algebra de boole para ECU de vehiculos

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ALGEBRA DE BOOLE – MICROCONTROLADORES – ECU
I.- ALGEBRA DE BOOLE.
Álgebra de Boole (también llamada álgebra booleana)
en informática y matemática, es una estructura
algebraica que esquematiza las operaciones lógicas Y, O, NO y SI (AND, OR,
NOT, IF), así como el conjunto de operaciones unión, intersección y complemento.
Se denomina así en honor a George Boole, matemático inglés autodidacta, que
fue el primero en definirla como parte de un sistema lógico, inicialmente en un
pequeño folleto: The Mathematical Analysis of Logic,1 publicado en 1847, en
respuesta a una controversia en curso entre Augustus De Morgan y sir William
Rowan Hamilton. El álgebra de Boole fue un intento de utilizar las técnicas
algebraicas para tratar expresiones de la lógica proposicional. Más tarde fue
extendido como un libro más importante: An Investigation of the Laws of Thought
on Which are Founded the Mathematical Theories of Logic and
Probabilities (también conocido como An Investigation of the Laws of Thought2 o
simplemente The Laws of Thought3 ), publicado en 1854.
Las interpretaciones respectivas de los símbolos 0 y 1 en el sistema de lógica son
Nada y Universo.
En la actualidad, el álgebra de Boole se aplica de forma generalizada en el ámbito
del diseño electrónico. Claude Shannon fue el primero en aplicarla en el diseño de
circuitos de conmutación eléctrica biestables, en 1948. Esta lógica se puede
aplicar a dos campos:
 Al análisis, porque es una forma concreta de describir cómo funcionan los
circuitos.
 Al diseño, ya que teniendo una función aplicamos dicha álgebra, para poder
desarrollar una implementación de la función.
A. Axiomas necesarios.
Diremos que este conjunto y las operaciones así definidas: son
un álgebra de boole, si cumple los siguientes axiomas:
1) Conmutatividad:
X + Y = Y + X
X · Y = Y · X
2) Asociatividad:
X + (Y + Z) = (X + Y ) + Z
X · (Y · Z) = (X · Y ) · Z

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3) Distributividad:
X + (Y · Z) = (X + Y ) · (X + Z)
X · (Y + Z) = (X · Y ) + (X · Z)
4) Elementos Neutros (Identidad):
X + 0 = X
X · 1 = X
5) Complemento:
X + X = 1
X · X = 0
6) Dominación:
X + 1 = 1
X · 0 = 0
Demostración:
X + 1 = (X + 1) · 1 = (X + 1) · (X + X)
(X + 1) · (X + X) = X + (1 · X) = 1
7) Idempotencia:
X + X = X
X · X = X
8) Doble complemento:
X = X
9) Absorci´on:
X + X · Y = X
X · (Y + X) = X
Demostración:
X + X · Y = (X · 1) + (X · Y ) = X · (1 + Y ) = X
10)Ley De Morgan:
A · B = A + B
A + B = A · B

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B. ESTRUCTURAS ALGEBRAICAS QUE SON ALGEBRA DE BOOLE.
Hay numerosos casos de distintas análisis de estructuras algebraicas que
corresponden al álgebra de Boole, aunque en apariencia son muy
diferentes, su estructura es la misma. (Lógica binaria, Sistema digital,
Sistema binario, Tabla de verdad, Sistema combinacional, Formas
canónicas (álgebra de Boole), Circuito de conmutación).
II.- MICROCONTROLADORES.
Un microcontrolador (abreviado μC, UC o MCU) es un circuito
integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria.
Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea
específica. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades
funcionales de una computadora: unidad central de
procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida.
El primer microcontrolador fue el Intel 4004 de 4 bits, lanzado en 1971, seguido
por el Intel 8008 y otros más capaces. Sin embargo, ambos procesadores
requieren circuitos adicionales para implementar un sistema de trabajo, elevando
el costo del sistema total.
El Instituto Smithsoniano dice que los ingenieros de Texas Instruments Gary
Boone y Michael Cochran lograron crear el primer microcontrolador, TMS 1000, en
1971; fue comercializado en 1974. Combina memoria ROM, memoria
RAM, microprocesador y reloj en un chip y estaba destinada a los sistemas
embebidos.
La mayoría de los microcontroladores en ese momento tenian dos variantes. Unos
tenía una memoria EPROM reprogramable, significativamente más caros que la
variante PROM que era sólo una vez programable. Para borrar la EPROM necesita
exponer a la luz ultravioleta la tapa de cuarzo transparente. Los chips con todo
opaco representaban un coste menor.
En 1993, el lanzamiento de la EEPROM en los microcontroladores (comenzando
con el Microchip PIC16x84)4 permite borrarla eléctrica y rápidamente sin
necesidad de un paquete costoso como se requiere en EPROM, lo que permite
tanto la creación rápida de prototipos y la programación en el sistema. El mismo
año, Atmel lanza el primer microcontrolador que utiliza memoria flash.5 Otras
compañías rápidamente siguieron el ejemplo, con los dos tipos de memoria.
El costo se ha desplomado en el tiempo, con el más barato microcontrolador de 8
bits disponible por menos de 0,25 dólares para miles de unidades en 2009, y
algunos microcontroladores de 32 bits a 1 dólar por cantidades similares. En la

