Examen 1nalSE-N,diciembre2017 - Academia …...Durante 2 segundos se mide el ruido del corazón — la amplitud de la señal del micrófono — y se tomará este valor como V ref,

SISTEMAS ELECTRÓNICOS - NMÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIALExamen final SE-N, diciembre 2017(Romano Giannetti, José Daniel Muñoz Frías)

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INSTRUCCIONESNo abra el cuadernillo hasta que se le indique.

El examen consiste en un sistema electrónico que se ha dividido en dos problemas con un valor totalde diez puntos.

Se recomienda leer el enunciado completo antes de empezar a resolver el examen.

Cada uno de los problemas deberá realizarse en una hoja de solución diferente.

Se permite el uso de calculadora y de una hoja de fórmulas.

No desgrape el cuadernillo.

Si lo prefiere, puede resolver el examen a lápiz.

Calificación:

Examen final SE-N, diciembre 2017Curso 2016/2017

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SISTEMAS ELECTRÓNICOS - NMÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIAL

Introducción

Figura 1. Sistema de medida de presión arterial conmanguito controlado electrónicamente. [1]

En este ejercicio vamos a diseñar unesfigmomanómetro electrónico, más conocidocómo tensiómetro o medidor de tensión opresión1 arterial.

El sistema clásico de medición de la ten-sión se basa en la utilización de un manguitoposicionado alrededor del brazo que, inflado,bloquea la circulación de sangre arterial en elantebrazo; el médico escucha los ruidos delcorazón aguas abajo al manguito y apuntapara qué valores de presión la sangre dejade circular o circula sin restricciones. Elsistema electrónico funciona de la mismamanera, substituyendo el estetoscopio con unmicrófono y usando una bomba y una válvulade escape en el manguito controlados por un microcontrolador (ver Figura 1).

A B C D E

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 300

Ptop

300

Pc

PaPsis

Pdia

presión (mmHg)

0,05Vref

Vref 0,95Vref

t (s)

tensión micro (mV)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

t (s)

Figura 2. Fases de la medida de tensión en el instrumento a diseñar. Los tiempos en el diagrama son indicativos.

1Aunque el termino tensión es más utilizado en la práctica, en este texto usaremos la palabra presión para no confundirnoscon las tensiones eléctricas.

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SISTEMAS ELECTRÓNICOS - NMÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIALEl procedimiento de medida está explicado en el diagrama temporal de la Figura 2. En la gráfica

superior se indican los valores de presión en el manguito, y en la inferior la tensión de salida delmicrófono posicionado en el brazo. Nótese que la forma de esta tensión ha sido simplificada paraeste problema; podemos considerar que el ruido del corazón es parecido a un sonido sinusoidal a1 kHz — en realidad es bastante más complejo, pero el principio del sistema no cambia. Para realizar lamedida de presión el paciente se pone el manguito (desinflado) y el sistema procede de la siguientemanera2.

Fase A Después de ponerse el manguito, el paciente o el operador del instrumento pulsa un botónque arranca el procedimiento de medida. Durante 2 segundos se mide el ruido del corazón — laamplitud de la señal del micrófono — y se tomará este valor como Vref , el valor normal de sonidoque tenemos cuando la arteria está completamente abierta.

Fase B Se cierra la válvula de escape y se arranca la bomba, que empieza a inflar el manguito. Despuésde un tiempo, el sonido del corazón empieza a desaparecer porque la arteria se está cerrando.Consideraremos que no hay sonido cuando la amplitud baja del 5 % de Vref ; en este puntomedimos la presión que llamaremos Pc, presión de oclusión.

Fase C A partir de este instante inflaremos el manguito algo más hasta que la presión crezca un valoradicional Pa = 20 mmHg (para estar seguros que esté la arteria bien cerrada). Por supuesto,hay que limitar la presión absoluta de inflado; si en cualquier momento la presión superara los300 mmHg el sistema daría error y volverá al estado inicial desinflando el manguito.

Fase D En este punto se para la bomba y se abre la válvula de desinflado. La presión bajarápaulatinamente; en un cierto momento el sonido del corazón empezará a notarse otra vez— esto es cuando la presión máxima del bombeo es capaz de abrir el manguito. En el momentoen que tenemos de nuevo el 5 % de la señal al micrófono, mediremos la presión — este valor esla presión sistólica (o máxima), Psis.

Fase E Se sigue midiendo la señal del micrófono hasta que tenemos otra vez la señal inicial (usaremosel 95 % de Vref por razones prácticas). En este momento, hasta la presión mínima producida porel corazón es capaz de abrir la arteria, así que llamaremos esta presión Pdis, o presión diastólica.

La medida ha terminado; dejaremos la válvula abierta de forma que el manguito acabe desinflándosecompletamente.

2Nótese que este procedimiento y el método se ha simplificado de forma notable para este examen. La realidad es algomás compleja.


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Problema 1. Parte analógica— (5 puntos) Resuelva este problema en el cuadernillo de color verde.

1.1. Medidor de presiónPara la medida de presión usaremos un sensor de fuerza resistivo (FSR), cuya curva de calibración

es

Rp(P ) = R0P0

P, P0 = 300 mmHg, R0 = 10 kΩ (1)

que vamos a acondicionar con el circuito de Figura 3. En este circuito las resistencias indicadas con Rson de 12 kΩ y los operacionales son rail-to-rail y están alimentados entre 0 y 3,3 V.

