Nivel: Avanzado — Implementar un sistema de seguridad de 4 zonas utilizando lógica OR en cascada para activar una alarma centralizada.

Objetivo y caso de uso

En este proyecto, construirá un sistema de monitoreo de seguridad centralizado que supervisa cuatro puntos de acceso distintos (ventanas o puertas). El sistema utiliza interruptores magnéticos tipo reed y un CI de compuerta OR cuádruple de 2 entradas 74HC32 para consolidar múltiples señales de sensores en un único disparo de alarma.

Por qué es útil:
* Seguridad en el hogar: Monitorea múltiples puntos de entrada (puerta principal, puerta trasera, garaje, ventana) simultáneamente.
* Salas de servidores: Asegura que todas las puertas de los racks estén cerradas; alerta si se vulnera cualquier gabinete individual.
* Seguridad industrial: Evita el funcionamiento de la máquina si cualquier perímetro de protección de seguridad está abierto.

Resultado esperado:
* Estado seguro: Cuando todas las puertas/ventanas están cerradas, el relé permanece apagado (0 V en la bobina).
* Estado de alarma: Si se vulnera cualquier zona individual (o múltiples zonas), el relé se activa.
* Niveles de voltaje: Lógica Baja (≈ 0 V) representa una zona segura; Lógica Alta (≈ 5 V) representa una vulneración.
* Indicación: Un relé hace clic y activa una carga conectada (simulada por un LED de alta potencia o una sirena).

Público objetivo: Estudiantes avanzados de electrónica y prototipadores de sistemas de seguridad.

Materiales

• V1: Fuente de voltaje de 5 V CC, función: Fuente de alimentación principal
• U1: 74HC32, función: CI lógico de compuerta OR cuádruple de 2 entradas
• S1: Interruptor SPST (Reed Switch), función: Sensor de Zona 1 (Normalmente Abierto, cerrado por imán)
• S2: Interruptor SPST (Reed Switch), función: Sensor de Zona 2
• S3: Interruptor SPST (Reed Switch), función: Sensor de Zona 3
• S4: Interruptor SPST (Reed Switch), función: Sensor de Zona 4
• R1: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-up para Zona 1
• R2: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-up para Zona 2
• R3: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-up para Zona 3
• R4: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-up para Zona 4
• R5: Resistencia de 1 kΩ, función: Limitación de corriente de base del transistor
• Q1: Transistor NPN 2N2222, función: Controlador de relé
• D1: Diodo 1N4007, función: Protección flyback para la bobina del relé
• RL1: Relé de 5 V (SPDT), función: Interfaz de conmutación de alta potencia
• C1: Condensador de 100 nF, función: Desacoplo para U1

Pin-out del CI utilizado

Chip: 74HC32 (Compuerta OR cuádruple de 2 entradas)

Nota: Los pines 11, 12 y 13 (Compuerta 4) no se utilizan y deben conectarse a tierra si se siguen estrictamente las mejores prácticas CMOS, aunque a menudo se dejan flotando en prototipos simples.

Guía de conexionado

Este circuito utiliza lógica «Activa Alta» para las alarmas. Los sensores están cableados como Pull-ups. Cuando una puerta está cerrada (imán presente), el interruptor cierra a tierra (Lógica 0). Cuando una puerta se abre, la resistencia tira de la línea hacia VCC (Lógica 1).

• Fuente de alimentación
• El terminal positivo de V1 se conecta al nodo VCC.
• El terminal negativo de V1 se conecta al nodo 0 (GND).

• C1 se conecta entre VCC y 0 (cerca de U1).

• Sensores de zona (Entradas)

• R1 se conecta entre VCC y ZONE1.
• S1 se conecta entre ZONE1 y 0.
• R2 se conecta entre VCC y ZONE2.
• S2 se conecta entre ZONE2 y 0.
• R3 se conecta entre VCC y ZONE3.
• S3 se conecta entre ZONE3 y 0.
• R4 se conecta entre VCC y ZONE4.

• S4 se conecta entre ZONE4 y 0.

• Procesamiento lógico (En cascada)

• U1 Pin 1 (1A) se conecta a ZONE1.
• U1 Pin 2 (1B) se conecta a ZONE2.
• U1 Pin 3 (1Y) se conecta a INT_A.
• U1 Pin 4 (2A) se conecta a ZONE3.
• U1 Pin 5 (2B) se conecta a ZONE4.
• U1 Pin 6 (2Y) se conecta a INT_B.
• U1 Pin 9 (3A) se conecta a INT_A.
• U1 Pin 10 (3B) se conecta a INT_B.

• U1 Pin 8 (3Y) se conecta a LOGIC_OUT.

• Etapa controladora de salida

• R5 se conecta entre LOGIC_OUT y el nodo BASE.
• La Base de Q1 se conecta a BASE.
• El Emisor de Q1 se conecta a 0.
• El Colector de Q1 se conecta al nodo RELAY_COIL_NEG.
• El positivo de la bobina de RL1 se conecta a VCC.
• El negativo de la bobina de RL1 se conecta a RELAY_COIL_NEG.
• El Ánodo de D1 se conecta a RELAY_COIL_NEG.
• El Cátodo de D1 se conecta a VCC (En paralelo a la bobina, polarización inversa).

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

Title: Practical case: Multi-perimeter intrusion detection

      [ INPUT STAGE ]                  [ LOGIC STAGE (U1: 74HC32) ]                 [ OUTPUT STAGE ]

   (VCC)                                                                               (VCC)
     |                                                                                   |
   [ R1 ]                                                                            +---+---+
     +----(Zone 1)-------->+-------------+                                           |       |
     |                     |  OR GATE 1  |                                         [D1]    [RL1]
   [ S1 ]                  | (Pins 1,2)  |--(Int A)------>+                        (Diode) (Coil)
     |                     +-------------+                |                          |       |
   (GND)                   ^                              |                          +---+---+
                           |                              |                              |
   (VCC)                   |                              v                              |
     |                     |                       +-------------+                       |
   [ R2 ]                  |                       |  OR GATE 3  |                       |
     +----(Zone 2)---------+                       | (Pins 9,10) |                       |
     |                                             +-------------+                       |
   [ S2 ]                                                 |                              |
     |                                                    +----(Logic Out)--> [ R5 ] --> +
   (GND)                                                  ^                              |
                                                          |                         [ Q1 Base ]
   (VCC)                                                  |                              |
     |                                                    |                        [ Q1 (NPN) ]
   [ R3 ]                                                 |                              |
     +----(Zone 3)-------->+-------------+                |                         (Emitter)
     |                     |  OR GATE 2  |                |                              |
   [ S3 ]                  | (Pins 4,5)  |--(Int B)-------+                            (GND)
     |                     +-------------+
   (GND)                   ^
                           |
   (VCC)                   |
     |                     |
   [ R4 ]                  |
+----(Zone 4)---------+
     |
   [ S4 ]
     |
   (GND)

Tabla de verdad

La lógica está en cascada. Las compuertas 1 y 2 manejan las zonas; la compuerta 3 combina sus resultados.
Lógica 0 = Seguro (Puerta cerrada). Lógica 1 = Vulneración (Puerta abierta).

Nota: Cualquier combinación que contenga al menos un «1» da como resultado una Salida final de «1».

Mediciones y pruebas

1. Verificación de lógica estática:
   • Asegúrese de que todos los interruptores estén cerrados (imanes presentes). Mida el voltaje en LOGIC_OUT. Debería ser < 0.1 V.
   • Abra solo el interruptor S1. Mida el voltaje en ZONE1 (debería ser ≈ 5 V) y LOGIC_OUT (debería ser ≈ 5 V).
   • Verifique que el relé haga clic (se ENCIENDA).
2. Verificación de umbral:
   • Con S1 abierto, mida el voltaje en el nodo BASE (Base de Q1). Debería ser aprox. 0.7 V (Vbe del transistor).
3. Verificación de cascada:
   • Cierre S1 (Seguro). Abra S3.
   • Verifique que INT_A esté en Bajo (0 V) e INT_B esté en Alto (5 V).
   • Verifique que LOGIC_OUT permanezca en Alto.

Netlist SPICE y simulación

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

* Multi-perimeter intrusion detection
* NGSPICE Netlist
* Created based on Bill of Materials and Wiring Guide

* =============================================================================
* COMPONENT MODELS
* =============================================================================

* NPN Transistor Model (2N2222)
.model 2N2222 NPN(Is=14.34f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=74.03 Bf=255.9 Ne=1.307 Ise=14.34f 
+ Ikf=.2847 Xtb=1.5 Br=6.092 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=1 Cjc=7.306p Mjc=.3416 Vjc=.75 
+ Fc=.5 Cje=22.01p Mje=.377 Vje=.75 Tr=46.91n Tf=411.1p Itf=.6 Vtf=1.7 Xtf=3 Rb=10)

* Diode Model (1N4007)
.model 1N4007 D(IS=7.027n RS=0.034 N=1.26 TT=4.32u CJO=4p)

* Voltage Controlled Switch Model (for Reed Switches)
* Vt=2.5V: Control > 2.5V is CLOSED (Low R), Control < 2.5V is OPEN (High R)
.model SW_REED SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=10Meg)

* ... (truncated in public view) ...

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* NGSPICE Netlist
* Created based on Bill of Materials and Wiring Guide

* =============================================================================
* COMPONENT MODELS
* =============================================================================

* NPN Transistor Model (2N2222)
.model 2N2222 NPN(Is=14.34f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=74.03 Bf=255.9 Ne=1.307 Ise=14.34f 
+ Ikf=.2847 Xtb=1.5 Br=6.092 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=1 Cjc=7.306p Mjc=.3416 Vjc=.75 
+ Fc=.5 Cje=22.01p Mje=.377 Vje=.75 Tr=46.91n Tf=411.1p Itf=.6 Vtf=1.7 Xtf=3 Rb=10)

* Diode Model (1N4007)
.model 1N4007 D(IS=7.027n RS=0.034 N=1.26 TT=4.32u CJO=4p)

* Voltage Controlled Switch Model (for Reed Switches)
* Vt=2.5V: Control > 2.5V is CLOSED (Low R), Control < 2.5V is OPEN (High R)
.model SW_REED SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=10Meg)

* =============================================================================
* POWER SUPPLY
* =============================================================================
V1 VCC 0 DC 5

* =============================================================================
* SENSORS (ZONES 1-4)
* Logic: Door Closed (Magnet Present) -> Switch Closed to GND -> Zone Low (Safe)
*        Door Open (Magnet Removed) -> Switch Open -> Zone Pulled High (Alarm)
* Simulation: Control Voltage 5V = Door Closed. Control Voltage 0V = Door Open.
* =============================================================================

* --- ZONE 1 ---
R1 VCC ZONE1 10k
S1 ZONE1 0 CTRL1 0 SW_REED
* Stimulus: Door 1 opens briefly at 100us
V_S1_CTRL CTRL1 0 PULSE(5 0 100u 1u 1u 50u 10m)

