Caso práctico: Monitorización de temperatura y presión

Prototipo de Monitorización de temperatura y presión (Maker Style)

Nivel: Medio. Implementar un circuito de seguridad industrial que active una alarma solo cuando los sensores de temperatura y presión excedan los límites de seguridad críticos.

Objetivo y caso de uso

En esta sesión, construirás un circuito lógico condicional utilizando un comparador LM393 para digitalizar señales de sensores analógicos y una puerta AND 74HC08 para procesar la lógica de seguridad.

  • Seguridad en calderas industriales: Previene fallos catastróficos detectando cuando una caldera está sobrecalentada y sobrepresurizada simultáneamente.
  • Sistemas hidráulicos: Monitoriza estados de fluidos para prevenir daños en bombas o roturas de tuberías durante operaciones de alto estrés.
  • Monitorización de reactores químicos: Asegura que las condiciones de reacción permanezcan dentro de zonas seguras, activando la refrigeración de emergencia solo cuando múltiples variables críticas se disparan.

Resultado esperado:
* Estado seguro: El LED permanece APAGADO si solo una o ninguna variable excede el límite.
* Estado crítico: El LED rojo se ENCIENDE (Lógica Alta) solo cuando Temp > Límite Y Presión > Límite.
* Nivel lógico: La salida del 74HC08 cambia de ~0V a ~5V.
* Público objetivo: Estudiantes de ingeniería y aficionados familiarizados con amplificadores operacionales/comparadores y lógica digital básica.

Materiales

  • V1: Fuente de alimentación de 5 V DC
  • U1: 74HC08, función: Puerta AND cuádruple de 2 entradas
  • U2: LM393, función: Comparador diferencial dual
  • RT1: Termistor NTC de 10 kΩ, función: Sensor de temperatura
  • R1: Resistencia de 10 kΩ, función: Parte inferior del divisor de tensión para el NTC
  • RP1: Potenciómetro lineal de 10 kΩ, función: Simulador de sensor de presión
  • RP2: Potenciómetro de 10 kΩ, función: Umbral de referencia de temperatura (V_REF_T)
  • RP3: Potenciómetro de 10 kΩ, función: Umbral de referencia de presión (V_REF_P)
  • R2: Resistencia de 4.7 kΩ, función: Pull-up para la salida del Comparador A (requerido para LM393)
  • R3: Resistencia de 4.7 kΩ, función: Pull-up para la salida del Comparador B (requerido para LM393)
  • R4: Resistencia de 330 Ω, función: Limitación de corriente del LED
  • D1: LED rojo, función: Indicador de alerta crítica

Pin-out del CI utilizado

Chip seleccionado: 74HC08 (Puerta AND cuádruple de 2 entradas)

Pin Nombre Función lógica Conexión en este caso
1 1A Entrada A Conectado a la salida del comparador de temperatura
2 1B Entrada B Conectado a la salida del comparador de presión
3 1Y Salida Conectado al LED (vía R4)
7 GND Tierra Conectado al raíl de alimentación de 0V
14 VCC Alimentación Conectado al raíl de alimentación de +5V

Nota: El comparador LM393 también se utiliza, pero la decisión lógica ocurre en el 74HC08.

Guía de conexionado

Construye el circuito utilizando las siguientes conexiones de nodos:

  • Raíl de alimentación: Conecta el terminal positivo de V1 al nodo VCC y el terminal negativo al nodo 0 (GND). Conecta el pin 14 de U1 y el pin 8 de U2 a VCC. Conecta el pin 7 de U1 y el pin 4 de U2 a 0.
  • Entrada del sensor de temperatura (V_TEMP): Conecta RT1 entre VCC y V_TEMP. Conecta R1 entre V_TEMP y 0. (A medida que sube la Temp, la resistencia baja, V_TEMP sube).
  • Entrada del sensor de presión (V_PRESS): Conecta el cursor de RP1 al nodo V_PRESS. Conecta las patas exteriores de RP1 a VCC y 0.
  • Umbrales de referencia: Conecta el cursor de RP2 al nodo V_REF_T (Límite Temp). Conecta el cursor de RP3 al nodo V_REF_P (Límite Presión).
  • Etapa de comparador (Digitalización):
    • Conecta V_TEMP al pin 3 de U2 (Entrada no inversora A).
    • Conecta V_REF_T al pin 2 de U2 (Entrada inversora A).
    • Conecta V_PRESS al pin 5 de U2 (Entrada no inversora B).
    • Conecta V_REF_P al pin 6 de U2 (Entrada inversora B).
  • Salidas del comparador (LOGIC_T y LOGIC_P):
    • Conecta el pin 1 de U2 (Salida A) al nodo LOGIC_T. Conecta la resistencia pull-up R2 entre LOGIC_T y VCC.
    • Conecta el pin 7 de U2 (Salida B) al nodo LOGIC_P. Conecta la resistencia pull-up R3 entre LOGIC_P y VCC.
  • Puerta lógica:
    • Conecta LOGIC_T al pin 1 de U1 (Entrada 1A).
    • Conecta LOGIC_P al pin 2 de U1 (Entrada 1B).
    • Conecta el pin 3 de U1 (Salida 1Y) al nodo ALERT.
  • Indicador: Conecta R4 entre ALERT y el ánodo de D1. Conecta el cátodo de D1 a 0.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — 74HC08 AND gate

Esquemático

[ ANALOG INPUTS ]                  [ COMPARATORS ]                  [ LOGIC GATE ]               [ OUTPUT ]

[ Temp Sensor (RT1/R1) ] --(V_TEMP)---->+------------------+
                                        | U2: Comparator A |
                                        | (LM393)          |--(LOGIC_T)-->+
[ Temp Ref Pot (RP2)   ] --(V_REF_T)--->| w/ Pull-up R2    |              |
                                        +------------------+              |
                                                                          v
                                                                   +----------------+
                                                                   | U1: AND Gate   |
                                                                   | (74HC08)       |--(ALERT)--> [ Resistor R4 ] --> [ LED D1 ] --> GND
                                                                   +----------------+
                                                                          ^
                                        +------------------+              |
[ Press Sensor (RP1)   ] --(V_PRESS)--->| U2: Comparator B |              |
                                        | (LM393)          |--(LOGIC_P)-->+
[ Press Ref Pot (RP3)  ] --(V_REF_P)--->| w/ Pull-up R3    |
                                        +------------------+
Esquema Eléctrico

Tabla de verdad

Esta tabla representa los estados lógicos en las entradas del 74HC08 (después de la etapa de comparador) y la salida final.

Sensor: Temperatura Sensor: Presión Entrada 1A (Alerta Temp) Entrada 1B (Alerta Pres) Salida 1Y (Alarma Sistema) Estado LED
Bajo (< Ref) Bajo (< Ref) 0 0 0 APAGADO
Bajo (< Ref) Alto (> Ref) 0 1 0 APAGADO
Alto (> Ref) Bajo (< Ref) 1 0 0 APAGADO
Alto (> Ref) Alto (> Ref) 1 1 1 ENCENDIDO

Mediciones y pruebas

  1. Calibrar umbrales: Usa un voltímetro para ajustar V_REF_T (en el cursor de RP2) a 3.0V y V_REF_P (en el cursor de RP3) a 3.0V.
  2. Prueba de lógica de temperatura: Calienta RT1 (o simúlalo cortocircuitando R1 ligeramente) hasta que V_TEMP > 3.0V. Mide LOGIC_T; debería ser Alto (~5V). Verifica que el LED esté APAGADO (ya que la Presión es Baja).
  3. Prueba de lógica de presión: Gira RP1 hasta que V_PRESS > 3.0V. Mide LOGIC_P; debería ser Alto (~5V).
  4. Prueba de alerta del sistema: Crea una condición donde V_TEMP > 3.0V Y V_PRESS > 3.0V simultáneamente.
    • Mide el voltaje en ALERT (Pin 3 de U1): Esperado ~5V.
    • Visual: El LED rojo D1 debe ENCENDERSE.

Netlist SPICE y simulación

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

* Practical case: Temperature and Pressure Monitoring

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

* --- Sensors and Inputs ---
* Temperature Sensor (RT1 NTC + R1 Divider)
* RT1: 10 kΩ NTC thermistor (Modeled as R_RT1)
* Connected between VCC and V_TEMP
R_RT1 VCC V_TEMP 10k
* R1: 10 kΩ resistor (Voltage divider bottom)
* Connected between V_TEMP and 0 (GND)
R1 V_TEMP 0 10k

* Pressure Sensor (RP1 Potentiometer)
* RP1: 10 kΩ linear potentiometer
* Modeled as two resistors (Top/Bot) representing the wiper position.
* Outer legs to VCC and 0, wiper to V_PRESS.
R_RP1_TOP VCC V_PRESS 5k
R_RP1_BOT V_PRESS 0 5k

* --- Dynamic Stimuli (Simulation) ---
* These voltage sources drive the sensor nodes to simulate physical changes
* over time, verifying the logic thresholds (sweeping 1V to 4V).
* They effectively override the static resistor dividers for transient analysis.
V_TEMP_STIM V_TEMP 0 PULSE(1 4 0.5m 100u 100u 1m 3m)
V_PRESS_STIM V_PRESS 0 PULSE(1 4 1m 100u 100u 1.5m 4m)

* --- Reference Thresholds ---
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Temperature and Pressure Monitoring

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

* --- Sensors and Inputs ---
* Temperature Sensor (RT1 NTC + R1 Divider)
* RT1: 10 kΩ NTC thermistor (Modeled as R_RT1)
* Connected between VCC and V_TEMP
R_RT1 VCC V_TEMP 10k
* R1: 10 kΩ resistor (Voltage divider bottom)
* Connected between V_TEMP and 0 (GND)
R1 V_TEMP 0 10k

* Pressure Sensor (RP1 Potentiometer)
* RP1: 10 kΩ linear potentiometer
* Modeled as two resistors (Top/Bot) representing the wiper position.
* Outer legs to VCC and 0, wiper to V_PRESS.
R_RP1_TOP VCC V_PRESS 5k
R_RP1_BOT V_PRESS 0 5k

* --- Dynamic Stimuli (Simulation) ---
* These voltage sources drive the sensor nodes to simulate physical changes
* over time, verifying the logic thresholds (sweeping 1V to 4V).
* They effectively override the static resistor dividers for transient analysis.
V_TEMP_STIM V_TEMP 0 PULSE(1 4 0.5m 100u 100u 1m 3m)
V_PRESS_STIM V_PRESS 0 PULSE(1 4 1m 100u 100u 1.5m 4m)

* --- Reference Thresholds ---
* RP2: 10 kΩ potentiometer (Temperature Reference)
* Configured as divider, wiper to V_REF_T. Set to ~2.5V.
R_RP2_TOP VCC V_REF_T 5k
R_RP2_BOT V_REF_T 0 5k

* RP3: 10 kΩ potentiometer (Pressure Reference)
* Configured as divider, wiper to V_REF_P. Set to ~2.5V.
R_RP3_TOP VCC V_REF_P 5k
R_RP3_BOT V_REF_P 0 5k

* --- Comparator Stage (U2: LM393) ---
* U2: Dual Differential Comparator
* Connections based on Wiring Guide:
*   Comp A (Temp): In+ (3)=V_TEMP, In- (2)=V_REF_T, Out (1)=LOGIC_T
*   Comp B (Press): In+ (5)=V_PRESS, In- (6)=V_REF_P, Out (7)=LOGIC_P
*   Power: VCC (8), GND (4)
XU2 LOGIC_T V_REF_T V_TEMP 0 V_PRESS V_REF_P LOGIC_P VCC LM393

