconverdng it to a stand-alone Celsius transducer with a lowimpedance voltage output.
The AD594/AD595 includes a thermocouple failure alarm thatindicates íf one or both thermocouple leads become open. Thealarm output has a flexible format which includes TTL drivecapabüiry.
The AD594/AD595 can be powered from a single ended supply(incíuding -¡-5 V) and by includíng a negative supplyj tempera-tures below 0°C can be measured. To minimize self-heating, anunloaded AD594/AD595 will cypically opérate with a total sup-ply currenr 160 [iAj bur is also capable of delivering in excess of±5 mA to a load.
The AD594 is precalibrated by láser wafer trímming to match-Á the characteristic of type J (iron-constantan) thermocouples and
the AJD595 ís láser trimmed for type K (chromel-alumel) ínputs.The temperature transducer voltages and gain control resistors
are available at the package pins so that the circuit can berecalibrated for the thennocouple types by the addition of t\voor three resistors. These termináis also allow more precise cali-bration for both thermocouple and thermometer applications.
The AD594/AD595 is available in two performance grades. TheC and the A versions have calibration accuracies of±l°G and±3°Cj respectively. Both are designed to be used from 0°G to+50°Cj and are available in 14-pin, hermetically sealed, side-brazed ceramic DIPs as well as low cost cerdip packages.
PRODUCT HIGHLIGHTS1. The AD594/AD595 provides cold juncrion compensation,
ampliñcationj and an output buffer in a single IC package.
2. Compensañon, zero3 and scale factor are all precalibrated byláser wafer trímming (LWT) of each IC chip.
3. Plexible pinout provides for operatíon as a setpoint control-ler or a stand-alone temperature transducer calibrated indegrees Celsius.
4. Operation at remote application sites is facilitated by lowquiescent current. and a wide supply voltage range +5 V todual supplies spanning 30 V.
5. Differential input rejects common-mode noise voltage on thethermocouple leads.
REV. C
Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate andreliable. However, no responsíbility ís assumed by Analog Devices for itsuse, ñor for any ¡nfringements of patents or other rights of third partieswhich may result from its use. No license is granted by implicatíon orotherwise under any patent or patent rights of Analog Devices.
OneTechnology Wayf P.O. Box9106, Norwood, MA02062-9106, U.S.A.Tel: 781/329-4700 World Wide Web Site: http://www.analog.comFax: 781/326-8703 © Analog Devices, Inc., 1999
í@ +25°c and vs = 5 V f Type J (AD594), Type K (AD595) Thermocoupíe,
Modcl
ABSOLUTE MÁXIMUM RATTNG+VS 10 -Vs
. Gommon-Mode Inpu t VollageDifferemial Input VollageAlarm Vollages
+ALM-ALM
Operaling Temperalure RangeOutpul ShorL Circuit to Common
TEMPERATURE MEASUREMENT(Speci'fied Temperalure Range0DC 10 +5D°C)
Calibration Error at +25°C'Siabílity vs. Temperature2
Gsin ErrorNominal Transfer Function
AMPL1FIER CHARACTERISTICSClosed Loop Gain3
Inpui Offset Vollnge
Inpul Bias CurrenlDifTercniíal Input RangcCommon-Mode RangeCommon-Mode Sensiiivily- RTOPower Supply Scnsiliviry - RTOOuipui Voluge Range
Dual SuppiySingle Supply
Usable Outpui Currenl1
3 dB Bandwídih
ALARM CHARACTERiSTICSVcEfSA71at 2mA
Leakagc CurrenlOperaling Vollage al -ALMShan Circuit Currenl
POWER REQUIREMENTSSpccífied PerformanceOpera ti ng5
Quiesccni Currcni (No Load)+VS
-Vs
PACKAGE OPTÍONTD-IJ6(D-14)Cerdíp(Q-14)
AD594AAJin Typ Max
36-Vs-0.15 +VS
-Vs +VS
-Vs -VS' + 36-Vs +VS
-55 +125Indefiníte
±3±0.05±1.510
193.4(Temperature in DC) X5l.70uV/DC
0.1-10 +50-Vs-0.15 -Vs-4
1010
-V- 4- 7 í -W — 7-'S ~ ¿"-1 ~ 'S •¿
0 +Vs-2
±515
0.3±1+Ys-4
20
+VS = 5, -Vs = 0+VS io -Vs < 30
160 300100
AD594ADA"D594AQ
AD594CMin Typ Max
36-Vs-0.15 +VS
-Vs +VS
-Vs ' -Vs + 36-Vs +VS
-55 +125Indefimie
±1±0.025±0.7510
193.4{Temperalure in °C) X51.70nV/°C
0,1
-Vs-0.15 -Vs-41010
-Vs + 2.5 +VS~20 -Vs-2
±515
0.3±1+Vs-4
20
+VS = 5, -Vs = 0+Vsio-Vs<30
1 60 300100
AD594CDAD594CQ
AD595AAÜn Typ Max
36-Vs-0.15 +VS
-Vs +VS
-Vs -Vs + 36-Vs +VS
-55 +125Indefinitc
±3±0.05±1.510
247.3(Temperalure in DC) X40.44 UV/°C
0.1-1 0 +50-Vs-0.15 -Vs-4
1010
-Vs+2.5 +Vs-20 +VS + 2
±515
0.3±1+Vs-4
20
+VS - 5, -Vs = 0+Vsto-VsS30
160 300100
AD595ADAD595AQ
AD595CAiin Typ Alas
36-Vs-0.15 +VS
-vs +vs
-Vs -Vs + 36-Vs +VS
-55 +125Indefinile
±1±0.025±0.7510
247.3(Temperature in °C) X40.44 pV7°C
0.1-1 0 +50-Vs-0.15 -Vs-4
1010
-Vj + 2.5 +Vs-20 +Vs-2
±515
0.3±1+Vs-<!
20
+VS = 5^ -Vs = 0+VS to -Vs < 30
160 300100
AD595CDAD595CQ
Units
VoltsVoltsVolts
VoltsVolts*C
DGÓCÍ°C%mV/°C
uV[JAmVVoltsmVíVmV/V
VoltsVoltsmAkHz
Volts[lA maxVoltsmA
VoltsVolts
]íAPA
NOTES.'Calibrjtcd for mínimum ürrorat+25"C usinga thcnnocouplc sensidvity.of 51.7 \lVfC. Sincc a Jtypc thermocouplc dniatcs from this straight linc approximation, the AD594 will normallyread 3.1 mV whcn thc measuring junctíon ¡s at 0°C. Thc AD595 will símilarly rcad 2.7 mV at Q°C.
2Di!fined us the slopc of the Une connecting Üie AD594/AD595 crrors measured at 0°C and 50°C ambient temperature.3Pin 8 shortcd tn Pin 9.'Current Si'nk Capability in single supply configuración is limited to currcnt drawn to ground through a 50 k£i resistor ac output vohages bclow 2.5 V.S-VS must not cxcccd -16.5 V.
Spccificutions shoini in biiliilíicc uro testcd un nll production units at final cícctrical test. Resulta from thosc tests urc used to culculutc outgoing qualit}' levéis. All min und max spccificadonsare guarantccd, akhough only those shown in bnldface are tcstcd on all production units.Spucifícatíuns subjcct to changu wtthuut noticc.