* --- ZONE 2 ---
R2 VCC ZONE2 10k
S2 ZONE2 0 CTRL2 0 SW_REED
* Stimulus: Door 2 opens briefly at 300us
V_S2_CTRL CTRL2 0 PULSE(5 0 300u 1u 1u 50u 10m)

* --- ZONE 3 ---
R3 VCC ZONE3 10k
S3 ZONE3 0 CTRL3 0 SW_REED
* Stimulus: Door 3 opens briefly at 500us
V_S3_CTRL CTRL3 0 PULSE(5 0 500u 1u 1u 50u 10m)

* --- ZONE 4 ---
R4 VCC ZONE4 10k
S4 ZONE4 0 CTRL4 0 SW_REED
* Stimulus: Door 4 opens briefly at 700us
V_S4_CTRL CTRL4 0 PULSE(5 0 700u 1u 1u 50u 10m)

* =============================================================================
* LOGIC PROCESSING (U1: 74HC32 Quad OR Gate)
* =============================================================================

* Subcircuit for 74HC32 using robust behavioral sources (tanh)
* Pinout: 1=1A, 2=1B, 3=1Y, 4=2A, 5=2B, 6=2Y, 7=GND, 8=3Y, 9=3A, 10=3B, 11=4Y, 12=4A, 13=4B, 14=VCC
.subckt 74HC32 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 3Y 3A 3B 4Y 4A 4B VCC
    * Gate 1 (1A, 1B -> 1Y)
    B1 1Y GND V = 2.5 * (1 + tanh(10 * (V(1A) + V(1B) - 2.5)))
    * Gate 2 (2A, 2B -> 2Y)
    B2 2Y GND V = 2.5 * (1 + tanh(10 * (V(2A) + V(2B) - 2.5)))
    * Gate 3 (3A, 3B -> 3Y)
    B3 3Y GND V = 2.5 * (1 + tanh(10 * (V(3A) + V(3B) - 2.5)))
    * Gate 4 (4A, 4B -> 4Y) - Unused but modeled
    B4 4Y GND V = 2.5 * (1 + tanh(10 * (V(4A) + V(4B) - 2.5)))
.ends

* Decoupling Capacitor for U1
C1 VCC 0 100n

* Instantiate U1
* Connections based on Wiring Guide:
* 1->ZONE1, 2->ZONE2, 3->INT_A
* 4->ZONE3, 5->ZONE4, 6->INT_B
* 9->INT_A, 10->INT_B, 8->LOGIC_OUT
* 14->VCC, 7->0
* Unused inputs (12, 13) grounded to avoid floating nodes
XU1 ZONE1 ZONE2 INT_A ZONE3 ZONE4 INT_B 0 LOGIC_OUT INT_A INT_B NC_4Y 0 0 VCC 74HC32

* =============================================================================
* OUTPUT DRIVER STAGE
* =============================================================================

* Base Resistor
R5 LOGIC_OUT BASE 1k

* Driver Transistor Q1
Q1 RELAY_COIL_NEG BASE 0 2N2222

* Relay RL1 (Modeled as Coil Inductance + Resistance)
* Coil Positive -> VCC, Negative -> Collector
L_RL1 VCC RELAY_NODE_INT 100m
R_RL1 RELAY_NODE_INT RELAY_COIL_NEG 70

* Flyback Diode D1 (Parallel to coil, Reverse Biased)
* Anode -> Collector (Low side), Cathode -> VCC
D1 RELAY_COIL_NEG VCC 1N4007

* =============================================================================
* SIMULATION COMMANDS
* =============================================================================

.tran 10u 1000u

* Print required signals for validation
.print tran V(ZONE1) V(ZONE2) V(INT_A) V(INT_B) V(LOGIC_OUT) V(RELAY_COIL_NEG)

.op
.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (742 rows)

Index   time            v(zone1)        v(zone2)        v(int_a)
0	0.000000e+00	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
1	1.000000e-07	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
2	2.000000e-07	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
3	4.000000e-07	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
4	8.000000e-07	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
5	1.600000e-06	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
6	3.200000e-06	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
7	6.400000e-06	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
8	1.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
9	2.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
10	3.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
11	4.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
12	5.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
13	6.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
14	7.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
15	8.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
16	9.280000e-05	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
17	1.000000e-04	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
18	1.001000e-04	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
19	1.002600e-04	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
20	1.003075e-04	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
21	1.003906e-04	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
22	1.004136e-04	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
23	1.004539e-04	4.999950e-05	4.999950e-05	0.000000e+00
... (718 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Manejar directamente el relé con el CI:
   • Error: Conectar la bobina del relé directamente al pin de salida del 74HC32. El chip no puede suministrar suficiente corriente (generalmente máx. 25 mA, mientras que los relés necesitan 70 mA+).
   • Solución: Utilice siempre un transistor (Q1) como etapa controladora.
2. Omitir el diodo flyback (D1):
   • Error: Omitir D1 a través de la bobina del relé.
   • Consecuencia: El pico de alto voltaje generado cuando el relé se apaga puede destruir el transistor Q1.
3. Entradas flotantes:
   • Error: Olvidar las resistencias pull-up (R1-R4) o la conexión a tierra en los interruptores.
   • Consecuencia: Las entradas CMOS flotarán, causando alarmas erráticas o conmutaciones aleatorias debido al ruido electromagnético.

Solución de problemas

• Síntoma: El relé castañetea (clic rápido) o se activa aleatoriamente.
  • Causa: Fuente de alimentación ruidosa o pin de entrada flotante.
  • Solución: Verifique que C1 esté instalado. Verifique que todas las entradas no utilizadas (si las hay) estén conectadas a GND. Asegúrese de que las resistencias pull-up R1-R4 estén conectadas de forma segura.
• Síntoma: La alarma no se activa cuando se abre la Puerta 1.
  • Causa: El interruptor está atascado en «Cerrado» o error de cableado en el pin 1/2 de U1.
  • Solución: Mida el voltaje en ZONE1. Si permanece en 0 V cuando la puerta se abre, falta la pull-up R1 o está en cortocircuito a tierra.
• Síntoma: El transistor Q1 se calienta o falla instantáneamente.
  • Causa: Falta la resistencia de base R5.
  • Solución: Asegúrese de que R5 (1 kΩ) esté en serie con la base para limitar la corriente.

Posibles mejoras y extensiones

1. Alarma con enclavamiento: Agregue un flip-flop o bucle de retroalimentación (lógica SCR) para que, una vez que se active la alarma, permanezca encendida incluso si el intruso cierra la puerta nuevamente. Se requeriría un botón de reinicio.
2. Indicadores de zona: Agregue un LED individual con buffer desde los nodos ZONE1 hasta ZONE4. Esto permite al usuario ver exactamente qué ventana o puerta específica causó la alarma.

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

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

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¿Quiénes somos?

Nivel: Avanzado — Diseñar un circuito para aprobar una moción si al menos uno de tres jueces emite un voto positivo, integrando lógica combinacional y eliminación de rebotes (debouncing).

Objetivo y caso de uso

Construirás un circuito lógico digital que procesa señales de tres interruptores momentáneos independientes que representan a los jueces. El sistema utiliza una topología OR en cascada para activar un indicador visual si cualquier entrada individual (o combinación de entradas) está activa.

Por qué es útil:
* Enclavamientos de seguridad: Se utiliza una lógica similar en protecciones de máquinas donde romper cualquier haz de luz o abrir cualquier puerta debe activar una parada o alarma.
* Detección de fallos: En los tableros de instrumentos de automóviles, múltiples sensores (aceite, presión de neumáticos, calor del motor) alimentan una luz de advertencia central (Check Engine) a través de lógica OR.
* Control de acceso: Sistemas donde múltiples credenciales diferentes (tarjeta, código o biométrico) pueden otorgar entrada a la misma puerta.
* Solicitudes de interrupción: En microcontroladores, múltiples periféricos pueden activar una sola línea de interrupción a la CPU utilizando esta lógica.

Resultado esperado:
* El LED de salida se ENCIENDE (Lógica Alta) si el Juez A, el Juez B, el Juez C, o cualquier combinación presiona su botón.
* El LED de salida permanece APAGADO (Lógica Baja) solo cuando todos los botones están liberados.
* Las señales de entrada son acondicionadas (anti-rebote) para evitar el parpadeo rápido causado por el rebote mecánico del interruptor.
* Verificación de la propagación de la señal a través de puertas lógicas en cascada.

Público objetivo: Estudiantes de ingeniería y entusiastas avanzados de la electrónica.

Materiales

• V1: Fuente de alimentación de 5 V CC
• S1: Pulsador momentáneo (Normalmente Abierto), función: Entrada Juez A
• S2: Pulsador momentáneo (Normalmente Abierto), función: Entrada Juez B
• S3: Pulsador momentáneo (Normalmente Abierto), función: Entrada Juez C
• R1: Resistencia de 10 kΩ, función: pull-down para el Nodo A
• R2: Resistencia de 10 kΩ, función: pull-down para el Nodo B
• R3: Resistencia de 10 kΩ, función: pull-down para el Nodo C
• R4: Resistencia de 1 kΩ, función: resistencia serie para anti-rebote RC (Entrada A)
• R5: Resistencia de 1 kΩ, función: resistencia serie para anti-rebote RC (Entrada B)
• R6: Resistencia de 1 kΩ, función: resistencia serie para anti-rebote RC (Entrada C)
• C1: Condensador de 100 nF, función: filtrado de rebotes (Entrada A)
• C2: Condensador de 100 nF, función: filtrado de rebotes (Entrada B)
• C3: Condensador de 100 nF, función: filtrado de rebotes (Entrada C)
• U1: 74HC32 (CI de 4 puertas OR de 2 entradas)
• R7: Resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente del LED
• D1: LED rojo, función: indicador de resultado

Pin-out del CI utilizado

Chip seleccionado: 74HC32 (Cuádruple puerta OR de 2 entradas).
Nota: Dado que tenemos 3 entradas y el chip contiene puertas de 2 entradas, conectaremos en cascada dos puertas para crear la función lógica $Y = (A + B) + C$.

Guía de conexionado

Esta guía utiliza nombres de nodos compatibles con SPICE.
* Fuente de alimentación:
* V1 conecta entre el nodo VCC y el nodo 0 (GND).
* U1 pin 14 conecta a VCC.
* U1 pin 7 conecta a 0.

• Etapa de entrada (Juez A) – Pull-down y Anti-rebote:
• S1 conecta entre VCC y el nodo RAW_A.
• R1 conecta entre RAW_A y 0.
• R4 conecta entre RAW_A y el nodo IN_A.

• C1 conecta entre IN_A y 0.

• Etapa de entrada (Juez B) – Pull-down y Anti-rebote:

• S2 conecta entre VCC y el nodo RAW_B.
• R2 conecta entre RAW_B y 0.
• R5 conecta entre RAW_B y el nodo IN_B.