* Pull-up resistors (Required for Open Collector Outputs)
* R2: 4.7 kΩ pull-up for Comparator A
R2 VCC LOGIC_T 4.7k
* R3: 4.7 kΩ pull-up for Comparator B
R3 VCC LOGIC_P 4.7k

* --- Logic Stage (U1: 74HC08) ---
* U1: Quad 2-Input AND Gate
* Connections:
*   Gate 1: Input 1A (1)=LOGIC_T, Input 1B (2)=LOGIC_P, Output 1Y (3)=ALERT
*   Power: VCC (14), GND (7)
*   Unused inputs (4,5,9,10,12,13) connected to 0 (GND) to prevent floating.
XU1 LOGIC_T LOGIC_P ALERT 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 VCC 74HC08

* --- Indicator ---
* R4: 330 Ω resistor (LED current limiting)
R4 ALERT LED_A 330
* D1: Red LED (Cathode to GND)
D1 LED_A 0 DLED

* --- Models and Subcircuits ---

* LED Model
.model DLED D(IS=1e-14 N=1.7 RS=10)

* LM393 Subcircuit (Behavioral Open Collector)
.subckt LM393 1 2 3 4 5 6 7 8
* Pinout: 1=OutA, 2=InA-, 3=InA+, 4=GND, 5=InB+, 6=InB-, 7=OutB, 8=VCC
* Logic: If In+ > In-, Output is High-Z (Pull-up High).
*        If In+ < In-, Output is Low (GND).
* Implementation uses Voltage Controlled Switch to GND.
* Control V = In(-) - In(+). If V > 0 (In- > In+), Switch Closed (Low).
B_A_CTRL 10 0 V = V(2) - V(3)
S_A 1 4 10 0 SW_OC
B_B_CTRL 20 0 V = V(6) - V(5)
S_B 7 4 20 0 SW_OC
.model SW_OC SW(Vt=0 Vh=1m Ron=10 Roff=100Meg)
.ends LM393

* 74HC08 Subcircuit (Behavioral AND Gate)
.subckt 74HC08 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
* Pinout: 1=1A, 2=1B, 3=1Y, 7=GND, 14=VCC ...
* Gate 1 Logic: Output High (VCC) if V(1)>2.5 and V(2)>2.5
B_Y1 3 7 V = V(14) * (1 / (1 + exp(-50*(V(1)-2.5)))) * (1 / (1 + exp(-50*(V(2)-2.5))))
.ends 74HC08

* --- Simulation Directives ---
.tran 10u 5ms
.print tran V(V_TEMP) V(V_PRESS) V(LOGIC_T) V(LOGIC_P) V(ALERT)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (1124 rows) 
Index   time            v(v_temp)       v(v_press)      v(logic_t)
0	0.000000e+00	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
1	1.000000e-07	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
2	2.000000e-07	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
3	4.000000e-07	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
4	8.000000e-07	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
5	1.600000e-06	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
6	3.200000e-06	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
7	6.400000e-06	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
8	1.280000e-05	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
9	2.280000e-05	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
10	3.280000e-05	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
11	4.280000e-05	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
12	5.280000e-05	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
13	6.280000e-05	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
14	7.280000e-05	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
15	8.280000e-05	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
16	9.280000e-05	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
17	1.028000e-04	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
18	1.128000e-04	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
19	1.228000e-04	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
20	1.328000e-04	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
21	1.428000e-04	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
22	1.528000e-04	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
23	1.628000e-04	1.000000e+00	1.000000e+00	1.061571e-02
... (1100 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Falta de resistencias pull-up en comparadores: El LM393 tiene salidas de colector abierto. Si omites R2 y R3, las entradas al 74HC08 quedarán flotantes o permanecerán bajas, impidiendo que el circuito funcione. Solución: Instala siempre pull-ups (4.7kΩ a 10kΩ) desde el pin de salida a VCC.
  2. Conexionado incorrecto del NTC: Conectar el NTC a tierra y la resistencia fija a VCC crea un voltaje que cae a medida que la temperatura sube. Solución: Conecta el NTC a VCC y la resistencia fija a Tierra para asegurar que el voltaje aumente con la temperatura, coincidiendo con la lógica del comparador no inversor.
  3. Entradas flotantes en el 74HC08: Dejar entradas no utilizadas en el chip lógico conectadas a nada puede causar ruido y mayor consumo de energía. Solución: Conecta las entradas no utilizadas (por ejemplo, pines 4, 5, 9, 10, 12, 13) a GND.

Solución de problemas

  • El LED nunca se ENCIENDE: Comprueba si faltan R2 o R3. Sin ellas, las entradas de la puerta AND ven un 0 lógico. Verifica la orientación del LED.
  • El LED está siempre ENCENDIDO: Comprueba RP2 y RP3. Si el voltaje de referencia está ajustado a 0V, los sensores siempre parecerán «Altos» en relación con la referencia.
  • LED errático/parpadeante: El voltaje en las entradas del comparador podría estar oscilando exactamente en el umbral. Esto crea ruido. Añadir una resistencia de retroalimentación de histéresis puede solucionar esto, pero asegurar conexiones de alimentación limpias suele ser suficiente para pruebas básicas.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Añadir histéresis: Conecta una resistencia de alto valor (por ejemplo, 100kΩ) entre la salida del comparador y la entrada no inversora. Esto previene el efecto de «rebote» cuando los valores del sensor oscilan cerca del umbral.
  2. Alarma sonora: Conecta un zumbador con un transistor driver (como un 2N2222) a la salida del 74HC08 junto con el LED para una advertencia audible en un entorno industrial ruidoso.

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Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Cuál es el componente principal utilizado para digitalizar las señales analógicas de los sensores en este circuito?




Pregunta 2: ¿Qué función lógica utiliza el circuito para procesar la seguridad y activar la alarma?




Pregunta 3: ¿Qué condición debe cumplirse para que el LED rojo se encienda (Estado crítico)?




Pregunta 4: ¿Cuál es la función del componente 74HC08 en este circuito?




Pregunta 5: ¿Qué componente se utiliza para simular el sensor de presión en este ejercicio?




Pregunta 6: ¿Cuál es el voltaje aproximado de salida del 74HC08 cuando se alcanza el nivel lógico alto en este circuito de 5V?




Pregunta 7: ¿Qué sucede con el LED si solo una de las variables (temperatura o presión) excede el límite?




Pregunta 8: ¿Qué función cumple la resistencia R1 de 10 kΩ en relación con el termistor?




Pregunta 9: ¿Cuál de los siguientes es un caso de uso mencionado para este circuito?




Pregunta 10: ¿Cuál es el nivel de dificultad asignado a este ejercicio según el contexto?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

Caso práctico: Control de acceso vehicular con barrera

Prototipo de Control de acceso vehicular con barrera (Maker Style)

Nivel: Medio — Diseñar un circuito lógico de seguridad que levante una barrera solo cuando ocurran simultáneamente la presencia del vehículo y la verificación de un ticket válido.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirás un circuito de control digital utilizando una compuerta AND 74HC08 para simular la lógica de una barrera de estacionamiento automatizada. La barrera (representada por un LED) solo se activará cuando un sensor de presencia vehicular y un sistema de validación de tickets se activen simultáneamente.

Por qué es útil:
* Estacionamientos: Asegura que la barrera no se abra para peatones o si un ticket es inválido.
* Casetas de peaje: Sincroniza la confirmación del pago con la presencia física del vehículo.
* Seguridad industrial: Evita la operación de maquinaria a menos que haya una protección colocada y se emita una orden de arranque.
* Acceso seguro: Requiere factores de doble autenticación en sistemas de seguridad física.

Resultado esperado:
* Estado 0 (Reposo): El LED permanece APAGADO cuando no se presionan botones (salida de 0 V).
* Estado 1 (Parcial): El LED permanece APAGADO si solo se detecta el vehículo o solo se valida el ticket.
* Estado 2 (Activo): El LED se ENCIENDE (aprox. 5 V / Lógica alta) SOLO cuando ambas entradas están activas simultáneamente.
* Verificación lógica: Confirmación de la operación booleana AND estándar ($Y = A \cdot B$).

Público objetivo y nivel: Estudiantes de electrónica y aficionados / Medio.

Materiales

  • V1: Fuente de alimentación de 5 V CC, función: Alimentación principal del circuito
  • U1: 74HC08, función: CI de cuádruple compuerta AND de 2 entradas
  • S1: Pulsador (NA), función: Simula «Sensor de presencia vehicular»
  • S2: Pulsador (NA), función: Simula «Señal de validación de ticket»
  • R1: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-down para entrada de vehículo
  • R2: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-down para entrada de ticket
  • R3: Resistencia de 330 Ω, función: Limitación de corriente del LED
  • D1: LED verde, función: Simula «Motor de barrera/Señal de apertura»
  • Protoboard y cables puente

Pin-out del CI utilizado

Chip: 74HC08 (Cuádruple compuerta AND de 2 entradas)

Pin Nombre Función lógica Conexión en este caso
1 1A Entrada A Conectado al Sensor de Vehículo (S1)
2 1B Entrada B Conectado al Validador de Tickets (S2)
3 1Y Salida Conectado al Indicador de Barrera (LED)
7 GND Tierra Conectado a Tierra de la fuente (0 V)
14 VCC Alimentación Conectado a alimentación de +5 V

Nota: Los pines 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12 y 13 no se utilizan en este circuito específico.

Guía de conexionado

  • Fuente de alimentación:
    • V1 (+) se conecta al nodo VCC.
    • V1 (-) se conecta al nodo 0 (GND).
  • Alimentación del CI:
    • U1 Pin 14 se conecta al nodo VCC.
    • U1 Pin 7 se conecta al nodo 0.
  • Etapa de entrada (Sensor de vehículo):
    • S1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo VEHICLE_IN.
    • R1 se conecta entre el nodo VEHICLE_IN y el nodo 0 (configuración activa en alto).
    • U1 Pin 1 se conecta al nodo VEHICLE_IN.
  • Etapa de entrada (Validador de ticket):
    • S2 se conecta entre el nodo VCC y el nodo TICKET_IN.
    • R2 se conecta entre el nodo TICKET_IN y el nodo 0 (configuración activa en alto).
    • U1 Pin 2 se conecta al nodo TICKET_IN.
  • Etapa de salida (Actuador de barrera):
    • U1 Pin 3 se conecta al nodo LOGIC_OUT.
    • R3 se conecta entre el nodo LOGIC_OUT y el nodo LED_ANODE.
    • D1 (Ánodo) se conecta al nodo LED_ANODE.
    • D1 (Cátodo) se conecta al nodo 0.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — 74HC08 AND gate

Esquemático

[ INPUT SENSORS ]                     [ LOGIC PROCESSING ]                  [ ACTUATOR OUTPUT ]

 [ VCC ]
    |
 [ S1: Vehicle ]
    |
           +----(Node: VEHICLE_IN)----(Pin 1)-->+----------------------+
    |                                    |                      |
 [ R1: 10k ]                             |      U1: 74HC08      |
    |                                    |      (AND Gate)      |
 [ GND ]                                 |                      |--(Pin 3)--> [ R3: 330 ] --> [ D1: Green LED ] --> [ GND ]
                                         |  (Pin 14: VCC)       |
 [ VCC ]                                 |  (Pin 7:  GND)       |
    |                                    |                      |
 [ S2: Ticket ]                          |                      |
    |                                    |                      |
+----(Node: TICKET_IN)-----(Pin 2)-->+----------------------+
    |
 [ R2: 10k ]
    |
 [ GND ]
Esquema Eléctrico

Tabla de verdad

El 74HC08 sigue la verificación lógica AND estándar:

Vehículo detectado (S1) Ticket validado (S2) Voltaje de salida (Pin 3) Estado de la barrera (LED)
Bajo (0) Bajo (0) ~0 V Cerrada (APAGADO)
Bajo (0) Alto (1) ~0 V Cerrada (APAGADO)
Alto (1) Bajo (0) ~0 V Cerrada (APAGADO)
Alto (1) Alto (1) ~5 V Abierta (ENCENDIDO)

Mediciones y pruebas

  1. Verificación en reposo: Asegúrate de que ni S1 ni S2 estén presionados. Mide el voltaje en el Pin 1 y el Pin 2 de U1 con respecto a GND. Debería leerse 0 V (Lógica baja). El LED debe estar APAGADO.
  2. Prueba de entrada única: Presiona solo S1 (Vehículo). Mide el voltaje en el Pin 1 (5 V) y el Pin 3 (0 V). El LED debe permanecer APAGADO. Repite para S2 (Ticket).
  3. Prueba de activación: Presiona S1 y S2 simultáneamente. Mide el voltaje en el Pin 3 de U1. Debería leerse cerca de 5 V (Lógica alta).
  4. Verificación de carga: Observa que el LED se ENCIENDE brillantemente cuando se mantienen presionados ambos botones. Esto confirma que la barrera se levantaría.

