Caso práctico: Sistema de alarma de doble entrada usando Puerta OR

Prototipo de Sistema de alarma de doble entrada usando Puerta OR (Maker Style)

Nivel: Básico – Construye un sistema de alerta que activa un LED de advertencia cuando se dispara una señal local o remota.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirás un indicador de alarma digital utilizando una puerta lógica OR 74HC32. El circuito combina dos señales de entrada independientes (que representan un sensor local y un sensor remoto) de modo que si una de ellas o ambas se activan, la salida encenderá un LED de alerta.

Por qué este circuito es útil:
* Sistemas de seguridad: Un único panel de alarma puede monitorear tanto una puerta principal como una puerta trasera.
* Seguridad industrial: Una máquina puede detenerse mediante un botón de parada de emergencia local o una consola de operador remota.
* Monitoreo ambiental: Un sistema puede activar una advertencia unificada si un detector de humo o un sensor de calor detectan una anomalía.

Resultado esperado:
* Con ambos interruptores abiertos (0 V en las entradas), la salida es 0 V y el LED está apagado.
* Cerrar el interruptor local produce 5 V en la primera entrada, forzando la salida a 5 V y encendiendo el LED.
* Cerrar el interruptor remoto produce 5 V en la segunda entrada, forzando la salida a 5 V y encendiendo el LED.
* Cerrar ambos interruptores simultáneamente produce 5 V en ambas entradas, manteniendo la salida de 5 V y conservando el LED encendido.

Público objetivo y nivel: Principiantes y aficionados que están aprendiendo conceptos básicos de lógica digital.

Materiales

  • U1: Puerta OR cuádruple de 2 entradas 74HC32, función: control lógico
  • V1: Fuente de alimentación de 5 V CC, función: fuente de energía
  • SW1: Interruptor SPST, función: disparador de alarma local
  • SW2: Interruptor SPST, función: disparador de alarma remota
  • R1: Resistencia de 10 kΩ, función: pull-down para VA
  • R2: Resistencia de 10 kΩ, función: pull-down para VB
  • R3: Resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente del LED
  • D1: LED rojo, función: indicador de alarma

Pin-out del CI utilizado

74HC32 (Puerta OR cuádruple de 2 entradas)

PinNombreFunción lógicaConexión en este caso
11 AEntrada 1 de la Puerta 1Se conecta al nodo VA (desde SW1)
21BEntrada 2 de la Puerta 1Se conecta al nodo VB (desde SW2)
31YSalida de la Puerta 1Se conecta al nodo VOUT
7GNDTierra / Referencia de 0 VSe conecta al nodo 0
14VCCVoltaje de alimentación positivoSe conecta al nodo VCC

(Nota: Los pines 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12 y 13 pertenecen a las otras tres puertas OR no utilizadas en el encapsulado e idealmente deberían tener sus entradas conectadas a tierra en un diseño permanente, aunque se omiten de esta ruta de señal principal por simplicidad).

Guía de conexionado

  • V1: El terminal positivo se conecta al nodo VCC, el terminal negativo se conecta al nodo 0.
  • SW1: Se conecta entre el nodo VCC y el nodo VA.
  • SW2: Se conecta entre el nodo VCC y el nodo VB.
  • R1: Se conecta entre el nodo VA y el nodo 0.
  • R2: Se conecta entre el nodo VB y el nodo 0.
  • U1: El Pin 14 se conecta al nodo VCC, el Pin 7 se conecta al nodo 0. El Pin 1 se conecta al nodo VA, el Pin 2 se conecta al nodo VB, el Pin 3 se conecta al nodo VOUT.
  • R3: Se conecta entre el nodo VOUT y el nodo VLED.
  • D1: El ánodo se conecta al nodo VLED, el cátodo se conecta al nodo 0.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — PUERTA OR gate
Lectura rápida: entradas → bloque principal → salida (actuador o medida). Resume el esquemático ASCII de la siguiente sección.