INTERPRETING ADS94/AD595 OUTPUT VOLTAGESTo achieve a temperature proporcional output of 10 mVAC andaccurately compénsate for the reference junction over the ratedopcranng range of the circuir, the AD594/AJD595 is gain trimmedto match the transfer characteristic of J and K type thermocouplesat 25°C. For a type J output in this temperature range the TG is51.70 jlV/°C, while for a type K it is 40.44 uV/°C. The resultinggain for the AD594 is 193.4 (10 mV/°G divided by 51.7 u.V/°C)and for the AD595 is 247.3 (10 mV/°C divided by 40.44 uV/°C).In addítíonj an absoluto accuracy trím induces an input offset to±e output amplifier characterístíc of 16 jlV for the AD594 and11 |XV for the AD595. This offset arises because the AD594/AD595 is trimmed for a 250 mV output while applying a 25°Ctherrnocouple input.Because a therrnocouple output voltage is nonlinear with respectto temperaturej and the AD594/AD595 linearly amplifíes the
compensated signalj the following transfer funcrions should beused to determine the actual output voltages:
,40594 output = (Type J Voltage + Lo \iV) x 193.4AD595 output = (Type K Voltage + 11 \lV) x 247.3 or conversely:
Type J voltage = (AD59& outpittl\93A) - 16 \LVType K voltage = (AD595 output/2W.3) - 11 \iV
Table I lists the ideal AD594/AD595 output voltages as a iunc-tion of Celsíus temperature for type J and K ANSÍ standardthennocoupleSj with the package and reference junction at25°C. As is normally the case^ these outputs are subjecr to cali-brationj gain and temperature sensitivity errors. Output valúesfor intermedíate temperatures can be interpolated, or calculatedusing the output equations and ANSÍ therrnocouple voJtagetables referred to zero degrees Gelsius. Due to a slight variationin alloy content between ANSÍ type J and DIN FE-GuNl
REV. C
AD594/AD595Table I. Output Yoltage vs. Thermacouple Temperature (Ambient+25°C, Vs = -5 V, +15 V)
ThermocoupleTemperature°C
-200-180-160-140-120
-100-80-60-40-20
-100
102025
30-10506080
100120140160180
200220240260280
300320340360380
400420440•160480
TypeJYoltagemV
-7.890-7.402-6.821-6.159-5.426
^í.632-3.785-2.892-1.960
-.995
-.5010
.5071.0191.277
1.5362.0582.5853.1154.186
5.2686.3597.4578.5609.667
1 0.77711.88712.99814.10815.217
16.32517.43218.53719.64020.743
21,84622.94924.05425.16126.272
AD594OutputmY
-1523-1428-1316-1188-I 046
-893-729-556-376
-189
-943.1101200250
300401503606813
10221233144516591873
20872302251727322946
31603374358838014015
42284441465548695084
TypeKYoltagemV
-5.891-5.550-5.141-4.669-•1.138
-3.553-2.920-2.243-1.527
-.777
-.3920
.397
.7981 .000
1.2031.6112.0222.4363.266
4.0954.9195.7336.5397.338
8.1378.9389.745
10.56011.331
12,20713.03913.87414.71215.552
16.39517.24113.08818.93819.788
AD595OutputmV
-1454-1370-1269-1152-1021
-876-719-552-375-189
-942.7101200250
300401503605810
10151219142016201817
20152213241326142817
30223227343436413849
40574266447646864896
thermocouples Table I should not be used in conjunction withEuropean standard thennocouples. Instead the transfer functiongiven previously and a DIN thermocouple table should be used.ANSÍ cype K aud DIN NlCR-Nl thermocouples are composed
CONSTANTAN(ALUMEL)
+5V
IRON(CHROMEL) LEÍ LD LjJ LE LET
COMMON
Figure 7. Basic Connection, Single Supply Operatton
of identical alloys and exhibit similarbehavior. The upper tem-perature Hmits in Table I are those recommended for type J andtype K thermocoupjes by the majority of vendors.
Thermo coupleTemperatuxe°C
500520540560580
6006206'10660680
700720740750760
780800820840860
880900920940960
9801000102010401060
10801100112011401160
nao1200122012401250
TypeJYoltagemV
27.38828.51129.64230.78231.933
33.09634.27335.46436.67137.893
39.13040.33241.6-1742.283
-
---_
-
--_
-
~
--_
-
-
----
-
----
-
AD594QutputmV
53005517573659566179
64046632686270957332
7571781380588181
-
----
-
----
~
----
-
----
-
---_
-
TypeKYoltagemY
20.6-1021.49322.34623.19824.050
24.90225.75126.59927.44528.283
29.12829.96530.79931.21431.629
32.45533.27734.09534.90935.718
36.52437.32538.12238.91539.703
40.48841.26942.04542.81743.585
44.43945.10845.86346.6124.7.356
43.09548.82849.55550.27650.633
AD595OutputmV
51075318552957405950
61616371658167906998
72067413761977227825
80298232343486368836
90359233943096269821
1001510209104001059110781
1097011158113451153011714
1189712078122581243612524
SINGLE AND DUAL SUPPLY CONNECTIONSThe AD594/AD595 is a completely seif-contained ühermocoupleconditioner. Using a single +5 Y supply the interconnectionsshown in Figure 1 will provide a direct output firom a type Jthermocouple (AD594) or type I< thermocouple (AD595) mea-suring from 0°C to +300°C.
Any convenient supply voltage from +5 V to +30 V may beusedj with self-heating errors being minimized at lower supplylevéis. In the single supply confíguratíon the +5 V supply con-nects to Pin 11 with the V— connection at Pin 7 strapped topower and sígnal common atPin 4. The thermocouple wire in-puts connect to Pins 1 and 14 either directly from the measuringpoint or through íntervening connections of similar thermo-couple wire type. When the alarm output atPin 13 is not used itshould be connected to common or -V. The precalibrated feed-back network at Pin 8 is tied to the output at Pin 9 to provide a10 mV/°C nominal temperature transfer characteristic.
By using a vvider ranging dual suppiyj as shown in Figure 2, theAD594/AD595 can be interfaced to thermocouples measuringboth negative and extended positive temperatures.
fc REV. C -3-
AG594/AD595
CONSTAMTAN(ALUMEL)
+5V TO +30V
I IRONL(CHR£MEL)_
r?«-i rJri fiíi nri mn rVT?
OVTO-25V
Figure 2, Dual Supply Operation5?'
With a negative supply the output can indícate negative tem-peratures and drive grounded loads or loads returned to positivevoltages. Increasing the positive supply from 5 V to 15 V ex-tends the outpur voltage range well beyond the 750°Ctemperature Hmit recommended for type J therinocouples(AD594) and the 1250°C for type Kthermocouples (AD595).
Common-mode voltages on the Thermocouple inputs must remainwitbin the common-mode range of the AD594/AD595., with areturn path provided for the bias currents. If the thermocoupleis not remotely groundedj then the dotted line connections inFigures 1 and 2 are recommended. A resistor may be needed inthis connection to assure that common-mode voltages inducedin the thermocouple loop are not converted to normal mode.
THERMOCOUPLE CONNECTIONS^The isothermal terminating connections of a pair of thermo-' ''couple wires forms an effective reference junction. This junction
must be kept at the same temperature as the AD594/AD595 forthe internal cold junction compensation TO be effective.
A method that provides for thermal equilibrium is the printedcircuit board connection layout illustrated in Figure 3,
+ALM
COMMON " -T -C V- VOUT V-f-
Figure 3. PCB Connections
Here the AD594/AD595 package temperature and circuit boardare thermally contacted in the copper printed circuit boardtracks under Pins 1 and 14. The reference junction is now com-posed of a copper-constantan (or copper-alumel) connectionand copper-íron (or copper-chromel) connectionj both of whichare at the same temperature as the AD594/AD595.
The printed circuit board layout shown also provides for place-ment of optional alarm load resistorsj recalibration resistors anda compensation capacitor to Hmit bandwidth.
To ensure secure bonding the thermocouple wire should becleaned to remove oxidation prior to soldering. Noncorrosiverosin flux is effective with ironj constantanj chromel and alumeland the following solders: 95% tin-5% antimonyj 95% tin-5%silver or 90% rin-10% lead.
FUNCTIONAL DESCRIPTIONThe AD594 behaves luce two differential amplifíers. The out-puts are summed and used to control a hígh gain amplífierj asshown in Figure 4.