Netlist SPICE y simulación

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

* TITLE: Practical case: Vehicle access control with barrier
* Ngspice Netlist
* Implements a 74HC08 AND gate circuit with push-button inputs and LED output

* --- Component Models ---
* Switch Model: Voltage Controlled Switch for Push-buttons
* Vt=2.5V (Threshold), Ron=1 ohm (Closed), Roff=100Meg (Open)
.model SW_PUSH SW(Vt=2.5 Ron=1 Roff=100Meg)

* LED Model: Generic Green LED
.model D_GREEN D(Is=1e-22 Rs=5 N=1.5 Cjo=10p BV=5)

* --- Power Supply ---
* V1: 5V DC Main Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

* --- Dynamic Stimuli (User Button Presses) ---
* These sources actuate the switches S1 and S2 to simulate user interaction.
* They are not part of the physical circuit but provide the mechanical "push".
* Sequence designed to test Truth Table: 00 -> 10 -> 01 -> 11
* Time unit: microseconds (us)

* S1 Actuator (Vehicle Sensor): Toggles every 200us (starts at 100us)
V_ACT_S1 S1_CTRL 0 PULSE(0 5 100u 1u 1u 100u 200u)

* S2 Actuator (Ticket Validator): Toggles every 400us (starts at 200us)
V_ACT_S2 S2_CTRL 0 PULSE(0 5 200u 1u 1u 200u 400u)

* --- Input Stage: Vehicle Sensor ---
* S1: Push-button connecting VCC to VEHICLE_IN when pressed
* ... (truncated in public view) ...

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* TITLE: Practical case: Vehicle access control with barrier
* Ngspice Netlist
* Implements a 74HC08 AND gate circuit with push-button inputs and LED output

* --- Component Models ---
* Switch Model: Voltage Controlled Switch for Push-buttons
* Vt=2.5V (Threshold), Ron=1 ohm (Closed), Roff=100Meg (Open)
.model SW_PUSH SW(Vt=2.5 Ron=1 Roff=100Meg)

* LED Model: Generic Green LED
.model D_GREEN D(Is=1e-22 Rs=5 N=1.5 Cjo=10p BV=5)

* --- Power Supply ---
* V1: 5V DC Main Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

* --- Dynamic Stimuli (User Button Presses) ---
* These sources actuate the switches S1 and S2 to simulate user interaction.
* They are not part of the physical circuit but provide the mechanical "push".
* Sequence designed to test Truth Table: 00 -> 10 -> 01 -> 11
* Time unit: microseconds (us)

* S1 Actuator (Vehicle Sensor): Toggles every 200us (starts at 100us)
V_ACT_S1 S1_CTRL 0 PULSE(0 5 100u 1u 1u 100u 200u)

* S2 Actuator (Ticket Validator): Toggles every 400us (starts at 200us)
V_ACT_S2 S2_CTRL 0 PULSE(0 5 200u 1u 1u 200u 400u)

* --- Input Stage: Vehicle Sensor ---
* S1: Push-button connecting VCC to VEHICLE_IN when pressed
S1 VCC VEHICLE_IN S1_CTRL 0 SW_PUSH
* R1: 10k Pull-down resistor for Vehicle input
R1 VEHICLE_IN 0 10k

* --- Input Stage: Ticket Validator ---
* S2: Push-button connecting VCC to TICKET_IN when pressed
S2 VCC TICKET_IN S2_CTRL 0 SW_PUSH
* R2: 10k Pull-down resistor for Ticket input
R2 TICKET_IN 0 10k

* --- Logic Stage: U1 (74HC08 Quad 2-Input AND Gate) ---
* Subcircuit representing one gate of the 74HC08 IC
* Pins mapped: 1(A), 2(B), 3(Y), 7(GND), 14(VCC)
.subckt 74HC08_GATE PIN1 PIN2 PIN3 PIN7 PIN14
    * Behavioral AND logic using continuous sigmoid functions for convergence
    * Y = VCC if (A > 2.5V) AND (B > 2.5V)
    B_LOGIC PIN3 PIN7 V = V(PIN14) * (1 / (1 + exp(-50*(V(PIN1)-2.5)))) * (1 / (1 + exp(-50*(V(PIN2)-2.5))))
.ends

* Instantiate U1 connected according to Wiring Guide
* Pin 1->VEHICLE_IN, Pin 2->TICKET_IN, Pin 3->LOGIC_OUT, Pin 7->0, Pin 14->VCC
XU1 VEHICLE_IN TICKET_IN LOGIC_OUT 0 VCC 74HC08_GATE

* --- Output Stage: Barrier Actuator ---
* R3: 330 ohm current limiting resistor
R3 LOGIC_OUT LED_ANODE 330
* D1: Green LED (Anode to R3, Cathode to GND)
D1 LED_ANODE 0 D_GREEN

* --- Simulation Directives ---
* Transient analysis for 500us to capture full sequence
.tran 1u 500u
.op

* Print signals to verify logic: 
* Expect LOGIC_OUT to be High (~5V) only when both Inputs are High (300us-400us)
.print tran V(VEHICLE_IN) V(TICKET_IN) V(LOGIC_OUT) V(LED_ANODE)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (1254 rows) 
Index   time            v(vehicle_in)   v(ticket_in)    v(logic_out)
0	0.000000e+00	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
1	1.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
2	2.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
3	4.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
4	8.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
5	1.600000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
6	3.200000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
7	6.400000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
8	1.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
9	2.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
10	3.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
11	4.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
12	5.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
13	6.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
14	7.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
15	8.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
16	9.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
17	1.028000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
18	1.128000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
19	1.228000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
20	1.328000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
21	1.428000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
22	1.528000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
23	1.628000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
... (1230 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Entradas flotantes: No incluir las resistencias R1 y R2 hace que las entradas «floten», provocando un parpadeo errático del LED incluso cuando no se presionan los botones. Usa siempre resistencias pull-down con la serie lógica 74HC.
  2. Conexiones de alimentación faltantes: Olvidar conectar el Pin 14 (VCC) y el Pin 7 (GND) es un error clásico. Los chips lógicos no funcionarán sin alimentación, incluso si las entradas están cableadas correctamente.
  3. LED sin resistencia: Conectar el LED directamente a la salida lógica (Pin 3) sin R3 puede dañar el LED o la etapa de salida del 74HC08 debido a una corriente excesiva.

Solución de problemas

  • Síntoma: El LED está siempre ENCENDIDO, incluso cuando se sueltan los botones.
    • Causa: Faltan resistencias pull-down o las entradas están conectadas directamente a VCC.
    • Solución: Asegúrate de que R1 y R2 estén instaladas correctamente entre las entradas y GND.
  • Síntoma: El LED no se enciende cuando se presionan ambos botones.
    • Causa: Polaridad del LED invertida o CI sin alimentación.
    • Solución: Verifica la orientación de D1 (el lado plano es el cátodo/GND) y mide 5 V entre los pines 14 y 7.
  • Síntoma: El LED es muy tenue cuando está activo.
    • Causa: El valor de la resistencia limitadora de corriente (R3) es demasiado alto.
    • Solución: Asegúrate de que R3 sea de 330 Ω (naranja-naranja-marrón). Si es de 10 kΩ o superior, el LED será apenas visible.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Parada de emergencia: Introduce una tercera entrada usando una compuerta AND de 3 entradas (74HC11) o conectando en cascada otra compuerta 74HC08, conectada a un interruptor de «Parada» que anule el comando de apertura.
  2. Interfaz de controlador de motor: Reemplaza el LED con un transistor NPN (por ejemplo, 2N2222) y un relé para accionar un motor de CC real o un solenoide, simulando un mecanismo de barrera de alta potencia.

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Quiz rápido

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




Pregunta 2: ¿Qué componente específico se utiliza para realizar la operación lógica del circuito?




Pregunta 3: ¿Qué representa el LED en la simulación del circuito?




Pregunta 4: Según la lógica booleana del circuito AND descrito, ¿cuál es la ecuación que representa el funcionamiento?




Pregunta 5: ¿Qué sucede en el 'Estado 1 (Parcial)' descrito en el resultado esperado?




Pregunta 6: ¿Qué simula el primer botón o entrada en este contexto de estacionamiento?




Pregunta 7: ¿Qué voltaje aproximado se espera en la salida (LED) cuando ambas condiciones se cumplen (Estado Activo)?




Pregunta 8: ¿Por qué es útil este circuito en seguridad industrial según el texto?




Pregunta 9: ¿Qué ocurre en el 'Estado 0 (Reposo)' según el texto?




Pregunta 10: ¿Qué aplicación adicional se menciona para este tipo de lógica de doble condición?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

Caso práctico: Sistema de riego automático condicional

Prototipo de Sistema de riego automático condicional (Maker Style)

Nivel: Básico – Construye un circuito lógico para activar una bomba solo cuando el suelo esté seco y haya agua disponible.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirás un circuito de enclavamiento de seguridad utilizando una puerta AND 74HC08. El circuito simula un controlador de riego inteligente que decide si encender una bomba de agua basándose en dos condiciones ambientales.

Por qué es útil:
* Protección del equipo: Evita que las bombas funcionen «en seco» (sin entrada de agua), lo cual a menudo causa fallos mecánicos.
* Conservación de recursos: Asegura que el agua solo se dispense cuando el suelo realmente necesita humedad.
* Lógica industrial: Demuestra el concepto fundamental de «enclavamiento de seguridad» utilizado en maquinaria pesada (por ejemplo, la máquina funciona SOLO si la protección está cerrada Y el operador presiona el botón).
* Fundamentos de lógica digital: Proporciona una representación física clara de la función booleana AND ($Y = A \cdot B$).

Resultado esperado:
* El LED de salida (Bomba) se ENCIENDE solo cuando el Interruptor A (Sensor de suelo) está en ALTO Y el Interruptor B (Sensor de tanque) está en ALTO.
* Si el tanque está vacío (Interruptor B = BAJO), la bomba permanece APAGADA incluso si el suelo está seco.
* Lógica 0: Voltaje $\approx$ 0 V. Lógica 1: Voltaje $\approx$ 5 V.