+VCC

−

+

+VCC

R−

+

= 3.3V

vo1

VoP

RARp(P)

R RB

Va

R1

R2 R1+R2=R

R=12 kΩ

Vb

Figura 3. Circuito de acondicionamiento del sensor FSR de presión.

a) (0.5 puntos) Calcular el valor de RA para que la tensión de salida del primer operacional varíeentre 1,65 V y 0 V al variar la presión entre 0 y 300 mmHg.

La tensión Va en el circuito está Vcc/2 visto que la suma de R1 y R2 es R. Nótese que porlas entradas no inversoras de los operacionales no entra corriente (impedancia prácticamenteinfinita).

Por superposición, la tensión en vo1 es:

vo1 = Va

(1 +

RA

Rp(P )

)− Vcc

RA

Rp(P )=Vcc2

(1− RA

Rp(P )

)(2)

Para P = 0 la resistencia del FSR es infinita y la condición es verificada para cada valor de RA.Cuando P = 300 mmHg la resistencia R(P ) = 10 kΩ, así que eligiendo RA = 10 kΩ se solucionael problema.

Apartado a: RA = 10 kΩ


SISTEMAS ELECTRÓNICOS - NMÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIALb) (1 punto) Calcular el valor de RB y del divisor R1-R2 para que la salida VoP varíe entre 0 and

3,3 V al variar la presión entre 0 y 300 mmHg.

Este es muy parecido al apartado anterior. La tensión de salida es:

voP = Vb

(1 +

RB

R

)− vo1

RB

R= vb + (vb − vo1)

RB

R(3)

donde tenemos dos incógnitas, vb y RB. Se pueden encontrar los valores de varias formas. Sinotamos que la sensibilidad a la salida tiene que ser el doble (y cambiada de signo) de la de Vo1,podemos decir que

∂VoP∂vo1

=RB

R= 2⇒ RB = 24 kΩ (4)

Así que la Ecuación 3 se transforma en

voP = vb + 2(vb − vo1) (5)

y visto que para P = 300 mmHg tenemos vo1 = 0, concluimos que:

VoP |P=300mmHg = vb + 2vb = 3vb = Vcc ⇒ vb =Vcc3

(6)

Para calcular el divisor, notamos que necesitamos 1/3 de Vcc, o sea 2/3 de Va = Vcc/2:

R2 = 2/3R⇒ R2 = 8 kΩ, R1 = 4 kΩ (7)

Apartado b : RA = 24 kΩ, R1 = 4 kΩ, R2 = 8 kΩ

c) (1 punto) Suponiendo que los operacionales tienen Vio = ±1 mV, calcular el error relativo al rangodel circuito de medida de presión.

Aquí el único problema es darse cuenta que, por efecto de las Vio, nunca hay corriente en eldivisor de las tensiones que va a las entradas no inversoras.

voP = vio1

(1 +

RA

Rp(P )

)(−RB

R

)+ vio2

(1 +

RB

R

)(8)

El valor máximo se alcanza con Rp mínima; además hay que olvidarse del signo:

voP |max = 2vio1(1 + 1) + 3vio2 = 7vio = ±7 mV (9)

que, relativo al rango es:

εrfs =7 · 10−3

3,3· 100 ≈ 0,21 % (10)

Apartado c: εrfs = 0,21 %


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SISTEMAS ELECTRÓNICOS - NMÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIAL1.2. Acondicionamiento del micrófono

El circuito de acondicionamiento del micrófono es algo más complejo; vamos a necesitar unaamplificación y un circuito de detección de pico para el sistema, y a lo mejor algo de filtrado.

El micrófono se puede modelar cómo una caja negra que proporciona una señal alterna que cómomucho va a tener una amplitud de 100 mV, y una tensión continua superpuesta (no fiable) alrededorde 1 V. Supondremos que la señal recibida es una sinusoidal de 1 kHz y que la banda de la envolventedel sonido del corazón es del orden de 1 Hz. Podemos suponer esta señal bastante limpia, sin muchoruido superpuesto.

+VCC

VDC+Vm HP1 Ampli HP2 Det. Ampli

1 2

VoM

micrófono

Figura 4. Diagrama de bloques del sistema de acondicionamiento del micrófono.

El diagrama de bloques del sistema de amplificación se indica en la Figura 4.

A la salida voM queremos una tensión de 0 V cuando la amplitud de la señal del micrófono es nula,y de 3,3 V cuando la tensión tiene amplitud de 100 mV.

Los filtros paso alto tienen referencia a tierra (no se usa una tierra virtual).

Los operacionales en los circuitos pueden ser alimentados entre −3,3 V y 3,3 V o entre 0 V y 3,3 V,según convenga para simplificar el diseño.

El amplificador 1 se usará para aumentar la señal alterna del micrófono: queremos que la señal a susalida sea de 2 V de pico cuando la señal del corazón es la máxima posible (es que no queremos quesature el superdiodo).

