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.

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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.

© 1998 Microchip Technology Inc. Advanee Information DS30292A-page 17

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.

© 1998 Microchip Technology Inc. Advance Information DS30292A-page 109

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

DS30292A-page 112 Advance Information © 1998 Microchip Technology Inc.

PIC16F87X

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.

DS30292A-page 114 Advance Information © 1998 Microchíp Technology Inc.

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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'