Público objetivo: Estudiantes de electrónica y aficionados de nivel básico.

Materiales

  • U1: 74HC08, función: CI de cuádruple puerta AND de 2 entradas.
  • S1: Interruptor SPST, función: Simulación de sensor de humedad del suelo (Cerrado = Seco/Lógica 1).
  • S2: Interruptor SPST, función: Simulación de nivel del tanque de agua (Cerrado = Agua presente/Lógica 1).
  • R1: Resistencia de 10 kΩ, función: pull-down para la Entrada A.
  • R2: Resistencia de 10 kΩ, función: pull-down para la Entrada B.
  • R3: Resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente del LED.
  • D1: LED verde, función: indicador de bomba de agua activa.
  • V1: Fuente de alimentación de 5 V DC, función: fuente de alimentación principal.

Pin-out del CI utilizado: 74HC08

El 74HC08 contiene cuatro puertas AND independientes. Usaremos solo una de ellas para este experimento.

Pin Nombre Función lógica Conexión en este caso
1 1A Entrada A Conectado a S1 (Estado del suelo)
2 1B Entrada B Conectado a S2 (Estado del tanque)
3 1Y Salida Y Conectado a LED (Indicador de bomba)
7 GND Tierra Conectado a Tierra de la fuente (0V)
14 VCC Alimentación Conectado a fuente de +5V

Guía de conexionado

Sigue estas conexiones cuidadosamente. Los nombres de los nodos corresponden a la función del cable en el circuito.

  • V1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo 0 (GND).
  • U1 (Pin 14) se conecta al nodo VCC.
  • U1 (Pin 7) se conecta al nodo 0 (GND).
  • S1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo SOIL_Status.
  • R1 se conecta entre el nodo SOIL_Status y el nodo 0 (GND) (Mantiene la entrada en Bajo cuando el interruptor está abierto).
  • S2 se conecta entre el nodo VCC y el nodo TANK_Status.
  • R2 se conecta entre el nodo TANK_Status y el nodo 0 (GND) (Mantiene la entrada en Bajo cuando el interruptor está abierto).
  • U1 (Pin 1, Entrada A) se conecta al nodo SOIL_Status.
  • U1 (Pin 2, Entrada B) se conecta al nodo TANK_Status.
  • U1 (Pin 3, Salida Y) se conecta al nodo PUMP_Cmd.
  • R3 se conecta entre el nodo PUMP_Cmd y el nodo LED_Anode.
  • D1 se conecta entre el nodo LED_Anode (Ánodo) y el nodo 0 (GND) (Cátodo).

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — 74HC08 AND gate

Esquemático

[ INPUTS ]                                  [ LOGIC ]                             [ OUTPUT ]

[ S1: Soil Sensor ]
[ (Switch to VCC) ] --(Node: SOIL_Status)-->+---------------------+
[ (R1: 10k to GND)]                         |      U1: 74HC08     |
                                            |      (AND Gate)     |
                                            |                     |--(Node: PUMP_Cmd)--> [ R3: 330 Ohm ] --> [ D1: Green LED ] --> GND
                                            |   Pin 1 (Input A)   |                      (Current Lim.)      (Pump Active)
                                            |                     |
                                            |   Pin 2 (Input B)   |
[ S2: Tank Level  ] --(Node: TANK_Status)-->|                     |
[ (Switch to VCC) ]                         +---------------------+
[ (R2: 10k to GND)]
Esquema Eléctrico

Tabla de verdad

Esta tabla define los estados lógicos.
0 = Interruptor abierto / 0V / Suelo húmedo / Tanque vacío / Bomba APAGADA
1 = Interruptor cerrado / 5V / Suelo seco / Tanque lleno / Bomba ENCENDIDA

Estado del suelo (A) Estado del tanque (B) Bomba de salida (Y) Estado en el mundo real
0 0 0 Suelo húmedo, Tanque vacío -> En espera
0 1 0 Suelo húmedo, Tanque lleno -> En espera
1 0 0 Suelo seco, Tanque vacío -> Corte de seguridad (Proteger bomba)
1 1 1 Suelo seco, Tanque lleno -> Riego activo

Mediciones y pruebas

Valida tu circuito utilizando un multímetro configurado en voltaje DC (rango de 20V).

  1. Comprobación de espera: Asegúrate de que tanto S1 como S2 estén abiertos (OFF). Mide el voltaje en el Pin 3 de U1.
    • Esperado: ~0 V. D1 está APAGADO.
  2. Prueba de protección contra funcionamiento en seco: Cierra S1 (el suelo está seco) pero deja S2 abierto (tanque vacío).
    • Esperado: El Pin 1 lee 5 V, el Pin 2 lee 0 V. La salida del Pin 3 debe permanecer en 0 V. D1 está APAGADO.
  3. Prueba sin demanda: Abre S1 (suelo húmedo) y cierra S2 (tanque lleno).
    • Esperado: El Pin 1 lee 0 V, el Pin 2 lee 5 V. La salida del Pin 3 debe permanecer en 0 V. D1 está APAGADO.
  4. Prueba de riego activo: Cierra ambos S1 y S2.
    • Esperado: El Pin 1 lee 5 V, el Pin 2 lee 5 V. La salida del Pin 3 debería leer ~5 V (Lógica Alta). D1 se ilumina en verde.

Netlist SPICE y simulación

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

* Title: Practical case: Conditional automatic irrigation system

* -----------------------------------------------------------------------------
* POWER SUPPLY
* -----------------------------------------------------------------------------
* V1: 5V DC supply, function: Main power source.
V1 VCC 0 DC 5

* -----------------------------------------------------------------------------
* STIMULI GENERATION (Simulating User Interaction)
* -----------------------------------------------------------------------------
* These voltage sources drive the control pins of the ideal switches (S1, S2)
* to simulate the physical sensors changing state over time.
* They are not part of the BOM but are necessary for dynamic simulation.

* Control signal for S1 (Soil Sensor): Period 200us
* Logic: 0 -> 1 -> 0 -> 1
V_CTRL_S1 N_CTRL_S1 0 PULSE(0 5 10u 1u 1u 100u 200u)

* Control signal for S2 (Tank Sensor): Period 400us
* Logic: 0 -> 0 -> 1 -> 1
V_CTRL_S2 N_CTRL_S2 0 PULSE(0 5 10u 1u 1u 200u 400u)

* -----------------------------------------------------------------------------
* INPUT STAGE (Sensors and Pull-downs)
* -----------------------------------------------------------------------------
* S1: SPST Switch, function: Soil Moisture Sensor simulation.
* Wiring: Connects between node VCC and node SOIL_Status.
* Logic: Closed (Controlled by V_CTRL_S1 High) = Dry/Logic 1.
S1 VCC SOIL_Status N_CTRL_S1 0 SW_IDEAL
* ... (truncated in public view) ...

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* Title: Practical case: Conditional automatic irrigation system

* -----------------------------------------------------------------------------
* POWER SUPPLY
* -----------------------------------------------------------------------------
* V1: 5V DC supply, function: Main power source.
V1 VCC 0 DC 5

* -----------------------------------------------------------------------------
* STIMULI GENERATION (Simulating User Interaction)
* -----------------------------------------------------------------------------
* These voltage sources drive the control pins of the ideal switches (S1, S2)
* to simulate the physical sensors changing state over time.
* They are not part of the BOM but are necessary for dynamic simulation.

* Control signal for S1 (Soil Sensor): Period 200us
* Logic: 0 -> 1 -> 0 -> 1
V_CTRL_S1 N_CTRL_S1 0 PULSE(0 5 10u 1u 1u 100u 200u)

* Control signal for S2 (Tank Sensor): Period 400us
* Logic: 0 -> 0 -> 1 -> 1
V_CTRL_S2 N_CTRL_S2 0 PULSE(0 5 10u 1u 1u 200u 400u)

* -----------------------------------------------------------------------------
* INPUT STAGE (Sensors and Pull-downs)
* -----------------------------------------------------------------------------
* S1: SPST Switch, function: Soil Moisture Sensor simulation.
* Wiring: Connects between node VCC and node SOIL_Status.
* Logic: Closed (Controlled by V_CTRL_S1 High) = Dry/Logic 1.
S1 VCC SOIL_Status N_CTRL_S1 0 SW_IDEAL

* R1: 10 kΩ resistor, function: pull-down for Input A.
* Wiring: Connects between node SOIL_Status and node 0 (GND).
R1 SOIL_Status 0 10k

* S2: SPST Switch, function: Water Tank Level simulation.
* Wiring: Connects between node VCC and node TANK_Status.
* Logic: Closed (Controlled by V_CTRL_S2 High) = Water Present/Logic 1.
S2 VCC TANK_Status N_CTRL_S2 0 SW_IDEAL

* R2: 10 kΩ resistor, function: pull-down for Input B.
* Wiring: Connects between node TANK_Status and node 0 (GND).
R2 TANK_Status 0 10k

* -----------------------------------------------------------------------------
* LOGIC STAGE (74HC08 Quad 2-Input AND Gate)
* -----------------------------------------------------------------------------
* U1: 74HC08
* Wiring Guide:
* - Pin 1 (Input A) -> SOIL_Status
* - Pin 2 (Input B) -> TANK_Status
* - Pin 3 (Output Y) -> PUMP_Cmd
* - Pin 7 -> GND (0)
* - Pin 14 -> VCC
* Implemented as a subcircuit to strictly expose pins as nodes.
XU1 SOIL_Status TANK_Status PUMP_Cmd 0 VCC 74HC08_Behavioral

* -----------------------------------------------------------------------------
* OUTPUT STAGE (Indicator)
* -----------------------------------------------------------------------------
* R3: 330 Ω resistor, function: LED current limiting.
* Wiring: Connects between node PUMP_Cmd and node LED_Anode.
R3 PUMP_Cmd LED_Anode 330

* D1: Green LED, function: Water Pump active indicator.
* Wiring: Connects between node LED_Anode (Anode) and node 0 (GND).
D1 LED_Anode 0 LED_Green

* -----------------------------------------------------------------------------
* MODELS & SUBCIRCUITS
* -----------------------------------------------------------------------------
* Switch Model: Low On-Resistance, High Off-Resistance, Threshold 2.5V
.model SW_IDEAL SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=100Meg)

* LED Model: Generic Green LED approximation
.model LED_Green D(IS=1e-22 N=1.5 RS=5 BV=5 IBV=10u)

* 74HC08 Subcircuit (Behavioral Implementation)
* Pinout: 1=A, 2=B, 3=Y, 7=GND, 14=VCC
.subckt 74HC08_Behavioral 1 2 3 7 14
* Logic Y = A AND B
* Implementation: Continuous sigmoid function for robust convergence.
* Output voltage swings to V(14) (VCC) when both inputs > 2.5V.
B_AND 3 7 V = V(14,7) * (1 / (1 + exp(-40 * (V(1,7) - 2.5)))) * (1 / (1 + exp(-40 * (V(2,7) - 2.5))))
.ends

* -----------------------------------------------------------------------------
* ANALYSIS COMMANDS
* -----------------------------------------------------------------------------
* Transient analysis: 500us duration to capture all logic states (00, 10, 01, 11)
.tran 1u 500u

* Print critical nodes for verification
.print tran V(SOIL_Status) V(TANK_Status) V(PUMP_Cmd) V(LED_Anode)

* Calculate DC operating point
.op

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (1202 rows) 
Index   time            v(soil_status)  v(tank_status)  v(pump_cmd)
0	0.000000e+00	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
1	1.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
2	2.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
3	4.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
4	8.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
5	1.600000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
6	3.200000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
7	6.400000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
8	1.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
9	2.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
10	3.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
11	4.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
12	5.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
13	6.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
14	7.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
15	8.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
16	9.280000e-06	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
17	1.000000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
18	1.010000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
19	1.026000e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
20	1.030750e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
21	1.039062e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
22	1.041363e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
23	1.045390e-05	4.999500e-04	4.999500e-04	7.201843e-87
... (1178 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  • Entradas flotantes: Olvidar R1 o R2 hace que las entradas «floten», provocando que el LED parpadee o se encienda aleatoriamente cuando los interruptores están abiertos. Solución: Verifica siempre que las resistencias pull-down estén conectadas a Tierra.
  • Orientación del LED: Colocar el LED al revés impide que se encienda incluso cuando la lógica es correcta. Solución: Asegúrate de que la pata más larga (Ánodo) mire hacia la resistencia y el CI.
  • Confusión de chips: Usar un 74HC32 (puerta OR) en lugar de un 74HC08 (puerta AND). Solución: Lee el texto impreso en la parte superior del CI antes de insertarlo. Si se comporta como «Bomba encendida si CUALQUIERA de las condiciones se cumple», tienes el chip equivocado.