-IN -ALM +ALM
Figure 4. AD594/AD595 BlockDiagram
In normal operation the main ampliíier outputj atPin 9, is con-nected to the feedback networkj at Pin 8. Thermocouple signáisapplied to the floating input stage, atPins 1 and 14, are ampli-fíed by gain G of the differential amplífier and are then furtheramplified by gain A in the main amplifíer. The output of themain ampliñer is fed back to a second differential stage in an in-verting connection. The feedback signal is amplified by thisstage and is also applied to the main amplifíer input through asumming circuit. Because of the inversionj the amplifíer causesthe feedback to be driven to reduce ihis difference signal to asmall valué. The two differential amplifíers are made to matchand have identical gains, G. As a resultj the feedback signal thatmust be applied to the right-hand differential amplifier will pre-cisely match the thermocouple input signal when the differencesignal has been reduced to zero. The feedback network is trim-med so that the effective gain to the output, at Pins 8 and 9j re-sults in a voltage of 10 mV/°G of thermocouple excitauon.
In addition to the feedback signal, a cold junction compensationvoltage is applied to the right-hand differential amplifier. Thecompensation is a differential voltage proportional to the Celsiustemperature of the AD594/AD595. This signal disturbs the dif-ferential input so that the amplifíer output must adjust to restorethe input to equal the applied thermocouple voltage.
The compensation is applied through the gain scaJing resistorsso that its effect on the main output is also 10 mV/°C. As aresultj the compensation voltage adds to the effect of the ther-mocouple voltage a signal directly proportional to the differencebetween 0°C and the AD594/AD595 temperature. If the thermo-couple reference junction is maintaíned at the AD594/AD595temperature., the outpur of the AD594/AD595 will correspondto the readjjag that would have been obtained from amplifícationof a signal from a thermocouple referenced to an ice bath.
-4- REV. C
II
AD594/AD595The AÜD94/AD595 also Includes an input open circuit detectorthat switches on an alarm transistor. This transistor is actually acurrent-Kmited output buffer, but can be used up to the limit asa switch transistor for either pull-up or pull-down operation ofexterna! alarms.
The ice point compensation networkhas voltages available withposirive and negative temperature coefficients. These voltagesmay be used with external resistors to modify the ice point com-pensation and recalibrate the AD594/AD595 as described in thenext cohimn.
The feedback resistor is separately pinned out so that its valuécan be padded with a series resistor, or replaced with an externalresistor between Pins 5 and 9. External availability of the feedbackresistor allows gain to be adjusted, and also permits the AD594/AD595 to opérate in a switchíng mode for setpoínt operation.
CAUTIONS:The temperature compensation termináis (+C and -C) atPins 2and 6 are provided to supply small calibrarían currents only. TheAD594/AD595 may bepermanently damaged if they aregrounded or connected to a low impedance.
The AD594/AD595 is internally frequency compensated for feed-back raaos (corresponding to normal signal gain) of 75 or more.If a lower gain is desired, additional frequency compensationshould be added in the form of a 300 pF capacitor from Pin 10to the output at Pin 9. As shown in Figure 5 an additional 0.01 (JFcapacitor between Pins 10 and 11 is recommended.
0,01 M.F
Figure 5. Low Gain Frequency Compensation
RECALIBRATION PRINCIPIES AND LIMITATIONSThe ice point compensation network of the AD594/AD595produces a differential signal which is zero at 0°C and corre-sponds to the output of an ice referenced thermocouple at thetemperature of the chip. The positive TC output of the circuit isproportional to Kelvin temperature and appears as a voltage at+T. It is possible to decrease this signal by loading it with aresistor from +T to COM, or íncrease it with a pull-up resistorfrom +T to the larger positive TC voltage at +C. Note thatadjustments to +T should be made by measuring the voltage whichtracks it at —T. To avoid destabilizing the feedback amplifier themeasuring instrurnent shouid be isolated by a few thousandohms in series with the lead connected to -T.
Figure 6. Decreased Sensítívity Adjustment
Changing the positive TC half of the differential output of thecompensation scheme shifts the zero point away from 0°C. Thezero can be restored by adjusting the current flow into the nega-tive input of the feedback amplifier, the -T pin. A current into
this terminal can be produced with a resistor between -C and-T to balance an increase in +T, or a resistor from -T to COMto offset a decrease in +T.
If the compensation is adjusted substantially to accommodate adifferent thermocouple type, its effect on the final output volt-age will increase or decrease in proportion. To restore thenominal output to 10 mV/°C the gain may be adjusted to matchthe new compensation and thermocouple input characteristics.When reducing the compensation the resistance between -Tand COM automatically ulereases the gain to within 0.5% of thecorrect valué. If a smaller gain is required, howevetj the nominal47 kíi internal feedback resistor can be paralleled or replacedwith an external resistor.
Fine calibration adjustments will require temperature responsemeasurements of individual devices to assure accuracy. Majorreconfigurations for other thermocouple types can be achievedwithout seriously compromising initial calibration accuracy, solong as the procedure ís done at a fixed temperature usíng thefactory calibration as a reference. It should be noted that inter-medíate recalibration conditions may require the use of anegative supply.
EXAMPLE: TYPE E RECALIBRATTON—AD594/AD595Both the AD594 and AD595 can be confígured to condition theoutput of a type E (chromel-constantan) thermocouple, Tem-perature characteristics of type E thermocouples differ less fromtype L than from type K, therefore the AD594 is preferred forrecalibration.
While maintaining the device at a constant temperature followthe recalibration steps given here. First, measure the devicetemperature by tying both inputs to common (or a selectedcommon-mode potential) and connecting FB to VO. The AD594is now in the stand alone Celsius thermometer mode. For thisexample assume the ambient is 24°C and the initial output VOis 240 mV. Check the output at YO to verify that it correspondsto the temperature of the device.
Next, measure the voltage -T at Pin 5 with a high impedanceDVM (capacitance should be isolated by a few thousand ohmsof resistance at the measured termináis). At 24°C the -T voltagewill be about 8.3 mV. To adjustthe compensation of an AD594to a type E thermocouple a resistor, R13 should be connectedbetween +T and +C, Pins 2 and 3, to raise the voltage at-T bythe ratio of thermocouple sensitivities. The rano for converting atype J device to a type E characteristic is:
r(AD594) =(60.9 jiF/°C)/(51.7 \íVI°G)- 1.18
Thus, multiply the initial voltage measured at -T by r and ex-perimentally determine the Rl valué required to raise —T to thatlevel. For the example the new -T voltage should be about 9.8 mV.The resistance valué should be approximately 1.8 kQ.
The zero differential point must now be shifted back to 0°C.This is accomplished by multiplying the original output voltageVO by r and adjusting the measured output voltage to this valuéby experimentally adding a resistor, R2, between -C and ~T,Pins 5 and ó. The target output valué in this case should beabout 283 mV. The resistance valué of R2 should be approxi-mately 240 k£X
Finally, the gain must be recalibrated such that the oucput VOindicares the device's temperature once again. Do this by addinga third resistor, R3, between FB and -T, Pins 8 and 5. VO shouldnow be back to the initial 240 mV reading. The resistance valué
, C -5-
KD594/AD595of R3 should be approximately 280 kíl. The final connecüondiagram is shown in Figure 7. An approximate verification ofche effectiveness of recalibratioa is to measure the differentialgain to the output. For type E it should be 164.2.
*>
Figure 7. Type E ffecalíbratíon •
\X;hen implementing a similar recalibration procedure for theAD595 the valúes for Rl} R2, R3 and r will be approximately650 Q, 84 kHj 93 kH and 1.51, respectívely. Power consump-tion will increase by about 50% when using the AD595 withtype E inputs.
Note that during dais procedure icis crucial to maintain theAD594/AD595 at a stable temperature because it is used as thetemperature reference. Gontact with fingers or any tools not atambíent temperature will quickly produce errors. Radiationalheatíng from a change in lighting or approach of a soldering ironmust also be guarded against.