El bloque “Det.” es un detector de amplitud implementado con un superdiodo basado en un diodode señal con tensión umbral alrededor de unos 0,7 V.

La salida del circuito debe de ser compatible con la entrada del conversor A/D del micro.

d) (1 punto) Contestar, en la hoja situada al final del cuadernillo de examen, las preguntas indicadas.Entregar la hoja junto a la solución de analógica en el cuadernillo verde.

T-1. El filtro paso alto indicado con HP1:

a No sirve de nada; tenemos un filtro después del amplificador que hace la misma tarea.

b Elimina el efecto de las tensiones de offset del amplificador 1 en la salida.

c (correcto) Sirve para que la componente continua de la señal del micrófono no sature elamplificador 1.


SISTEMAS ELECTRÓNICOS - NMÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIALEl primer amplificador tiene que llegar a amplificar la señal de un valor de pico de 100 mV a2 V. Claramente si amplificamos la continua también (que es del orden de 1 V) saturaremos elamplificador.


a No sirve de nada; hay un filtro antes del amplificador que hace lo mismo.

b (correcto) Elimina el efecto de las tensiones de offset del operacional 1 en la salida.

c No sirve de nada, el detector de pico posterior es insensible a la continua.

Aunque sea verdad que a la entrada del amplificador no llega continua, sí el offset (y el efecto delas corrientes de polarización) hacen que haya una continua a la salida.

T-3. El amplificador 1:

a (correcto) Necesita una ganancia de 20 V/V (2 V/100 mV).

b Necesita una ganancia de 1,81 V/V (2 V/(1 V + 100 mV)).

c No podemos calcular la ganancia, depende del valor de continua del micrófono.

Al amplificador sólo llega la alterna. Para obtener 2 V necesitamos una ganancia de 20 — enmódulo; el signo no nos interesa.


a No sirve de nada; podemos diseñar el superdiodo de forma que la salida sea la que queremos.

b Sirve cómo protección por si acaso la tensión del detector de pico se vuelve negativa.

c (correcto) Sirve para recuperar la pérdida de rango dinámico debido a la tensión umbraldel diodo.

No podemos hacer el superdiodo que cubra todo el rango dinámico — saturará cuando la salidasea igual a la saturación del operacional menos la tensión umbral del diodo. Así que por estarazón nos limitamos a 2 V, y luego tendremos que amplificar (de paso, de 3,3/2 = 1,65 V/V)

Apartado d : T-1: c; T-2: b; T-3: a; T-4: c

e) (0.5 punto) Diseñar detalladamente el amplificador 1 del circuito anterior, suponiendo que el pasoalto anterior esté correctamente diseñado y no afecte a la parte alterna de la señal del micrófono.No conocemos el valor de la impedancia de salida de dicho filtro.

−

+

3.3 V

-3.3 Vvin

vout

R 19 R

Figura 5. Amplificador 1

−

+

3.3 V

vop

D1 RP CP

RS

prot.

Figura 6. Circuito del superdiodo


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SISTEMAS ELECTRÓNICOS - NMÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIALAquí solo tenemos que amplificar la alterna de un factor 20. Suponiendo que el paso alto anterioresté bien hecho, en la entrada tendremos una señal alterna, simétrica con respeto a cero, que hayque amplificar 20 veces. No conociendo la impedancia de salida del filtro, usamos un amplificadorde tensión con impedancia de entrada infinita.

El circuito de Figura 5 soluciona el problema. Podemos usar R = 10 kΩ por ejemplo.

f) (1 punto) Diseñar detalladamente la parte de detección de pico del circuito anterior.

Visto que la señal se nos dice que está bastante limpia de ruido, podemos usar un detector de pico(en el caso contrario, un detector de valor medio rectificado sería mejor). El circuito (indicadoen Figura 6) es el detector de pico de precisión estándar. Alimentamos en operacional de formaasimétrica para evitar la saturación negativa cuando el diodo se abre. Nótese que esta elección dealimentación no sirve de protección del micro; la señal a la salida es siempre positiva aunque sealimente el operacional de forma dual.

Para calcular el detector, sabemos que la constante de tiempo tiene que ser lenta para lafundamental, que es a 1 kHz, y rápida para la banda del envolvente, de 1 Hz.

RpCp 1 · 10−3 s, RpCp 1 s⇒ RpCp ≈√

1 · 10−3 = 31 ms (11)

que se puede obtener por ejemplo con Cp = 310 nF y R = 100 kΩ.

El circuito de protección es necesario o no dependiendo de si se alimenta el operacional dualo single-supply; en el caso de alimentación asimétrica, como en este caso, es conveniente. Notaque siendo la etapa anterior un amplificador que se ve cómo un generador ideal de tensión en labanda de interés, es necesaria la resistencia en serie, si no la protección no actúa. Casi cualquiervalor razonable vale; 100 Ω–1 kΩ está bien.



Problema 2. Parte digital— (5 puntos) Resuelva este problema en el cuadernillo de color azul.

En esta segunda parte se ha de diseñar el programa de control del sistema, el cual estará basadoen el sistema operativo FreeRTOS y en el microcontrolador dsPIC33FJ128MC802. Los sensores yactuadores del sistema se han conectado de la siguiente manera:

La válvula de salida se conectará al pin RB15. La salida será activa a nivel alto (1 abre la válvula).