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actualidad los microcontroladores son baratos y fácilmente disponibles para los
aficionados, con grandes comunidades en línea para ciertos procesadores.
A. CARACTERISTICAS.
Los microcontroladores están diseñados para reducir el costo económico y
el consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de
la unidad central de procesamiento, la cantidad de memoria y los periféricos
incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico
sencillo como una batidora utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bits)
porque sustituirá a un autómata finito. En cambio, un reproductor de música
y/o vídeo digital (MP3 o MP4) requerirá de un procesador de 32 bits o de 64
bits y de uno o más códecs de señal digital (audio y/o vídeo). El control de
un sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se basa normalmente
en un microcontrolador de 16 bits, al igual que el sistema de control
electrónico del motor en un automóvil.
Los siguientes son algunos campos en los que los microcontroladores
tienen gran uso:
 En la industria del automóvil: Control de motor, alarmas, regulador
del servofreno, dosificador, etc.
 En la industria de los electrodomésticos: control de calefacciones,
lavadoras, cocinas eléctricas, etc.
 En informática: como controlador de periféricos. Por ejemplo para
controlar impresoras, plotters, cámaras, scanners terminales,
unidades de disco, teclados, comunicaciones (modems), etc.
 En la industria de imagen y sonido: tratamiento de la imagen y
sonido, control de los motores de arrastre del giradiscos,
magnetófono, video, etc.

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B. TIPOS DE MEMORIA.
 Memoria RAM (Random Access Memory) Memoria de Acceso
Aleatorio) en esta memoria se guarda los datos que se está utilizando
en el momento presente. El almacenamiento es considerado
temporal por que los datos permanecen en ella mientras la memoria
tiene una fuente de alimentación. La memoria de programas o de
instrucciones contiene una serie de diferentes tipos de memoria:
 Memoria ROM con máscara y es de solo lectura, cuyo contenido se
graba durante la fabricación del chip. Es aconsejable cuando se
precisan cantidades superiores a varios miles de unidades.
 Memoria OTP (One Line Programmable) es no volatile y de solo
lectura y programmable una sola vez por el usuario. La grabación se
realiza mediante un sencillo grabador controlado por una PC.
 Memoria EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory),
pueden borrarse y grabarse muchas veces. La grabación se realiza,
como en el caso de la memoria OTP. Si, posteriormente, se desea
borrar el contenido, disponen de una ventana de cristal en su
superficie por la que se somete a le EPROM a rayos ultravioleta por
algunos minutos.
 Memoria EEPROM (Electrical EPROM) es de sólo lectura,
programable y borrable eléctricamente. Tanto la programación como
el borrado, se realizan eléctricamente desde el propio grabador y
bajo el control programado de un PC, y puede hacerse con el
microcontrolador instalado en el circuito. Es muy cómoda y rápida la
operación de grabado y la de borrado.
 Memoria Flash La memoria Flash es no volátil, de bajo consumo y
puede grabarse y borrarse eléctricamente. Funciona como una ROM
y una RAM pero consume menos energía y es más pequeña. La
memoria Flash también puede programarse “en circuito”, es decir, sin
tener que sacar el circuito integrado de la tarjeta. Además, es más
rápida, tiene mayor densidad y tolera más ciclos de escritura/borrado
que la EEPROM
C. PUERTAS DE ENTRADA Y SALIDA.
La principal utilidad de las líneas de E/S es comunicar al computador interno
con los periféricos exteriores. Según los controladores de periféricos que
posea cada modelo de microcontrolador, las líneas de E/S se destinan a
proporcionar el soporte a las señales de entrada, salida y control. Algunos
modelos disponen de recursos que permiten directamente esta tarea.
D. RELOJ PRINCIPAL.

