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Robot que se desvia de obstáculos
Filipe Alves, João Santos, Miguel Beato,
Ricardo Rosa e Tiago Lopes.
Mestre Eng. Luís Pires.
Disciplina de Sistemas Digitais
Curso de Técnico de Eletrónica, Automação e Comando
Instituto de Educação Técnica-INETE
Travessa da Escola Araújo, 1169-148, Lisboa, Portugal
Resumo:
Neste projeto vamos, desenvolver um robô que se desvia de obstáculos. Primeiro vamos
realizar a análise, onde iremos verificar as equações de entrada e saída dos flip-flops, em
seguida construiremos a tabela de transição de estados do circuito e por ultimo o
diagrama de estados. A partir desta análise iremos realizar o projeto.
Palavras-Chaves: Robô, Autónomo, Motorizado.
1 Introdução
Este projeto é efetuado no âmbito da disciplina Sistema Digitais, onde colocaremos em prática os
conhecimentos adquiridos ao longo do ano letivo. No projeto, vamos desenvolver um robô
autónomo capaz de se desviar de obstáculos, onde não vamos utilizar qualquer tipo de
programação. Optámos, por utilizar sensores infravermelhos, flip-flops do tipo JK (simplificando a
parte da montagem do circuito do robô), vamos utilizar servos modificados (devido ao seu
sistema de controlo). A nossa metodologia passa por fazer a análise do circuito e, só depois a
implementação do circuito.
2 Sistemas e Circuitos Sequências
Os circuitos sequenciais, são circuitos onde a saída depende dos valores de entrada e do estado
anterior. Este tipo de circuitos tem a capacidade de armazenar alguns bits, ou seja tem memória.
Também se pode observar que por vezes a mesma combinação de entrada pode originar valores
de saída diferentes.
Entrada
s
Circuito
Combinatório
Elementos de
memória
Saídas
Latches e
Flip-flops
1
Existem dois tipos de circuitos sequencias, que são:

Circuitos Síncronos (Flip-flops): respondem quando existe um impulso no clock, e os
processos funcionam todos simultaneamente.

Circuitos Assíncronos (Latches): os processos alteram-se a qualquer instante, quando
termina um inicia-se outro em seguida, ou seja não depende de uma variável de controlo.
Igualmente, existem dois tipos de elementos de memória, que são:


Latches: Permitem armazenar um bit de informação. Um Latch com clock (gated Latch),
é sensível ao nível (ON ou OFF) do clock. O estado altera-se sempre que as entradas
adequadas mudam e o clock fique a ON.
Flip-flops: Os flip-flops são sensíveis à mudança no clock, ou seja o estado altera-se
apenas quando existe uma transição no clock. Estes elementos permitem sincronizar o
armazenamento de informação com um sinal de referência (clock).
Os flip-flops, são vulgarmente compostos por 2 Latches ligados em série e lógica adicional. Ainda
permitem sincronizar o armazenamento da informação com as transições do clock.
Entrada
s
Clock
Saídas
Circuito
Combinatório
Elementos de
memória
Um flip-flop (FF) edge-triggered só reage quando existe uma alteração no clock. Porém, o FF
negative edge-triggered só reage quando o clock varia de ‘1’ para ‘0’.
Tipos de flip-flop (FF) edge-triggered:

Flip-flop D: é um circuito síncrono com memória. Tem uma entrada (D), um sinal de clock
e Q. Este FF detém uma entrada que se liga directamente à saída quando existe uma
variação no clock. Quando houver variação do clock, o valor guardado no flip-flop será o
valor na entrada D naquele instante.
2
CLK
D
Qt+1
0
X
Qt
1
X
Qt
0
0
1
1

CLK
𝑄𝑠𝑒𝑔𝑢𝑖𝑛𝑡𝑒 = 𝐷
Flip-flop JK: é um flip-flop que apenas memoriza um bit de informação e onde o estado
seguinte é definido por duas entradas e também pelo estado atual. Normalmente, este
tipo de FFJK é utilizado em contadores. Quando houver variação do clock, o valor
guardado no flip-flop será alterado, se as entradas J e K forem ambas iguais a 1 e será
mantido se ambas forem iguais a zero, mas se forem diferentes, o valor vai se tornar 1 se
a entrada J for 1 e será 0 se a entrada K for 1.
J
K
Qt+1
Obs.
0
0
Qt
Manter estado anterior
0
1
0
Reset
1
0
1
Set
1
1
Q̅t
Complementar estado anterior
̅
𝑄𝑠𝑒𝑔𝑢𝑖𝑛𝑡𝑒 = 𝑄̅ ∗ 𝐽 + 𝑄 ∗ 𝐾