USING TYPE T THERMOCOUPLES WITH THE AD595Mcause of the similarity of thermal EMFs in the 0°C to +50°Crange between type K and type T thermocoupleSj the AD595can be directly used with both types of inputs. Within this ambi-ent temperature range the AD595 should exhibit no more thanan addítional Q.2°C output calibratíon error when used withtype T inputs. The error arises because the ice poínt compensa-tor is trimmed to type K characteristics at 25°C. To calcúlatethe AD595 output valúes over the recommended -200°C to+350°C range for type T thermocoupies., simply use the ANSÍthermocouple voltages referred to 0°C and the output equationgiven on page 2 for the AD595. Because of the relatively largenonlinearíties associated with type T thermocouples the outputwill devíate wideJy from the nominal 10 mV/°C. However, coldjunction compensation over the rated 0°G to +50°C ambientwill remain accurate.
SJABILITY OVER TEMPERATUREálch AD594/AI3595 is tested for error over temperature withthe measuring thermocouple at Q°C. The combined effects ofcoid junction compensation error, amplifíer offset drift and gainerror determine the stability of the AD594/AD595 output overthe rated ambient temperature range. Figure 8 shows an AJD594/AD595 drift error envelope. The slope of this figure has unítsof°C/°C.
THERMAL ENVIRONMENT EFFECTSThe inherent low power dissipation of the AD594/AD595 andthe low thermal resistance of the package make self-heatingerrors almost negligible. For examplej in still air the chip to am-bient thermal resistance is about 80°C/watt (for the D package).At the nominal dissipation of 800 [l\ the self-heating in free airis less than O.Q65°G. Submerged in fluorinert liquid (unstirred)the thermal resistance is about 40°C/wattj resuíting in a self-heating error of about 0.032°C.
SETPOINT CONTROLLERThe AD594/AD595 can readily be connected as a setpoíntcontroller as shown in Figure 9.
= >T<SETPOINTHIGH = >T> SETPOINT
SETPOINTVOLTAGE
"1 INPUT
20Mfl| (OPTIONAL)
HYSTERESIS
!,,,- ,.„ CONSTANTANIHEATERJ (ALUMEL)
Á \N LI i (CHROMEL)
TEMPERATURECONTROLLEDREGIÓN
Figure 9. Setpoint Controller
The thermocouple is used to sense the unknown temperatureand provide a thermal EMF to the input of the AD594/AD595.The signal is cold junction compensated, amplifíed to 10 mV/°Gand compared to an external setpoint voítage applied by theuser to the feedback at Pin 8. Table I lists the correspondencebetween setpoint voítage and temperaturej accounting for thenonlinearity of the measurement thermocouple. If the setpointtemperature range is within the operating range (-55°C to+125°C) of the AD594/AD595, the chip can be used as thetransducer for the circuit by shorting the inputs together andutilizing the nominal calibratíon of 10 mV/°C. This is the centi-grade thermometer configuration as shown in Figure 13.
In operation if the setpoint voítage is abo ve the voítage corre-sponding to the temperature being measured the output swingslow to approximately zero volts. Conversely, when the tempera-ture rises above the setpoint voítage the output switches tothe positive Hmit of about 4 volts with a +5 V supply. Figure9 shows the setpoint comparator confíguration complete with aheater element driver circuit being controlled by the AJD594/AD595 toggled output. Hysteresis can be introduced by inject-ing a current into the positive input of the feedback amplifíerwhen the output is toggled high. With an AD594 about 200 nAinto the +T terminal provides 1°C of hysteresis. When using asingle 5 Y supply with an AD594J a 20 Mfí resistor from YO to+T will supply the 200 nA of current when the output is forcedhigh (about 4 V). To widen the hysteresis band decrease theresistance connected from YO to +T.
25-C
TEMPERATURE OF AD594C/AÜ595C
Figure 8, Drift Error vs, Temperature
-6- REV. C
National Semiconductor
LM35/LM35A/LM35C/LM35CA/LM35DPrecisión Centigrade Temperature SensorsGeneral DescriptíonThe LM35 series are precisión integrated-circuit tempera-
December1994
ture sensors, whose output voltage is linearly proportíonal tothe Celsius (Cenlígrade) lemperature. The LM35 thus hasan advantage over linear temperature sensors calibraled in"KeMn, as the user is not required to subtract a large con-stant voltage from ils output lo oblaín convenient Centi-grade scaling. The LM35 does not require any externa! cali-brallon or trimming to provide typical accuracies of ±%°Cat room temperatura and ±%"C overa full —55 to + 150'Gtemperature ranga. Low cost is assured by trimming andcalibration at the wafer leve!. The LM35's low output Imped-ance, linear outpul, and precise Inherent calibratfon makeinterfacing to readoul or control circuitry especially easy. Itcan be used with single power supplies, or with plus andmínus supplies. As it draws only 60 jn,A from ¡ts supply, It hasvery low self-heatíng, less (han 0.1"C ¡n slill air. The LM35 israted to opérate over a —55' to -l-150'C lemperaturerange, while the LM35C is rated for a —40° to -M10"Crange (—10° wilh ¡mproved accuracy). The LM35 series is
avaüable packaged in hermetic TO-46 transistor packages,while the LM35C, LM35CA, and LM35D are aiso available inthe plástic TO-92 transistor package. The LM35D is alsoavailable ¡n an 8-lead surface mount small outiine packageand a plástic TO-202 package.
Features• Calibrated direclly In ° Celsius {Centígrada)• Linear 4- 10.0 mV/'C scale tactor• 0.5'C accuracy guaranteeable (at •* 25"C)• Rated for full -55" to H-150"C range• Suitable for remote applications• Low cost due to wafer-level Irimming» Opérales from 4 to 30 volts• Less than 60 p.A current drain• Low self-heatíng, 0.08°C ¡n still air• Nonlinearity only ±t/4"C typical• Low impedance output, 0.1 n for 1 mA load
Connection DiagramsTO-46
Metal Can Package*TO-92
Plástic Package
+Vj VOUT
SO-8Small Outílne Molded Package
7UH/5516-1
"Cose is connoclod lo nogales pin (GND)
Order Number LM35H, LM35AH,LM35CH, LM35CAH or LM35DHSee NS Package Number H03H
TO-202Plástic Package
oh r
LM35DP
. C
Order Number LM35CZ,LM35CAZorLM35DZ
See NS Package Number Z03A
Typical Applications
OUTPUT"OmV-í-lO.OmV/'C
7UH/S516-3FIGURE 1. Basle Centígrade
TemperatureSensor (+2°Cto +150°C)
TUH/5516-21
Top Víew
M.C.» NoConnecllon
Order Number LM35DMSee NS Package Number M08A
TL/H/5516-1
Choosa R] -- V5/50 ^A
VQUT= 1,500 mVat 4-150-C
'our
TL/H/5S16-2Í
Order Number LM35DPSee NS Package Number POSA
TRI-STATE» is a f9Q¡»lBiBd b-adomatli o( Hallonil Seiricoíxluclof Corporaüon,
--550mVal-55-C
FIGURE 2. FuII-Range CentigradeTemperature Sensor
"D
<ssü> 00Q. eno> o
«I1¡58cu >i- c
o S
O-T
C/)
©i995Ha!bnfllSemicondurlofCo^ora!f(Vi 7L/H/55I6 nnD-B3DM75/Wn<ed ¡n U. S. A.
Absoluta Máximum Ratingslí MIIitary/Aerospace speclfled devices are requlred,please contact the National Semiconductor SalesOffice/Dlstrlbutors íor avallablllty and speclficaüons.Supply Voltage + 35V to -0.2V
Output Voltage + 6Vio—1.0VOutput Current 10mA
Storage Ternp., TO-46 Package, ~60°C to +180eC
TO-92 Package, -60'C to + 150*C
SO-8 Package, -65"C to +150DC
TO-202 Package, -65°C to + 150*0
Lead Temp.:TO-46 Package, (Solderíng, 10seconds) 300°C
TO-92 Package, (Soldering, 10 seconds) 260"C
TO-202 Package, (Soldering, 10 seconds) + 230°C
Electrical Characterístics (Noteij (Note e)
215"C
220*C
2500V
SO Package (Noto 12):
Vapor Phase (60 seconds}Infrared (15seconds)
ESD SusceptibiÜty (Note 1 1 )
Specified Operating Temperature Range: TMIN(Note 2)
LM35, LM35A -55'C to + 1 50°C
LM35C, LM35CA ~40"C to -M10'C
LM35D 0°Cto + 100'C
Parameter Condítions
LM35A
Typical
TestedLímit
(Note 4)
DeslgnLimit
(Note 5)
LM35CA
Typical
TestedUmit
(Note 4)
DeslgnLimit
(Note 5}
Unlts(Max.)