El motor de la bomba se controlará mediante el pin RB14.

El pulsador que inicia el proceso de medida se conectará al pin RB13. El pulsador generará unnivel bajo al pulsarlo.

La salida del circuito de acondicionamiento del sensor de presión se conectará a la entrada AN0.

La salida del circuito de acondicionamiento del micrófono se conectará a la entrada AN1.

El conversor A/D se configurará para que realice la conversión automática de los dos canales AN0y AN1 cada 100 ms y genere una interrupción al finalizar la conversión de los dos canales. Para ellosuponga que dispone de la siguiente función:

void InicializarADCInt(uint16_t input_pins , uint16_t periodo)

En donde input_pins es un bitmap con los canales que se desean convertir y periodo es el periodo de laconversión en décimas de milisegundo. Este periodo indica el tiempo empleado en convertir todos loscanales seleccionados en input_pins.

La función anterior configura el conversor, pero no lo activa, por lo que no empezará a convertirinmediatamente después de la llamada. Para activar el conversor será necesario escribir un 1 en elbit 15 (ADON) del registro AD1CON. Si se necesita desactivar el conversor, basta con poner a cero el bitADON. En este caso la configuración no se pierde, por lo que cuando se vuelva a activar el conversor sevolverán a convertir los canales especificados en input_pins con el periodo indicado en periodo y segenerará la interrupción al finalizar la conversión de todos los canales seleccionados.

La rutina de atención a la interrupción del conversor A/D ha de tener el siguiente prototipo:

void __attribute__ (( interrupt(no_auto_psv) )) _ADC1Interrupt(void)

En dicha rutina tendrá que poner a cero el flag de interrupción (bit 15, AD1IF, del registro IFS0) yobtener los datos del conversor, los cuales estarán disponibles en los registros ADC1BUF0 (canal AN0) yADC1BUF1 (canal AN1).

Por otro lado existe un display alfanumérico en el cual se mostrarán los mensajes generados por elaparato. El display es de 2 líneas de 16 caracteres y existe una función que permite escribir una cadenade caracteres en el display cuyo prototipo es:

void PutsDisplay(char cadena []);

En donde cadena es la cadena de caracteres a imprimir. Cada vez que se imprime una cadena, eldisplay desplazará hacia arriba el contenido de la pantalla, moviendo la segunda línea a la primera yescribiendo la cadena en la segunda línea de la pantalla.

El display se inicializará al comienzo de la ejecución del programa mediante la llamada:


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SISTEMAS ELECTRÓNICOS - NMÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIALvoid InicializarDisplay(void []);

El sistema constará de las siguientes tareas:

Una tarea periódica, con un periodo de 500 ms, que muestreará en cada ejecución el estado delpulsador y activará el conversor A/D cuando detecte un flanco de bajada en la señal generada porel pulsador. Además, cuando se detecte la pulsación se borrará el display (escribiendo cadenas enblanco) y se escribirá Midiendo. La tarea se denominará TareaPulsador.

Una tarea, denominada TareaMedida, que controlará el proceso de medida de la tensión y quese ejecutará cada vez que el conversor A/D finalice sus medidas. Para ello se sincronizará laejecución de esta tarea con la interrupción del A/D mediante un semáforo. Esta tarea ha derealizar el proceso mostrado en la figura 2, teniendo en cuenta las siguientes consideraciones:

• En la Fase A, se tomarán las 20 medidas que genera el conversor A/D durante los 2 segundosque dura esta fase y se obtendrá su media aritmética, la cual se tomará como valor dereferencia del sonido Vref .

• Si tanto en la Fase B como en la Fase C se llega a medir una presión superior a 300 mmHg,se enviará al display el mensaje “Vaya al Hospital” y se abortará la medida. La tarea parará elconversor A/D y se quedará preparada para que la próxima vez que la despierten comienceen la Fase A.

• Cuando en la Fase D se detecte el sonido (5 % de Vref), se enviará el valor de la presión aldisplay como “Psis = XXX mmHg” en donde XXX es el valor de presión medido.

• Cuando en la Fase E se detecte el sonido inicial (95 % de Vref), se enviará el valor de lapresión al display como “Pdis = XXX mmHg” en donde XXX es el valor de presión medido. Enese momento la tarea parará el conversor A/D y se quedará preparada para que la próximavez que la despierten comience en la Fase A.

Una tarea para enviar los mensajes al display. Como la comunicación con el display es un pocolenta, es necesario usar una cola para que las dos tareas anteriores envíen las cadenas a imprimira esta tarea, la cual las irá imprimiendo cuando no haya nada mejor que hacer. La tarea sedenominará TareaDisplay.

Para implantar el sistema ha de realizar los siguientes apartados:

a) (0,5 puntos) Diseñe la circuitería necesaria para conectar al microcontrolador el pulsador, activo anivel bajo y eliminando los rebotes por hardware.

El circuito es el mostrado en la figura. Se ha usado un condensador para evitar los posibles rebotesdel pulsador. Se ha supuesto que con una constante de tiempo de 1 ms es más que suficiente paraeliminar los rebotes.



