1

TEORIA. 1.- REPASO DE ELECTRÓNICA DIGITAL.

- Puertas, básculas. Álgebra de boole… - Sistemas lógicos combinacionales (implementación de

funciones, mapas de karnaugh).

2.- CONTADORES Y REGISTROS.

2.1.- CONTADORES. - Contadores síncronos y asíncronos. - Diseño de contadores.

2.2.- REGISTROS. - Registros de desplazamiento universal. - Pilas de registro: FIFO, LIFO…

3.- CONVERSORES.

- Conversor analógico a digital. - Conversor digital a analógico.

4.- MEMORIAS.

- Concepto, tipos, asociación… - Memorias estáticas. - Memorias dinámicas.

5.- MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES.

5.1.- MICROPROCESADORES. - Microprocesadores: evolución. - Uso de microprocesadores.

5.2.- MICROCONTROLADORES.

5.2.1 CARACTERÍSTICAS DE UN MICROCONTROLADOR.

- Arquitectura básica. - Elementos internos. - Memoria. - Puertas de E/S

2

5.2.2 DISEÑO Y PROGRAMACIÓN DE MICROCONTROLADORES.

- Lenguaje de programación. - Juego de instrucciones.

6.- REPASO DE ELECTRÓNICA ANALÓGICA.

- Repaso de conceptos fundamentales: corriente, tensión, potencia, impedancia…

- Diodos, transistores, tiristores, amplificadores operacionales, filtros de frecuencia…

7.- TEMPORIZADORES.

- Multivibradores monoestable, biestable y astable. - Circuitos integrados de temporización. (C.I. 555).

8.- FUENTES DE ALIMENTACIÓN.

- F.A. reguladas. - F.A. conmutadas.

PRÁCTICA. 1.- ELECTRÓNICA DIGITAL.

- Diseño y montaje de sistemas con puertas, básculas, contadores y registros.

- Montaje de conversores analógico-digital y digital-analógico.

- Diseño, programación y montaje de microcontroladores.

2.- ELECTRÓNICA ANALÓGICA.

- Diseño y montaje de circuitos con transistores y amplificadores operacionales.

- Fuentes de alimentación. - Montaje de circuitos de control (temporizadores y control

de potencia)

3

TEORIA.

1.- REPASO DE ELECTRÓNICA DIGITAL.

Repaso del manual del curso anterior (Electrónica para técnicos de laboratorio). Lo más importante a recordar es lo siguiente:

Electrónica analógica: se trabaja con todo el rango de bajas tensiones. Las señales tanto de continua como de alterna pueden tomar cualquier valor.

Electrónica digital: En este caso, los dispositivos utilizan solo dos valores de tensión: un valor superior (normalmente 5v) que se denomina “1 lógico” o simplemente “1” y un valor inferior (normalmente 0v) que se denomina “0 lógico” o simplemente “0”.

Señales analógica (arriba) y digital (abajo).

Por medio del Álgebra de Boole se rigen todas las operaciones digitales:

Suma

0 + 0 = 0

4

0 + 1 = 1 1 + 0 = 1 1 + 1 = 1

Producto

0 x 0 = 0 0 x 1 = 0 1 x 0 = 0 1 x 1 = 1

Operaciones con variables:

Componentes electrónicos fundamentales que se utilizan en la electrónica digital: PUERTAS: - Puerta inversora o inversor:

Tabla de verdad puerta inversora

Entrada A Salida

0 1

1 0

0AA

1AA

AAA

AAA

A1A

11A

=⋅=+

=⋅=+

=⋅=+

5

- Puerta AND o multiplicadora: F = BA ⋅

- Puerta OR o sumadora: F = BA +

- Puertas triestado.

Tabla de verdad puerta AND

Entrada A Entrada B Salida AB

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Tabla de verdad puerta OR

Entrada A Entrada B Salida A + B

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

6

Este tipo de puertas, que no hemos visto hasta ahora, son muy útiles en sistemas de buses (líneas de información paralelas) que se utilizan en casi todos los dispositivos electrónicos. Su símbolo es:

La tabla de verdad de la puerta triestado o buffer triestado es la siguiente:

Control Entrada Salida 0 0 Alta Z 0 1 Alta Z 1 0 0 1 1 1

Esa alta Z que vemos en el cuadro, es la alta impedancia que se produce a la salida de la puerta y sirve para desconectarla del circuito. Vamos a ver este uso con una aplicación típica de un buffer triestado.

Control bidireccional de la información con puertas triestado. Como se observa, según el control esté en 1 ó en 0, el movimiento de la información será hacia la izquierda o hacia la derecha.

7

MAPAS DE KARNAUGH Para simplificar funciones lógicas y representar tablas de verdad se utilizan los mapas de Karnaugh. Vamos a repasar como se realiza la simplificación y representación de funciones lógicas. Tenemos en el siguiente ejemplo la tabla de verdad que se muestra a continuación:

ENTRADAS SALIDA C B A F 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1

A continuación, se realiza una tabla con una configuración especial (de una celda a otra no debe variar más de un bit), y en la casilla donde tengamos el valor de “1” a la salida, pondremos un “1”, y en las que no, un “0”. Veámoslo: BA C

00 01 11 10

0 1 1 1 1 1

Hacemos conjuntos con los “unos” que sean colindantes (en horizontal o vertical), permitiéndose grupos de 2, 4 u 8 “unos”. En este caso dos conjuntos de 2 “unos”. Anotamos los bits que no varíen de cada conjunto y habremos simplificado al máximo la función. En el ejemplo que tenemos:

ABABF ⋅+⋅=

8

Los mapas de Karnaugh se utilizan de 2 a 4 variables. Para funciones de 5 o más variables se utilizan las tablas de Quine-McCluskey, que no veremos aquí, pero que son parecidas a los mapas de Karnaugh. DECODIFICADORES Y CODIFICADORES. Los decodificadores y los multiplexores son sistemas lógicos combinacionales con muchas puertas, y cuyas funciones vamos a ver ahora. DECODIFICADORES. Bajo este nombre de decodificadores, tenemos los sistemas lógicos que son capaces de cambiar una información de un determinado código a otro. Por ejemplo BCD (decimal codificado en binario) a decimal. La operación inversa sería la codificación, de decimal a BCD.

Vamos a ver un ejemplo para introducirnos al diseño de

decodificadores. Supongamos que queremos realizar un circuito que convierta un la información de un numero binario de 3 bits (ABC) en 8 salidas, poniéndose a “1” la salida correspondiente al valor de ese número binario en decimal. Por ejemplo, si tenemos a la entrada del decodificador el número binario “011” (que equivale al “3” en decimal), se pondrá a “1” sólo la salida 3 (S3). Si tuviéramos a la entrada el “111” se pondría a “1” la salida 7 (S7). Por tanto, nuestro decodificador a diseñar tiene 3 entradas (A, B y C) y 8 salidas (S0, S1, S2,…..S7). El esquema en bloque es el siguiente:

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A

B Decodificador S0 a S7 C Vamos a diseñar el decodificador en cuestión. La tabla de verdad del

decodificador es la siguiente: Entradas -------------------------------Salidas-------------------------------

ABC S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 000 1 0 0 0 0 0 0 0 001 0 1 0 0 0 0 0 0 010 0 0 1 0 0 0 0 0 011 0 0 0 1 0 0 0 0 100 0 0 0 0 1 0 0 0 101 0 0 0 0 0 1 0 0 110 0 0 0 0 0 0 1 0 111 0 0 0 0 0 0 0 1

Una vez hecha la tabla de verdad, podemos sacar las funciones para cada una de las salidas.