• C2 conecta entre IN_B y 0.

• Etapa de entrada (Juez C) – Pull-down y Anti-rebote:

• S3 conecta entre VCC y el nodo RAW_C.
• R3 conecta entre RAW_C y 0.
• R6 conecta entre RAW_C y el nodo IN_C.

• C3 conecta entre IN_C y 0.

• Procesamiento lógico (OR en cascada):

• U1 pin 1 conecta a IN_A.
• U1 pin 2 conecta a IN_B.
• U1 pin 3 (Salida Puerta 1) conecta al nodo GATE1_OUT.
• U1 pin 4 conecta al nodo GATE1_OUT (Señal en cascada).
• U1 pin 5 conecta a IN_C.

• U1 pin 6 (Salida Final) conecta al nodo LOGIC_OUT.

• Etapa de salida:

• R7 conecta entre LOGIC_OUT y el nodo LED_ANODE.
• D1 conecta entre LED_ANODE (Ánodo) y 0 (Cátodo).

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

[ INPUT / CONDITIONING ]                  [ LOGIC PROCESSING (74HC32) ]             [ OUTPUT ]

                                                +-------------------------+
    [ S1: Judge A ]                             |        U1: Gate 1       |
    (VCC -> RAW_A) -> [ R1/R4/C1 ] --(Pin 1)--->| Input A                 |
                      (Debounce)                |           OR            |
                                                | Input B       (Output)  |
    [ S2: Judge B ]                    +------->| Pin 2          Pin 3    |--+
    (VCC -> RAW_B) -> [ R2/R5/C2 ] ----+        +-------------------------+  |
                      (Debounce)                                             |
                                                                             |
                                                                             |
                                                +-------------------------+  |
                                                |        U1: Gate 2       |  |
                                                | (Cascade In)   Pin 4    |< +
                                                |           OR            |
    [ S3: Judge C ]                    +------->| Input C        (Output) |
    (VCC -> RAW_C) -> [ R3/R6/C3 ] ----+        | Pin 5          Pin 6    |-----> [ R7: 330 Ohm ]
                      (Debounce)                +-------------------------+           |
                                                                                      v
                                                                                 [ D1: Red LED ]
                                                                                      |
                                                                                      v
                                                                                     GND

Tabla de verdad

El sistema crea una función OR de 3 entradas: $Q = A + B + C$.

Mediciones y pruebas

1. Comprobación lógica estática: Asegúrate de que no haya botones presionados. Mide el voltaje en el Pin 6 de U1. Debería estar cerca de 0 V. Presiona S1. El voltaje debería subir a ~5 V. Repite para S2 y S3 individualmente.
2. Validación de anti-rebote: Conecta un osciloscopio a RAW_A y IN_A. Presiona S1. RAW_A puede mostrar picos de voltaje agudos/ruido al contacto. IN_A debería mostrar una curva de ascenso exponencial suave, filtrando el ruido antes de que llegue a la puerta lógica.
3. Retardo en cascada: Esta es una medición avanzada. Mide el retardo de propagación entre IN_A y LOGIC_OUT frente a IN_C y LOGIC_OUT. Debido a que IN_A debe pasar por dos puertas (Puerta 1 y luego Puerta 2), el retardo de propagación total será ligeramente mayor que IN_C, que solo pasa por la Puerta 2.

Netlist SPICE y simulación

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

* Simple electronic voting system
* Based on Practical Case BOM and Wiring Guide

* --- Power Supply ---
* V1 connects between node VCC and node 0 (GND).
V1 VCC 0 DC 5

* --- User Input Stimuli (Button Presses) ---
* We simulate the physical push-buttons using Voltage Controlled Switches (S1-S3)
* controlled by independent PULSE sources (V_CTRL_A, etc.) to mimic user behavior.
* The timing is staggered to test inputs A, B, and C sequentially with sufficient 
* time for the RC debounce circuits to charge and discharge.

* Judge A: Press at 1ms, hold for 2ms (releases at 3ms)
V_CTRL_A CTRL_A 0 PULSE(0 5 1m 1u 1u 2m 20m)

* Judge B: Press at 6ms, hold for 2ms (releases at 8ms)
V_CTRL_B CTRL_B 0 PULSE(0 5 6m 1u 1u 2m 20m)

* Judge C: Press at 11ms, hold for 2ms (releases at 13ms)
* ... (truncated in public view) ...

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* Simple electronic voting system
* Based on Practical Case BOM and Wiring Guide

* --- Power Supply ---
* V1 connects between node VCC and node 0 (GND).
V1 VCC 0 DC 5

* --- User Input Stimuli (Button Presses) ---
* We simulate the physical push-buttons using Voltage Controlled Switches (S1-S3)
* controlled by independent PULSE sources (V_CTRL_A, etc.) to mimic user behavior.
* The timing is staggered to test inputs A, B, and C sequentially with sufficient 
* time for the RC debounce circuits to charge and discharge.

* Judge A: Press at 1ms, hold for 2ms (releases at 3ms)
V_CTRL_A CTRL_A 0 PULSE(0 5 1m 1u 1u 2m 20m)

* Judge B: Press at 6ms, hold for 2ms (releases at 8ms)
V_CTRL_B CTRL_B 0 PULSE(0 5 6m 1u 1u 2m 20m)

* Judge C: Press at 11ms, hold for 2ms (releases at 13ms)
V_CTRL_C CTRL_C 0 PULSE(0 5 11m 1u 1u 2m 20m)

* --- Input Stage: Judge A ---
* S1 connects between VCC and node RAW_A
S1 VCC RAW_A CTRL_A 0 SW_PB
* R1 (10k) pull-down for Node A (RAW_A to 0)
R1 RAW_A 0 10k
* R4 (1k) RC debounce series resistance (RAW_A to IN_A)
R4 RAW_A IN_A 1k
* C1 (100nF) debounce filtering (IN_A to 0)
C1 IN_A 0 100n

* --- Input Stage: Judge B ---
* S2 connects between VCC and node RAW_B
S2 VCC RAW_B CTRL_B 0 SW_PB
* R2 (10k) pull-down for Node B (RAW_B to 0)
R2 RAW_B 0 10k
* R5 (1k) RC debounce series resistance (RAW_B to IN_B)
R5 RAW_B IN_B 1k
* C2 (100nF) debounce filtering (IN_B to 0)
C2 IN_B 0 100n

* --- Input Stage: Judge C ---
* S3 connects between VCC and node RAW_C
S3 VCC RAW_C CTRL_C 0 SW_PB
* R3 (10k) pull-down for Node C (RAW_C to 0)
R3 RAW_C 0 10k
* R6 (1k) RC debounce series resistance (RAW_C to IN_C)
R6 RAW_C IN_C 1k
* C3 (100nF) debounce filtering (IN_C to 0)
C3 IN_C 0 100n

* --- Logic Processing: U1 (74HC32 Quad 2-Input OR Gate) ---
* Implemented using Behavioral Voltage Sources (B-sources) for robust simulation.
* Logic Transfer Function: Continuous Sigmoid approximation of OR gate.
* Vout = VCC * Sigmoid( max(Input1, Input2) - Threshold )
* Threshold set to 2.5V (Mid-rail).
* U1 Pin 14 (VCC) and Pin 7 (GND) are functionally represented by the V(VCC) term and node 0 reference.

* Gate 1: Inputs IN_A (Pin 1), IN_B (Pin 2) -> Output GATE1_OUT (Pin 3)
* Corresponds to wiring: U1 pin 1 to IN_A, U1 pin 2 to IN_B, U1 pin 3 to GATE1_OUT
B_U1_G1 GATE1_OUT 0 V = V(VCC) * (1 / (1 + exp(-20 * (max(V(IN_A), V(IN_B)) - 2.5))))

* Cascading Connection:
* Wiring: U1 pin 4 connects to node GATE1_OUT.

* Gate 2: Inputs GATE1_OUT (Pin 4), IN_C (Pin 5) -> Output LOGIC_OUT (Pin 6)
* Corresponds to wiring: U1 pin 4 to GATE1_OUT, U1 pin 5 to IN_C, U1 pin 6 to LOGIC_OUT
B_U1_G2 LOGIC_OUT 0 V = V(VCC) * (1 / (1 + exp(-20 * (max(V(GATE1_OUT), V(IN_C)) - 2.5))))

* --- Output Stage ---
* R7 connects between LOGIC_OUT and node LED_ANODE
R7 LOGIC_OUT LED_ANODE 330
* D1 connects between LED_ANODE (Anode) and 0 (Cathode)
D1 LED_ANODE 0 D_LED

* --- Models ---
* Switch model for push buttons (Active High control)
.model SW_PB SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=10Meg)
* Generic LED model (Red)
.model D_LED D(IS=1n N=2 RS=10 BV=5)

* --- Simulation Directives ---
* Transient analysis for 15ms to capture all button presses and RC discharge curves.
* Step size 10us is sufficient for the 100us/1.1ms time constants.
.tran 10u 15m

* Print required nodes for validation
.print tran V(IN_A) V(IN_B) V(IN_C) V(GATE1_OUT) V(LOGIC_OUT) V(LED_ANODE)

.op
.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (3274 rows)

Index   time            v(in_a)         v(in_b)         v(in_c)
0	0.000000e+00	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
1	1.000000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
2	2.000000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
3	4.000000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
4	8.000000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
5	1.600000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
6	3.200000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
7	6.400000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
8	1.280000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
9	2.280000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
10	3.280000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
11	4.280000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
12	5.280000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
13	6.280000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
14	7.280000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
15	8.280000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
16	9.280000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
17	1.028000e-04	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
18	1.128000e-04	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
19	1.228000e-04	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
20	1.328000e-04	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
21	1.428000e-04	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
22	1.528000e-04	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
23	1.628000e-04	4.995005e-03	4.995005e-03	4.995005e-03
... (3250 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Entradas flotantes: No instalar las resistencias pull-down (R1, R2, R3). Sin ellas, las entradas del 74HC32 actúan como antenas, haciendo que el LED parpadee aleatoriamente o se quede atascado en Alto. Solución: Siempre referencia las entradas a GND cuando el interruptor esté abierto.
2. Ignorar el pinout: Conectar la Entrada C al Pin 3 (que es una salida). Esto crea un cortocircuito cuando la puerta intenta conducir a Bajo mientras el botón conduce a Alto. Solución: Comprueba dos veces el diagrama de pines en la hoja de datos antes de encender.
3. Constante de tiempo RC excesiva: Usar un condensador demasiado grande (por ejemplo, 100 µF) para el circuito de anti-rebote. Esto crea un aumento de voltaje muy lento que hace que la puerta digital oscile linealmente durante el cruce del umbral. Solución: Cíñete a 100 nF – 1 µF para entradas lógicas simples.