10 kΩ

3,3 V

RB13

100 nF

b) (0,5 puntos) Diseñe el circuito necesario para controlar el motor de la bomba, teniendo en cuentaque es un motor que se alimenta a 12 V de corriente continua y tiene una potencia de 10 W. Paraello, en primer lugar razone si se ha de usar el transistor BD137 o el BDX33. En el apéndice semuestra un extracto de sus hojas de características. A continuación dibuje el esquema eléctrico ycalcule el valor de todos los componentes. Recuerde que el microcontrolador sólo puede dar oabsorber 6 mA por la salida RB14.

En primer lugar es necesario calcular la corriente que pasa por el motor:

I =P

V=

10 W

12 V= 0,8333 A (12)

Como dicha corriente es excesiva para el microcontrolador y además éste tampoco soporta 12 V,es necesario usar un transistor para controlar la resistencia que calienta el líquido. El diseño delcircuito será el siguiente:

RB10RB

Q1

+12 V

M

Como la corriente máxima que puede dar el microcontrolador es de tan solo 6 mA, se necesitauna β mínima en el transistor de 0,8333A

6mA = 138,89. Por tanto, de los dos transistores posibles, elBD135 no nos sirve, pues su β mínima es de tan solo 40.3 En cambio, el BDX33, que es un parDarlington y por tanto tiene una β mayor si que nos vale, ya que en este caso la β mínima es de750.

Por tanto, si se usa el BDX33, la corriente de base mínima para saturar el transistor será de:

IBsat =ICβmin

=0,8333 A

750= 1,1111 mA (13)

3De los tres valores que nos dan en el datasheet para la β hemos usado el que está medido a 150 mA, que es el máspróximo al que se usa en esta aplicación.


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SISTEMAS ELECTRÓNICOS - NMÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIALPara estar completamente seguros de que el transistor de se satura, aplicaremos un factor deseguridad de 3, por lo que diseñaremos el circuito para una IB de 3 · 1,1111 mA = 3,3333 mA. Portanto, teniendo en cuenta que la tensión de salida a nivel alto del microcontrolador son 3,3 V yque la tensión base-emisor del transistor BDX33 es de 2,5 V como máximo:

RB =3,3 V − 2,5 V

3,3333 mA= 240 Ω (14)

Apartado a: el transistor elegido es el BDX33 y RB = 240 Ω.

c) (0,5 puntos) Escriba la TareaPulsador.

/**

* Tarea que muestrea el estado del pulsador para activar el conversor A/D

* cuando se pulse y de este modo realizar una medida de la presión

arterial.

* La tarea tendrá un periodo de muestreo TS_PULSADOR , el cual se controla

* mediante el S. O.

*

* @param pvParameters Parámetros de la tarea. No usado en esta tarea.

*/

void TareaPulsador(void *pvParameters)

TickType_t xLastWakeTime;

TickType_t xPeriodo;

uint8_t pulsador_ant = 1; // 1 es el valor de reposo del pulsador

uint8_t pulsador_act;

// Calculo el periodo en ticks de reloj.

xPeriodo = TS_PULSADOR/portTICK_PERIOD_MS;

// Inicializa xLastWakeTime con el tiempo actual

xLastWakeTime = xTaskGetTickCount ();

while (1)

vTaskDelayUntil (& xLastWakeTime , xPeriodo ); // Espera el siguiente

periodo

pulsador_act = (PORTB >>PIN_PULSADOR) & 1;

if( (pulsador_act != pulsador_ant) && (pulsador_act == 0) )

// hay un flanco de bajada

AD1CONbits.ADON = 1; // Activa el conversor A/D

xQueueSend(cola_mensajes , " ", 0); // Borra una línea

xQueueSend(cola_mensajes , "Midiendo ", 0);

pulsador_ant = pulsador_act;



d) (2 puntos) Escriba la rutina de atención a la interrupción del conversor A/D y la TareaMedida.

void __attribute__ (( interrupt(no_auto_psv) )) _ADC1Interrupt(void)

BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;

IFS0bits.AD1IF = 0; // borro el flag de la interrupción del ADC

// Copio los valores leídos del ADC. Como la tarea es la de mayor

// prioridad tampoco es estrictamente necesario , pero por si acaso

// mejor copiarlos para que no se sobreescriban en la siguiente conversión

presion = ADC1BUF0;

micro = ADC1BUF1;

// Libero el semáforo para que se ejecute la tarea de medida

xSemaphoreGiveFromISR(sem_medida , &xHigherPriorityTaskWoken);

if(xHigherPriorityTaskWoken == pdTRUE )

taskYIELD (); // Si la liberación del semáforo ha despertado una tarea ,

// se fuerza un cambio de contexto

/**

* Tarea que implementa el proceso de medida de la tensión arterial. La

* dispara el conversor A/D cada vez que finaliza una conversión mediante

* un semáforo.

*


*/

void TareaMedida(void *pvParameters)

enum FaseA , FaseB , FaseC , FaseD , FaseE estado;

long int suma_medidas_micro = 0; // Para calcular la media

uint8_t n_medidas = 0; // Número de medidas tomadas en la fase A

float Vref , P, P_oclusion;

uint16_t c_micro , c_presion;

char cad [17]; // Cadena para los mensajes. 16 caracteres + \0

while (1)

if(xSemaphoreTake(sem_medida , portMAX_DELAY) == pdTRUE)

switch(estado)

case FaseA:

Disable ();

suma_medidas_micro += micro;

Enable ();

n_medidas ++;

if(n_medidas == 20)

// Final fase A. Calculo la media para obtener Vref.