CBAS7

CBAS6

CBAS5

CBAS4

CBAS3

CBAS2

CBAS1

CBA S0

⋅⋅=⋅⋅=⋅⋅=⋅⋅=⋅⋅=⋅⋅=⋅⋅=⋅⋅=

Implementamos los circuitos con puertas para cada una de las salidas:

10

Esta sería la implementación para S0; para las demás salidas hacemos lo mismo y ya tendríamos hecho nuestro decodificador. Los codificadores hacen la operación contraria. Por ejemplo, un codificador de 8 a 3 líneas pone a la salida un código binario de 3 bits, según la entrada que se ponga a “1” de las 8 que tiene el codificador. 8.2.2.- MULTIPLEXORES. Estos dispositivos digitales que tiene la propiedad de poder seleccionar una determinada entrada al circuito multiplexor, y que su valor (ya sea “0” o “1”), mediante unas señales de control, aparezca en la salida del circuito. El esquema en bloque de un multiplexor de cuatro entradas es el siguiente:

11

Su funcionamiento es como sigue: Las señales de control A y B van a decidir cual de las entradas pasará a la salida, de tal manera que: Si A = 0 y B = 0 , la salida tomará el valor que halla en la entrada D0 Si A = 0 y B = 1 , la salida tomará el valor que halla en la entrada D1 Si A = 1 y B = 0 , la salida tomará el valor que halla en la entrada D2 Si A = 1 y B = 1 , la salida tomará el valor que halla en la entrada D3 Como se observa, las señales de control A y B pueden gobernar hasta un máximo de 4 entradas. Si tuviéramos, 8 entradas, necesitaríamos 3 señales de control (A, B y C) para poder seleccionar cuál de las 8 entradas se envía a la salida. Si tuviéramos 15 entradas necesitaríamos 4 señales de control y así sucesivamente. Podremos gobernar tantas entradas como nos permitan las señales de control. La tabla de verdad de un multiplexor de 4 entradas sería la siguiente:

Señales de control Entradas de Datos A B

Salida

D3 D2 D1 D0 0 0 D0 D3 D2 D1 D0 0 1 D1 D3 D2 D1 D0 1 0 D2 D3 D2 D1 D0 1 1 D3

Veamos como sería con puertas lógicas el esquema de este multiplexor:

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Los demultiplexores, como la palabra lo dice, hacen la operación contraria, Por ejemplo, un demultiplexor de 1 entrada y 8 salidas necesita 3 señales de control para que lo que haya a la entrada, se lleve a la salida seleccionada.

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BASCULAS: - Báscula RS:

Dispositivo de almacenamiento temporal de dos estados (alto y bajo), cuyas entradas principales, R y S, a las que debe el nombre, controlan la salida del siguiente modo: R=1: El borrado (reset en inglés), puesta a 0 ó nivel bajo de la salida. S=1: El grabado (set en inglés), puesta a 1 ó nivel alto de la salida. Q es la salida y Q´ es la salida negada o invertida.

Tabla de verdad de una báscula RS

Si no se activa ninguna de las entradas, ambas a 0, el biestable permanece en el estado que poseía tras la última operación de borrado o grabado. En ningún caso deberían activarse ambas entradas a la vez, ya que no se podría determinar el estado en el que quedaría la salida. Báscula JK

R (reset) S (set) Q Q´ (invertida). 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 ? ?

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Dispositivo de almacenamiento temporal de dos estados (alto y bajo),

cuyas entradas principales, J y K a las que debe el nombre, controlan la salida del siguiente modo: J: El grabado (set en inglés), puesta a 1 ó nivel alto de la salida. K: El borrado (reset en inglés), puesta a 0 ó nivel bajo de la salida. Si no se activa ninguna de las entradas, la báscula permanece en el estado que poseía tras la última operación de borrado o grabado. A diferencia del biestable RS, en el caso de activarse ambas entradas a la vez, la salida adquirirá el estado contrario al que tenía. Todos estos cambios se producirán en un cambio de nivel de 01 a 0 de la entrada de control o entrada de reloj (>). Es lo que se llama control por flanco.

Tabla de verdad de la bascula JK.

- Báscula D

Dispositivo de almacenamiento temporal de dos estados (alto y bajo), cuya salida adquiere el valor de la entrada D cuando se activa la entrada de control (>) con un flanco de la señal, paso de 0 a 1.

Clock K (reset) J (set) Q Q´ (invertida)

0 0 0 1

0 1 1 0

1 0 0 1

1 1 Q anterior Q´ anterior

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Tabla de verdad de una báscula D

2.- CONTADORES Y REGISTROS. Los contadores y los registros, que vamos a tratar en el siguiente capítulo, son muy usados en la mayoría de dispositivos electrónicos, debido a su gran utilidad.

2.1.- CONTADORES. Los contadores son circuitos basados en las básculas y cuya función es realizar un conteo de estados que es controlado por una señal de reloj. Recordemos que los contadores pueden ser síncronos y asíncronos. Los contadores síncronos tienen una misma señal de reloj para todas las básculas. Los contadores asíncronos no tienen la misma señal de reloj aplicada a las básculas, algunas salidas de determinadas básculas pueden hacer de reloj para otras básculas. Vamos a diseñar un contador síncrono y otro asíncrono para un conteo del “0” hasta el “3”. CONTADOR SINCRONO. Empezaremos por el contador síncrono: Primeramente ponemos los estados de conteo: 1º estado: 0 que en binario es 00 2º estado: 1 que en binario es 01 3º estado: 2 que en binario es 10 4º estado: 3 que en binario es 11

Clock D Q Q´ (invertida).

0 0 1

1 1 0

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Como hay 4 estados nos bastará con dos basculas JK que son con las que vamos a diseñar el contador. Construimos una tabla de verdad con los estados que se van a ir sucediendo y con los valores que necesitamos a las entradas de las básculas para que se produzca cada cambio de estado. Por tanto, tenemos que la tabla de verdad es: Estado actual Estado siguiente Entradas Báscula 2 Entradas Báscula 1

Q2 Q1 Q2 Q1 J2 K2 J1 K1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1

Una vez realizada la tabla, las funciones para las entradas de las básculas son las siguientes (Se considera el estado actual para sacar las funciones correspondientes a cada entrada) :

1Q1K

1Q1J

1Q2Q2K

1Q2Q2J

==

⋅=⋅=

Sólo nos queda montar el circuito con las dos básculas y las puertas que necesitemos.