Solución de problemas

• El LED está siempre ENCENDIDO: Comprueba las resistencias pull-down. Si el voltaje medido en los pines 1, 2 o 5 es flotante (no 0 V), la puerta lo interpreta como Lógica Alta.
• El LED no se enciende para el Juez A o B: Verifica la conexión en cascada. El Pin 3 (Salida de la primera puerta) debe estar físicamente cableado al Pin 4 (Entrada de la segunda puerta).
• Comportamiento errático al tocar los cables: Indica falta de conexiones a tierra en entradas no utilizadas (si las hay) o entradas operativas flotantes. Asegúrate de que todas las tierras compartan un punto común.
• La puerta se calienta: Comprueba si hay cortocircuitos de salida a salida o de salida a VCC. Desconecta la alimentación inmediatamente.

Posibles mejoras y extensiones

1. Extensión de voto por mayoría: Modificar la lógica para requerir al menos dos votos positivos para aprobar la moción (utilizando una combinación de puertas AND y OR: $AB + BC + AC$).
2. Funcionalidad de cerrojo (Latch): Añadir un Flip-Flop D (por ejemplo, 74HC74) después de la salida. Una vez aprobada la moción (LED ENCENDIDO), la luz permanece ENCENDIDA hasta que un supervisor presione un botón dedicado de «Reset».

Más Casos Prácticos en Prometeo.blog

Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

¿Quiénes somos?

Nivel: Medio. Implementar un sistema de seguridad que detenga una cinta transportadora si el sensor de temperatura O el sensor de atasco detectan una anomalía.

Objetivo y caso de uso

Construirás un circuito de control lógico utilizando una puerta OR para combinar señales de dos sensores de seguridad distintos (Temperatura y Atasco Óptico). Cuando cualquiera de los sensores detecte una falla (Lógica Alta), el sistema emitirá una señal activa para activar un indicador o un mecanismo de parada.

Por qué es útil:
* Seguridad industrial: Evita que la maquinaria opere bajo condiciones peligrosas.
* Protección de equipos: Detiene los motores inmediatamente si se sobrecalientan para prevenir daños permanentes.
* Eficiencia del proceso: Detecta atascos físicos en las cintas transportadoras automáticamente, reduciendo el desperdicio.
* Redundancia: Permite que múltiples tipos de errores diferentes activen la misma rutina de parada de emergencia.

Resultado esperado:
* Sistema en espera: Cuando ambos sensores están en Bajo (0 V), el LED de salida está APAGADO.
* Falla de temperatura: Si el sensor de temperatura se activa (Alto/5 V), el LED se ENCIENDE.
* Falla de atasco: Si el sensor de atasco se activa (Alto/5 V), el LED se ENCIENDE.
* Falla crítica: Si ambos sensores se activan simultáneamente, el LED permanece ENCENDIDO.

Público objetivo y nivel: Estudiantes de electrónica y aficionados, Nivel Medio.

Materiales

• V1: Fuente de alimentación de 5 V CC, función: Alimentación del circuito principal.
• U1: 74HC32, función: CI de cuádruple puerta OR de 2 entradas.
• S1: Interruptor de palanca SPST, función: Simula el Sensor de Temperatura (Abierto=Normal, Cerrado=Sobrecalentamiento).
• S2: Interruptor de palanca SPST, función: Simula el Sensor de Atasco (Abierto=Despejado, Cerrado=Atasco).
• R1: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-down para la Entrada de Temperatura.
• R2: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-down para la Entrada de Atasco.
• R3: Resistencia de 330 Ω, función: Limitación de corriente para el indicador LED.
• D1: LED rojo, función: Indicador visual de falla.

Pin-out del CI utilizado

Chip seleccionado: 74HC32 (Cuádruple puerta OR de 2 entradas)

Guía de conexionado

• VCC: Conectar el terminal positivo de V1 al pin 14 de U1.
• 0 (GND): Conectar el terminal negativo de V1 al pin 7 de U1.
• VA (Señal Temp): Conectar el terminal 2 de S1 al pin 1 de U1.
• VA (Señal Temp): Conectar R1 entre el pin 1 de U1 y 0.
• VCC: Conectar el terminal 1 de S1 a VCC.
• VB (Señal Atasco): Conectar el terminal 2 de S2 al pin 2 de U1.
• VB (Señal Atasco): Conectar R2 entre el pin 2 de U1 y 0.
• VCC: Conectar el terminal 1 de S2 a VCC.
• V_OUT: Conectar el pin 3 de U1 al terminal 1 de R3.
• LED_NODE: Conectar el terminal 2 de R3 al Ánodo de D1.
• 0 (GND): Conectar el Cátodo de D1 a 0.

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

Title: Production Line Fault Monitoring (OR Logic)

      [ INPUT SENSORS ]                       [ LOGIC PROCESSING ]                 [ VISUAL OUTPUT ]

                                                 (Pin 14: VCC)
                                                       |
                                                       v
[ VCC ] --> [ S1: Temp Switch ] --+--(Pin 1)-->+---------------+
                                  |            |               |
                             [ R1: 10k ]       |   U1: 74HC32  |
                                  |            |   (OR Gate)   |--(Pin 3)--> [ R3: 330 ] --> [ D1: LED ] --> [ GND ]
                               [ GND ]         |               |
                                               |               |
[ VCC ] --> [ S2: Jam Switch  ] --+--(Pin 2)-->+---------------+
                                  |                    ^
                             [ R2: 10k ]               |
                                  |               (Pin 7: GND)
                               [ GND ]

Tabla de verdad

Este circuito utiliza lógica positiva (Activo en Alto).

Mediciones y pruebas

1. Verificación en espera: Asegúrese de que ambos interruptores S1 y S2 estén abiertos. Mida el voltaje en el Pin 3 de U1 con respecto a GND. Debería ser ~0 V. El LED debería estar APAGADO.
2. Simulación de falla de temperatura: Cierre S1 mientras mantiene S2 abierto. Mida el voltaje en el Pin 1 (Entrada A). Debería ser 5 V. La Salida en el Pin 3 debería pasar a Alto (~5 V) y el LED debe encenderse.
3. Simulación de falla de atasco: Abra S1 y cierre S2. Mida el voltaje en el Pin 2 (Entrada B). Debería ser 5 V. El LED debe encenderse.
4. Falla simultánea: Cierre tanto S1 como S2. El LED debe permanecer ENCENDIDO.

Netlist SPICE y simulación

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

* Practical case: Production Line Fault Monitoring

* --- Component Models ---
* Generic Red LED Model
.model DLED D (IS=1e-14 N=2 RS=10 BV=5 IBV=10u CJO=10p)

* --- Subcircuits ---
* 74HC32 Quad 2-input OR Gate
* Pinout: 1=InputA, 2=InputB, 3=Output, 7=GND, 14=VCC
* Implemented using a robust behavioral source with continuous functions
.subckt 74HC32 1 2 3 7 14
* Logic: Output = VCC if (A > 2.5V OR B > 2.5V)
* Using sigmoid function for smooth convergence: S(x) = 1/(1+exp(-k*(x-thresh)))
* max(V(1), V(2)) selects the higher voltage to compare against threshold (2.5V)
B_OR 3 7 V = V(14) * (1 / (1 + exp(-20 * (max(V(1), V(2)) - 2.5))))
.ends

* --- Main Power Supply ---
* V1: 5V DC Supply
* Wiring: Positive -> Node 14 (VCC), Negative -> Node 0 (GND)
V1 14 0 DC 5

* --- Input Sensors (Simulated Switches) ---
* S1: Temperature Sensor Switch
* Wiring: Connects VCC to VA (Pin 1). Modeled as Pulse Source to simulate toggling.
* Logic Sequence: High (Overheat) / Low (Normal)
VS1 VA 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 200u 400u)

* S2: Jam Sensor Switch
* Wiring: Connects VCC to VB (Pin 2). Modeled as Pulse Source with faster period.
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Production Line Fault Monitoring

* --- Component Models ---
* Generic Red LED Model
.model DLED D (IS=1e-14 N=2 RS=10 BV=5 IBV=10u CJO=10p)

* --- Subcircuits ---
* 74HC32 Quad 2-input OR Gate
* Pinout: 1=InputA, 2=InputB, 3=Output, 7=GND, 14=VCC
* Implemented using a robust behavioral source with continuous functions
.subckt 74HC32 1 2 3 7 14
* Logic: Output = VCC if (A > 2.5V OR B > 2.5V)
* Using sigmoid function for smooth convergence: S(x) = 1/(1+exp(-k*(x-thresh)))
* max(V(1), V(2)) selects the higher voltage to compare against threshold (2.5V)
B_OR 3 7 V = V(14) * (1 / (1 + exp(-20 * (max(V(1), V(2)) - 2.5))))
.ends

* --- Main Power Supply ---
* V1: 5V DC Supply
* Wiring: Positive -> Node 14 (VCC), Negative -> Node 0 (GND)
V1 14 0 DC 5

* --- Input Sensors (Simulated Switches) ---
* S1: Temperature Sensor Switch
* Wiring: Connects VCC to VA (Pin 1). Modeled as Pulse Source to simulate toggling.
* Logic Sequence: High (Overheat) / Low (Normal)
VS1 VA 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 200u 400u)

* S2: Jam Sensor Switch
* Wiring: Connects VCC to VB (Pin 2). Modeled as Pulse Source with faster period.
* Logic Sequence: High (Jam) / Low (Clear)
VS2 VB 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 100u 200u)

* --- Pull-down Resistors ---
* R1: 10k Pull-down for Temp Input
R1 VA 0 10k
* R2: 10k Pull-down for Jam Input
R2 VB 0 10k

* --- Logic IC U1 ---
* U1: 74HC32 Quad OR Gate
* Connections per wiring guide:
* Pin 1 (A) -> VA
* Pin 2 (B) -> VB
* Pin 3 (Y) -> V_OUT
* Pin 7 (GND) -> 0
* Pin 14 (VCC) -> 14
XU1 VA VB V_OUT 0 14 74HC32

* --- Output Indicator ---
* R3: 330 Ohm Current Limiting Resistor
R3 V_OUT LED_NODE 330

* D1: Red LED Visual Indicator
* Anode -> LED_NODE, Cathode -> GND
D1 LED_NODE 0 DLED

* --- Analysis Directives ---
* Transient analysis to capture truth table states (00, 01, 10, 11)
.tran 1u 400u

* Print required voltages for verification
.print tran V(VA) V(VB) V(V_OUT) V(LED_NODE)

* Calculate DC operating point
.op

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (906 rows)