Accuracy(Note 7)
TA=+25°CTA--10-C
±0.2±0.3±0.4±0.4
±0.5
±1.0
±1.0
±0.2±0.3
±0.4
±0.4
±0.5
±1.0±1.0
±1.5
Nonlínearlty{Note 8)
±0.18 ±0.35 ±0.15 ±O.3
Sensor Gaín(Average Slope)
+1 o.o + 9.9,
-¡•1O.1
+ 10.0 + 9.9,
+ 10.1
mV/'C
Load Regulalion TA= -i-25°CmA
±0.4
±0.5
±1.0±3.0
±0.4±0.5
±1.0
±3.0
mV/mAmV/mA
Line Regulatíon(Note 3)
±0.01±0.02
±0.05
±0.1
±0.01±0.02
±0.05
±0.1
mV/VmV/V
Quiescenl Current(Note 9)
VS=+5V, +25°CVS=+5VVS-+30V, +25DCVS=+30V
56105
56.2105.5
67
131
133
56
91
56.2
91.5
67
114
116
Change ofQuiescenl Current(Noie 3)
, +25"C 0.20.5
1.0
2.0
0.20.5
1.0
2,0
TemperatureCoefficient ofQuiescent Currenl
+ 0.39 + 0.39 + 0.5
Minimum Temperaturefor Raled Accuracy
In Circuit ofFigure 1, IL=0
+ 1.5 + 2.0 + 1.5 + 2.0
LongTermStabillly ±0.08 ±0.08
1000hours
Note 1: Unlass olbenvise noled. Ihase spBcifications apply: -55°CsTTj£ + .150*C for Ihe LM35 and LM35A; -40'sTjS + 110"C for Ihe LM35C and LM35CA: andO'sTjá-HOCTCfor the LM35D. Vs = -f-5Vdc and (LOAD"50 J^- Ifi ^a clreult of Fyirrg 2. Thesa specIRcab'ons also applyfram +2*G to TMAx In Ihe circultofFigure I. Speclffcatlons in boldface apply over the full rated temperatura range.
Note 2: Therrnal reslstance oí Ihe TO-46 package la 400*C/W, Junctfon to aniblent, and 24*C/W juncllon lo case. Triormal te sis ¡anco oí the TO-92 packaga bIBO'C/W junctlon to amblanL Themial restelance oí Ihe amall outllna molded package Is 220'C/W Juncdon lo amblent Thermal raatelance oí the TO-202 packageIs 85*C/W Juncllon to amblent. For addltíonal iharmal reslstance Intormatlon sea tabla In the Applications sactlon.
f LCD Module Specificatic
Fírsf Edilíon Approved by Production Div.
] > *"'" *""' '*''"" Checked by Quality Asaurance Div.
j Final Revisión
Checked by Design Engíneering Div.*******
Type No,
Rev.
Prepared by Produclion Div.DMC 1 6 2 3 0
1. General ,
2. Eléctrica^
3. Optical £
4. 170 Term
5. Test
6. Appearan
7. Code Syí
8. Type Nui
9. Appiying
10. Handlmg
Date
SpecificationsSpecification
pecifícations.
inal
Table of Contents
2
s , ,. 35
79
ce Standards 1 0
tem of Pro di
uber
ction Lot. 1313
Precautions , .....13
Page
Revisión Historv
Comment
DMC16230 (AA) No.97-0264 ^£ OPTREX CORPORATION • Pagel/14
1 .General Specifications
Opera ting Temp.
StorageTemp.
Display Format
Display Fonts
Viewing Área
Outiine Dimensíons
Weighfc
LCD Type
Yiewing Angle
Backlight
Drawings
'min. Q°C ~ max. 50°C
niin-. -20-G -^ max. 70°C
lécíiaVacters X 2 iines ' :
51 X•• 7 dots . + 'cúrsdf '\ c5haracter )
99.Ó(W) X 24.0 (ÍQ niiti
122.0 (W) X 44.0 (H) X 1 LO max. (D) mm
60g max.
FKD-7136(TN / Ciear-mode / Reflective )
6:00
None
Dimensional Outline UE-30327A
DMC16230 (AA) No.97-0264 OPTREX CORPORATION Pag e 2/14
2.Electrícal Specifications
2.1.Absoluta Máximum Ratings
Vss=OV
Parameter
Supply Voltage
(Logic)
Supply Voltage
(LCD Drive)
Tnput Voltage
Symbol
Vcc-Vss
VCC-VGE
Vj
Conditions
-
-
—
Mín.
-0.3
0
-0.3
Max.
7.0
13.0
Vcc+0.3
Units
V
V
V
2.2.DC Cha ráete risti es
Vss=OV
Parameter
Supply Voltage
(Logic)
Supply Voltage
(LCD Orive)
High Level
Tnput Voltage
Low Level
Input Voltage
High Level
Output Voltage
Low Level
Output Voltage
Supply Current
Symbol
Vcc-Vss
VCC-VEE
VIH
VIL
VOH
VOL
ice
Conditions
—
Min.
4.5
Typ,
—
Max.
5.5
Showniti3.l
Vcc=5.0V±ÍO%
Vcc=5.0V±10%
IoH=-0.205mA
IoL=l.2mA
• Vcc-Vss=5.0V
2.2
0
2.4
0
—
—
—
—
-
1.5
Vcc
0.6
Vcc
0.4
5.0
Units
V
V
V
V
V
V
mA
DMC16230 (AA) No.97-0264 OPTREX CORPORATION Page3/14
2.3.AC CharacteristicsVcc=5.0V±10%
Parameter Symbol Condítions Min.
EnabJe Cycle Time tcvc Fig.l, 2 500
Enable Pulse Width PWEH Fig.l, 2 230
Enable Rise/Fall Time ter, tef Fig.l, 2 —
Address Setup Time ÍAS Fig.l, 2 40
Address Hold Time ÍAII Fig.1,2 10
Write Data Setup Time tosw Fig.l 80
Write Data Hoid Time tomv Fig.l 10
Read Data Delay Time ÍDDR Fig.2 —
Read Data Hold Time tDrm FÍg.2 5
Max. Units
— ns
— ns
20 ns
— ns
— ns
— ns
— ns
160 ns
— ns
VVIH VlHV
, US f . tAH ,
R/w \L
lET^
E
DBO-DB7
VIL7-
PWEH ^
-,- _»-^f V l H VIH-:
-cViL VIL:
, tosw t t IDHW ,
X 'H ValidData 'H \ VIL VIL A
tCYC
Fig.l Write OperatíonTiming
RS XVIL v¡L7\s . UN .