// Como voy a comparar con el 5 % de Vref y con el 95 % de Vref

// no es necesario obtener su valor en V: me basta con el valor


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SISTEMAS ELECTRÓNICOS - NMÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIAL// que me da el conversor A/D

Vref = suma_medidas_micro / 20;

estado = FaseB;

break;

case FaseB:

// Se cierra la válvula y se arranca la bomba

PORTB |= (1<< PIN_VALVULA_OUT) | (1<< PIN_BOMBA);

Disable ();

c_micro = micro;

Enable ();

// Obtengo la presión

Disable ();

c_presion = presion;

Enable ();

P = c_presion *300.0/1023.0; // 3.3 V son 300 mmHg

if(P>300) // Presión demasiado alta. Al Hospital

// Paro la bomba y abro la válvula

PORTB &= ~((1<< PIN_VALVULA_OUT) | (1<< PIN_BOMBA));

AD1CONbits.ADON = 0; // Paro el ADC

// Envío los mensajes al display

xQueueSend(cola_mensajes , "Presión muy alta", 0); // Borra una línea

xQueueSend(cola_mensajes , "Vaya al Hospital", 0);

// Por último dejo preparada la máquina de estados para que en la

// próxima ejecución se arranque en el estado FaseA

estado = FaseA;

suma_medidas_micro = 0;

n_medidas = 0;

continue; // Se vuelve al principio del bucle , donde se bloquea la

// tarea hasta que vuelva a pulsarse el pulsador y el

// conversor A/D vuelva a generar interrupciones.

if(c_micro <= 0.05* Vref) // Arteria cerrada. Presión de oclusión

P_oclusion = P;

estado = FaseC;

break;

case FaseC:

// Obtengo la presión

Disable ();


Enable ();


if(P>300) // Presión demasiado alta. Al Hospital



AD1CONbits.ADON = 0; // Paro el ADC

// Envío los mensajes al display

strcpy(cad , "Presion muy alta");

xQueueSend(cola_mensajes , cad , 0);


SISTEMAS ELECTRÓNICOS - NMÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIALstrcpy(cad , "Vaya al hospita");


// Por último dejo preparada la máquina de estados para que en la

// próxima ejecución se arranque en el estado FaseA

estado = FaseA;


n_medidas = 0;

continue; // Se vuelve al principio del bucle , donde se bloquea la

// tarea hasta que vuelva a pulsarse el pulsador y el

// conversor A/D vuelva a generar interrupciones.

else if(P >= P_oclusion +20)

estado = FaseD;

break;

case FaseD:



// Obtengo la presión y la tensión del micro

Disable ();


c_micro = micro;

Enable ();


if(c_micro >= 0,05* Vref) // Arteria abierta

sprintf(cad , "Psis = %3d mmHg ", P);


estado = FaseE;

break;

case FaseE:

// Obtengo la presión y la tensión del micro

Disable ();


c_micro = micro;

Enable ();


if(c_micro >= 0,95* Vref) // Arteria abierta

sprintf(cad , "Pdis = %3d mmHg ", P);


// Hemos terminado. Se para el ADC y se deja preparada

// la máquina de estados para comenzar en la FaseA

AD1CONbits.ADON = 0;

estado = FaseA;


n_medidas = 0;

continue;

break;

default:

// Si ocurre algo raro y acabo en un estado desconocido ,

// Paro el ADC y vuelvo al estado inicial

AD1CONbits.ADON = 0;


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SISTEMAS ELECTRÓNICOS - NMÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIALestado = FaseA;


n_medidas = 0;

break;

e) (0,5 puntos) Escriba la TareaDisplay.

/**

* Tarea para imprimir los mensajes. Se bloquea "eternamente" hasta que

* llegue un mensaje a la cola. Cuando llegua un mensaje lo envía al

display.

* y se vuelve a bloquear a la espera del siguiente.

*


*/

void TareaDisplay(void *pvParameters)

char cad [17]; // Cadena para recibir los mensajes.

while (1)

if(xQueueReceive(cola_mensajes , cad , portMAX_DELAY) == pdTRUE)

PutsDisplay(cad);

f) (1 punto) Escriba el programa principal con la inicialización del sistema.

#include <xc.h>

#include <stdint.h> // define los tipos uint8\_t, ...