Index   time            v(va)           v(vb)           v(v_out)
0	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	9.643749e-22
1	1.000000e-08	5.000000e-02	5.000000e-02	1.928750e-21
2	2.000000e-08	1.000000e-01	1.000000e-01	5.242886e-21
3	4.000000e-08	2.000000e-01	2.000000e-01	2.137746e-20
4	8.000000e-08	4.000000e-01	4.000000e-01	2.632654e-19
5	1.600000e-07	8.000000e-01	8.000000e-01	2.587285e-17
6	3.200000e-07	1.600000e+00	1.600000e+00	7.614990e-08
7	4.700575e-07	2.350288e+00	2.350288e+00	2.384318e-01
8	6.126008e-07	3.063004e+00	3.063004e+00	4.999936e+00
9	7.041960e-07	3.520980e+00	3.520980e+00	5.000000e+00
10	7.932149e-07	3.966074e+00	3.966074e+00	5.000000e+00
11	9.007723e-07	4.503862e+00	4.503862e+00	5.000000e+00
12	1.000000e-06	5.000000e+00	5.000000e+00	5.000000e+00
13	1.021511e-06	5.000000e+00	5.000000e+00	5.000000e+00
14	1.064534e-06	5.000000e+00	5.000000e+00	5.000000e+00
15	1.150580e-06	5.000000e+00	5.000000e+00	5.000000e+00
16	1.322672e-06	5.000000e+00	5.000000e+00	5.000000e+00
17	1.666856e-06	5.000000e+00	5.000000e+00	5.000000e+00
18	2.355224e-06	5.000000e+00	5.000000e+00	5.000000e+00
19	3.355224e-06	5.000000e+00	5.000000e+00	5.000000e+00
20	4.355224e-06	5.000000e+00	5.000000e+00	5.000000e+00
21	5.355224e-06	5.000000e+00	5.000000e+00	5.000000e+00
22	6.355224e-06	5.000000e+00	5.000000e+00	5.000000e+00
23	7.355224e-06	5.000000e+00	5.000000e+00	5.000000e+00
... (882 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Dejar entradas flotantes: No instalar las resistencias pull-down (R1, R2) provoca que las entradas «floten» y capten ruido, causando que el LED parpadee o permanezca ENCENDIDO aleatoriamente. Solución: Utilice siempre resistencias pull-down de 10 kΩ en las entradas CMOS conectadas a interruptores.
2. Falta de resistencia limitadora de corriente: Conectar el LED directamente al pin de salida del 74HC32 sin R3. Solución: Asegúrese de que R3 (330 Ω) esté en serie con el LED para evitar quemar el CI o el LED.
3. Confundir el pinout: Tratar el 74HC32 como un chip lógico diferente (ej. 74HC02 NOR) debido a la forma similar del encapsulado. Solución: Verifique siempre el diagrama de pines en la hoja de datos; el Pin 3 es la salida para la primera puerta en el 74HC32.

Solución de problemas

• El LED está siempre ENCENDIDO: Verifique si las resistencias pull-down R1 y R2 están conectadas a Tierra. Si las entradas están desconectadas, flotan en Alto.
• El LED es muy tenue: La resistencia R3 podría ser demasiado alta (ej. 10 kΩ en lugar de 330 Ω) o el voltaje de la fuente de alimentación está por debajo de 3 V.
• No sucede nada cuando los interruptores se cierran: Verifique que el Pin 14 de U1 esté conectado a 5 V y el Pin 7 esté conectado a GND. Compruebe la continuidad de los interruptores.
• La lógica está invertida (LED APAGADO cuando ocurre una falla): Es posible que haya utilizado accidentalmente una puerta NOR o haya cableado el LED activo en bajo (Ánodo a VCC, Cátodo a Salida).

Posibles mejoras y extensiones

1. Alarma con enclavamiento: Añada un Flip-Flop SR o un bucle de retroalimentación para que, una vez detectada una falla, la alarma permanezca ENCENDIDA hasta que se presione un botón de «Reinicio» manual, incluso si el sensor vuelve a la normalidad.
2. Alerta audible: Conecte un controlador de transistor y un zumbador activo de 5 V en paralelo con el LED para proporcionar una advertencia sonora en entornos de fábrica ruidosos.

Más Casos Prácticos en Prometeo.blog

Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

¿Quiénes somos?

Nivel: Medio. Diseña un circuito de control para arrancar maquinaria industrial desde un panel principal o un mando remoto de seguridad.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirás un circuito de control digital utilizando una compuerta lógica OR para operar un motor de CC de alta potencia a través de un relé. El sistema permite arrancar el motor desde dos ubicaciones físicas distintas: el panel de control principal o una estación de seguridad remota.

• Redundancia operativa: Asegura que la maquinaria pueda activarse desde una ubicación secundaria si el panel primario es inaccesible.
• Conveniencia: Permite a los operadores arrancar una cinta transportadora o un ventilador desde cualquier extremo de una línea de producción.
• Aislamiento de señal: Utiliza lógica de bajo voltaje (5 V) para conmutar de forma segura una carga inductiva de alta potencia (motor) a través de un controlador de relé.

Resultado esperado:
* Presionar el Botón A (Principal) arranca el motor inmediatamente.
* Presionar el Botón B (Remoto) arranca el motor inmediatamente.
* La salida lógica Alta ($V_{OH}$) mide aproximadamente 5 V cuando se presiona cualquiera de los botones.
* El relé produce un «clic» audible y el motor de CC gira cuando se cumple la condición lógica.

Público objetivo: Estudiantes de electrónica y aficionados familiarizados con compuertas lógicas básicas y manejo de relés.

Materiales

• V1: Fuente de alimentación de 5 V CC, función: Lógica principal y alimentación del relé
• U1: 74HC32, función: Cuádruple compuerta OR de 2 entradas
• S1: Pulsador (normalmente abierto), función: Panel de arranque principal
• S2: Pulsador (normalmente abierto), función: Mando de arranque remoto
• R1: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-down para Entrada A
• R2: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-down para Entrada B
• R3: Resistencia de 1 kΩ, función: Limitación de corriente de base del transistor
• Q1: Transistor NPN 2N2222, función: Interruptor controlador del relé
• D1: Diodo 1N4007, función: Protección flyback para la bobina del relé
• K1: Relé de 5 V (SPDT), función: Conmutación de alta corriente
• M1: Motor de 5 V CC, función: Simulación de carga industrial

Pin-out del CI utilizado

Chip: 74HC32 (Cuádruple compuerta OR de 2 entradas)

Guía de conexionado

• V1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo 0 (GND).
• S1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo START_MAIN.
• R1 se conecta entre el nodo START_MAIN y el nodo 0.
• S2 se conecta entre el nodo VCC y el nodo START_REMOTE.
• R2 se conecta entre el nodo START_REMOTE y el nodo 0.
• U1 Pin 1 (1A) se conecta al nodo START_MAIN.
• U1 Pin 2 (1B) se conecta al nodo START_REMOTE.
• U1 Pin 3 (1Y) se conecta al nodo LOGIC_OUT.
• U1 Pin 14 (VCC) se conecta al nodo VCC.
• U1 Pin 7 (GND) se conecta al nodo 0.
• R3 se conecta entre el nodo LOGIC_OUT y el nodo BASE_DRIVE.
• Q1 Base se conecta al nodo BASE_DRIVE.
• Q1 Emisor se conecta al nodo 0.
• Q1 Colector se conecta al nodo RELAY_COIL_LO.
• K1 Positivo de la bobina se conecta entre el nodo VCC y el nodo RELAY_COIL_LO (Nota: La bobina conecta VCC al Colector).
• D1 se conecta entre el nodo RELAY_COIL_LO (Ánodo) y el nodo VCC (Cátodo) (Polarización inversa).
• K1 Contacto común se conecta al nodo VCC.
• K1 Contacto Normalmente Abierto (NO) se conecta al nodo MOTOR_PWR.
• M1 se conecta entre el nodo MOTOR_PWR y el nodo 0.

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

Practical case: Redundant motor starter system

      [ INPUTS ]                     [ LOGIC ]                     [ DRIVER ]                   [ OUTPUT / LOAD ]

 [ S1: Main Start ] --+
                      |
 [ R1: Pull-down  ] --+--(Pin 1)-->+------------+
                                   |            |
                                   | U1: 74HC32 |             (Base Sig)
                                   | (OR Gate)  |--(Pin 3)--> [ R3: 1k ] --> [ Q1: NPN ] --(Sink)--> [ K1: Relay Coil ]
                                   |            |                               |                    (w/ D1 Diode)
 [ S2: Remote Cmd ] --+--(Pin 2)-->+------------+                            [ GND ]                       |
                      |                                                                                (Magnetic)
 [ R2: Pull-down  ] --+                                                                                    |
                                                                                                           v
                                                                                                   [ K1: NO Contact ]
                                                                                                           |
                                                                                                     (Switched 5V)
                                                                                                           |
                                                                                                           v
                                                                                                    [ M1: DC Motor ]
                                                                                                           |
                                                                                                        [ GND ]

Tabla de verdad

Este sistema utiliza lógica positiva (activa en ALTO).

Mediciones y pruebas

1. Validación de entrada ($V_{in_high}$): Sin presionar ningún botón, mida el voltaje en START_MAIN y START_REMOTE. Debería ser 0 V. Presione S1 y verifique que el voltaje suba a aprox. 5 V.
2. Verificación de salida lógica ($V_{out_logic}$): Coloque una sonda de multímetro en el Pin 3 de U1. Presione S1 O S2. El voltaje debería saltar de cerca de 0 V a $\approx$ 5 V.
3. Prueba de actuador (RPM del motor): Observe el motor. Debería girar cuando la salida lógica es Alta. Si utiliza un tacómetro, verifique que Motor_RPM sea consistente independientemente de qué botón (S1 o S2) activó el arranque.

Netlist SPICE y simulación

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

* Redundant motor starter system
* Created based on BOM and Wiring Guide

* --- Power Supply ---
* V1: 5 V DC power supply
V1 VCC 0 DC 5

* --- Input Section ---
* S1: Pushbutton (Main Start)
* Wiring: Connects VCC to START_MAIN.
* Implementation: Voltage Controlled Switch driven by a Stimulus Pulse (V_ACT1)
* Timing: Period 200us, covers logic states 00, 10, 11, 01 combined with S2
V_ACT1 ACT1 0 PULSE(0 5 10u 1u 1u 100u 200u)
S1 VCC START_MAIN ACT1 0 SW_PUSH

* R1: 10 kΩ resistor (Pull-down for Input A)
R1 START_MAIN 0 10k

* S2: Pushbutton (Remote Start)
* Wiring: Connects VCC to START_REMOTE.
* Implementation: Voltage Controlled Switch driven by a Stimulus Pulse (V_ACT2)
V_ACT2 ACT2 0 PULSE(0 5 10u 1u 1u 200u 400u)
S2 VCC START_REMOTE ACT2 0 SW_PUSH

* R2: 10 kΩ resistor (Pull-down for Input B)
R2 START_REMOTE 0 10k

* Model for Pushbuttons
.model SW_PUSH SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=10Meg)

* ... (truncated in public view) ...

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

🔒 Parte del contenido de esta sección es premium. Con el pase de 7 días o la suscripción mensual tendrás acceso al contenido completo (materiales, conexionado, compilación detallada, validación paso a paso, troubleshooting, mejoras/variantes y checklist) y podrás descargar el pack PDF listo para imprimir.