R/W /*
E V --
DBO—DB7
VIH 4
PWEH i
: VIH VIH ^V\viu VIL-;
^ t D D R ^ I ( tDHR ^
\ * , \V? VOH voHJyX ,, Val d Data ,, \L VOL7"\C
Fig.2 Read Operatíon Timing
r~
DMC1 6230 (AA) No.97-0264 j§| OPTREX CORPORATION Page 4/1 4
4.I/O Terminal
4.1.Pin Assignment
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 1
12
13
14
Symbol
Vss
Vcc
VEE
RS
RAV
E
DBO
DBL
DB2
DB3
DB4
DBS
DB6
DB7
Level
-
-
—H / L
H / L
H / L
H / L
H / L
H / L
H / L
H / L
H / L
H / L
H / L
Functíon
Power Supply (OV, GND)
Power Supply for Logic
Power Supply for LCD Drive
Register Select Signal
Read/Write Select Signal H ; Read L ; Write
Enable Signal (No pull-up Resister)
Data Bus Line / Noh-connectíon at 4-bit operatíon
Data Bus Line / Non-connection at 4-bit operatíon
Data Bus Line / Non-connection at 4-bit operation
Data Bus Line / Non-connection. at 4-bit operatíon
Data Bus Line
Data Bus Line
Data Bus Line
Data Bus Line
4.2.Example of Power Supply
It ís recommended to apply a potentiometer for the contrast adjust due to the tolerance
of the dríving voítage and its temperature dependence.
vcc
MODULE VSS
o VCC (+Voltage)
o VSS (OV)
DMC16230 (AA) No.97-0264 OPTREX CORPORATION Page7/14
AN587
LCD's (drivers) are slow devices when compared tomicrocontrollers. Care must be taken from havingcommunication occur too quickly. The software willneed to control communicaton speed and timing toensure the slow LCD and fast microcontroller can staysynchronized. The timing requirements of the LM032Lare snown in Appendix A. We recommend that thecomplete specifications of the LM032L be acquiredfrom Hitachi or a Hitachi distributor. The [iterature num-bers are CE-E613Q and M24T013 for a LM032L dis-play driver.
When the module powers up, the default data transfermode is B-bit.The initialization sequence only requirescommands that are 4-bit in length.The last initializatíon
command needs to specify the data transfer width (4-or8-bit).Then a delay of 4.6 ms must be executed beforethe LCD module can be initialized. Some of the LCDmodule commands are:
• 1 or 2 lines of characters• Display on /off
• Cleardisplay
• Increment / do not increment character addresspointer after each character
• Load character address pointer
The initíalization flow for the module is shown inFigure 4.
FIGURE 4: INITIALIZATION FLOW FOR LCD MODULE
.;*
i'
1) When Inierface Is 8 bits long:
(" Power ON )
1) When inierface Is 4 bits long:
C Power ON }
Wailmore Ihan 1.5msafler VDD rlses to 4.5V
RS R/W DB7 DB6 DBS DB4 DB3 DB2 DB1 DBOO O O O l l x x x x
Waiímore Ihan 4.1 ms
RS R/W DB7 DB6 DBS DB4 DB3 DB2 DB1 DBOO O O O l l x x x x
Wail more Ihan 100 jzs
RS R/W DB7 DB6 DBS DB4 DB3 DB2 DB1 DBO0 0 0 D l l x x x x
RS R/W DB7 DB6 DBS DB4 DB3 DB2 DB1 DBOO O Q O l l í í F X X
O O O O D 0 1 0 0 0
D O O D O D O D 0 1
O D D O O O Q 1 I / D S
Ini tía liza[ion ends
Waitmore Ihan 1.5msafler VDD rises lo 4.5V
RS RAV DB7 DB6 DBS DB40 0 0 0 1 1
Wail more Ihan 4.1 ms
RS R/W DB7 DB6 DBS DB4D 0 0 0 1 1
Wailmore Ihan 100ps
RS R/W DB7 DB6 DBS DB4D 0 0 0 1 1
RS R/W DB7 DBG DBS DB40 0 0 0 1 00 0 0 0 1 00 0 H F x x
0 0 D 0 0 D0 0 1 0 0 0
0 0 D D 0 00 D D 1 0 1
0 0 0 0 0 00 0 0 1 I / D S
Inílializ atíon ends
-iBF cannot be checked before thís ¡nslrucllon
Funclíon sel (ínterface is 8 bits long) J
BF cannol be checked before this instnJctíon
Fundían sel (inierface is 8 bits long) J
BF cannol be checked before Ihrs ¡nslruclion
FiinHrnn -¡R! finto^,-.*. 1 a KII Inn1-i\i (selin
Inierface is 8 bils lo
Funcllon Sel
Display OFF
Display ON
Enlry Mode Sel
erface lo be 4 bils long).ng,
Interíace is 8/4 bits long.Spedfy Ihe number ofdlsplay unes and characler
_fonl. J
The number of dísplay unesand characler fonl cannolbe changed aflerwards.
© 1997 Microchip Technology Inc. DS00587B-page 3
EPSON
4BIT REAL TIME CLOCK MODULE with I/O CONNECTIONS
RTC-58321/58323
OverviewThe RTC-58321/5B323 ¡s a CMOS real time clock modules with perpetual calendar function developed for mücrocompüterapplications.
It has a built-in 32.768 kHz quartz resonaíor, and provides clock and calendar registers for year, month, day, day-of-week, hours,minutes and seconds, with 12-hour/24-hour selecíion, plus automatic leap-year correctíon with software selection for localcalendara, and an additional periodíc reference signai output.
Beíng a CMOS devíce, it has a very low power consumption for battery back-up purposes.
FeaturesAdjustment-free built-in quartz resonator keeps component count low.Built-in clock and calendar registers for year, monlh, day, day-of-week, hours, minutes and seconds.12-hour/24-hour selection.Automatic leap-year correction, with software selection for local calendare.,Countersíart, stop and reset funclions.Periodíc reference signa! output selectable: 1024 Hz, or 1 second, 1 minute or 1 hour intervals.Data bus js 4-bit bl-dírectional, with memory-type reads and wriíes.CMOS device, for very low power consumption, and long battery back-up period.Compatible at pin and function levéis with the MSM58321 RS.
Pin connections
1.CS216 9
n r — i r — i r — i r — i r — i r — ir-i 2.WRITEf "1 3. READ
1 - 4. DO
I 5.D1
f vJ 6. DZ
14to16.VDD13. CS112. TEST
11. STOP
10. BUSY
9. ADDRESS WRITE
L J l I I I I I I I I I I I L J '-lJ3
1 e 8. GND
•^Connect power supply positiva slde to pin 1 6.
24 13 1 ío 4. NCy y y y y ypo
6. WRITE
7. READ
8. DO
y y y y y y ;•*1 12
11. D3
NC: Píns aífc-Connect p<
1Sto24.VDD
17, CS1
16. TEST
15. STOP
14. BUSY
13. ADDRESS WRITE
12. GND
re fixed low.awer supply positiva síde to pin 24.
Page-1
RTC-58321/58323
Block díagram
Pin functionsPin numbers
RTC-58321
1
2
3
4 t o 7
8
9
10
11
12
13
t-
14 to 16
RTC-58323
5
6
7
Bto 11
12
13
14
15
16
17
1 to4
18to24
Pin symbol
CS2
WRITE
READ
Do to Da
GND
ADDRESSWRITE
BUSY
STOP
TEST
CSl
NC
VDO
Input/output
Input
Input
Input
Both
Input
Output
Input
Input
Input
Functlon
Chip select. When high, device can be accessed.
Sethigh to wrile.
Set high to read.
Address/data bus.
Negatíve power supply.
Address latch. Set high to latch address from Do to D3.
1 Hz output pin.
1 Hz on/off control pin. When high, the 1 Hz signal ís disabled,and the counterstopped.
Increment pin for the counter. Normally this pin should be fixedlow.
Connect to power down deíecíion circuit. (Fix high if mere Ís nopower down deíection circuit.) When CSt is low, chíp cannot beaccessed, regardless of state of CS2.
Fix low.
Positive power supply (normally +5 V).
* A bypass capacitor (mínimum 0.01 jiF) must be connecíed between VDD and GND, as cióse as possíble.
Page- 2
EPSON
Characteristics1. Absoluta máximum ratings
ítem
Power supply voltage
Input voltages
Output voltages
Sforage temperalure
Soldering temperature
Symbol
VDD
Vi
Vo
' TSTG
TSOL
Condltlons (Píns)
Ta = 25°C, VoD-GND
Ta = 25°C input pins
Do to D3
Temperature stored assepárate Ítem.