Flip-flop T: Este FF, é equivalente ao FFJK caso as entradas estejam curto-circuitadas.
Quando existir uma variação no clock, o valor guardado no flip-flop será alternado ou
mantido dependendo se o valor na entrada T (Toggle) for 1 ou 0.
𝑄𝑠𝑒𝑔𝑢𝑖𝑛𝑡𝑒 = 𝑇̅ ∗ 𝑄 + 𝑇 ∗ 𝑄̅
3
Os diagramas de estados, são um esquema que nos diz o que tem de acontecer para existir uma
mudança de estado.
01,10
00,11
00,11
0/0
1/1
01,10
As ”bolas” representam os estados
As “setas” representam as transições
Exemplo de diagrama de estado
3 Implementação Conceptual do Projeto
Arquitetura do Robô:
4
Constituintes do Robô:



















Portas lógicas: CI 74LS00 [1], CI 74LS04 [2], CI74LS08 [3], CI74LS32 [4], CI74LS86 [5] ;
PAL ATF22V10C
CI 74LS74 [7]
CI74LS76 [8]
2 Sensores infra-vermelhos: O grupo optou pelos sensores infra-vermelhos, para o robô
não embater nos obstáculos. [ 6]
LM7805
R1=10KΩ
R2=220Ω
Potenciómetro=100kΩ
2C=10µF
C=1µF
C2=100Nf
Led vermelho
NE 555
Conjunto de fios unifilares
Servo modificado (motores)[ 9]
Oscilador (NE 555)[ 10]
Pilha (9 volts)
Drive de Potencia: basicamente o drive de potência serve para regular a velocidade.
4 Circuito Proposto
Diagrama de estados:
00
1/1
1/0
0/1
5
Tabela de transição de estados :
Estado Atual
Md
Me
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
Entradas
S1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
0
0
1
S2
0
1
0
1
1
0
0
1
0
0
1
1
Me’
1
0
1
1
O
1
1
1
1
1
0
1
Me
J1
1
0
1
1
Próximo Estado
Md’
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
0
Md
K1
0
1
0
0
J2
1
1
0
0
K2
0
0
1
1
Mapas de K do Circuito:
S1
S1
0
1
1
1
S1
1
0
0
0
S2
̅̅̅̅
𝑱𝟏 = 𝑺𝟏 + 𝑺𝟐
S2
̅̅̅̅. 𝑺𝟐
K𝟏 = 𝑺𝟏
1
1
0
0
0
0
1
1
S2
̅̅̅̅
𝑱𝟐 = 𝑺𝟏
S1
S2
K𝟐 = 𝑺𝟏
6
Circuito Proposto:
5 Resultados
S1=0 S2=0 ME=1 MD=1
S1=1 S2=0 ME=1 MD=0
S1=0 S2=1 ME=0 MD=1
S1=1 S2=1 ME=1 MD=0
7
6 Conclusão
Concluímos que para o desenvolvimento do robô, é necessário fazer a análise.
Para realizar uma análise correta é necessário realizar um diagrama de estados, que nos permitir
retirar daí uma tabela de transição de estados, e por fim construir os mapas de karnaught de
onde vamos retirar as equações para a construção do circuito eléctrico do nosso robô.
Referencias:
[1] http://www.futurlec.com/74LS/74LS00.shtml -06-05-2015 00:57:37
[2] http://www.futurlec.com/74LS/74LS04.shtml -06-05-2015 00:59:04
[3] http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheets/90/487937_DS.pdf -06-05-2015 00:59:55
[4] http://www.futurlec.com/74LS/74LS32.shtml -06-05-2015 01:00:42
[5] http://www.futurlec.com/74LS/74LS86.shtml -06-05-2015 01:01:25
[6] http://robolivre.org/conteudo/sensor-de-infravermelho -06-05-2015 22:30:58
[7] http://www.futurlec.com/74LS/74LS74.shtml -06-05-2015 22:32:34
[8] http://www.futurlec.com/74LS/74LS76.shtml -06-05-2015 22:33:42
[9] http://www.profelectro.info/motor-dc-funcionamento-animacao/ -06-05-2015 22:41:57
[10] http://www.ti.com/product/ne555 -06-05-2015 22:44:05
http://eletronicadovalesrs.blogspot.pt/2011/11/driver-para-motor-dc-com-pwm.html -06-052015 23:19:22
http://www.cburch.com/logisim/docs/2.7/pt/html/libs/mem/flipflops.html -05-05-2015 22:07:44
http://pt.wikipedia.org/wiki/Circuito_sequencial#Flip-flop_JK -05-05-2015 21:22:13
http://en.wikipedia.org/wiki/Flip-flop_%28electronics%29 -05-05-2015 21:33:21
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