Esquemático

VCC --> [ SW1: Local Alarm ] --(VA)-->+---------------------------------> [           ]
                                      |                                   [ U1: Pin 1 ]
              +--> [ R1: 10 kΩ Pull-down ] --> GND [           ]
                                                                          [  74HC32   ] --(VOUT)--> [ R3: 330 Ω ] --(VLED)--> [ D1: Red LED ] --> GND
VCC --> [ SW2: Remote Alarm] --(VB)-->+---------------------------------> [  OR Gate  ]
                                      |                                   [           ]
                                      +--> [ R2: 10 kΩ Pull-down ] --> GND [ U1: Pin 2 ]
                                                                          [           ]
Esquema Eléctrico

Tabla de verdad

Señal local (VA)Señal remota (VB)Salida (VOUT)LED de alarma (D1)
0 (Bajo)0 (Bajo)0 (Bajo)APAGADO
0 (Bajo)1 (Alto)1 (Alto)ENCENDIDO
1 (Alto)0 (Bajo)1 (Alto)ENCENDIDO
1 (Alto)1 (Alto)1 (Alto)ENCENDIDO


Mediciones y pruebas

  1. Verificación de entrada: Usando un multímetro digital (DMM) referenciado al nodo 0, mide el voltaje en los nodos VA y VB. Verifica que marquen aproximadamente 0 V cuando el interruptor respectivo esté abierto, y 5 V cuando esté cerrado.
  2. Verificación de salida: Mide el voltaje en el nodo VOUT. Confirma que marque 0 V solo cuando tanto VA como VB estén a 0 V. Si cualquiera de las entradas o ambas están a 5 V, VOUT debe medir cerca de 5 V.
  3. Confirmación visual: Alterna SW1 y SW2 a través de las cuatro combinaciones posibles enumeradas en la tabla de verdad y confirma que D1 se comporte en consecuencia.
  4. Medición de corriente (Opcional): Coloca tu DMM en serie con R3 para medir la corriente directa del LED. Debería ser de aproximadamente 8-10 mA dependiendo de la caída de voltaje directo del LED.

Netlist SPICE y simulación

Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)

* Dual Input Alarm System using OR Gate
.width out=256

* Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

* Local Alarm Trigger (SW1)
* Modeled as a voltage-controlled switch driven by a pulse to simulate user interaction
SW1 VCC VA ctrl1 0 mySW
Vctrl1 ctrl1 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 50u 100u)

* Remote Alarm Trigger (SW2)
* Modeled as a voltage-controlled switch driven by a pulse to simulate user interaction
SW2 VCC VB ctrl2 0 mySW
Vctrl2 ctrl2 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 100u 200u)

* Switch Model
.model mySW SW(Ron=1 Roff=100Meg Vt=2.5)

* Pull-down resistors
* ... (truncated in public view) ...

Copia este contenido en un archivo .cir y ejecútalo con ngspice.

🔒 Este contenido es premium. Con la suscripción mensual (7 días gratis) podrás desbloquear el material didáctico completo y el pack PDF listo para imprimir.🔓 Desbloquéalo — 7 días gratis
* Dual Input Alarm System using OR Gate
.width out=256

* Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

* Local Alarm Trigger (SW1)
* Modeled as a voltage-controlled switch driven by a pulse to simulate user interaction
SW1 VCC VA ctrl1 0 mySW
Vctrl1 ctrl1 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 50u 100u)

* Remote Alarm Trigger (SW2)
* Modeled as a voltage-controlled switch driven by a pulse to simulate user interaction
SW2 VCC VB ctrl2 0 mySW
Vctrl2 ctrl2 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 100u 200u)

* Switch Model
.model mySW SW(Ron=1 Roff=100Meg Vt=2.5)

* Pull-down resistors
R1 VA 0 10k
R2 VB 0 10k

* 74HC32 Quad 2-input OR gate (using 1 gate)
XU1 VA VB VOUT 0 VCC U_74HC32_OR

* Robust Subcircuit for 74HC32 OR Gate using continuous math functions
.subckt U_74HC32_OR P1 P2 P3 P7 P14
B1 P3 P7 V = V(P14,P7) * (1 - (1 / (1 + exp(50*(V(P1,P7)-V(P14,P7)/2)))) * (1 / (1 + exp(50*(V(P2,P7)-V(P14,P7)/2)))))
.ends