Solución de problemas

  • Síntoma: El LED está siempre ENCENDIDO, independientemente de los interruptores.
    • Causa: Las entradas podrían estar en cortocircuito directo a VCC, o el CI está dañado.
    • Solución: Revisa el cableado en los Pines 1 y 2. Asegúrate de que R1 y R2 vayan a Tierra, no a VCC.
  • Síntoma: El LED es muy tenue cuando está activo.
    • Causa: El valor de R3 es demasiado alto.
    • Solución: Reemplaza R3 con un valor entre 220 Ω y 470 Ω.
  • Síntoma: El circuito funciona inversamente (LED apagado cuando los interruptores están cerrados).
    • Causa: Podrías estar usando una puerta NAND (como 74HC00) o conectaste el LED a VCC en lugar de a Tierra (fuente vs sumidero).
    • Solución: Verifica que el número de parte sea 74HC08 y que el Cátodo del LED esté en Tierra.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Interfaz de alta potencia: Reemplaza el LED con un transistor NPN (por ejemplo, 2N2222) y un relé para controlar una bomba de agua real de 12V.
  2. Control manual: Añade un tercer interruptor conectado a una puerta OR después de la salida de la puerta AND, permitiendo al usuario forzar el encendido de la bomba independientemente de los sensores.

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Quiz rápido

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




Pregunta 2: ¿Qué circuito integrado (CI) se utiliza como componente principal para la lógica?




Pregunta 3: ¿Qué función lógica representa el circuito construido?




Pregunta 4: ¿Qué condición simula el Interruptor A (Sensor de suelo) cuando está en ALTO?




Pregunta 5: ¿Qué sucede con el LED de salida si el tanque está vacío (Interruptor B = BAJO)?




Pregunta 6: ¿Cuál es uno de los beneficios mencionados sobre la protección del equipo?




Pregunta 7: ¿Qué fórmula booleana representa la función lógica de este circuito?




Pregunta 8: ¿Qué condiciones deben cumplirse para que el LED (Bomba) se ENCIENDA?




Pregunta 9: ¿Qué concepto de lógica industrial demuestra este proyecto?




Pregunta 10: ¿Qué función cumple el Interruptor B en la simulación?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

Caso práctico: Activación de alarma con doble sensor

Prototipo de Activación de alarma con doble sensor (Maker Style)

Nivel: Básico. Implementa un circuito lógico donde una alarma suena solo si dos sensores distintos se activan simultáneamente.

Objetivo y caso de uso

En este tutorial, construirás un circuito lógico de seguridad utilizando un circuito integrado 74HC08 (puerta AND). El circuito procesa señales de dos interruptores independientes (simulando un sensor de puerta y uno de ventana) y activa un LED de salida solo cuando ambos interruptores están cerrados al mismo tiempo.

Por qué es útil:
* Enclavamientos de seguridad: Asegura que la maquinaria funcione solo cuando un operador presiona dos botones simultáneamente, manteniendo ambas manos alejadas del peligro.
* Sistemas de seguridad: Dispara una alarma específica de alta prioridad solo cuando se vulneran múltiples zonas simultáneamente.
* Validación de datos: Las puertas lógicas son fundamentales para validar que se cumplan dos condiciones necesarias (por ejemplo, «Sistema listo» Y «Comando de inicio») antes de ejecutar una acción.

Resultado esperado:
* Entrada A (Baja) + Entrada B (Baja): El LED permanece APAGADO (salida de 0 V).
* Entrada A (Alta) + Entrada B (Baja): El LED permanece APAGADO (salida de 0 V).
* Entrada A (Baja) + Entrada B (Alta): El LED permanece APAGADO (salida de 0 V).
* Entrada A (Alta) + Entrada B (Alta): El LED se ENCIENDE (salida de ~5 V).
* Público objetivo: Estudiantes de electrónica y aficionados que se inician en la lógica digital.

Materiales

  • V1: Fuente de CC de 5 V, función: Fuente de alimentación principal.
  • S1: Interruptor SPST, función: Sensor A (Puerta).
  • S2: Interruptor SPST, función: Sensor B (Ventana).
  • R1: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-down para el Sensor A (evita estado flotante).
  • R2: Resistencia de 10 kΩ, función: Pull-down para el Sensor B.
  • U1: Puerta AND cuádruple de 2 entradas 74HC08, función: Núcleo de decisión lógica.
  • R3: Resistencia de 330 Ω, función: Limitación de corriente del LED.
  • D1: LED rojo, función: Indicador visual de alarma.

Pin-out del CI utilizado

Chip seleccionado: 74HC08 (Puerta AND cuádruple de 2 entradas).
Nota: Este chip contiene cuatro puertas independientes. Usaremos solo una.

Pin Nombre Función lógica Conexión en este caso
1 1A Entrada A Conectar al nodo SENSOR_A
2 1B Entrada B Conectar al nodo SENSOR_B
3 1Y Salida Conectar al nodo ALARM_OUT
7 GND Tierra Conectar al nodo 0 (GND)
14 VCC Alimentación Conectar al nodo VCC (+5 V)

Guía de conexionado

Construye el circuito siguiendo estas conexiones utilizando nombres de nodo específicos:

  • V1: Conecta el terminal positivo al nodo VCC y el terminal negativo al nodo 0.
  • Alimentación U1: Conecta el Pin 14 a VCC y el Pin 7 a 0.
  • S1: Conecta un lado a VCC y el otro lado al nodo SENSOR_A.
  • R1: Conecta entre el nodo SENSOR_A y el nodo 0.
  • S2: Conecta un lado a VCC y el otro lado al nodo SENSOR_B.
  • R2: Conecta entre el nodo SENSOR_B y el nodo 0.
  • Lógica U1:
    • Conecta el Pin 1 al nodo SENSOR_A.
    • Conecta el Pin 2 al nodo SENSOR_B.
    • Conecta el Pin 3 al nodo ALARM_OUT.
  • Etapa de salida:
    • R3: Conecta entre el nodo ALARM_OUT y el nodo LED_ANODE.
    • D1: Conecta el Ánodo al nodo LED_ANODE y el Cátodo al nodo 0.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — 74HC08 AND gate

Esquemático

[ INPUT SENSORS ]                          [ LOGIC CORE ]                       [ OUTPUT ALARM ]

                                                   +--------------+
    [ VCC ] --> [ S1: Door ] --(SENSOR_A)--------->| Pin 1        |
                                   |               |              |
                                   +-> [ R1: 10k ] |              |
                                          |        |  U1: 74HC08  |
                                       [ GND ]     |  (AND Gate)  |--(ALARM_OUT)--> [ R3: 330 Ω ] --> [ D1: LED ] --> [ GND ]
                                                   |              |
                                                   |              |
    [ VCC ] --> [ S2: Window ] --(SENSOR_B)------->| Pin 2        |
                                   |               |              |
                                   +-> [ R2: 10k ] | Power:       |
                                          |        | 14(VCC), 7(0)|
                                       [ GND ]     +--------------+
Esquema Eléctrico

Tabla de verdad

La salida del 74HC08 es Alta (1) solo si ambas entradas son Altas (1).

Sensor A (S1) Sensor B (S2) Salida (Pin 3) Estado del LED
0 (Abierto) 0 (Abierto) 0 (Bajo) APAGADO
0 (Abierto) 1 (Cerrado) 0 (Bajo) APAGADO
1 (Cerrado) 0 (Abierto) 0 (Bajo) APAGADO
1 (Cerrado) 1 (Cerrado) 1 (Alto) ENCENDIDO

Mediciones y pruebas

  1. Verificación de alimentación: Mide el voltaje entre VCC y 0. Debe ser estable a 5 V.
  2. Estado de reposo: Asegúrate de que tanto S1 como S2 estén abiertos. Mide el voltaje en el Pin 1 y el Pin 2 de U1. Ambos deben ser 0 V (Lógica 0). El LED debe estar APAGADO.
  3. Prueba de disparo único: Cierra solo S1. El Pin 1 debe leer 5 V, el Pin 2 debe leer 0 V. Mide el Pin 3 (Salida); debe permanecer en 0 V. Repite solo para S2.
  4. Activación de alarma: Cierra tanto S1 como S2. Mide el Pin 1 y el Pin 2; ambos deben ser 5 V. Mide el Pin 3; debe saltar a ~5 V (Lógica 1).
  5. Corriente de salida: Comprueba que D1 se ilumina intensamente. La caída de voltaje a través de R3 debe ser de aproximadamente 3 V (dependiendo del color del LED).