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Aun podemos simplificar más las funciones de cada una de las entradas a las básculas, ya que no hemos considerado para el diseño los términos “no importa”. Estos términos “no importa” permiten reducir las funciones ya que se pueden coger o no para la simplificación de los mapas de Karnaugh. Veamos el diseño anterior usando los términos “no importa” . Los representamos con la letra “d” y significa que el valor de dicha letra puede ser 0 ó 1, según nos interese a la hora de simplificar. La tabla de verdad para una bascula JK usando los términos “no importa” es la siguiente:

Estado actual Estado siguiente Entradas Báscula Q Q J K 0 0 0 d 0 1 1 d 1 0 d 1 1 1 d 0

La tabla de verdad para el diseño de nuestro contador quedaría ahora así:

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Estado actual Estado siguiente Entradas Báscula 2 Entradas Báscula 1 Q2 Q1 Q2 Q1 J2 K2 J1 K1 0 0 0 1 0 d 1 d 0 1 1 0 1 d d 1 1 0 1 1 d 0 1 d 1 1 0 0 d 1 d 1

Las funciones quedarían más simplificadas y habría que utilizar menos puertas. El resultado nos da un circuito aun más sencillo. J2 = Q1 K2 = Q1 J1 = 1 K1 = 1

CONTADOR ASÍNCRONO. Para el contador asíncrono el diseño es mucho más sencillo: Tenemos la salida de la primera báscula para controlar el reloj de la siguiente báscula, de esta manera, cuando se produzca un cambio de “1” a “0” se habilita la segunda báscula. Veamos el circuito del contador asíncrono de “0” a “3”:

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Vamos a explicar el funcionamiento de este contador asíncrono: Inicialmente se resetea el circuito para poner ambas básculas a “0”. Cada vez que llega un pulso de reloj se habilita la bascula 1, la cual cambia su estado inicial de “0” a “1”. En el siguiente pulso cambiará de nuevo la salida de la báscula 1 de “1” a “0”. Este cambio produce que se habilite la báscula 2 y que ésta cambie su estado de “0” a “1” . Veamos esto en la siguiente tabla.

Conteo Q2 Q1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0

Como se observa donde señalan las flechas, sólo cuando Q1 pasa de “1” a “0” se produce el cambio en la salida de Q2, ya que es un flanco de bajada (que es cuando se habilitan estas básculas). En el paso de Q1 de “0” a “1”, Q2 permanece invariable, ya que es un flanco de subida. Esto equivale a un conteo binario de “0” a ”3”.

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Ambos contadores son válidos y la elección de un contador síncrono o asíncrono es indiferente. El único inconveniente de los contadores asíncronos es que precisan mucha rapidez de proceso todas las basculas y puertas, ya que se podrían producir señales espurias debido al retraso de la señal en algún punto del circuito. Estas señales que nos pueden producir un mal funcionamiento en el circuito se denominan “glicthes”.

2.2.- REGISTROS. Los registros sirven para almacenar información. Los dispositivos utilizados para diseñar los registros son las básculas. Supongamos que queremos registrar una serie de números binarios que llegan en serie de 1 en 1 a través de un solo hilo. Por ejemplo, para obtener en grupos de 4 bits la información que llega por ese hilo en serie, tenemos la siguiente disposición de basculas D:

Como se observa, la información que llega con el primer pulso de reloj, es almacenada en la primera báscula. Con el segundo pulso de reloj, la segunda báscula almacena la información de la primera, y esta recibe un nuevo bit que llega por la entrada serie. Así sucesivamente hasta que hallan transcurrido cuatro pulsos de reloj. En ese momento, tendremos los cuatro primeros bits que han llegado en serie, en cada una de las salidas. Si almacenamos esos cuatro bits que hay en la salida en ese momento, estaremos registrando en grupos de cuatro bits la información que llega por un solo hilo.

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Los registros se usan en muchas aplicaciones, para almacenar información, ya sea en serie o en paralelo. Un componente muy usado es el registro de desplazamiento universal, que permite mover la información, de izquierda a derecha o viceversa, y en paralelo o en serie.

También son registros de información unas disposiciones de registros llamadas FIFO y LIFO. REGISTRO FIFO. Los registros se acumulan en una especie de columna y se va metiendo información. Según entra la información se va almacenando en los registros a modo de estantes, desde arriba hacia abajo. A la hora de sacar de nuevo esa información, se sacará por la parte de abajo, de tal manera que la primera información que entro será la primera en salir. Un dibujo lo explica más claramente.

Entrada

REGISTRO 1 REGISTRO 2 REGISTRO 3 REGISTRO 4

Salida

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Registro FIFO REGISTRO LIFO. Los registros se acumulan igualmente en una especie de columna y se va metiendo información. Según entra la información se va almacenando en los registros a modo de estantes, desde arriba hacia abajo. A la hora de sacar de nuevo esa información, se sacará por la parte de arriba, de tal manera que la primera información que entro será la última en salir. Un dibujo lo explica, como antes, más claramente.

Entrada Salida

REGISTRO 1 REGISTRO 2 REGISTRO 3 REGISTRO 4

Registro LIFO

3.- CONVERSORES. Estos conversores permiten pasar una señal analógica a digital y viceversa. CONVERSOR A/D. Un conversor A/D convierte una señal analógica en una digital.

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Entrada analógica

A B C D

1s Señal de muestreo

V entrada

V detectada por el

conversor A/D

t

t

Un conversor A/D básico de dos bits digitales, que tenga a su entrada una tensión analógica de entre 0 y 4 voltios, a su salida tendrá los siguientes valores digitales:

Entrada analógica Salida digital (2 bits) De 0 a 1v 00 De 1 a 2v 01 De 2 a 3v 10 De 3 a 4v 11

En un conversor A/D, la señal de muestreo deberá ser lo más rápida posible para detectar todos los cambios de dicha señal analógica. En este otro cronograma se ve este hecho:

Conversor A/D

Salida digital

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Sólo se detectarían tres valores de los infinitos que tiene una señal analógica. Si conectamos un decodificador a los bits de salida podemos obtener un número en un display equivalente a los valores de la tensión a la entrada. En el caso de la señal arriba dibujada, solo tendríamos información en el display de tres tensiones a la entrada, perdiendo la información del resto de valores. La resolución de un conversor es otro parámetro importante a estudiar. La resolución de un conversor A/D viene determinada por la diferencia de tensión analógica (∆V ) a la entrada entre un estado y otro. Por ejemplo, un conversor A/D de 1mV entre un estado y otro es mejor (tiene mayor resolución) que uno de 5mV. Esta resolución a la hora de detectar pequeños incrementos de tensión viene determinada por el número de bits que tiene el conversor. Un conversor A/D de 4 bits tiene 16 estados posibles ( bitsdeºn2 ). Si la alimentación es de 5v, podrá detectar incrementos de:

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Salida analógica

A B C D

v3125,02

5

2

entaciónlim aTensión de ∆V ) solución (Re

4bitsdeºn===

Esto implica que a más numero de bits del conversor, mayor resolución tiene el conversor A/D. CONVERSOR D/A Un conversor D/A convierte una señal digital en una analógica.