#include "DriverPicTrainer/config.h"

#include "DriverPicTrainer/adc.h"

#include "DriverPicTrainer/pwm.h"

#include "Interrupciones.h" // Enable y Disable

#include "FreeRTOS.h" // Includes del Kernel

#include "semphr.h"

#include "queue.h"

#include "task.h"

// Variables compartidas con la interrupción

SemaphoreHandle_t sem_medida;

uint16_t presion , micro;

// Variables compartidas entre tareas

QueueHandle_t cola_mensajes;

#define N_MENSAJES 20


SISTEMAS ELECTRÓNICOS - NMÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIAL#define TAM_MENSAJE 17 // 16 caracteres + \0

// Definición de entradas y salidas

#define CANAL_SENSOR_PRESION 0

#define CANAL_SENSOR_MICRO 1

#define PIN_PULSADOR 13

#define PIN_BOMBA 14

#define PIN_VALVULA_OUT 15

// Prioridades de las tareas y tamaño de pila

#define PRIO_PULSADOR 2

#define PRIO_MEDIDA 3

#define PRIO_DISPLAY 1

#define TAM_PILA 150

// Periodo de muestreo de la tarea del pulsador , en ms

#define TS_PULSADOR 500

void TareaPulsador(void *pvParameters);

void TareaMedida(void *pvParameters);

void TareaDisplay(void *pvParameters);

int main(void)

InicializarReloj ();

// Se inicializa el ADC con un periodo de 100 ms

inicializarADCInt (1 << CANAL_SENSOR_PRESION | 1 << CANAL_SENSOR_MICRO ,

1000);

PORTB = 0; // Salidas a 0 para no arrancar nada durante la inicialización

TRISB = 0x3F; // Sólo los dos bits más significativos son salidas. El

resto ,

// no usado , lo dejo como entradas.

// Creamos el semáforo de sincronización interrupción-tarea de control

vSemaphoreCreateBinary(sem_medida);

// Y lo tomamos para evitar una primera ejecución sin datos.

xSemaphoreTake(sem_medida , (portTickType) 0 );

// Creamos la cola para los mensajes

cola_mensajes = xQueueCreate(N_MENSAJES , TAM_MENSAJE);

// Se crean las tareas

xTaskCreate(TareaPulsad "TPUL", TAM_PILA , NULL ,

PRIO_PULSADOR , NULL);

xTaskCreate(TareaMedida , "TMED", TAM_PILA , NULL ,

PRIO_MEDIDA , NULL);

xTaskCreate(TareaDisplay , "TDIS", TAM_PILA , NULL ,

PRIO_TEMP , NULL);

vTaskStartScheduler (); // y por último se arranca el

// planificador.

return 0; // En teoría no se debe llegar nunca aquí.


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Referencias[1] Dibujos originales desde The Open University,

http://www.open.edu/openlearncreate/mod/oucontent/view.php?id=287&section=8.4.5.


http://www.open.edu/openlearncreate/mod/oucontent/view.php?id=287&section=8.4.5

BD

135 / 137 / 139 — N

PN

Ep

itaxial Silico

n Tran

sistor

© 2007 Fairchild Semiconductor Corporation www.fairchildsemi.com

BD135 / 137 / 139 Rev. 1.2.0 1

August 2013

BD135 / 137 / 139NPN Epitaxial Silicon Transistor

Features

• Complement to BD136, BD138 and BD140 respectively

Applications• Medium Power Linear and Switching

Ordering Information

Part Number Marking Package Packing MethodBD13516S BD135-16

TO-126 3L

Bulk

BD1356STU BD135-6

Rail

BD13510STU BD135-10

BD13516STU BD135-16

BD13716STU BD137-16

BD13710STU BD137-10

BD13716S BD137-16 Bulk

BD13916STU BD139-16 Rail

BD13910S BD139-10Bulk

BD13916S BD139-16

BD1396STU BD139-6Rail

BD13910STU BD139-10

1 TO-126

1. Emitter 2.Collector 3.Base



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BD

135 / 137 / 139 — F

eatures

© 2007 Fairchild Semiconductor Corporation www.fairchildsemi.com

BD135 / 137 / 139 Rev. 1.2.0 2

Absolute Maximum Ratings

Stresses exceeding the absolute maximum ratings may damage the device. The device may not function or be opera-

ble above the recommended operating conditions and stressing the parts to these levels is not recommended. In addi-

tion, extended exposure to stresses above the recommended operating conditions may affect device reliability. The

absolute maximum ratings are stress ratings only. Values are at TC = 25°C unless otherwise noted.

Electrical CharacteristicsValues are at TC = 25°C unless otherwise noted.