Netlist SPICE y simulación

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

* Title: Practical case: Dual sensor alarm activation

* ==============================================================================
* Models
* ==============================================================================
* Generic Red LED Model
* IS: Saturation current, N: Emission coefficient, RS: Series resistance
.model DLED D(IS=1e-14 N=1.5 RS=5 BV=5 IBV=10u CJO=10p TT=10n)

* Voltage Controlled Switch Model (for S1, S2)
* Simulates a physical SPST switch
* Vt: Threshold voltage (2.5V), Ron: On resistance (1 ohm), Roff: Off resistance (100Meg)
.model SW_SENSOR SW(Vt=2.5 Ron=1 Roff=100Meg)

* ==============================================================================
* Subcircuits
* ==============================================================================
* U1: 74HC08 Quad 2-Input AND Gate (Single Gate Implementation)
* Pins: 1=A, 2=B, 3=Y, 7=GND, 14=VCC
.subckt 74HC08_GATE 1 2 3 7 14
* Behavioral implementation using continuous sigmoid functions for convergence robustness.
* Logic: V_out = VCC * sigmoid(A) * sigmoid(B)
* The slope factor (50) ensures a sharp transition near the 2.5V threshold.
B_LOGIC 3 7 V = V(14) * (1 / (1 + exp(-50 * (V(1) - 2.5)))) * (1 / (1 + exp(-50 * (V(2) - 2.5))))
.ends

* ==============================================================================
* Main Circuit
* ==============================================================================

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

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* Title: Practical case: Dual sensor alarm activation

* ==============================================================================
* Models
* ==============================================================================
* Generic Red LED Model
* IS: Saturation current, N: Emission coefficient, RS: Series resistance
.model DLED D(IS=1e-14 N=1.5 RS=5 BV=5 IBV=10u CJO=10p TT=10n)

* Voltage Controlled Switch Model (for S1, S2)
* Simulates a physical SPST switch
* Vt: Threshold voltage (2.5V), Ron: On resistance (1 ohm), Roff: Off resistance (100Meg)
.model SW_SENSOR SW(Vt=2.5 Ron=1 Roff=100Meg)

* ==============================================================================
* Subcircuits
* ==============================================================================
* U1: 74HC08 Quad 2-Input AND Gate (Single Gate Implementation)
* Pins: 1=A, 2=B, 3=Y, 7=GND, 14=VCC
.subckt 74HC08_GATE 1 2 3 7 14
* Behavioral implementation using continuous sigmoid functions for convergence robustness.
* Logic: V_out = VCC * sigmoid(A) * sigmoid(B)
* The slope factor (50) ensures a sharp transition near the 2.5V threshold.
B_LOGIC 3 7 V = V(14) * (1 / (1 + exp(-50 * (V(1) - 2.5)))) * (1 / (1 + exp(-50 * (V(2) - 2.5))))
.ends

* ==============================================================================
* Main Circuit
* ==============================================================================

* --- Power Supply ---
* V1: 5 V DC supply (Main Power)
V1 VCC 0 DC 5

* --- Actuation Control Signals (Simulation Stimuli) ---
* These voltage sources act as the "hand" pressing the switches.
* They define the timing for the Truth Table test.
* ACT_A: Period 200us (High 0-100us)
V_ACT_A ACT_A 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 100u 200u)
* ACT_B: Period 400us (High 0-200us)
V_ACT_B ACT_B 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 200u 400u)

* --- Input A: Door Sensor ---
* S1: SPST Switch. Connects VCC to SENSOR_A when ACT_A is High (>2.5V).
S1 VCC SENSOR_A ACT_A 0 SW_SENSOR
* R1: 10 kΩ resistor. Pull-down for Sensor A.
R1 SENSOR_A 0 10k

* --- Input B: Window Sensor ---
* S2: SPST Switch. Connects VCC to SENSOR_B when ACT_B is High (>2.5V).
S2 VCC SENSOR_B ACT_B 0 SW_SENSOR
* R2: 10 kΩ resistor. Pull-down for Sensor B.
R2 SENSOR_B 0 10k

* --- Logic Core: U1 (74HC08) ---
* Instantiating the logic gate subcircuit.
* Mapping: Pin 1->SENSOR_A, Pin 2->SENSOR_B, Pin 3->ALARM_OUT, Pin 7->0, Pin 14->VCC
XU1 SENSOR_A SENSOR_B ALARM_OUT 0 VCC 74HC08_GATE

* --- Output Stage ---
* R3: 330 Ω resistor (Current limiting)
R3 ALARM_OUT LED_ANODE 330
* D1: Red LED (Visual indicator)
D1 LED_ANODE 0 DLED

* ==============================================================================
* Analysis Directives
* ==============================================================================
* Transient analysis: Step 1us, Stop 500us
* This duration covers all combinations of the input pulses (00, 01, 10, 11).
.tran 1u 500u

* Print required nodes for log output
.print tran V(SENSOR_A) V(SENSOR_B) V(ALARM_OUT) V(LED_ANODE)

* Calculate DC operating point
.op

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (1294 rows) 
Index   time            v(sensor_a)     v(sensor_b)     v(alarm_out)
0	0.000000e+00	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
1	1.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
2	2.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
3	4.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
4	8.000000e-08	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
5	1.600000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
6	3.200000e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
7	3.562500e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
8	4.196875e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
9	4.372461e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
10	4.679736e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
11	4.795524e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
12	4.902290e-07	4.999500e-04	4.999500e-04	1.403014e-108
13	5.023412e-07	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00
14	5.138119e-07	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00
15	5.256739e-07	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00
16	5.378128e-07	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00
17	5.539238e-07	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00
18	5.828205e-07	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00
19	6.384927e-07	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00
20	7.166884e-07	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00
21	8.730798e-07	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00
22	1.000000e-06	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00
23	1.031278e-06	4.999500e+00	4.999500e+00	5.000000e+00
... (1270 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Entradas flotantes: Omitir R1 o R2 hace que las entradas «floten» cuando los interruptores están abiertos. El 74HC08 puede captar ruido y dispararse erráticamente. Solución: Usa siempre resistencias pull-down (10 kΩ) conectadas a tierra.
  2. Falta de alimentación al CI: Los estudiantes a menudo cablean los pines lógicos pero olvidan los Pines 14 (VCC) y 7 (GND). Solución: Cablea siempre los rieles de alimentación primero.
  3. Sin limitación de corriente: Conectar el LED directamente a la salida del CI sin R3 dañará el LED o el 74HC08. Solución: Asegúrate de que haya una resistencia de 220 Ω a 470 Ω en serie con el LED.

Solución de problemas

  • El LED nunca se ENCIENDE:
    • Comprueba si la polaridad del LED es correcta (Ánodo a resistencia, Cátodo a tierra).
    • Verifica que el 74HC08 tenga alimentación en el Pin 14.
    • Asegúrate de que ambos interruptores estén haciendo buen contacto.
  • El LED actúa erráticamente o se ENCIENDE cuando los interruptores están APAGADOS:
    • Comprueba si faltan las resistencias pull-down R1 y R2.
    • Verifica que estás usando un 74HC08 (AND) y no un 74HC32 (OR) o 74HC00 (NAND).
  • El LED es muy tenue:
    • El valor de R3 podría ser demasiado alto (p. ej., 100 kΩ en lugar de 330 Ω).
    • El voltaje de la fuente V1 podría ser demasiado bajo (< 3 V).

Posibles mejoras y extensiones

  1. Alarma audible: Conecta un zumbador activo de 5 V en paralelo con el LED (y su resistencia) o usa un controlador de transistor para emitir un ruido cuando se active la alarma.
  2. Cerrojo de memoria: Alimenta la salida a un Latch Set-Reset (SR) o Flip-Flop para que, una vez activada la alarma, permanezca ENCENDIDA incluso si los sensores se cierran de nuevo, requiriendo un botón de reinicio manual.

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Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Qué circuito integrado se utiliza en este tutorial para implementar la lógica de seguridad?




Pregunta 2: ¿Cuál es la función principal del circuito descrito?




Pregunta 3: ¿Qué sucede con el LED si la Entrada A es Alta y la Entrada B es Baja?




Pregunta 4: ¿Por qué es útil este circuito en maquinaria industrial según el texto?




Pregunta 5: ¿Qué condición lógica representa el funcionamiento de este circuito?




Pregunta 6: ¿Qué nivel de dificultad tiene este tutorial según el contexto?




Pregunta 7: ¿Qué ejemplo de validación de datos se menciona en el texto?




Pregunta 8: ¿Qué simulan los dos interruptores independientes en el circuito?




Pregunta 9: ¿Cuál es el resultado esperado si ambas entradas (A y B) son bajas?




Pregunta 10: ¿Qué aplicación de seguridad se menciona para disparar una alarma de alta prioridad?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

Caso práctico: Control de iluminación desde dos puntos

Prototipo de Control de iluminación desde dos puntos (Maker Style)

Nivel: Básico. Construya un circuito donde una luz piloto pueda ser activada desde dos interruptores independientes utilizando lógica digital.

Objetivo y caso de uso

En este proyecto, construirá un circuito de control digital utilizando una compuerta OR 74HC32 para alimentar un indicador LED cuando se accione cualquiera de los dos pulsadores. Esto demuestra la función lógica fundamental donde una salida es verdadera si al menos una entrada es verdadera.

Por qué es útil:
* Domótica: Simula un sistema de luz de pasillo donde múltiples interruptores pueden encender una luz.
* Sistemas de seguridad: Representa una zona de disparo de alarma donde cualquier sensor individual (puerta o ventana) activa la sirena.
* Automotriz: Funciona como las luces interiores del techo que se encienden si la puerta del conductor O la del pasajero se abre.
* Seguridad industrial: Actúa como un sistema de parada de emergencia donde presionar cualquier botón en una línea de producción detiene la máquina.

Resultado esperado:
* Estado del LED: El LED permanece APAGADO (Lógica 0) solo cuando ambos botones están liberados.
* Pulsación única: Presionar el Botón A ENCIENDE el LED (Lógica 1).
* Pulsación única: Presionar el Botón B ENCIENDE el LED (Lógica 1).
* Pulsación simultánea: Presionar ambos botones mantiene el LED ENCENDIDO (Lógica 1).
* Público objetivo: Estudiantes y aficionados que aprenden compuertas lógicas digitales básicas.

Materiales

  • V1: Fuente de alimentación de 5 V CC
  • U1: 74HC32 (CI de cuádruple compuerta OR de 2 entradas)
  • S1: Pulsador momentáneo (NO – Normalmente Abierto), función: Entrada A
  • S2: Pulsador momentáneo (NO – Normalmente Abierto), función: Entrada B
  • 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 330 Ω, función: Limitación de corriente del LED
  • D1: LED rojo, función: Indicador de salida lógica

Pin-out del CI utilizado

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

Pin Nombre Función lógica Conexión en este caso
1 1A Entrada A Conectado a S1 y R1
2 1B Entrada B Conectado a S2 y R2
3 1Y Salida Conectado a R3 (driver del LED)
7 GND Tierra (Masa) Conectado a 0V
14 VCC Fuente de alimentación Conectado a +5V

Guía de conexionado

Esta guía define las conexiones utilizando nombres de nodo específicos para asegurar un ensamblaje limpio del circuito.

  • Nodos de alimentación:

    • VCC: Conecte el terminal positivo de V1 al Pin 14 de U1.
    • 0 (GND): Conecte el terminal negativo de V1 al Pin 7 de U1.

  • Lógica de entrada A (NODE_A):

    • Conecte S1 entre VCC y NODE_A.
    • Conecte R1 entre NODE_A y 0 (GND).
    • Conecte el Pin 1 de U1 a NODE_A.

  • Lógica de entrada B (NODE_B):

    • Conecte S2 entre VCC y NODE_B.
    • Conecte R2 entre NODE_B y 0 (GND).
    • Conecte el Pin 2 de U1 a NODE_B.

  • Lógica de salida (NODE_Y):

    • Conecte el Pin 3 de U1 a un extremo de R3.
    • Conecte el otro extremo de R3 al ánodo (patilla larga) de D1.
    • Conecte el cátodo (patilla corta) de D1 a 0 (GND).