Vamos a ver el ejemplo anterior al contrario, en un conversor D/A de dos bits:

Entrada digital (2 bits) Salida analógica 00 0 voltios 01 1,33 voltios 10 2,66 voltios 11 4 voltios

La resolución de un conversor D/A viene determinada, en este caso, por la diferencia de tensión analógica a la salida entre un estado y otro. Es la misma situación que en el conversor A/D, pero en este caso la medida de resolución se hace a la salida del conversor en lugar de a la entrada. Al igual que en el otro conversor, a mayor número de bits, mayor resolución. Otro factor importante a tener en cuenta es la capacidad de muestreo de un conversor. Esto es el intervalo de tiempo que pasa desde que se detecta un valor a la entrada y el siguiente valor detectado.

Conversor D/A

Entrada digital

26

1s

0 1 1 Valores detectados a la entrada.

Señal de muestreo

t

t

Señal de una de las entradas al conversor

D/A

Por ejemplo, si en un conversor D/A se quiere detectar variaciones de valores a la entrada del conversor cada 2 segundos, se debe utilizar un reloj de muestreo en el conversor de 1 segundo como máximo (La frecuencia mínima para muestrear se denomina frecuencia de Nyquist-Shannon). En el cronograma siguiente se ve este hecho:

4.- MEMORIAS. Las memorias son componentes electrónicos usados para guardar datos. Existen muchos tipos de memorias.

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Atendiendo a su posibilidad de lectura y escritura tenemos: ROM (solo lectura) y RAM (lectura y escritura). Atendiendo a la necesidad de ser “refrescadas”: estáticas (SRAM) y dinámicas (DRAM). Atendiendo a la permanencia de datos sin alimentador: Volátiles y no volátiles. Explicaremos todos estos tipos de memoria para comprender mejor sus aplicaciones en los circuitos electrónicos. Lo que es común a todas las memorias, es la forma de guardar los datos. Es una matriz de celdas en las que almacenan los “datos” en forma de 0 ó de 1 lógico. Cada posición o celda se direcciona con las líneas denominadas “direcciones” y así se puede acceder a los datos para leerlos o escribirlos, según se marque con las “señales de control”. En la siguiente figura vemos una memoria RAM típica de lectura y escritura: Esta memoria tiene 10 líneas de direcciones que le permite direccionar 1024 posiciones de memoria distintas ( n2 , siendo n el número de bis o líneas) y un bus de datos de 8 bits (1 byte) por cada posición de memoria. CS (chip select): es la habilitación o deshabilitación del chip. R/W: es la patilla por la que se controla la lectura o escritura en la memoria. OE (output enable) es la patilla por medio de la cual se habilita o no la presencia de datos en las patillas D0 a D7. Asociación de memorias.

Bus de datos.

D0 a D7

Bus de direcciones.

A0 a A9

Memoria RAM

1K x 8 bits

CS R/W OE

28

El objetivo de la asociación de memorias es aumentar el número de celdas de memoria para así aumentar la capacidad de almacenamiento. Se puede ampliar la memoria aumentando el número de líneas de direcciones o bien el número de líneas de datos. Vamos a ver ambos casos con sendos ejemplos. En el primer ejemplo, tenemos 4 memorias de 256 x 8 bits y queremos en total 1K x 8 bits. La disposición de los chips sería la siguiente:

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CS

CS

CS

CS

Decodificador 2 a 4 líneas

Como segundo ejemplo, con 2 memorias de 256 x 8 bits vamos a ampliar a 256 x 16 bits. El montaje es muy sencillo:

Bus de direcciones

A0 a A9

Bus de datos.

D0 a D7

Memoria

256 x 8 bits

Memoria

256 x 8 bits

Memoria

256 x 8 bits

Memoria

256 x 8 bits

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5.- MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES. Entramos ahora en el tema más importante de este curso y al que le vamos a dedicar más tiempo. Se trata de aprender a programar dispositivos electrónicos para usarlos en las aplicaciones que nosotros deseemos. Nos vamos a centrar en la programación de microcontroladores, debido a su gran utilidad y fácil implementación.

5.1.- MICROPROCESADORES. Los microprocesadores han revolucionado la electrónica y han producido el nacimiento de la informática. Este componente electrónico difiere del resto de componentes vistos hasta ahora, ya que se puede programar mediante “software”. Esto nos permite una versatilidad que no ofrece ningún componente clásico de electrónica. Por ejemplo, un microprocesador puede utilizarse para hacer operaciones, transferir datos, almacenar información, controlar procesos… Todas esas aplicaciones que requerirían un componente especifico, (un contador, un registro, una sumador…) se pueden realizar mediante un

Memoria

256 x 8 bits

Memoria

256 x 8 bits

Bus de datos.

D0 a D7

Bus de datos.

D8 a D15

Bus de direcciones

A0 a A7

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programa de “software” que luego interpretará el microprocesador realizando las operaciones solicitadas. La evolución de los microprocesadores ha sido vertiginosa. Se comenzó con la primera computadora personal (años setenta), cuyo microprocesador era el 8088 (microprocesador de 8 bits y una velocidad de 4,7 MHz). 30 años después, tenemos el Pentium IV (microprocesador de 64/128 bits y una velocidad de 3GHz) que es entorno a 1000 veces superior al primer microprocesador de los años setenta. El microprocesador tiene una gran capacidad para realizar todo tipo de operaciones, pero requiere también ciertos dispositivos para llevar a cabo los procesos solicitados. Esos dispositivos son: Memorias, Puertos de Entrada y Salida, Elementos de gran almacenamiento…

UNIDAD CENTRAL MEMORIA E/S

SISTEMA ELECTRÓNICO CON MICROPROCESADOR

Para no tener que utilizar todo el potencial de un sistema electrónico con microprocesador en tareas sencillas, nacieron unos dispositivos con menos capacidad de proceso, pero con todo en “hardware” necesario para realizar pequeñas aplicaciones sin necesidad de un microprocesador y sus periféricos. Estos componentes se denominan microcontroladores.

5.2.- MICROCONTROLADORES.