hFE Classification

Symbol Parameter Value Units

VCBO Collector-Base Voltage

BD135 45

VBD137 60

BD139 80

VCEO Collector-Emitter Voltage

BD135 45

VBD137 60

BD139 80

VEBO Emitter-Base Voltage 5 V

IC Collector Current (DC) 1.5 A

ICP Collector Current (Pulse) 3.0 A

IB Base Current 0.5 A

PC Device Dissipation TC = 25°C 12.5 W

TA = 25°C 1.25 W

TJ Junction Temperature 150 °C TSTG Storage Temperature - 55 to +150 °C

Symbol Parameter Test Condition Min. Typ. Max. Units

VCEO(sus)Collector-Emitter Sustaining Voltage

BD135

IC = 30 mA, IB = 0

45

VBD137 60

BD139 80

ICBO Collector Cut-off Current VCB = 30 V, IE = 0 0.1 μA

IEBO Emitter Cut-off Current VEB = 5 V, IC = 0 10 μA

hFE1

DC Current Gain

VCE = 2 V, IC = 5 mA 25

hFE2 VCE = 2 V, IC = 0.5 A 25

hFE3 VCE = 2 V, IC = 150 mA 40 250

VCE(sat) Collector-Emitter Saturation Voltage IC = 500 mA, IB = 50 mA 0.5 V

VBE(on) Base-Emitter On Voltage VCE = 2 V, IC = 0.5 A 1 V

Classification 6 10 16hFE3 40 ~ 100 63 ~ 160 100 ~ 250



©2000 Fairchild Semiconductor International Rev. A, February 2000

BD

X3

3/A

/B/C

NPN Epitaxial Silicon Transistor

Absolute Maximum Ratings TC=25°C unless otherwise noted

Symbol Parameter Value Units

VCBO Collector-Base Voltage: BDX33: BDX33A: BDX33B: BDX33C

45 60 80 100

VVVV

VCEO Collector-Emitter Voltage: BDX33: BDX33A: BDX33B: BDX33C

45 60 80 100

VVVV

IC Collector Current (DC) 10 A

ICP *Collector Current (Pulse) 15 A

IB Base Current 0.25 A

PC Collector Dissipation (TC=25°C) 70 W

TJ Junction Temperature 150 °C TSTG Storage Temperature - 65 ~ 150 °C

BDX33/A/B/C

Power Linear and Switching Applications• High Gain General Purpose • Power Darlington TR• Complement to BDX34/34A/34B/34C respectively

1.Base 2.Collector 3.Emitter

1 TO-220



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©2000 Fairchild Semiconductor International Rev. A, February 2000

BD

X3

3/A

/B/C

Electrical Characteristics TC=25°C unless otherwise noted

* Pulse Test: PW=300µs, duty Cycle =1.5% Pulse

Symbol Parameter Test Condition Min. Typ. Max. Units

VCEO(sus) * Collector-Emitter Sustaining Voltage : BDX33 : BDX33A : BDX33B : BDX33C

IC = 100mA IB = 0 45 60 80100

VVVV

VCER(sus) * Collector-Emitter Sustaining Voltage: BDX33: BDX33A: BDX33B: BDX33C

IC = 100mA, IB = 0 RBE = 100Ω

45 60 80100

VVVV

VCEV(sus) * Collector-Emitter Sustaining Voltage: BDX33: BDX33A: BDX33B: BDX33C

IC = 100mA, IB = 0 VBE = 1.5V

45 60 80100

VVVV

ICBO

Collector Cut-off Current: BDX33: BDX33A: BDX33B: BDX33C

VCB = 45V, IE = 0 VCB = 60V, IE = 0 VCB = 80V, IE = 0 VCB = 100V, IE = 0

0.20.20.20.2

mAmAmAmA

ICEO Collector Cut-off Current : BDX33: BDX33A: BDX33B: BDX33C

VCE = 22V, IB = 0 VCE = 30V, IB = 0 VCE = 40V, IB = 0 VCE = 50V, IB = 0

0.50.50.50.5

mAmAmAmA

IEBO Emitter Cut-off Current VEB = 5V, IC = 0 5 mA

hFE * DC Current Gain: BDX33/34: BDX33B/33C

VCE = 3V, IC = 4A VCE = 3V, IC = 3A

750750

VCE(sat) * Collector-Emitter Saturation Voltage: BDX33/33A: BDX33B/33C

IC = 4A, IB = 8mA IC = 3A, IB = 6mA

2.52.5

VV

VBE(on) * Base-Emitter ON Voltage: BDX33/33A: BDX33B/33C

VCE = 3V, IC = 4A VCE = 3V, IC = 3A

2.52.5

VV

VF * Parallel Diode Forward Voltage IF = 8A 4 V




Apellidos y nombre

Test para el problema 1.2d Leyendo atentamente la introducción del apartado 1.2 y el enunciado 1.2d, resuelva (marcandoclaramente) este test. La respuestas exactas cuentan 1/4 de punto, las equivocadas −1/8 de punto, ylas blancas no suman.

Una vez resuelto el quiz, desgrape esta hoja y póngala en el cuadernillo de la parte analógica(verde).


a No sirve de nada; tenemos un filtro después del amplificador que hace la mismatarea.

b Elimina el efecto de las tensiones de offset del amplificador 1 en la salida.

c Sirve para que la componente continua de la señal del micrófono no sature elamplificador 1.


a No sirve de nada; hay un filtro antes del amplificador que hace lo mismo.

b Elimina el efecto de las tensiones de offset del operacional 1 en la salida.

c No sirve de nada, el detector de pico posterior es insensible a la continua.


a Necesita una ganancia de 20 V/V (2 V/100 mV).

b Necesita una ganancia de 1,81 V/V (2 V/(1 V + 100 mV)).

c No podemos calcular la ganancia, depende del valor de continua del micrófono.


a No sirve de nada; podemos diseñar el superdiodo de forma que la salida sea la quequeremos.

b Sirve cómo protección por si acaso la tensión del detector de pico se vuelve negativa.

c Sirve para recuperar la pérdida de rango dinámico debido a la tensión umbral deldiodo.


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Documents

Examen 1nalSE-N,diciembre2017 - Academia …...Durante 2 segundos se mide el ruido del corazón — la amplitud de la señal del micrófono — y se tomará este valor como V ref,