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — 74HC32 OR gate

Esquemático

[ INPUTS ]                                  [ LOGIC ]                                [ OUTPUT ]

[ VCC ]--> [ S1 (NO) ] --+--(NODE_A)----------->+-------------+
                         |  (Pin 1)             |             |
                    [ R1 (10k) ]                |  U1: 74HC32 |
                         v                      |  (OR Gate)  |--(NODE_Y)--> [ R3 (330) ] --> [ D1 (LED) ] --> [ GND ]
                      [ GND ]                   |  (Pin 3)    |
                                                |             |
[ VCC ]--> [ S2 (NO) ] --+--(NODE_B)----------->+-------------+
                         |  (Pin 2)
                    [ R2 (10k) ]
                         v
                      [ GND ]
Esquema Eléctrico

Tabla de verdad

El 74HC32 sigue la tabla lógica OR estándar:

Entrada A (S1) Entrada B (S2) Salida Y (LED) Descripción del estado
0 (Liberado) 0 (Liberado) 0 (OFF) Sin señal activa
0 (Liberado) 1 (Pulsado) 1 (ON) Activado por B
1 (Pulsado) 0 (Liberado) 1 (ON) Activado por A
1 (Pulsado) 1 (Pulsado) 1 (ON) Activado por ambos

Mediciones y pruebas

  1. Comprobación en reposo: Antes de presionar nada, mida el voltaje en NODE_A y NODE_B con respecto a GND. Debería ser cercano a 0V (Lógica 0) debido a las resistencias pull-down. El LED debería estar apagado.
  2. Prueba de entrada A: Presione S1. Mida el voltaje en NODE_A; debería subir a 5V. Verifique que D1 se enciende.
  3. Prueba de entrada B: Presione S2. Mida el voltaje en NODE_B; debería subir a 5V. Verifique que D1 se enciende.
  4. Prueba combinada: Presione ambos botones simultáneamente. El LED debería permanecer encendido sin parpadear.

Netlist SPICE y simulación

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

* Practical case: Lighting control from two points

* --- Power Supply ---
* V1: 5V DC Supply connected to VCC and GND (0)
V1 VCC 0 DC 5

* --- Input A ---
* S1: Momentary Push Button (NO)
* Modeled as a voltage-controlled switch (S1) driven by a pulse source (V_ACT_A)
* to simulate the physical user action of pressing the button.
V_ACT_A ACT_A 0 PULSE(0 5 50u 1u 1u 100u 200u)
S1 VCC NODE_A ACT_A 0 SW_BTN

* R1: 10k Pull-down resistor for Input A
R1 NODE_A 0 10k

* --- Input B ---
* S2: Momentary Push Button (NO)
* Modeled as a voltage-controlled switch (S2) driven by a pulse source (V_ACT_B)
V_ACT_B ACT_B 0 PULSE(0 5 50u 1u 1u 200u 400u)
S2 VCC NODE_B ACT_B 0 SW_BTN

* R2: 10k Pull-down resistor for Input B
R2 NODE_B 0 10k

* --- Logic IC U1: 74HC32 (Quad 2-Input OR Gate) ---
* Wiring Guide: Pin 1 to NODE_A, Pin 2 to NODE_B, Pin 3 to NODE_Y
* Pin 7 to GND (0), Pin 14 to VCC
XU1 NODE_A NODE_B NODE_Y 0 VCC 74HC32

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

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* Practical case: Lighting control from two points

* --- Power Supply ---
* V1: 5V DC Supply connected to VCC and GND (0)
V1 VCC 0 DC 5

* --- Input A ---
* S1: Momentary Push Button (NO)
* Modeled as a voltage-controlled switch (S1) driven by a pulse source (V_ACT_A)
* to simulate the physical user action of pressing the button.
V_ACT_A ACT_A 0 PULSE(0 5 50u 1u 1u 100u 200u)
S1 VCC NODE_A ACT_A 0 SW_BTN

* R1: 10k Pull-down resistor for Input A
R1 NODE_A 0 10k

* --- Input B ---
* S2: Momentary Push Button (NO)
* Modeled as a voltage-controlled switch (S2) driven by a pulse source (V_ACT_B)
V_ACT_B ACT_B 0 PULSE(0 5 50u 1u 1u 200u 400u)
S2 VCC NODE_B ACT_B 0 SW_BTN

* R2: 10k Pull-down resistor for Input B
R2 NODE_B 0 10k

* --- Logic IC U1: 74HC32 (Quad 2-Input OR Gate) ---
* Wiring Guide: Pin 1 to NODE_A, Pin 2 to NODE_B, Pin 3 to NODE_Y
* Pin 7 to GND (0), Pin 14 to VCC
XU1 NODE_A NODE_B NODE_Y 0 VCC 74HC32

* --- Output Stage ---
* R3: 330 Ohm LED current limiting resistor
R3 NODE_Y NODE_LED 330

* D1: Red LED Logic output indicator
D1 NODE_LED 0 LED_RED

* --- Models and Subcircuits ---

* Switch Model (Normally Open)
* Vt=2.5V: Threshold voltage for switching
* Ron=0.1: Low resistance when closed
* Roff=10Meg: High resistance when open
.model SW_BTN SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=10Meg)

* LED Model (Generic Red LED)
.model LED_RED D(IS=1e-22 N=1.5 RS=5 BV=5 IBV=10u CJO=10p)

* 74HC32 Behavioral Subcircuit
* Implements robust continuous logic to avoid convergence issues
.subckt 74HC32 1 2 3 7 14
* Pin Definitions: 1=InputA, 2=InputB, 3=OutputY, 7=GND, 14=VCC
* Logic: Y = A OR B
* Implemented using Sigmoid function S(x) = 1 / (1 + exp(-k*(x-threshold)))
* OR(A,B) is equivalent to 1 - (NOT_A * NOT_B)
* V(14) scales the output to the supply rail
B_OR 3 7 V = V(14) * (1 - ( (1/(1+exp(-20*(V(1)-2.5)))) * (1/(1+exp(-20*(V(2)-2.5)))) ))
.ends

* --- Simulation Directives ---
* Transient analysis for 600us to capture all logic states of the pulses
.tran 1u 600u

* Print required voltages for analysis
.print tran V(NODE_A) V(NODE_B) V(NODE_Y) V(NODE_LED)

* Calculate DC operating point
.op

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (1562 rows) 
Index   time            v(node_a)       v(node_b)       v(node_y)
0	0.000000e+00	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
1	1.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
2	2.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
3	4.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
4	8.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
5	1.600000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
6	3.200000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
7	6.400000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
8	1.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
9	2.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
10	3.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
11	4.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
12	5.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
13	6.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
14	7.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
15	8.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
16	9.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
17	1.028000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
18	1.128000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
19	1.228000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
20	1.328000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
21	1.428000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
22	1.528000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
23	1.628000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
... (1538 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Dejar entradas flotantes: No instalar las resistencias pull-down (R1, R2) hace que las entradas «floten», lo que a menudo lleva a que el LED parpadee o se quede encendido permanentemente debido al ruido estático. Siempre conecte las entradas no utilizadas a GND o VCC.
  2. Falta de alimentación al chip: Olvidar conectar el Pin 14 a +5V y el Pin 7 a GND. Las compuertas lógicas dentro del chip no pueden funcionar sin energía.
  3. Orientación del LED: Insertar el LED al revés (ánodo a tierra). El LED actuará como un circuito abierto y nunca se encenderá.

Solución de problemas

  • El LED está siempre ENCENDIDO:
    • Verifique si falta R1 o R2 o si están desconectadas.
    • Verifique que está usando un botón Normalmente Abierto (NO/NA), no uno Normalmente Cerrado (NC).
  • El LED no se ENCIENDE cuando se presionan los botones:
    • Verifique las conexiones de alimentación de U1 (Pines 7 y 14).
    • Asegúrese de que el LED esté orientado correctamente (Lado plano/patilla corta a GND).
  • El LED es muy tenue:
    • El valor de R3 podría ser demasiado alto (por ejemplo, usar 10 kΩ en lugar de 330 Ω).
    • El voltaje de alimentación V1 podría ser demasiado bajo.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Control de tres puntos: Conecte en cascada una segunda compuerta OR (usando las compuertas restantes en el chip 74HC32) para agregar un tercer interruptor, permitiendo el control desde tres ubicaciones.
  2. Circuito de enclavamiento (Latch): Agregue un bucle de retroalimentación o use un latch SR para que presionar un botón una vez encienda la luz y la mantenga encendida hasta que se presione un botón de «Reset» (simulando una memoria de alarma).

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Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Qué componente principal se utiliza para realizar la función lógica en este circuito?




Pregunta 2: ¿Cuál es el objetivo principal del circuito descrito?




Pregunta 3: ¿Qué sucede con el LED si se presiona únicamente uno de los botones?




Pregunta 4: ¿En qué condición permanece el LED APAGADO?




Pregunta 5: ¿Qué aplicación de la vida real en el sector automotriz se menciona como ejemplo?




Pregunta 6: ¿Qué función lógica fundamental demuestra este proyecto?




Pregunta 7: ¿Cómo se aplica este circuito en un sistema de seguridad industrial?




Pregunta 8: ¿Qué ocurre si se presionan ambos botones simultáneamente en una compuerta OR?




Pregunta 9: ¿Qué nivel de dificultad se asigna a este proyecto en el contexto?




Pregunta 10: ¿Qué ejemplo de domótica se utiliza para ilustrar este circuito?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

Caso práctico: Sistema de alarma con doble sensor

Prototipo de Sistema de alarma con doble sensor (Maker Style)

Nivel: Básico — Implementar un circuito lógico que active una alarma si cualquiera de dos sensores detecta una intrusión.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirás un circuito lógico digital utilizando un circuito integrado 74HC32 (puerta OR). El circuito monitorea dos interruptores que representan sensores de puerta; si se activa cualquiera de los interruptores (lógica ALTA o HIGH), el LED de salida (alarma) se enciende.

Por qué es útil:
* Seguridad en el hogar: Simula un sistema donde abrir la puerta delantera o la trasera activa la sirena.
* Seguridad automotriz: Funciona como la luz de «puerta abierta» del tablero, que se ilumina si alguna puerta de los pasajeros no está completamente cerrada.
* Controles industriales: Actúa como un monitor de fallos simplificado donde múltiples señales de error pueden activar una única luz de advertencia.

Resultado esperado:
* Estado de espera: Cuando ambos interruptores están abiertos (entrada de 0 V), el LED permanece APAGADO.
* Estado activo 1: Cuando el interruptor A está cerrado (entrada de 5 V), el LED se ENCIENDE.
* Estado activo 2: Cuando el interruptor B está cerrado (entrada de 5 V), el LED se ENCIENDE.
* Estado activo dual: Cuando ambos interruptores están cerrados, el LED permanece ENCENDIDO.
* Público objetivo: Estudiantes de electrónica y aficionados que aprenden puertas lógicas digitales básicas.

Materiales

  • V1: Fuente de alimentación de 5 V CC o paquete de baterías
  • U1: CI 74HC32 con cuádruple puerta OR de 2 entradas
  • S1: Interruptor de palanca SPST o pulsador, función: Sensor de puerta delantera (Entrada A)
  • S2: Interruptor de palanca SPST o pulsador, función: Sensor de puerta trasera (Entrada B)
  • 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 330 Ω, función: limitación de corriente del LED
  • D1: LED rojo, función: Indicador de alarma
  • Protoboard y cables de conexión

Pin-out del CI utilizado

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

Pin Nombre Función lógica Conexión en este caso
1 1A Entrada A (Puerta 1) Conectado a S1 y R1
2 1B Entrada B (Puerta 1) Conectado a S2 y R2
3 1Y Salida (Puerta 1) Conectado a R3 (controlador de LED)
7 GND Tierra Conectado a 0 (Riel negativo)
14 VCC Alimentación positiva Conectado al riel de 5 V

Guía de conexionado

Construye el circuito en la protoboard siguiendo estas conexiones. Los nombres de los nodos (por ejemplo, IN_A, VCC) indican uniones eléctricas.