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Se define como microcontrolador al dispositivo que integra todos los componentes necesarios para gobernar un sistema. El microcontrolador dispone de una unidad de control de procesos (similar al microprocesador), una memoria RAM, una memoria ROM, registros de trabajo, unidades de entrada y salida, temporizadores, conversores y puertos serie y paralelo. Por tanto, no necesita a su alrededor otros dispositivos para funcionar. Esto implica simplificación en el diseño de aplicaciones de todo tipo. Por el contrario, su potencia de proceso se verá mucho más limitada con respecto a un sistema con microprocesador. Sin embargo, hay una gran cantidad de aplicaciones electrónicas que, por medio de un microcontrolador, se pueden realizar, sin necesidad de recurrir a un sistema más complejo controlado por microprocesador. Se instalan los microcontroladores en todo tipo de sistemas electrónicos y cada día son más usados debido a su gran utilidad (industria de la automoción, equipamiento domestico, maquinaria de todo tipo, controles de procesos…)

5.2.1.- CARACTERÍSTICAS DE UN MICROCONTROLADOR. Comenzaremos el estudio de los microcontroladores explicando su arquitectura. Posteriormente, definiremos las partes que lo integran y haremos una breve explicación de cómo funciona cada una de ellas. ARQUITECTURA BÁSICA. Los microcontroladores actuales utilizan una arquitectura denominada “Harvard”. Esta arquitectura, dispone de dos memorias independientes, una contiene instrucciones para los procesos a realizar y la otra contiene los datos de información. Antiguamente, se usaba una arquitectura denominada “Von Neumann” en la que sólo había una memoria principal en la que se almacenaba todo. La velocidad de proceso de esta arquitectura era más lenta que la Harvard y eso hizo que se impusiera esta última.

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ESQUEMA EN BLOQUES DE LA ARQUIRECTURA INTERNA DEL 16F84A.

PARTES QUE COMPONEN UN MICROCONTROLADOR. La Unidad de control de Procesos. Esta es la unidad más importante del microcontrolador. Se encarga de direccionar la memoria de instrucciones y recibir el código de operación de la instrucción en curso. Ejecuta la función que determine la instrucción, buscando los operandos solicitados, y almacena el resultado donde proceda. Existen tres tipos distintos de juegos de instrucciones para los microcontroladores: CISC, RISC y SISC.

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- CISC: Juego de instrucciones complejo (80 instrucciones). Llevan este juego de instrucciones los microcontroladores más potentes. Algunas de estas instrucciones son complejas y requieres muchos ciclos de reloj.

- RISC: Juego de instrucciones reducido ( 35 a 60

instrucciones).La sencillez y rapidez de las instrucciones permite optimizar el hardware y software del procesador.

- SISC: Juego de instrucciones especifico. Las instrucciones

se adaptan a la aplicación prevista para optimizar el uso del microcontrolador.

Memoria. La memoria de un microcontrolador está constituida por una parte no volátil llamada “ROM” o “Memoria de Solo Lectura” (las instrucciones permanecen almacenados si se quita la alimentación del chip), y otra parte denominada “RAM” o “Memoria de Lectura y Escritura”, donde se almacena información de los programas en curso. La RAM si es volátil y se pierde su información al apagar el microcontrolador. La RAM de los microcontroladores suele ser de poca capacidad (alrededor de 256 Bytes), suficiente para el manejo de los datos usados por el programa que diseñemos. En cuanto a esa memoria “ROM” que se mantiene incluso con el chip sin alimentación, es de entorno a 2 Kbytes. Hay cinco versiones de esta memoria no volátil que pasamos ahora a enumerar: ROM con Máscara. En esta ROM, la información se graba en la fábrica. Se utiliza cuando no se va a variar el programa en la ROM y se necesitan mucho miles de microcontroladores para una determinado dispositivo de aplicación industrial o doméstica. ROM OTP. En este caso la ROM es grabable solo una vez por el usuario. Se usa en microcontroladores donde el usuario es el que quiere grabar unos determinados chips y luego aplicarlos a prototipos o pequeñas series de dispositivos. ROM EPROM.

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Estos microcontroladores tienen en su parte superior una ventana que permite el borrado de la memoria ROM mediante luz ultravioleta. Se usaban años atrás cuando no había la tecnología de los dos tipos siguientes que ahora pasamos a describir. ROM EEPROM. Son como las anteriores, pero en vez de borrarse con luz, se puede hacer eléctricamente. Por tanto, se puede grabar y borrar varias veces incluso montados en el circuito, mediante una señal eléctrica de borrado y grabado. ROM FLASH. El fundamento es igual que la anterior, pero es mucho más rápida, permite muchísimos más ciclos de borrado y grabado (miles de ciclos) y consume menos que la EEPROM. Es la que se usa hoy en día para todo tipo de aplicaciones de ingeniería, diseño y enseñanza. Puertas de entrada y salida. Estos dispositivos de entradas y salidas permiten comunicar el microcontrolador con los componentes electrónicos que se sitúen a su alrededor. Dependiendo del microcontrolador, puede tener entradas y salidas digitales, analógicas, en serie, en paralelo… Incluso pueden tener diversos puertos configurables de manera independiente. Algunos de los protocolos de comunicación que pueden utilizar son: UART (transmisión serie asíncrona), USART (transmisión serie síncrona), Paralelo, USB (serial bus actual), I2C (Interfaz de Philips)… Los componentes típicos para comunicarse con el exterior son registros de entrada y salida de datos y buffers triestado. Reloj principal. Todos los microcontroladores poseen un circuito oscilador interno que genera una onda cuadrada de alta frecuencia. Este reloj va a ser la pauta para gobernar todos los procesos internos que se desarrollen. También se puede conectar un oscilador externo que garantice mayor estabilidad y diferentes frecuencias de uso. Hablaremos de las opciones posibles par controlar el reloj del sistema más adelante, cuando expliquemos como programar el microcontrolador. Otros sistemas internos de los microcontroladores.

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En este apartado vamos a nombrar los diferentes recursos internos que poseen los microcontroladores, dependiendo de su versatilidad. Circuito de reset. Usado para iniciar el funcionamiento del microcontrolador o para reiniciar en cualquier momento el sistema. Temporizadores o timers. Se usan para controlar periodos de tiempo. Dependiendo del microcontrolador, puede haber 1, 2 o 3 timers en su interior. Se usan como contadores, incrementándose o decrementandose según la necesidad del programa. Cuando llegan al máximo o a cero, se produce un aviso interno que permite activar o desactivar procesos. Perro Guardián o “Watchdog”. Se denomina así a un contador especial interno que tiene por misión resetear el microcontrolador si después de un determinado tiempo está bloqueado o en un bucle no operativo. De esta manera se evita que el chip se quede “colgado” y no pueda realizar la tarea programada. Se dice que si el programa no refresca al “perro guardián” debido a un fallo, este “ladrará” provocando un reset. Protección por fallo de alimentación o “Brownout”. Es un circuito que resetea el microcontrolador cuando el voltaje de alimentación es inferior a un mínimo determinado. Mientras esté por debajo de ese mínimo, permanecerá reseteado. Estado de reposo. Es una opción en la que se puede reducir el consumo del chip cuando está en espera de un suceso. Una vez que se produzca el suceso, se activará y se pondrá a realizar el proceso solicitado. Se realiza mediante una instrucción que detiene el reloj principal y congela los procesos internos, reduciendo notablemente el consumo. Protección de código. Una opción interesante que poseen los microcontroladores es la de poder proteger el código del programa que hemos grabado y que nadie pueda leerlo. De esta manera se protege el programa de copias “pirata” de nuestro controlador. Esta opción es programable, al igual que el “watchdog”, justo antes de programar el microcontrolador con el código. Veremos en las prácticas lo sencillo que es activar o desactivar esta función.