🔓 Ver planes de acceso premium

* Redundant motor starter system
* Created based on BOM and Wiring Guide

* --- Power Supply ---
* V1: 5 V DC power supply
V1 VCC 0 DC 5

* --- Input Section ---
* S1: Pushbutton (Main Start)
* Wiring: Connects VCC to START_MAIN.
* Implementation: Voltage Controlled Switch driven by a Stimulus Pulse (V_ACT1)
* Timing: Period 200us, covers logic states 00, 10, 11, 01 combined with S2
V_ACT1 ACT1 0 PULSE(0 5 10u 1u 1u 100u 200u)
S1 VCC START_MAIN ACT1 0 SW_PUSH

* R1: 10 kΩ resistor (Pull-down for Input A)
R1 START_MAIN 0 10k

* S2: Pushbutton (Remote Start)
* Wiring: Connects VCC to START_REMOTE.
* Implementation: Voltage Controlled Switch driven by a Stimulus Pulse (V_ACT2)
V_ACT2 ACT2 0 PULSE(0 5 10u 1u 1u 200u 400u)
S2 VCC START_REMOTE ACT2 0 SW_PUSH

* R2: 10 kΩ resistor (Pull-down for Input B)
R2 START_REMOTE 0 10k

* Model for Pushbuttons
.model SW_PUSH SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=10Meg)

* --- Logic Section ---
* U1: 74HC32 Quad 2-input OR gate
* Pins: 1(A), 2(B), 3(Y), 7(GND), 14(VCC)
* Implemented as a subcircuit to expose all pins
XU1 START_MAIN START_REMOTE LOGIC_OUT VCC 0 74HC32_OR

.subckt 74HC32_OR A B Y VCC GND
* Behavioral OR logic using continuous tanh function for convergence
* Logic: If (A + B) > Threshold(2.5V), Output High
* Function scales 0-1 range to 0-5V
B1 Y GND V = 5 * (tanh(10 * (V(A) + V(B) - 2.5)) + 1) / 2
.ends

* --- Driver Section ---
* R3: 1 kΩ resistor (Base current limiting)
R3 LOGIC_OUT BASE_DRIVE 1k

* Q1: 2N2222 NPN Transistor (Relay driver)
* Connections: Base=BASE_DRIVE, Collector=RELAY_COIL_LO, Emitter=0
Q1 RELAY_COIL_LO BASE_DRIVE 0 2N2222
.model 2N2222 NPN(IS=1E-14 VAF=100 BF=200 IKF=0.3 XTB=1.5 BR=3 CJC=8p CJE=25p TR=46n TF=411p ITF=0.6 VTF=1.7 XTF=3 RB=10 RC=0.3 RE=0.2)

* --- Relay Section ---
* K1: 5 V Relay (SPDT)
* Coil Connection: VCC to RELAY_COIL_LO
* Modeled as Inductor + Series Resistance
L_K1 VCC K1_INT 10m
R_K1_COIL K1_INT RELAY_COIL_LO 100

* D1: 1N4007 Diode (Flyback protection)
* Connections: Anode=RELAY_COIL_LO, Cathode=VCC
D1 RELAY_COIL_LO VCC 1N4007
.model 1N4007 D(IS=7n RS=0.034 N=1.26 BV=1000 IBV=5u CJO=10p)

* Relay Contact Switch
* Wiring: Common(VCC) to NO(MOTOR_PWR)
* Controlled by voltage across the coil (VCC - RELAY_COIL_LO)
* Threshold set to 3V (Energized state)
S_K1 VCC MOTOR_PWR VCC RELAY_COIL_LO SW_RELAY
.model SW_RELAY SW(Vt=3.0 Ron=0.05 Roff=100Meg)

* --- Motor Load ---
* M1: 5 V DC Motor
* Wiring: MOTOR_PWR to 0
* Modeled as resistive load with slight inductance
R_M1 MOTOR_PWR M1_INT 20
L_M1 M1_INT 0 1m

* --- Simulation Directives ---
.op
.tran 1u 500u

* Print directive for transient analysis
.print tran V(START_MAIN) V(START_REMOTE) V(LOGIC_OUT) V(BASE_DRIVE) V(RELAY_COIL_LO) V(MOTOR_PWR)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (1304 rows)

Index   time            v(start_main)   v(start_remote) v(logic_out)
0	0.000000e+00	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
1	1.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
2	2.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
3	4.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
4	8.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
5	1.600000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
6	3.200000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
7	6.400000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
8	1.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
9	2.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
10	3.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
11	4.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
12	5.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
13	6.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
14	7.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
15	8.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
16	9.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
17	1.000000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
18	1.010000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
19	1.026000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
20	1.030750e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
21	1.039062e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
22	1.041363e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
23	1.045390e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	0.000000e+00
... (1280 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Entradas flotantes: Olvidar R1 o R2 permite que los pines de entrada «floten», causando que el motor se encienda aleatoriamente debido al ruido electrostático. Utilice siempre resistencias pull-down con la serie 74HC.
2. Falta del diodo flyback: Omitir D1 permite que los picos de alto voltaje de la bobina del relé destruyan Q1 o reinicien U1 cuando el motor se apaga. Instale siempre el diodo en paralelo inverso a la bobina.
3. Manejar el relé directamente: Intentar alimentar la bobina del relé directamente desde el Pin 3 de U1 dañará el CI, ya que las compuertas lógicas no pueden suministrar suficiente corriente. Utilice siempre un transistor (Q1) como controlador.

Solución de problemas

• Síntoma: El motor funciona continuamente y nunca se detiene.
  • Causa: Una entrada está flotando o en cortocircuito a VCC.
  • Solución: Verifique las conexiones de R1/R2 y asegúrese de que los botones no sean del tipo «Normalmente Cerrados».
• Síntoma: La salida lógica se pone en Alto, pero el relé no hace clic.
  • Causa: El transistor Q1 no está conduciendo o R3 es demasiado alta.
  • Solución: Verifique el pin-out de Q1 (C-B-E) y asegúrese de que el emisor vaya a Tierra.
• Síntoma: El sistema se reinicia o falla cuando el relé se apaga.
  • Causa: Ruido de retroceso inductivo (kickback).
  • Solución: Verifique que D1 esté instalado correctamente (Cátodo a VCC) y agregue un condensador de desacoplo de 100 nF cerca de VCC de U1.

Posibles mejoras y extensiones

1. Circuito de enclavamiento: Agregue un bucle de retroalimentación para que el motor permanezca encendido después de soltar el botón (estación de Marcha/Paro).
2. Interbloqueo de seguridad: Agregue un 74HC08 (compuerta AND) en serie con un «Interruptor de seguridad» para que el motor solo funcione si la protección está cerrada Y se presiona un botón.

Más Casos Prácticos en Prometeo.blog

Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

¿Quiénes somos?

Nivel: Básico. Diseña un sistema de control que active una bomba de drenaje si se activa cualquiera de los dos sensores de nivel de agua.

Objetivo y caso de uso

Construirás un circuito de control lógico utilizando una 74HC32 (Compuerta OR) para accionar un motor de CC mediante un controlador de transistor siempre que se detecte agua por al menos un sensor.

Por qué es útil:
* Prevención de inundaciones: Activa automáticamente una bomba de sumidero en un sótano cuando el agua sube a un nivel crítico.
* Seguridad industrial: Previene desbordamientos de tanques drenando líquido si se activan los sensores de nivel alto primarios o secundarios.
* Aplicaciones marinas: Activa la bomba de sentina de un barco si entra agua en el casco por babor o estribor.
* Redundancia: Asegura que la bomba arranque incluso si un sensor falla (siempre que el otro detecte el agua).

Resultado esperado:
* El motor se enciende (ON) si el Sensor A está en ALTO (HIGH).
* El motor se enciende (ON) si el Sensor B está en ALTO (HIGH).
* El motor se enciende (ON) si ambos sensores están en ALTO (HIGH).
* La salida lógica en el pin de la compuerta marca ~5 V (1 lógico) cuando está activa.
* Público objetivo: Estudiantes de electrónica básica y aficionados.

Materiales

• V1: Fuente de alimentación de 5 V CC, función: Alimentación principal del circuito.
• S1: Interruptor SPST, función: Simula el Sensor de Nivel de Agua A.
• S2: Interruptor SPST, función: Simula el Sensor de Nivel de Agua B.
• R1: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-down para el Sensor A.
• R2: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-down para el Sensor B.
• U1: 74HC32 Cuádruple compuerta OR de 2 entradas.
• R3: Resistencia de 1 kΩ, función: Limitación de corriente de base del transistor.
• Q1: Transistor NPN 2N2222, función: Interruptor controlador del motor.
• D1: Diodo 1N4007, función: Protección de retorno (snubber).
• M1: Motor de 5 V CC, función: Simulación de bomba de drenaje.

Pin-out del CI utilizado

Chip: 74HC32 (Cuádruple compuerta OR de 2 entradas)

Guía de conexionado

Construye el circuito siguiendo estas conexiones de nodos:

• VCC: Conecta el terminal positivo de V1, un lado de S1, un lado de S2, el Pin 14 de U1 y el terminal positivo de M1.
• 0 (GND): Conecta el terminal negativo de V1, el Pin 7 de U1, el Emisor de Q1, la parte inferior de R1 y la parte inferior de R2.
• SENS_A: Conecta el otro lado de S1, la parte superior de R1 y el Pin 1 de U1.
• SENS_B: Conecta el otro lado de S2, la parte superior de R2 y el Pin 2 de U1.
• GATE_OUT: Conecta el Pin 3 de U1 a un lado de R3.
• BASE_NODE: Conecta el otro lado de R3 a la Base de Q1.
• MOTOR_DRIVE: Conecta el Colector de Q1, el terminal negativo de M1 y el Ánodo de D1.
• PROTECTION: Conecta el Cátodo de D1 a VCC (En paralelo con el motor).

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

[ INPUTS / SENSORS ]                 [ LOGIC CONTROL ]                   [ ACTUATOR / OUTPUT ]

                                          +----------------+
    [ Switch S1 ]                         |                |
    [ + R1 (PD) ] --(SENS_A / Pin 1)----->|   U1: 74HC32   |
                                          |   (OR Gate)    |
                                          |                |--(GATE_OUT / Pin 3)--> [ Resistor R3 ]
                                          |   Logic:       |                            |
    [ Switch S2 ]                         |   If A OR B    |                            |
    [ + R2 (PD) ] --(SENS_B / Pin 2)----->|   Then HIGH    |                            |
                                          |                |                      (BASE_NODE)
                                          +----------------+                            |
                                                                                        v
                                                                               [ Q1 NPN Transistor ]
                                                                               (Electronic Switch)
                                                                                        |
                                                                                        | (Switches GND)
                                                                                        |
                                                                                  (MOTOR_DRIVE)
                                                                                        |
                                                                                        v
                                                                             [ Motor M1 + Diode D1 ]
                                                                             (Connected to VCC)

Tabla de verdad

Esta tabla describe el estado lógico del 74HC32 y la acción física resultante de la bomba.