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Todos los microcontroladores disponen de un circuito oscilador que
sincroniza de todas las operaciones del sistema. Generalmente, el circuito
de reloj está incorporado en el microcontrolador y sólo se necesitan unos
pocos componentes exteriores para seleccionar y estabilizar la frecuencia
de trabajo.
III.- ECU.
La unidad de control de motor o ECU (sigla en inglés de engine control unit) es
una unidad de control electrónico que administra varios aspectos de la operación
de combustión interna del motor. Las unidades de control de motor más simples
sólo controlan la cantidad de combustible que es inyectado en cada cilindro en
cada ciclo de motor. Las más avanzadas controlan el punto de ignición, el tiempo
de apertura/cierre de las válvulas, el nivel de impulso mantenido por
el turbocompresor, y control de otros periféricos.
Las unidades de control de motor determinan la cantidad de combustible, el punto
de ignición y otros parámetros monitorizando el motor a través de sensores. Estos
incluyen: sensor MAP, sensor de posición del acelerador, sensor de temperatura
del aire, sensor de oxígeno y muchos otros. Frecuentemente esto se hace usando
un control repetitivo (como un controlador PID).
A. FUNCIONES.
Control de la inyección de combustible: Para un motor con inyección de
combustible, una ECU determinará la cantidad de combustible que se
inyecta basándose en un cierto número de parámetros. Si el acelerador está
presionado a fondo, el ECU abrirá ciertas entradas que harán que la entrada
de aire al motor sea mayor. La ECU inyectará más combustible según la
cantidad de aire y la presión de la gasolina que esté pasando al motor. Si el
motor no ha alcanzado la temperatura suficiente, la cantidad de combustible
inyectado será mayor (haciendo que la mezcla sea más rica hasta que el
motor esté caliente).
Control del tiempo de ignición: Un motor de ignición de chispa necesita
para iniciar la combustión una chispa en la cámara de combustión. Una ECU
puede ajustar el tiempo exacto de la chispa (llamado tiempo de ignición)
para proveer una mejor potencia y un menor gasto de combustible. Si la
ECU detecta un picado de bielas en el motor, y "analiza" que esto se debe
a que el tiempo de ignición se está adelantando al momento de la
compresión, ralentizará (retardará) el tiempo en el que se produce la chispa
para prevenir la situación.

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Una segunda, y más común causa que debe detectar este sistema es
cuando el motor gira a muy bajas revoluciones para el trabajo que se le está
pidiendo al coche. Este caso se resuelve impidiendo a los pistones moverse
hasta que no se haya producido la chispa, evitando así que el momento de
la combustión se produzca cuando los pistones ya han comenzado a
expandir la cavidad.
Pero esto último sólo se aplica a vehículos con transmisión manual. La ECU
en vehículos de transmisión automática simplemente se encargará de
reducir el movimiento de la transmisión.
Control de la distribución de válvulas: Algunos motores
poseen distribución de válvulas. En estos motores la ECU controla el tiempo
en el ciclo de motor en el que las válvulas se deben abrir. Las válvulas se
abren normalmente más tarde a mayores velocidades que a menores
velocidades. Esto puede optimizar el flujo de aire que entra en el cilindro,
incrementando la potencia evitando la mala combustión de combustible.
B.- BLOQUES DE TRABAJO EN UNA ECU AUTOMOTRIZ.
 Bloque de Entrada: Se denomina bloque de entrada a todos los
circuitos que se encuentran como receptores de las diferentes
señales que van a ingresar a la ECU y antes de que lleguen al
microprocesador. Encontramos en este sentido, filtros,
amplificadores, conversores análogos a digital, comparadores,
recortadores, etc.
Las señales que va a ingresar al microprocesador, son tratadas por
todos estos circuitos.
Los circuitos que se encuentren en este "camino hacia el
microprocesador" serán los que se denominaran bloque de entrada.
 Bloque de Procesamiento: Se denomina bloque de procesamiento
a todo el circuito que desarrolla las funciones programadas y que
están constituidos circuitalmente por el procesador, memorias y todo
circuito que se vea involucrado en la ejecución del software.
 Bloque de salida: Así como las señales son tratadas al ingresar,
antes de llegar al microprocesador por circuitos previos que se han
denominado Bloque de entrada, existen luego circuitos que se
encuentran entre las salidas del microprocesador y los diferentes
elementos que van a ser actuados.

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Aparecen así amplificadores, circuitos de potencia con transistores,
todos los denominados drivers o manejadores, etc. Vale decir
aquellos que controlados por el micro actuaran sobre los diferentes
periféricos de potencia, como por ejemplo: Bobinas de encendido,
inyectores, relays, etc.
 Bloque de Soporte: Se denomina así al conjunto de componentes
que tienen como función alimentar a los circuitos internos
mencionados anteriormente. Vale decir lo que constituye la fuente de
alimentación de la ECU. Componen este bloque, transistores,
diodos, condensadores, reguladores de voltaje, etc.
S1 y S5 Bloque de entrada y Salida. S2 y S3 Bloque de
Procesamiento. S4 Bloque de Soporte.
IV.- BIBLIOGRAFIA.
https://es.scribd.com/doc/96092388/Estructura-Ecu
https://es.wikipedia.org/wiki/ECU
http://losmicrocontroladores.blogspot.com/
https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81lgebra_de_Boole
http://html.rincondelvago.com/algebra-de-boole-y-puertas-logicas.html