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Conversores A/D y D/A. Algunos microcontroladores incorporan internamente circuitos conversores como los vistos en capítulos anteriores de este libro. Comparadores analógicos. También algunos chips incorporan un amplificador operacional en modo comparador, obteniendo un 1 o un 0 según sea la señal de entrada respecto a una de referencia. Moduladores de anchura de impulsos o “PWM” Son circuitos que proporcionan impulsos de anchura variable que van al exterior del microcontrolador según la necesidad del programa.

5.2.2.- DISEÑO Y PROGRAMACIÓN DE MICROCONTROLADORES. Para empezar con este capítulo vamos a explicar como es el encapsulado y el patillaje de un microcontrolador de la gama media (16F84) muy usado en aplicaciones de enseñanza. El 16F84, al igual que la gran mayoría de microcontroladores , se puede encontrar en dos tipos de encapsulado: DIL y SMD,

DIL SMD

Este chip en formato DIL, que es el que vamos a usar en las prácticas, tiene el patillaje que se observa en el dibujo siguiente:

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La descripción de las patillas está en las hojas de características del chip, para usarlas según el diseño que vayamos a realizar. La organización de la memoria interna, así como el juego de instrucciones que utiliza están en el manual del 16F84, los consultaremos durante la realización del diseño. Los registros internos del 16F84, donde se van a memorizar todos los datos, son los siguientes:

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Vamos a explicar como se trabaja con el microcontrolador y cuales son los pasos a realizar para aprender a manejarlo. Lo primero de todo es saber como programar un microcontrolador: 1.- El primer paso es escribir el programa que vamos a diseñar (en un lenguaje llamado ensamblador), por ejemplo un programa para encender

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unos leds, un programa para que se active una salida u otra dependiendo de unas entradas, etc… Para escribir el programa vamos a utilizar el software MPLAB de “Microchips”, que es totalmente gratuito y es sencillo de manejar. Una vez diseñado, en el programa hay una opción de compilar para que dicho programa lo pueda entender el microcontrolador. 2.- El segundo paso es conocer como funciona la placa de circuito impreso (hardware) de programación en la que vamos a insertar el microcontrolador a programar. Hay que conectarla con el ordenador correctamente para que podamos realizar la programación de manera eficiente. 3.- El tercer paso es grabar el programa en el microcontrolador, asunto a realizar con un programa de software (MPASM) que es capaz de controlar la placa de circuito impreso para la programación del chip. 4.- El cuarto paso y último es montar el microcontrolador, ya programado, en nuestro circuito de experimentación para comprobar el correcto funcionamiento de lo que hemos programado. En caso de no funcionar bien, procederemos al borrado y regrabación del programa en el microcontrolador hasta obtener el resultado satisfactorio. Descripción de instrucciones para microcontroladores de la gama media:

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6.- REPASO DE ELECTRÓNICA ANALÓGICA. Repaso del manual del curso anterior (Electrónica para técnico de

laboratorio).

7.- TEMPORIZADORES.

La temporización en electrónica es el control de una determinada acción en el tiempo, por ejemplo, encender una luz durante una hora o que se pare el funcionamiento de un motor al cabo de 10 horas. Todos estos controles, dependen normalmente de la carga y descarga de un condensador. Vamos a ver los distintos tipos de temporizadores y sus características principales. MULTIVIBRADORES.

Se denomina así a un grupo de temporizadores que tienen unas

características especiales que vamos a ver a continuación. Se pueden hacer multivibradores con transistores o con amplificadores operacionales, como ya veremos.

Existen tres tipos de multivibradores según la duración de la

temporización: - Multivibrador biestable:

El fundamento del biestable, como dice la palabra es la presencia de dos estados estables. Cuando llega una señal de disparo, el temporizador cambia su estado, y cuando llega otra vez la señal, cambia la salida al otro estado estable. El fundamento del biestable es el mismo que el de las básculas RS o JK que ya conocemos de la electrónica digital. El circuito típico de un multivibrador biestable con transistores es el siguiente:

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- Multivibrador monoestable:

Este multivibrador tiene la característica de tener solo un estado estable. Cuando llega una señal de disparo, el monoestable cambia el estado de su salida, manteniéndose en ese estado durante un tiempo prefijado; una vez transcurrido ese tiempo, volverá a su antiguo estado y ahí se quedará hasta que llegue otra señal de disparo. El circuito típico de un multivibrador monoestable es el siguiente:

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Con amplificador operacional, el monoestable seria el siguiente: - Multivibrador astable:

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Este tipo de multivibrador es el que no tiene ningún estado estable,

es decir la salida del circuito cambiará de un estado a otro sin tener uno fijo. Como cambia continuamente de estado, la tensión de salida tendrá una frecuencia que nosotros podremos definir. Veamos el circuito típico de multivibrador astable con operacional o con transistores:

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TEMPORIZADOR CON C.I. 555.

Merece la pena estudiar un circuito integrado muy típico en gran número de montajes electrónicos que necesitan una determinada temporización.

El circuito integrado “555” es un dispositivo que consta principalmente de dos amplificadores operacionales, un transistor de conmutación (que trabaja en corte o saturación), y una báscula RS. Vamos a explicar su funcionamiento sobre el esquema del “555” que a continuación vamos a dibujar:

El funcionamiento del “555” es el siguiente:

Los amplificadores operacionales de la entrada funcionan como comparadores. Como las tres resistencias R son del mismo valor, el operacional superior tendrá en la patilla menos (-) una tensión de 2/3 Vcc y el operacional inferior tendrá en su patilla más (+) un valor de 1/3 Vcc. Cuando la patilla 2 tenga una tensión inferior a 1/3 Vcc el operacional inferior activará la entrada “S” de la báscula RS y pondrá a 1 su salida “Q”. Por tanto, en la patilla 3 aparecerá un nivel alto de tensión. Si la tensión en la patilla 6 supera los 2/3 Vcc, se activará la entrada R de la báscula y la salida “Q” se pondrá a cero. Esto hace que la patilla 3 aparezca un nivel bajo de tensión.

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A su vez, vemos que la patilla 7 es otra salida del circuito que se conecta al exterior a través de un transistor que se cortará o saturará en función del valor de la salida “Q ”.