* Output Indicator
R3 VOUT VLED 330
D1 VLED 0 DLED
.model DLED D(IS=1e-15 N=1.8 RS=10)

* Analysis Commands
.tran 1u 300u
.print tran V(VA) V(VB) V(VOUT) V(VLED)
.op

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Análisis: The transient analysis spans 0 s to 300 us and captures the switching interval. Main ranges: v(vout) 2.77e-62 uV -> 5 V; v(va) 500 uV -> 5 V; v(vb) 500 uV -> 5 V.
Show raw data table (412 rows)
Index   time            v(va)           v(vb)           v(vout)         v(vled)
0	0.000000e+00	4.999500e-04	4.999500e-04	2.767481e-68	5.488664e-30
1	1.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	2.767481e-68	4.008316e-41
2	2.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	2.767481e-68	-4.00832e-41
3	4.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	2.767481e-68	-1.46362e-51
4	8.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	2.767481e-68	5.854466e-52
5	1.600000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	2.767481e-68	3.420369e-62
6	3.200000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	2.767481e-68	-8.55089e-63
7	3.562500e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	2.767481e-68	2.767467e-68
8	4.196875e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	2.767481e-68	2.767492e-68
9	4.372461e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	2.767481e-68	2.767481e-68
10	4.679736e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	2.767481e-68	2.767481e-68
11	5.019934e-07	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00	1.503225e+00
12	5.700330e-07	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00	1.502641e+00
13	7.061121e-07	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00	1.502321e+00
14	9.782703e-07	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00	1.502318e+00
15	1.000000e-06	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00	1.502314e+00
16	1.043459e-06	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00	1.502314e+00
17	1.130378e-06	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00	1.502314e+00
18	1.304216e-06	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00	1.502314e+00
19	1.651892e-06	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00	1.502314e+00
20	2.347244e-06	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00	1.502314e+00
21	3.347244e-06	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00	1.502314e+00
22	4.347244e-06	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00	1.502314e+00
23	5.347244e-06	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00	1.502314e+00
... (388 more rows) ...


Netlist SPICE de referencia (ngspice)

* Dual Input Alarm System using OR Gate
.width out=256

* Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

* Local Alarm Trigger (SW1)
* Modeled as a voltage-controlled switch driven by a pulse to simulate user interaction
SW1 VCC VA ctrl1 0 mySW
Vctrl1 ctrl1 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 50u 100u)

* Remote Alarm Trigger (SW2)
* Modeled as a voltage-controlled switch driven by a pulse to simulate user interaction
SW2 VCC VB ctrl2 0 mySW
Vctrl2 ctrl2 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 100u 200u)

* Switch Model
.model mySW SW(Ron=1 Roff=100Meg Vt=2.5)

* Pull-down resistors
R1 VA 0 10k
R2 VB 0 10k

* 74HC32 Quad 2-input OR gate (using 1 gate)
XU1 VA VB VOUT 0 VCC U_74HC32_OR

* Robust Subcircuit for 74HC32 OR Gate using continuous math functions
.subckt U_74HC32_OR P1 P2 P3 P7 P14
B1 P3 P7 V = V(P14,P7) * (1 - (1 / (1 + exp(50*(V(P1,P7)-V(P14,P7)/2)))) * (1 / (1 + exp(50*(V(P2,P7)-V(P14,P7)/2)))))
.ends

* Output Indicator
R3 VOUT VLED 330
D1 VLED 0 DLED
.model DLED D(IS=1e-15 N=1.8 RS=10)

* Analysis Commands
.tran 1u 300u
.print tran V(VA) V(VB) V(VOUT) V(VLED)
.op

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Análisis: The transient analysis spans 0 s to 300 us and captures the switching interval. Main ranges: v(vout) 2.77e-62 uV -> 5 V; v(va) 500 uV -> 5 V; v(vb) 500 uV -> 5 V.