RTC-5B321
RTC-5B323
Rated Valué
-0.3 to +7.0
-0.3 to VDD +0.3
-0.3 to VDD +0.3
RTC-58321
RTC-58323
-55 to +85
-55 to +125
Unit
V
V
V
°c
°cMáximum 260 °C for up lo 10 seconds (pins);
package máximum 150 °C.
Máximum 260 °C for up to 10 seconds {twice máximum),or máximum 230 °C for up to three minutes.
2. Operatíng Conditíonsítem
Power supply
Data hold vollage *1
Operating
temperature
RTC-58321
RTC-58323
Symbol
VDO
VDH
TOP
Min.
4.5
2.2
-10
-30
Typ.
5.0
-
-
-
Max.
5.5
5.5
70
85
Unit
V
DC
Notes
VDD-GND
"1 Dala hold voltage:This is the range of power supply voltage for which the intemal operation of the clock ¡s guaranteed.I/O operations are not guaranteed.
3. Frequency charactensticsítem
Frequency
íolerance
RTC-58321 A
RTC-58321 B
RTC-58323
Aging
Temperature charactenstics "2
Voltage characteristics
Symbol
Af/fo
fa
topfv
Condltlons
Ta = 25°C
VDD = 5.0V
Ta = 25°C;VDD = 5.0V;first year
VDD = 5.0V;Ta = -1 0 to 70°C
VDO = 2.2 to 5.5VTa fixed, 5V reference
Max,
±10
±50
5 ±20
±5
+ 107-120
±2
Unit
ppm
ppm/y
ppm
ppm
*2 Deviation from the frequency at 25 °C.
Notes 1. Frequency tolerance based on VDD = 5.0 V,2. Frequency tolerance is valué guaranteed on factory shipment.
Page- 3
RTC-58321/583234. DC characíeristics
RTC-58321 (VDD = 5V ± 0.5V, Ta = -10 to 70°C)RTC-58323 (VDD = 5V ± Q.5V. Ta = -30 to B5"C)
ítem
High ¡nput voltage
Low fnput voltage
Low output voltage
Low output currenl
High Input current
Low input current
Input leakage current
Input off-slate leakage current
Inpuí capacity
Current consumpllon
OscÜlatlon slart time "6
Symbol
VJH1 *1
VIH2 *2
VIL
VOL
IOL
IIH *3
IlL *3
lüH
ILIL
Ci
IOP
tose
Condltlons
loL=1.BmA
VOL = 0.4V
VIH = 5V
VIL = OV
VIH = svVIL = OV
f=1MHz
VDD = 5V
VDD = 3V
•4
*5
•4
'5
VDD = 5V
Ta = 25°C°C
MIn.
3.6
VDD - 0.5
1.6
10
Typ.
30
5
100
20
15
7
1.5
Max.
0.8
0.4
80
-1
1
-1
500
40
30
20
3.0
Unlt
V
V
V
V
mA
|iA
MA
MA
pF
PA
sec.
Pins CS2, WRITE, READ, ADDRESS WRITE, STOP, TEST and Do to D3
CS1PlnsCS!, CS2, WRITE, READ, ADDRESS WRITE, STOP and TEST
CS1 and CSz high, BUSY Open-circuit
CS1, CSaand BUSY Open-circuit
Confirmedby BUSY
5. AC characteristicsRTC-58321 (VDD = 5V ± 0.5V, Ta = -1 0 to 70°C)RTC-58323 (VDD = 5V ± 0.5V, Ta = -30 to 85°C)
ítem
Chíp select set-up time
Address set-up time
Address write pulse width
Address hold time
Data set-up time
Write pulse width
Data hold time
Read Inhibit time
Read access time
Read delay time
Chip select hold time
Symbol
tes
tAS
UW
ÍAH
tos
tww
tOH
tRl
tRA
tDD
ÍCH
Condltlons
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
MIn.
0
0
0.5
0.1
0
2
0
0
-
-
0
Typ.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Max.
-
.
.
-
-
-
-
-
*
1
-
Unlt
US
nspS
pS
fiS
Ms
MsMsMsMs
pS
IRA = 1¡iS-t-CxRxln
C : capaciíance of data UneR : pull-up resístanceVHmin : high volíage level of IC connecled to dala Unejn : natural logarithm
Page- 4
EPSONG.Timing chart
Page- 5
RTC-58321/58323
Registers1. Regisíeríabfe
Addrass
(hexadeclmal)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
D3
(M
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
02
(AZ)
0
0
0
0
11110
0
0
0
1
1
1
-1
D1
(A1)
0
0
1
1
0
0
110
0
11
0
0
1
1
Do
(Ao)
0
1
0 ,
10
10
10
10
1
0
10
1
Ragister
ñame
Si
SO
MUMI10
Hl
H10
W
Di
Dio
MOi
MOlO
Yi
Y1D
DATA
D3
SB
*
míe
-
ha
24/12
*
de
Dz
54
540
mi4
mUo
íw
pm/am
W4
d4
Leap year select
moa
*
ya
yao
-
1hour
mo4
-
y*y4o
*
1 minute
Di
S2
S20
miz
m¡20
ha
Í120
W2
d2
d20
moz
»
V2
y2D
*
Isecond
Do
si
510
mil
mlio
hi
hio
W1
di
dio
mol
molo
yiyio
*
1024f-k
Count valué
0!o9
Oto 5
Oto 9
Olo5
O f o 9
0 lo 1 or 0 lo 2
Oto 6
Oto 9
Oto 3
Oto 9
Oto !
Oto 9
Oto 9
Notas
Seconds units register
Seconds tens reglster
Minutes units register
Minutes tens reglster
Hours units register
Hours tens register
Day-of-week regisler
Day units register
Day tens register
Moníh units register
Month tens register
Year units register
Year tens reglster
Reset register
Reference signal regísters
i
2, Notes(1) The device uses positiva logic, and a logic high voltage corresponds to a 1 in a reglster bit.
(2) Do not set the clock to ¡mpossible dates (17:34 pm on February 30th, for example). The results are unpredictable.(3) When the device ís powered on, the initial settings of all bits are undefined.
Register functions1. Date and time registers(1) The register valúes are ¡n BCD, and used positive logic.
E.g.(SB, S4. Sa, Si) = (1, O, 0,1) = 9 seconds
(2) Day-of-week registerThe valué is coded as O to 6, wiíh Sunday = 0.
Code
Day0
Sun.
1Mon.
2
Tue.
3
Wed.4
Thud.
5
Fri.
6Sat.
(3) pm/am, h20 and hioregísíersThe range of these valúes depends on wheíher the 12-hour or 24-hour clock is being used.The pm/am bit ¡s used only when the 12-hour clock is selecied,Set D3 to 1 for the 24-hour, and to O for the 12-hour clock.Set D2 to 1 for pm and to O for am. Writing a 1 to bit Da automatically resets bit D2 to 0.
Selectlon
12-hour clock
24-hour clock
Valué range
12:00 to 11:59 am and pm *
00:00 to 23:59
* Note: 12:00 am represents 12:00 mídnfght, and 12:00 pm represents 12:00 noon.
(4} Y1 and Yio Leap year selectionBits D3 and D2 of the day tens register select the year valué module 4 to be used for leap years.
Calendar
Standard calendar
D3
0
0
1
1
D2
0
1
0
1
Valué module 4 for leap year
0
3
2
1
(5) Do not set the clock to impossible dates (17:34 pm on February 30th, for example). The results are unpredictable.
Page-6
BURR- BROWN®
For most current data sheet and other productInformation, vísit www.burr-brown.com
XTR115XTR116
4-20mA CURRENT LOOP TRANSMITTERS
FEATURES• LOW QUIESCENT CURRENT: 200JJA• 5V REGULATOR FOR EXTERNAL CIRCUITS• VREF FOR SENSOR EXCITATION:
XTR115: 2.5VXTR116; 4.096V
• LOW SPAN ERROR: 0.05%• LOW NONLINEARITY ERROR: 0.003%• WIDE LOOP SUPPLY RANGE: 7.5V to 36V• SO-8 PACKAGE
DESCRIPTIONThe XTR115 and XTR116 are precisión current out-put converters designad to transmit analog 4-to-20mAsignáis over an industry standard current loop. Theypróvido accurate current scaling and output currentlirnit functions.