Con esta explicación, vamos a montar alrededor del 555 algunos componentes y comprobaremos como funciona un determinado montaje. En el ejemplo, tenemos un multivibrador astable realizado con el “555”:

Se puede observar que el condensador C2 se carga a través de las resistencias R1 y R2. Cuando C2 adquiera 2/3 Vcc, el “555” pondrá a cero la salida por la patilla 3 (V salida) y además, el transistor interno del “555” entrará en saturación, poniendo a 0 voltios la patilla 7. Esto hará que el condensador tienda a descargarse a través de R2. Pero llegará un momento en el que la tensión en C2 sea inferior a 1/3 Vcc. Entonces esa tensión presente en la patilla 2 hará que el otro operacional ponga a un nivel alto en la V salta. A su vez, el transistor interno se cortará, dejando en circuito abierto la patilla 7, y permitiendo de nuevo la carga de C2 a través de R1 + R2. El tiempo que tarda C2 en cargarse a 2/3 Vcc es:

2ln2C)2R1R(t aargc ⋅⋅+=

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El tiempo que tarda en descargarse hasta 1/3 Vcc es:

2ln2C2Rt aargdesc ⋅⋅=

C1 es un condensador que se pone porque así lo indica el fabricante, pero no tiene repercusión en la explicación del funcionamiento del “555”.

Se pueden montar muchos circuitos con el “555” y así lo haremos en las prácticas.

8.- FUENTES DE ALIMENTACIÓN.

Las fuentes de alimentación son realmente convertidores de una señal alterna senoidal (la procedente de la red eléctrica) en una tensión continua estabilizada de baja tensión (0 a 50v).

Existen dos tipos principales:

- Reguladas: que son las tradicionales, que aquí veremos. Su funcionamiento se basa en un transformador, un rectificador, un filtro, y un circuito de estabilización. - Conmutadas: que son más complejas pero mucho más compactas y eficientes que las reguladas. Se basan en un sistema de oscilación a frecuencias de entorno a 20KHz que permite disminuir el tamaño de los transformadores.

La fuente de alimentación más sencilla es la compuesta por un transformador, un rectificador (diodos), y un filtro (condensadores). El siguiente esquema es una fuente de alimentación básica de onda completa.

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Para mejorar el esquema anterior se usan transistores y operacionales

que permiten que la salida sea más estable, de mayor potencia, e incluso variable entre 0 y 30 voltios, por ejemplo, como las de los laboratorios. La fuente de alimentación siguiente es un montaje bastaste estable y muy usado para alimentar circuitos de todo tipo.

Montaremos este circuito en prácticas y explicaremos su diseño y su funcionamiento.

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PRÁCTICA Nº 1. MONTAJE DE CIRCUITOS DIGITALES BÁSICOS.

En esta primera práctica, vamos a montar un circuito lógico básico que elegiremos de entre los que vamos a presentar a continuación: 1.- Diseñar y montar un sistema lógico combinacional de cuatro entradas (BCD decimal codificado en binario) y dos salidas (S1 y S2) que active la salida 1 cuando el numero a la entrada sea igual o mayor de 10 y que active la salida 2 cuando el número sea 3 o múltiplo de 3. 2.- Diseñar y montar un sistema lógico combinacional que compare dos números de 2 bits cada uno (A1 A0 y B1 B0). El montaje ha de tener 3 salidas A>B, A=B y A<B. 3.- Diseñar y montar un sistema lógico combinacional que convierta un numero de 4 bits BCD en código biquinario de 5 bits.

Código Biquinario 0 00000 1 00001 2 00011 3 00111 4 01111 5 11111 6 11110 7 11100 8 11000 9 10000

4.- Diseñar y montar un decodificador BCD a 7 segmentos con ayuda de puertas lógicas.

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PRÁCTICA Nº 2. BASCULAS.

1.- Diseñar y montar un circuito con básculas JK que haga la función de una bascula D. 2.- Diseñar y montar un circuito con basculas RS que sea capaz de funcionar como una báscula JK.

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PRÁCTICA Nº 3. CONTADORES Y REGISTROS.

1.- Vamos a realizar distintos montajes que son aplicaciones típicas de contadores y registros. 2.- Diseñar un cronómetro que realice el conteo de 00 a 59 segundos. Utilizar puertas, contadores y decodificadores para diseñarlo y montarlo posteriormente. 3.- Diseñar un contador descendente de baloncesto (contador de tiempo de posesión) que va de 24 segundos hasta 0. Utilizar para el diseño contadores síncronos o asíncronos, según se prefiera. 4.- Diseñar un circuito con electrónica digital que controle la secuencia de iluminación de un semáforo. Utilizar tres LEDS (rojo, amarillo y verde) para las luces del semáforo. 5.- Diseñar un juego de luces con 4 leds que realice la secuencia del “coche fantástico”: 1000 0100 0010 0001 0010 0100 1000 ... Utilizar para ello el registro de desplazamiento universal integrado en el 74LS194. 6.-Diseñar una cerradura codificada simple de 10 números (de 0 a 9) que active un led con una secuencia de 4 dígitos. 7.- Diseñar un registro LIFO y otro FIFO. Ambos han de tener 4 registros (4 niveles) de 8 bits cada uno y un control de entrada y salida de datos.

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PRÁCTICA Nº 4. CONVERSORES D/A Y A/D.

1.- Montar un conversor digital a analógico con ayuda de amplificadores operacionales. Conectar a la entrada de datos un contador de 4 bits de los que hemos visto anteriormente y comprobar los distintos valores que vamos obteniendo a la salida.

2.- Montar un conversor analógico a digital con ayuda de amplificadores operacionales y un codificador. El circuito es el siguiente:

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3.- Montar un conversor A/D con ayuda del ADC0809 y comprobar su funcionamiento. 4.- Montar un conversor D/A con ayuda del DAC08 y comprobar su funcionamiento.

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PRÁCTICA Nº 5. MEMORIAS.

1.- Queremos realizar una ampliación de memoria en un ordenador. - El equipo tiene un chip de memoria de 1M x 8 bits. - Queremos ampliarla a 6M x 16 bits. - Tenemos disponibles chips de 1M x 8 bits y decodificadores, contadores, registros y multiplexores. 2.- Dibujar el circuito con todas las conexiones.

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PRÁCTICA Nº 6.

MICROCONTROLADORES (I) 1.- Montar un circuito con el microcontrolador 16F84 que encienda y apague un led conectado a la puerta B. El led se encenderá cuando haya un “1” en la patilla RA2 de la puerta A (patilla nº1 del chip). Cuando haya un 0 en la misma patilla, el led se apagará. 2.- Escribir el código en lenguaje ensamblador con el programa “MPAB IDE” y grabarlo. 3.- A continuación, abrir el programa “IC-prog” y abrir el fichero del programa en ensamblador que se escribió anteriormente. 4.- Desactivar el “watchdog” y poner el reloj en “XT”. Introducir el chip en la tarjeta de programación. Elegir la opción grabar el chip. 5.- Sacar el chip de la tarjeta programadora y montarlo en nuestro circuito. Comprobar que al poner un “1” en RA2 el led se enciende.

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PRÁCTICA Nº 7.