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Entradas flotantes: Olvidar conectar las resistencias de pull-down (R1 y R2). Sin ellas, cuando los interruptores están abiertos, las entradas del 74HC32 actúan como antenas y harán que la salida alterne u oscile aleatoriamente. Utiliza siempre resistencias de pull-down.
  2. Falta de resistencia limitadora de corriente del LED: Conectar el LED directamente desde el pin de salida (nodo VOUT) a tierra. Esto consumirá una corriente excesiva, pudiendo quemar tanto el LED como la etapa de salida del 74HC32. Incluye siempre R3.
  3. Olvidar las conexiones de alimentación del CI: Cablear las entradas y salidas pero olvidar suministrar VCC al pin 14 y GND al pin 7. El CI no puede funcionar sin sus rieles de alimentación conectados.


Solución de problemas

  • Síntoma: El LED siempre está ENCENDIDO, independientemente de las posiciones de los interruptores.
    • Causa: Las entradas están cortocircuitadas permanentemente a VCC, o los interruptores están cableados como «Normalmente cerrados».
    • Solución: Verifica que los interruptores solo puenteen VCC a las entradas cuando se presionan activamente. Asegúrate de que los nodos VA y VB midan 0 V cuando se sueltan los interruptores.
  • Síntoma: El LED nunca se ENCIENDE.
    • Causa: El LED D1 está insertado al revés (polaridad invertida), o el CI no está alimentado.
    • Solución: Comprueba la orientación de D1 (ánodo a R3, cátodo a tierra). Mide el pin 14 en U1 para garantizar que recibe 5 V.
  • Síntoma: El LED parpadea cuando acercas la mano al circuito.
    • Causa: Las entradas están flotantes. Los chips CMOS tienen entradas muy sensibles.
    • Solución: Revisa las conexiones de R1 y R2. Asegúrate de que conectan de forma segura los nodos VA y VB a tierra cuando los interruptores están abiertos.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Integración de alerta audible: Añade un zumbador piezoeléctrico activo de 5 V en paralelo con la combinación LED/resistencia (conectando el cable positivo del zumbador a VOUT y el cable negativo al nodo 0) para proporcionar una alarma tanto visual como audible.
  2. Expansión a una alarma de 3 entradas: Utiliza una segunda puerta OR dentro del mismo chip 74HC32. Conecta VOUT al Pin 4 (2 A), un tercer conjunto de interruptor/pull-down al Pin 5 (2B), y usa el Pin 6 (2Y) para controlar el LED, creando un sistema que monitoree tres zonas distintas.

Más Casos Prácticos en Prometeo.blog

Encuentra este producto y/o libros sobre este tema en Amazon

Ir a Amazon

Como afiliado de Amazon, gano con las compras que cumplan los requisitos. Si compras a través de este enlace, ayudas a mantener este proyecto.

Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Cuál es el objetivo principal del circuito descrito en el artículo?




Pregunta 2: ¿Qué componente lógico principal se utiliza en este caso práctico?




Pregunta 3: ¿Qué representan las dos señales de entrada independientes en el circuito?




Pregunta 4: ¿Qué sucede con el LED si ambos interruptores están abiertos (0 V en las entradas)?




Pregunta 5: ¿Qué ocurre en la salida si se cierra el interruptor local (5 V en la primera entrada)?




Pregunta 6: En un sistema de seguridad, ¿cómo se aplica la lógica de este circuito?




Pregunta 7: ¿Cuál es un ejemplo de uso de este circuito en seguridad industrial?




Pregunta 8: En monitoreo ambiental, ¿qué sensores podrían activar esta advertencia unificada?




Pregunta 9: ¿Qué voltaje se aplica a una entrada cuando se cierra uno de los interruptores?




Pregunta 10: ¿Bajo qué condición se encenderá el LED de alerta en este sistema?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

Sígueme:

Entradas relacionadas

Scroll al inicio