  • Fuente de alimentación:
    • V1: Terminal positivo al nodo VCC.
    • V1: Terminal negativo al nodo 0 (GND).
  • Alimentación del CI:
    • U1 (Pin 14): Conectar a VCC.
    • U1 (Pin 7): Conectar a 0.
  • Sensor A (Puerta delantera):
    • S1: Conectar entre VCC y el nodo IN_A.
    • R1: Conectar entre el nodo IN_A y 0 (Funciona como resistencia pull-down para asegurar un 0 lógico cuando el interruptor está abierto).
    • U1 (Pin 1): Conectar al nodo IN_A.
  • Sensor B (Puerta trasera):
    • S2: Conectar entre VCC y el nodo IN_B.
    • R2: Conectar entre el nodo IN_B y 0 (Funciona como resistencia pull-down).
    • U1 (Pin 2): Conectar al nodo IN_B.
  • Etapa de salida:
    • U1 (Pin 3): Conectar al nodo SIG_OUT.
    • R3: Conectar entre el nodo SIG_OUT y el nodo LED_ANODE.
    • D1: Ánodo al nodo LED_ANODE, Cátodo a 0.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — 74HC32 OR gate

Esquemático

[ INPUT SENSORS ]                        [ LOGIC PROCESSING ]                  [ OUTPUT ALARM ]

[ VCC ] --> [ S1: Front Door ] --+--(IN_A)--> [ Pin 1 ] --+
                                 |                        |
                           [ R1: 10k ]                    |
                                 |                        v
                               [ GND ]             +-------------+
                                                   |  U1: 74HC32 |
                                                   |  (OR Gate)  | --(Pin 3)--> [ R3: 330 ] --> [ D1: LED ] --> GND
                                                   +-------------+
                               [ GND ]                    ^
                                 |                        |
                           [ R2: 10k ]                    |
                                 |                        |
[ VCC ] --> [ S2: Back Door  ] --+--(IN_B)--> [ Pin 2 ] --+
Esquema Eléctrico

Tabla de verdad

El 74HC32 se comporta según la lógica OR estándar:

Sensor A (S1) Sensor B (S2) Pin 1 (Voltios) Pin 2 (Voltios) Pin de salida 3 (Voltios) Estado del LED
Abierto Abierto 0 V 0 V 0 V (BAJO) APAGADO
Abierto Cerrado 0 V 5 V 5 V (ALTO) ENCENDIDO
Cerrado Abierto 5 V 0 V 5 V (ALTO) ENCENDIDO
Cerrado Cerrado 5 V 5 V 5 V (ALTO) ENCENDIDO

Mediciones y pruebas

  1. Verificación de alimentación: Antes de insertar el CI, energiza los rieles y mide el voltaje entre VCC y 0. Debería leer aproximadamente 5 V.
  2. Verificación de entrada:
    • Mantén U1 insertado. Mide el voltaje en el Pin 1 con respecto a GND. Debería ser 0 V.
    • Presiona S1. El voltaje en el Pin 1 debería saltar a ~5 V.
    • Repite para S2 y el Pin 2.
  3. Prueba lógica:
    • Asegúrate de que ambos interruptores estén abiertos. Mide el Pin 3 (Salida); debería estar cerca de 0 V.
    • Cierra solo S1. Mide el Pin 3; debería estar cerca de 5 V. El LED debería encenderse.
    • Cierra solo S2. Mide el Pin 3; debería estar cerca de 5 V. El LED debería encenderse.

Netlist SPICE y simulación

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

* Practical case: Dual Sensor Alarm System
* Corrected SPICE Netlist based on BOM and Wiring Guide

* ==============================================================================
* POWER SUPPLY
* ==============================================================================
* V1: 5V DC Supply
* Wiring: Positive to VCC, Negative to 0 (GND)
V1 VCC 0 DC 5

* ==============================================================================
* INPUT SENSORS
* ==============================================================================
* Sensor A: Front Door (S1, R1)
* Wiring: S1 connects VCC to IN_A. R1 connects IN_A to 0 (Pull-down).
* Simulation: S1 is modeled as a voltage-controlled switch driven by a control pulse
* to simulate a button press sequence.
V_CTRL_A CTRL_A 0 PULSE(0 5 10u 1u 1u 100u 200u)
S1 VCC IN_A CTRL_A 0 SW_GEN
R1 IN_A 0 10k

* Sensor B: Back Door (S2, R2)
* Wiring: S2 connects VCC to IN_B. R2 connects IN_B to 0 (Pull-down).
* Simulation: S2 control pulse is offset to test all truth table combinations.
V_CTRL_B CTRL_B 0 PULSE(0 5 10u 1u 1u 200u 400u)
S2 VCC IN_B CTRL_B 0 SW_GEN
R2 IN_B 0 10k

* ==============================================================================
* LOGIC IC: U1 (74HC32)
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Dual Sensor Alarm System
* Corrected SPICE Netlist based on BOM and Wiring Guide

* ==============================================================================
* POWER SUPPLY
* ==============================================================================
* V1: 5V DC Supply
* Wiring: Positive to VCC, Negative to 0 (GND)
V1 VCC 0 DC 5

* ==============================================================================
* INPUT SENSORS
* ==============================================================================
* Sensor A: Front Door (S1, R1)
* Wiring: S1 connects VCC to IN_A. R1 connects IN_A to 0 (Pull-down).
* Simulation: S1 is modeled as a voltage-controlled switch driven by a control pulse
* to simulate a button press sequence.
V_CTRL_A CTRL_A 0 PULSE(0 5 10u 1u 1u 100u 200u)
S1 VCC IN_A CTRL_A 0 SW_GEN
R1 IN_A 0 10k

* Sensor B: Back Door (S2, R2)
* Wiring: S2 connects VCC to IN_B. R2 connects IN_B to 0 (Pull-down).
* Simulation: S2 control pulse is offset to test all truth table combinations.
V_CTRL_B CTRL_B 0 PULSE(0 5 10u 1u 1u 200u 400u)
S2 VCC IN_B CTRL_B 0 SW_GEN
R2 IN_B 0 10k

* ==============================================================================
* LOGIC IC: U1 (74HC32)
* ==============================================================================
* Wiring: Pin 1=IN_A, Pin 2=IN_B, Pin 3=SIG_OUT, Pin 7=0, Pin 14=VCC
* Uses a subcircuit to model the OR gate logic
XU1 IN_A IN_B SIG_OUT 0 VCC 74HC32

* ==============================================================================
* OUTPUT STAGE
* ==============================================================================
* Wiring: SIG_OUT -> R3 -> LED_ANODE -> D1 -> 0
R3 SIG_OUT LED_ANODE 330
D1 LED_ANODE 0 LED_RED

* ==============================================================================
* MODELS & SUBCIRCUITS
* ==============================================================================

* Model for Switch (Idealized Push-Button)
.model SW_GEN SW(Vt=2.5 Ron=0.1 Roff=10Meg)

* Model for Red LED
.model LED_RED D(IS=1u N=3 RS=5)

* Subcircuit for 74HC32 (Quad 2-Input OR Gate)
* Implements OR logic: Y = A OR B
* Mathematical implementation using De Morgan's Law for continuous signals:
* Y = 1 - ( (1-A) * (1-B) )  (normalized 0-1 logic)
.subckt 74HC32 A B Y GND_PIN VCC_PIN
    * Sigmoid function to normalize inputs: 1/(1+exp(-20*(V(in)-2.5)))
    * Logic formula: V(Y) = V(VCC) * (1 - ( (1-Sig(A)) * (1-Sig(B)) ))
    B_OR Y GND_PIN V = V(VCC_PIN) * (1 - ( (1 - 1/(1+exp(-20*(V(A)-2.5)))) * (1 - 1/(1+exp(-20*(V(B)-2.5)))) ))
.ends

* ==============================================================================
* ANALYSIS
* ==============================================================================
* Transient analysis to verify truth table (00, 10, 01, 11)
.tran 1u 500u

* Monitor Input and Output Voltages
.print tran V(IN_A) V(IN_B) V(SIG_OUT) V(LED_ANODE)

* Compute DC Operating Point
.op

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (1202 rows) 
Index   time            v(in_a)         v(in_b)         v(sig_out)
0	0.000000e+00	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
1	1.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
2	2.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
3	4.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
4	8.000000e-08	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
5	1.600000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
6	3.200000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
7	6.400000e-07	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
8	1.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
9	2.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
10	3.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
11	4.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
12	5.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
13	6.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
14	7.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
15	8.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
16	9.280000e-06	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
17	1.000000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
18	1.010000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
19	1.026000e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
20	1.030750e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
21	1.039062e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
22	1.041363e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
23	1.045390e-05	4.995005e-03	4.995005e-03	5.000000e+00
... (1178 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Entradas flotantes: Olvidar R1 o R2 (resistencias pull-down).
    • Solución: Las puertas lógicas se comportan de manera impredecible si las entradas no están conectadas a un voltaje definido. Usa siempre resistencias pull-down (a tierra) o resistencias pull-up (a VCC) para interruptores mecánicos.
  2. Falta la resistencia del LED: Conectar el LED directamente a la salida del CI.
    • Solución: Incluye siempre R3 (330 Ω) para limitar la corriente. Sin ella, puedes dañar el LED o la etapa de salida del 74HC32.
  3. Orientación incorrecta del CI: Insertar el 74HC32 al revés.
    • Solución: Localiza la muesca o el punto en el encapsulado del CI. La muesca indica el extremo con el Pin 1 y el Pin 14.

Solución de problemas

  • El LED siempre está ENCENDIDO:
    • Comprueba si R1 o R2 están desconectadas (las entradas flotantes a menudo derivan a ALTO/HIGH).
    • Verifica que S1 o S2 no estén cableados como «normalmente cerrados» por error.
    • Busca cortocircuitos entre VCC y el Pin 1/Pin 2.
  • El LED nunca se ENCIENDE:
    • Comprueba si el CI tiene alimentación (Pin 14 a 5V, Pin 7 a GND).
    • Verifica la polaridad del LED (el Ánodo debe mirar hacia la resistencia/CI, el Cátodo a GND).
  • El LED brilla muy poco:
    • El valor de R3 podría ser demasiado alto (por ejemplo, usar 10 kΩ en lugar de 330 Ω).
    • El voltaje de la fuente de alimentación podría ser demasiado bajo (< 3 V).

Posibles mejoras y extensiones

  1. Alarma con enclavamiento: Añade un flip-flop o crea un circuito de enclavamiento (latch) para que la alarma permanezca ENCENDIDA incluso después de que el intruso cierre la puerta (S1/S2 se abran de nuevo), requiriendo un reinicio manual.
  2. Alerta sonora: Conecta un zumbador activo en paralelo con el LED (impulsado por un transistor si el requisito de corriente supera los 20 mA) para añadir sonido a la alarma visual.

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Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Qué circuito integrado se utiliza principalmente en este caso práctico?




Pregunta 2: ¿Qué tipo de puerta lógica representa el CI 74HC32?




Pregunta 3: ¿Cuál es el objetivo principal del circuito descrito?




Pregunta 4: ¿Qué sucede con el LED cuando ambos interruptores están abiertos (0 V)?




Pregunta 5: ¿Qué voltaje se considera como entrada en 'Estado activo' cuando se cierra un interruptor?




Pregunta 6: ¿Cuál es el resultado esperado si el interruptor A está cerrado y el interruptor B está abierto?




Pregunta 7: ¿Qué aplicación de seguridad automotriz se menciona como ejemplo para este circuito?




Pregunta 8: Según la lógica OR del circuito, ¿qué ocurre si ambos interruptores se cierran simultáneamente?




Pregunta 9: ¿Qué nivel de dificultad se asigna a este caso práctico?




Pregunta 10: ¿Cómo actúa este circuito en un contexto de controles industriales?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

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