MICROCONTROLADORES (II) 1.- Montar un circuito con el microcontrolador 16F84 que encienda y apague un led conectado a la puerta B con un intervalo de tiempo de 1 segundo. 2.- Escribir el código en lenguaje ensamblador con el programa “MPAB IDE” y grabarlo. 3.- A continuación, abrir el programa “IC-prog” y abrir el fichero del programa en ensamblador que se escribió anteriormente. 4.- Desactivar el “watchdog” y poner el reloj en “XT”. Introducir el chip en la tarjeta de programación. Elegir la opción grabar el chip. 5.- Sacar el chip de la tarjeta programadora y montarlo en nuestro circuito. Comprobar que el led se enciende y se apaga cada segundo.

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PRÁCTICA Nº 8. MICROCONTROLADORES (III)

1.- Montar un circuito con el microcontrolador 16F84 que encienda y apague un led conectado a la puerta B con un intervalo de tiempo de 1 segundo cuando llegue una interrupción. 2.- Escribir el código en lenguaje ensamblador con el programa “MPAB IDE” y grabarlo. 3.- A continuación, abrir el programa “IC-prog” y abrir el fichero del programa en ensamblador que se escribió anteriormente. 4.- Desactivar el “watchdog” y poner el reloj en “XT”. Introducir el chip en la tarjeta de programación. Elegir la opción grabar el chip. 5.- Sacar el chip de la tarjeta programadora y montarlo en nuestro circuito. Comprobar que el led no se enciende hasta que realizamos la interrupción (patilla 6 RB0/INT). Una vez producida la interrupción se encederá y se apagará el led cada segundo indefinidamente.

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PRÁCTICA Nº 9. MICROCONTROLADORES (IV)

1.- Montar un circuito con el microcontrolador 16F84 que encienda y apague 8 leds conectados a la puerta B por medio del contador interno (TMR0) del microcontrolador. 2.- Los leds se encenderán en código binario ascendente y cuando el contador llegue a FF se reiniciará de nuevo para volver a empezar el conteo. 3.- Escribir el código en lenguaje ensamblador con el programa “MPAB IDE” y grabarlo. 4.- A continuación, abrir el programa “IC-prog” y abrir el fichero del programa en ensamblador que se escribió anteriormente. 5.- Desactivar el “watchdog” y poner el reloj en “XT”. Introducir el chip en la tarjeta de programación. Elegir la opción grabar el chip. 6.- Sacar el chip de la tarjeta programadora y montarlo en nuestro circuito. Comprobar que el conteo se realiza adecuadamente.

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PRÁCTICA Nº 10.

MICROCONTROLADORES (V) 1.- Montar un contador con el microcontrolador 16F84 que realice un conteo en un display de 0 a 9 mediante una tabla diseñada por nosotros, usando la instrucción de retorno de subrutina (RETLW) y controlando el contador de programa con el registro PCL. 2.- Utilizar el display de 7 segmentos que se suministra para la práctica y acoplar las patillas de salida del puerto B del 16F84 a cada segmento del display. 3.- Escribir el código en lenguaje ensamblador con el programa “MPAB IDE” y grabarlo. 4.- A continuación, abrir el programa “IC-prog” y abrir el fichero del programa en ensamblador que se escribió anteriormente. 5.- Desactivar el “watchdog” y poner el reloj en “XT”. Introducir el chip en la tarjeta de programación. Elegir la opción grabar el chip. 6.- Sacar el chip de la tarjeta programadora y montarlo en nuestro circuito. Comprobar que el conteo se realiza adecuadamente.

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Vs

PRÁCTICA Nº 11. TEMPORIZADORES.

INTERMITENTE PARA COCHE. 1.- Montar un circuito que realice la intermitencia típica de un coche. El circuito será un multivibrador astable realizado con un amplificador operacional:

2.- Dibujar las formas de onda en la salida y en el condensador, anotando los valores de pico a pico, el periodo y la frecuencia de la intermitencia.

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Vc

10.- Variar la frecuencia de la intermitencia al doble para observar un parpadeo más rápido del diodo led. ¿Cómo lo harías?. Diseñar el circuito con el nuevo valor de C o de R. El tiempo de carga de C en este circuito responde a la siguiente fórmula:

=⋅⋅= 3lnCRt El tiempo de descarga es igual:

=⋅⋅= 3lnCRt TEMPORIZADOR DE LUZ PARA ESCALERA. 11.- El siguiente montaje se basa en un multivibrador monoestable cuyo disparo va a ser efectuado mediante un pulsador, y la duración de la luz encendida va a depender del tiempo de duración que nosotros deseemos. El circuito a montar es el siguiente:

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12.- Comprobar el correcto funcionamiento del circuito. Anotar el tiempo que tarda en apagarse la luz. Tiempo en apagarse = 13.- Diseñar ahora un temporizador para una duración de 1 minuto y 30 segundos de encendido de la luz. Anotar todos los cálculos y montar vuestro diseño.

C)t/(Re)VfVi(VfVc ⋅−⋅−+=

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1 2 3 4

8 7 6 5

PRÁCTICA Nº 12. TEMPORIZADORES.

1.- En esta práctica vamos a seguir trabajando con temporizadores, pero con un circuito integrado muy usado: CI 555. 2.- El “555” como explicamos en teoría, tiene en su interior un circuito preparado para la temporización:

3.- Vamos a montar un multivibrador astable con el “555”. El circuito es el siguiente: Vcc=10 v.

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Vs

Vc2

4.- Dibujar las formas de onda en Vs y en C2.

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4.- Diseñar un temporizador con el “555” en el que una bombilla esté encendida 2 segundos y apagada 1 segundo... Montar el circuito y comprobar su funcionamiento.

2ln C R2) (R1 carga t. ⋅⋅+=

2ln C R2 descarga t. ⋅⋅=

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PRÁCTICA Nº 13. FUENTES DE ALIMENTACIÓN (I).

1.- Montar una fuente de alimentación con el regulador 7805 (5 voltios de salida). Comprobar como la salida es constante aunque la V entrada varíe de 8 a 20 voltios.

2.- Montar una F.A. variable con 7805. (fijamos la Vs entre 5 y 10 voltios, la Vs que deseemos). Ventrada de 10 a 20 voltios. Comprobar como la salida es constante aunque la V entrada varíe. ¿Cómo medirías la Impedancia de entrada y la impedancia de salida del regulador?.

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3.- Montar ahora la siguiente fuente de alimentación:

2.- Comprobar el funcionamiento de la fuente de alimentación y anotar todos los valores importantes en el análisis del circuito, que son: +Ve = +10v.

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- Ve = -10v. Av del opamp = (con el potenciómetro a la mitad) = Vs =

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PRÁCTICA Nº 14. FUENTES DE ALIMENTACIÓN (II).

1.- Diseñar y montar una fuente de alimentación con un circuito integrado específico para ser usado como regulador de tensión. Dicho componente es un LM723 que tiene el patillaje descrito en las hojas de características que tenemos en las prácticas. 2.- Realizar el diseño para una tensión variable a la entrada entre dos valores determinados por nosotros y comprobar el correcto funcionamiento del regulador.