Mediciones y pruebas

1. Verificación de alimentación: Antes de conectar el motor, mide el voltaje entre VCC y GND. Debería ser estable a 5 V.
2. Estado de reposo: Asegúrate de que ambos interruptores estén abiertos. Mide el voltaje en el Pin 3 (GATE_OUT). Debería ser ~0 V. El motor debería estar detenido.
3. Activación del Sensor A: Cierra S1. Mide el voltaje en el Pin 1 (Entrada A). Debería ser 5 V. El Pin 3 debería ponerse en Alto, y el motor debería girar.
4. Activación del Sensor B: Abre S1 y cierra S2. Verifica que el motor gire.
5. Activación simultánea: Cierra tanto S1 como S2. El motor debería seguir girando.
6. Consumo de corriente: Coloca un amperímetro en serie con el motor. Anota el consumo de corriente (típicamente 50mA a 200mA para motores pequeños de hobby).

Netlist SPICE y simulación

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

* Emergency water pump activation fixed

* --- Power Supply ---
V1 VCC 0 DC 5

* --- Switches & Sensors ---
* S1: Simulates Water Level Sensor A
V_ACT_A ACT_A 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 1m 2m)
S1 VCC SENS_A ACT_A 0 SW_MOD

* R1: Pull-down for Sensor A
R1 SENS_A 0 10k

* S2: Simulates Water Level Sensor B
V_ACT_B ACT_B 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 0.5m 1m)
S2 VCC SENS_B ACT_B 0 SW_MOD

* R2: Pull-down for Sensor B
R2 SENS_B 0 10k

* --- Logic Gate U1: 74HC32 (Quad OR) ---
* Pin 1: SENS_A, Pin 2: SENS_B, Pin 3: GATE_OUT, Pin 7: GND, Pin 14: VCC
XU1 SENS_A SENS_B GATE_OUT 0 VCC 74HC32_GATE

* --- Driver Stage ---
* R3: Base resistor
R3 GATE_OUT BASE_NODE 1k

* Q1: NPN Transistor Switch
* Collector: MOTOR_DRIVE, Base: BASE_NODE, Emitter: 0 (GND)
* ... (truncated in public view) ...

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* Emergency water pump activation fixed

* --- Power Supply ---
V1 VCC 0 DC 5

* --- Switches & Sensors ---
* S1: Simulates Water Level Sensor A
V_ACT_A ACT_A 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 1m 2m)
S1 VCC SENS_A ACT_A 0 SW_MOD

* R1: Pull-down for Sensor A
R1 SENS_A 0 10k

* S2: Simulates Water Level Sensor B
V_ACT_B ACT_B 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 0.5m 1m)
S2 VCC SENS_B ACT_B 0 SW_MOD

* R2: Pull-down for Sensor B
R2 SENS_B 0 10k

* --- Logic Gate U1: 74HC32 (Quad OR) ---
* Pin 1: SENS_A, Pin 2: SENS_B, Pin 3: GATE_OUT, Pin 7: GND, Pin 14: VCC
XU1 SENS_A SENS_B GATE_OUT 0 VCC 74HC32_GATE

* --- Driver Stage ---
* R3: Base resistor
R3 GATE_OUT BASE_NODE 1k

* Q1: NPN Transistor Switch
* Collector: MOTOR_DRIVE, Base: BASE_NODE, Emitter: 0 (GND)
Q1 MOTOR_DRIVE BASE_NODE 0 2N2222MOD

* --- Output Load (Motor) ---
* M1: 5V DC Motor simulation (Inductive Load)
* Fixed: Subcircuit name changed from DC_MOTOR_MODEL to DC_MOTOR to match definition
XM1 VCC MOTOR_DRIVE DC_MOTOR

* --- Protection ---
* D1: Flyback Diode
D1 MOTOR_DRIVE VCC 1N4007MOD

* --- Models and Subcircuits ---

* Switch Model
.model SW_MOD SW(Vt=2.5 Vh=0.1 Ron=0.1 Roff=10Meg)

* Transistor Model (Generic 2N2222)
.model 2N2222MOD NPN(Is=14.34f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=74.03 Bf=255.9 Ne=1.307 Ise=14.34f Ikf=.2847 Xtb=1.5 Br=6.092 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=1 Cjc=7.306p Mjc=.3416 Vjc=.75 Fc=.5 Cje=22.01p Mje=.377 Vje=.75 Tr=46.91n Tf=411.1p Itf=.6 Vtf=1.7 Xtf=3 Rb=10)

* Diode Model (Generic 1N4007)
.model 1N4007MOD D(IS=7.027n RS=0.03415 N=1.267 EG=1.11 XTI=3 BV=1000 IBV=10m CJO=10p VJ=0.7 M=0.5 FC=0.5 TT=100n)

* Motor Model (Simple RL series)
.subckt DC_MOTOR POS NEG
Rcoil POS INT 50
Lcoil INT NEG 5m
.ends

* 74HC32 Logic Gate Model (Behavioral)
* Implements OR logic: OUT = 1 if (IN1=1 OR IN2=1)
.subckt 74HC32_GATE IN1 IN2 OUT GND VCC
B_OR OUT GND V=V(VCC) * ( (1/(1+exp(-20*(V(IN1)-2.5)))) + (1/(1+exp(-20*(V(IN2)-2.5)))) - ( (1/(1+exp(-20*(V(IN1)-2.5)))) * (1/(1+exp(-20*(V(IN2)-2.5)))) ) )
.ends

* --- Simulation Directives ---
.tran 10u 2.5m

* Print required nodes for validation
.print tran V(SENS_A) V(SENS_B) V(GATE_OUT) V(BASE_NODE) V(MOTOR_DRIVE)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (2750 rows)

Index   time            v(sens_a)       v(sens_b)       v(gate_out)
0	0.000000e+00	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
1	1.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
2	2.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
3	4.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
4	8.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
5	1.600000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
6	3.200000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
7	3.600000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
8	4.300000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
9	4.493750e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
10	4.832812e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	2.131385e-21
11	5.162979e-07	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
12	5.395702e-07	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
13	5.611432e-07	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
14	5.884211e-07	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
15	6.429769e-07	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
16	7.520886e-07	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
17	9.703119e-07	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
18	1.000000e-06	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
19	1.030157e-06	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
20	1.090472e-06	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
21	1.211102e-06	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
22	1.452361e-06	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
23	1.934879e-06	4.999950e+00	4.999950e+00	5.000000e+00
... (2726 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Entradas flotantes: Olvidar las resistencias pull-down (R1, R2).
   • Solución: Conecta siempre las entradas a tierra mediante una resistencia (10kΩ) para que tengan un valor predeterminado de 0 V cuando los interruptores estén abiertos.
2. Diodo de retorno faltante: Omitir D1 en paralelo con el motor.
   • Solución: Las cargas inductivas generan picos de voltaje al apagarse. Coloca siempre un diodo en polarización inversa en paralelo con el motor para proteger el transistor.
3. Sobrecarga de la compuerta: Conectar el motor directamente al pin de salida del 74HC32.
   • Solución: Las compuertas lógicas solo pueden suministrar corrientes pequeñas (~20mA). Usa un transistor (Q1) para manejar la corriente más alta requerida por el motor.

Solución de problemas

• Síntoma: El motor funciona continuamente incluso cuando los interruptores están abiertos.
  • Causa: Las entradas están flotando o el transistor está en cortocircuito.
  • Solución: Verifica las conexiones de R1/R2 o reemplaza Q1.
• Síntoma: El CI se calienta mucho inmediatamente.
  • Causa: Los pines VCC y GND están invertidos o en cortocircuito.
  • Solución: Desconecta la alimentación inmediatamente y verifica el cableado del Pin 14 y el Pin 7.
• Síntoma: La salida lógica está en Alto (5V), pero el motor no gira.
  • Causa: La resistencia de base (R3) es demasiado alta o la ganancia del transistor es demasiado baja.
  • Solución: Verifica que R3 sea de 1kΩ. Asegúrate de que la fuente de alimentación del motor sea adecuada.

Posibles mejoras y extensiones

1. Indicadores visuales: Añade un LED con una resistencia limitadora de corriente en paralelo con el motor para proporcionar una advertencia visual cuando la bomba esté activa.
2. Histéresis/Enclavamiento: Reemplaza la compuerta OR con una lógica Latch SR. Esto mantendría la bomba funcionando incluso si el nivel del agua baja momentáneamente, asegurando un ciclo de drenaje completo hasta que un sensor inferior lo reinicie.

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

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

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¿Quiénes somos?

Nivel: Básico – Implementar un circuito lógico que active un indicador cuando cualquier puerta quede entreabierta.

Objetivo y caso de uso

En esta sesión, construirás un circuito de monitorización digital utilizando una puerta OR 74HC32 para detectar si alguna puerta del vehículo no está completamente cerrada. El circuito utiliza interruptores «Normalmente Cerrados» (NC) para simular la mecánica de la puerta, asegurando que la alarma se active (el LED se ENCIENDA) cuando se abre una puerta.

• Por qué es útil:

  • Seguridad automotriz: Alerta a los conductores si una puerta no está asegurada antes de conducir, previniendo accidentes.
  • Sistemas de seguridad: Monitoriza múltiples puntos de entrada (ventanas/puertas) y activa una alarma central si se vulnera alguno.
  • Cerramientos industriales: Asegura que las protecciones de seguridad en maquinaria peligrosa estén cerradas antes de permitir el funcionamiento.
  • Control de acceso: Agregación lógica simple para múltiples sensores.

• Resultado esperado:

  • Ambas puertas cerradas: Las entradas son Lógica 0 (0 V); el LED está APAGADO.
  • Puerta A abierta: La entrada A pasa a Lógica 1 (5 V); el LED se ENCIENDE.
  • Puerta B abierta: La entrada B pasa a Lógica 1 (5 V); el LED se ENCIENDE.
  • Ambas abiertas: Ambas entradas en Lógica 1; el LED permanece ENCENDIDO.

• Público objetivo: Estudiantes de electrónica básica y aficionados a la automoción.

Materiales

• V1: fuente de alimentación de 5 V CC, función: alimentación principal del circuito.
• S1: Pulsador NC (Normalmente Cerrado), función: sensor de Puerta A (Liberado = Puerta Abierta).
• S2: Pulsador NC (Normalmente Cerrado), función: sensor de Puerta B (Liberado = Puerta Abierta).
• R1: resistencia de 10 kΩ, función: pull-down para la Entrada A.
• R2: resistencia de 10 kΩ, función: pull-down para la Entrada B.
• U1: 74HC32, función: CI de cuádruple puerta OR de 2 entradas.
• R3: resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente del LED.
• D1: LED rojo, función: indicador de advertencia de puerta abierta.
• C1: condensador de 100 nF, función: desacoplo para la alimentación de U1.