The on-chip voltage regulator (5V) can be used topower external circuitry. A precisión on-chip VREF
(2.5V for XTR115 and 4.096V for XTR116) can be
APPLICATIONS• 2-WIRE, 4-20mA CURRENT LOOP
TRANSMITTER• SMARTTRANSMITTER• INDUSTRIAL PROCESS CONTROL• TEST SYSTEMS• COMPATIBLE WITH HART MODEM• CURRENT AMPLIFIER• VOLTAGE-TO-CURRENTAMPLIFIER
used for offsetting or to excite transducers. A currentreturn pin (!RET) senses any current used in externalcircuitry to assurc an accurate control of the outputcurrent.
The XTR115 is a fundamental, building block ofsrnart sensors using 4-to-20mA current transmission.
The XTRU5 and XTR116 are specifíed for opera-tion over the extended industrial temperatura range,-40°C to +850C.
XTR115:2,5VXTR116:4.096 V
Inlemallonat AfrportIndustrial Park • Mailing Address:PO Box 11400,Tucson.AZ 85734 • StreetAddre5s:6730S.Tuc5an Blvd., Tucson,AZ 85706 • Tel: (520)74&-1111
Twx: 310-952-1111 • Internet;http://www.bufr-brown.com/ • Cable: BBRCORP • Talex:06&-6491 • FAX:{520} 889-1510 • Immedlala ProductInfo: {300) 545-6132
i:2000 Burr-Brown Corporation PDS-I582A Printed in U.S.A. January, 2000
SBOS124
SPEC1FICATIONSAl TA - +25°C, V+ = 24V. R,N = 20kíl, and TIP29C exlemal transistor, unless otherwise noted.
P A RAM ÉTER
OUTPUTOuíput Current Equatíon |oOutpul Current, Linear Range
Over-Scale Limil |ÜM
Under-Scafe Li'mft IM,H
SPANSpan (Current Gain) SError (')
vs TemperatureNonlineadly
INPUTOffset Vollage (Op Amp) VO5
vs Temperaturevs Supply Vollage, V+
Bias Currenl IBvs Temperalure
Noise: O.IHzlo 10Hz en
DYNAMIC RESPONSESmall Sígnal BandwidthSíew Rale
XTR115XTR116
Vollage Accuracyvs Temperaturevs Supply Voitage, V+vs Load
Noise: O.IHzto 10HzShort-Circuil Currenl
VoitageVollage Accuracy
vs Temperalurevs Supply Vollage, V+vs Oulput Currenl
Short-Circuil Currenl
POWER SUPPLY V+SpecifiedVoitage RangeQuiescenl Currenl
Over Temperatura, -40°C lo +85"C
TEMPERATURE RANGESpecifí catiónOperalingS tora geThermal Resislance 0JA
CONDITIONS
'REO = 0» IREF = u
I)N = 250pA to 25mATA = -40°C to +85DC!1H = 250|iA lo 25mA
IIH = 40pATA = -40°C lo +85"C
V+ = 7.5V lo 36V
CLOQP = 0, RL = 0
IREF = 0TA = -4Q°C lo +85°C
V+ = 7.5V to 36V
'REF = ®m& '° 2.5mA
IREG = °TA = -40°C lo +85°C
V+ = 7.5V to 36V
XTR115UXTR116U
MIN TYP MAX
I0=IJN- 1000.25
See
+7.5
-40-55-55
320.2
100±0.05
±3±0.003
±100±0.7±0.1-351500.6
3803.2
2,54.096±0.05±20
±1±100
1016
5±0.05±0.1
1Typícal CL
12
+24
200240
150
25
0.25
±0.2±20
±0.01
±250±3
±2
±0.25±35
±10
±0.1
rves
+36250300
+85+125+125
XTR115UAXTR116UA
MIN
#
*
#•\-X
TYP
*
*
*
*=!:
**
*
*
***•-!=
#
*
**
**
*=í:
*
*
*
*
*
*
*
*
-I"
*
*
MAX
*
*
±0.4
*±0.02
±500±6
*
±0.5±75
*
*
#
**
*:í==¡:
UNITS
mAmAmA
A/A
ppm/°C%
uVQV/°CuV/VnA
pA/°CJlVp-p
kHzmA/ps
VV%
ppm/°CppmA/
ppm/mAuVp-p
mA
VV
mV/°CmVI\f
mA
VV
(JAuA
°C°c°c
"CAV
=i: Specificalions the same as XTR11 SU and XTR116U.
NOTES: (1) Does nol include ínilial error or TCR of R(N. (2) Voitage measured with respect to IRET pin.
BURR-BRQWN*
XTR115j XTR1
PIN CONFIGURATION ABSOLUTE MÁXIMUM RATINGSÍ1)
Top Víew
v
Power Supply, V+ (referenced io Io pin) 40VInpul Vollage (referenced lo ]K£T pin) QV lo V+Oulpul Currenl Límil ConlínuousVREG, Short-Círcuil ContínuousVREF, Short-CIrcuil., ConlinuousOperating Temperalure -55°C lo +125°CSlorage Temperature Range -55°C lo +125°CLead Temperature (soldering, lOs) +300°CJuncUon Temperalure , +165°C
NOTE: (1) Slresses above ihese ralJngs may cause permanent damage.Exposure lo absoluíe máximum condítíons for extended periods may degradedevice reliabílily.
A ELECTROSTATICDISCHARGE SENSITIVITY
This integrated circuit can be damaged by ESD. Burr-Brownrecommends that all inícgrated circuits be handled withappropriate precautions. Failurc to observe proper handlingand installation proccdurcs can cause damage,
ESD damage can range from subtle performance degradationto complete device failure. Precisión integrated circuits maybe more susceptible to damage because vcry small parametricclianges could cause the device not to meet its publishedspecífications.
PACKAGE/ORDERING INFORMATION
PRODUCT
XTR115UA"
XTR115Uu
XTR1 1 6UA"
XTR116UM
PACKAGE
so-a11
so-an
so-au
SO-8ii
PACKAGEDRAWINGNUMBER
18211
18211
182ii
182ii
SPECIFIEDTEMPERATURE
RANGE
-40°C lo +85nCit
-40°C to +85°Cn
-40° C lo -i-a50CII
-40°C lo +85"Cu
PACKAGEMARKING
XTR115UA11
XTR115Uu
XTR116UAu
XTR116Uu
ORDERINGNUMBER(')
XTR115UAXTR115UA/2K5
XTR115UXTR115U/2K5
XTR116UAXTR116UA/2K5
XTR116U
XTR116U/2K5
TRANSPORTMEDIA
Ralis
Tape and Reel
RailsTape and Reel
RailsTape and Reel
Rails
Tape and Reei
NOTES: (1) Models wilh a siash (/} are avaüabte only ¡nTape and Reei in the quaníilres índicated (e.g., /2K5 Indícales 2500 devices perreel), Ordering 2500 piecesof "XTR115UA/2K5' wfll get a single 2500-piece Tape and Reel.
The informalian provided herein ¡s believed to be relíable; however, BURR-BROWN assumes no responsibílily forinaccuracíes or.omissipns.'SURR tÓWN assumesno responsibililyforíhe use ofíhis infonnation, andaJI use oísuch Information shall be enlirely aí the'user's ownrisk. Pnces and specificalions'are'sübj'ectlo changewithoul noííce. No palenl rigWs orücenses lo any ofihe circuils described herein are implied or granléd Ib any Ihird party. BURR-BROWN does nol authorize orwarranlanyTBUR7í:BROWN productlor use in Irfesupporlrievices and/orsyslems.
XTR1'