Pin-out del CI utilizado

Chip seleccionado: 74HC32 (Cuádruple puerta OR de 2 entradas)

Guía de conexionado

Sigue estas conexiones para crear la netlist lógica compatible con SPICE:

• Fuente de alimentación

  • V1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo 0 (GND).
  • C1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo 0 (cerca del CI).

• Etapa de entrada (Sensores de puerta)

  • S1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo DOOR_A.
  • R1 se conecta entre el nodo DOOR_A y el nodo 0. (Asegura Lógica 0 cuando la puerta está cerrada/interruptor presionado).
  • S2 se conecta entre el nodo VCC y el nodo DOOR_B.
  • R2 se conecta entre el nodo DOOR_B y el nodo 0.

• Procesamiento lógico (74HC32)

  • U1 Pin 14 se conecta a VCC.
  • U1 Pin 7 se conecta a 0.
  • U1 Pin 1 (Entrada 1A) se conecta al nodo DOOR_A.
  • U1 Pin 2 (Entrada 1B) se conecta al nodo DOOR_B.
  • U1 Pin 3 (Salida 1Y) se conecta al nodo V_ALARM.

• Etapa de salida (Indicador)

  • R3 se conecta entre el nodo V_ALARM y el nodo LED_ANODE.
  • El ánodo de D1 se conecta a LED_ANODE.
  • El cátodo de D1 se conecta al nodo 0.

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

[ INPUT STAGE ]                      [ LOGIC STAGE ]                  [ OUTPUT STAGE ]

(VCC 5V)
   |
[ S1: Door A Switch (NC) ]
   |
            +---> [ Node: DOOR_A ] --(Pin 1)---->+------------------+
   |                                    |                  |
[ R1: 10k Pull-Down ] -> GND            |    U1: 74HC32    |
                                        |    (OR Gate)     |
                                        |                  |--(Pin 3)---> [ R3: 330 Ohm ]
                                        |    Logic:        |                   |
(VCC 5V)                                |    A + B = Y     |                   v
   |                                    |                  |             [ D1: Red LED ]
[ S2: Door B Switch (NC) ]              |                  |                   |
   |                                    |                  |                  GND
                    +---> [ Node: DOOR_B ] --(Pin 2)---->+------------------+
   |                                            ^
[ R2: 10k Pull-Down ] -> GND                    |
                                          [ C1: 100nF ]
                                          (Decoupling)

Tabla de verdad

El 74HC32 se comporta según la lógica OR estándar. En este escenario:
* Lógica 0 = 0 V (Puerta cerrada / Interruptor presionado).
* Lógica 1 = 5 V (Puerta abierta / Interruptor liberado).

Mediciones y pruebas

1. Verificación de alimentación: Mide el voltaje entre VCC y 0. Debe ser estable a 5 V.
2. Estado por defecto (Seguro): Mantén presionados S1 y S2 (simulando puertas cerradas). Mide el voltaje en DOOR_A y DOOR_B. Ambos deben ser ~0 V. El LED debe estar APAGADO.
3. Prueba de Puerta A: Suelta S1 mientras mantienes S2. El voltaje en DOOR_A debe saltar a ~5 V. El voltaje en V_ALARM debe pasar a Alto (~5 V), y el LED debe encenderse.
4. Prueba de Puerta B: Suelta S2 mientras mantienes S1. El voltaje en DOOR_B debe saltar a ~5 V. El LED debe encenderse.
5. Verificación del umbral lógico: Si usas una fuente variable, verifica que el 74HC32 registre una señal «Alta» una vez que el voltaje de entrada cruce aproximadamente 3.5 V (para VCC de 5 V).

Netlist SPICE y simulación

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

* Car Door Open Warning System
* Practical case implementation for ngspice

* --- Component Models ---
* Generic Red LED Model
.model DLED D(IS=10n N=2 RS=10 CJO=20p)
* Voltage Controlled Switch Model
* Vt=2.5V: Threshold voltage
* Ron=0.1: Resistance when ON (Closed)
* Roff=100Meg: Resistance when OFF (Open)
.model MYSW SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=100Meg)

* --- Power Supply ---
V1 VCC 0 DC 5

* --- Decoupling ---
C1 VCC 0 100n

* --- Input Stage: Door Sensors ---
* Logic: 
* S1/S2 are NC (Normally Closed) Pushbuttons.
* Function: Released = Door Open. Pressed = Door Closed.
* Wiring: S1 connects VCC to DOOR_A. R1 pulls DOOR_A to GND.
* Simulation Logic:
* We use Voltage Controlled Switches (S1, S2) to simulate the physical contacts.
* Control Pulses (V_ACT_A, V_ACT_B) simulate the "Door Open" state.
* High Pulse = Door Open = Switch Released (Closed contacts) -> VCC connected.
* Low Pulse = Door Closed = Switch Pressed (Open contacts) -> Pulled to 0V.

* Door A
* ... (truncated in public view) ...

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* Car Door Open Warning System
* Practical case implementation for ngspice

* --- Component Models ---
* Generic Red LED Model
.model DLED D(IS=10n N=2 RS=10 CJO=20p)
* Voltage Controlled Switch Model
* Vt=2.5V: Threshold voltage
* Ron=0.1: Resistance when ON (Closed)
* Roff=100Meg: Resistance when OFF (Open)
.model MYSW SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=100Meg)

* --- Power Supply ---
V1 VCC 0 DC 5

* --- Decoupling ---
C1 VCC 0 100n

* --- Input Stage: Door Sensors ---
* Logic: 
* S1/S2 are NC (Normally Closed) Pushbuttons.
* Function: Released = Door Open. Pressed = Door Closed.
* Wiring: S1 connects VCC to DOOR_A. R1 pulls DOOR_A to GND.
* Simulation Logic:
* We use Voltage Controlled Switches (S1, S2) to simulate the physical contacts.
* Control Pulses (V_ACT_A, V_ACT_B) simulate the "Door Open" state.
* High Pulse = Door Open = Switch Released (Closed contacts) -> VCC connected.
* Low Pulse = Door Closed = Switch Pressed (Open contacts) -> Pulled to 0V.

* Door A
S1 VCC DOOR_A CTRL_A 0 MYSW
R1 DOOR_A 0 10k

* Door B
S2 VCC DOOR_B CTRL_B 0 MYSW
R2 DOOR_B 0 10k

* --- Control Signals (User Stimuli) ---
* Timing Sequence:
* 0us - 100us: Both Doors Closed (Low)
* 100us - 200us: Door A Open (High)
* 200us - 300us: Both Doors Open (High)
* 300us - 400us: Door B Open (High)
* 400us - 600us: Both Doors Closed (Low)
V_ACT_A CTRL_A 0 PULSE(0 5 100u 1u 1u 200u 1000u)
V_ACT_B CTRL_B 0 PULSE(0 5 200u 1u 1u 200u 1000u)

* --- Logic Processing: U1 (74HC32) ---
* Quad 2-input OR gate
* Connections per wiring guide:
* Pin 1 (A) -> DOOR_A
* Pin 2 (B) -> DOOR_B
* Pin 3 (Y) -> V_ALARM
* Pin 7 (GND) -> 0
* Pin 14 (VCC) -> VCC
XU1 DOOR_A DOOR_B V_ALARM 0 VCC 74HC32

* --- Output Stage: Indicator ---
R3 V_ALARM LED_ANODE 330
D1 LED_ANODE 0 DLED

* --- Subcircuits ---
.subckt 74HC32 InA InB OutY GND VCC
* Behavioral OR Gate implementation
* Uses tanh for continuous, robust switching
* Logic: Out = VCC if (A > 2.5) OR (B > 2.5)
* Formula: Vout = VCC * ( 1 - (NOT A * NOT B) )
* NOT A is approximated by 0.5 * (1 - tanh(10*(V(InA)-2.5)))
B1 OutY GND V = V(VCC) * (1 - ( (0.5*(1-tanh(10*(V(InA)-2.5)))) * (0.5*(1-tanh(10*(V(InB)-2.5)))) ))
.ends

* --- Analysis Directives ---
.tran 1u 600u
.print tran V(DOOR_A) V(DOOR_B) V(V_ALARM) V(LED_ANODE)
.op

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (1382 rows)

Index   time            v(door_a)       v(door_b)       v(v_alarm)
0	0.000000e+00	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
1	1.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
2	2.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
3	4.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
4	8.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
5	1.600000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
6	3.200000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
7	6.400000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
8	1.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
9	2.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
10	3.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
11	4.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
12	5.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
13	6.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
14	7.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
15	8.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
16	9.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
17	1.028000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
18	1.128000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
19	1.228000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
20	1.328000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
21	1.428000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
22	1.528000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
23	1.628000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.110223e-15
... (1358 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Dejar entradas flotantes: No instalar R1 o R2 hará que las entradas «floten» cuando el interruptor esté abierto (presionado). Esto lleva a un comportamiento errático del LED. Usa siempre resistencias pull-down con esta configuración de interruptor.
2. Confundir interruptores NC vs NA: Si usas interruptores NA (Normalmente Abiertos) con este cableado específico, la lógica se invierte (LED ENCENDIDO cuando las puertas están cerradas). Asegúrate de entender el estado mecánico del interruptor cuando la puerta está físicamente cerrada.
3. Falta de resistencia del LED: Conectar el LED directamente a la salida del CI (Pin 3) sin R3 dañará el LED o el chip 74HC32 debido a una corriente excesiva.

Solución de problemas

• El LED está siempre ENCENDIDO:
  • Comprueba si S1 o S2 están cableados incorrectamente (ej. cortocircuitando VCC a la entrada constantemente).
  • Verifica que R1 y R2 estén conectadas a Tierra, no a VCC.
  • Asegúrate de que el CI sea un 74HC32 (OR) y no un 74HC00 (NAND) o similar.
• El LED nunca se ENCIENDE:
  • Comprueba las conexiones de alimentación al Pin 14 y al Pin 7.
  • Asegúrate de que la polaridad del LED sea correcta (Ánodo a resistencia, Cátodo a GND).
  • Verifica que los interruptores realmente dejen pasar 5 V cuando se sueltan.
• El LED es tenue:
  • El valor de R3 podría ser demasiado alto (ej. 10 kΩ en lugar de 330 Ω).
  • El voltaje de la fuente de alimentación podría estar por debajo de 3 V.

Posibles mejoras y extensiones

1. Alarma sonora: Conecta un zumbador activo de 5 V en paralelo con el LED (controlado por un transistor si la corriente excede los 20 mA) para proporcionar retroalimentación sonora.
2. Control de luz interior: Añade un circuito de retardo (usando un condensador y una resistencia o un temporizador 555) para que la luz permanezca encendida durante 10 segundos después de cerrar las puertas, simulando la luz de cortesía de un coche moderno.

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