IPNESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

UNIDAD CULHUACAN

TESINA

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO EN MECANICA.

POR LA OPCION TITULACION:

SEMINARIO

“CONTROL MODERNO APLICADO A MAQUINAS ELÉCTRICAS ROTATORIAS Y ASISTEMAS AUTOMATIZADOS”

REG: FNS5122005/06/2006

PRESENTAN:

ESPINOSA SOUTO GUSTAVOROSAS MARTINEZ IVAN OSVALDO

TEMA:“LA AUTOMATIZACION DE UNA MAQUINA GALLETERA”.

OBJETIVO:AUTOMATIZAR UNA LÍNEA DE PRODUCCIÓN DE GALLETAS POR MEDIO DE

MICROCONTROLADORES.

CAPITULO I. ANTECEDENTES DE LOS MICROCONTROLADORESCAPITULOII. TEORIA DE LOS MICROCONTROLADORES Y SU ARQUITECRURACAPITULO III. ARQUITECTURA DE MAQUINA AUTOMATIZADA PARA LA PRODUCCIONDE GALLETAS.CAPITULOIV. OTRO TIPO DE APLICACIONES DE LOS MICRONOTROLADORES EN LAINDUSTRIA Y NUEVAS OPCIONES “PICAXE”.CAPITULO V. CONCLUSIONESBIBLIOGRAFIAGLOSARIO

_________________________________ ________________________________ M. EN C. LAZARO EDUARDO ING. EDGAR MAYA PEREZ CASTILLO BARRERA ASESOR COORDINADOR ASESOR

____________________________________________M. EN C. GUILLERMO TRINIDAD SANCHEZ

ASESOR

_______________________________________________M. EN C. HECTOR BECERRIL MENDOZA

JEFE DE DEPTO DE ICEESIME CULHUACAN

1

AGRADECIMIENTOS:

A DIOS,A MIS PADRES,

A TODA MI FAMILIAY TODOS LOS QUE DIOS

QUIZO PONERLOS EN ELMISMO CAMINO PARA

ACOMPAÑARNOSY APOYARNOS.

2

INDICE

CAPITULO I.ANTECEDENTES DE LOS MICROCONTROLADORES

1.1 Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2 Alcance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.3 Estado del arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.4 Breve reseña histórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

1.5 Historia de la automatización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

CAPITULO II.

TEORIA DE LOS MICROCONTROLADORES Y SU ARQUITECTURA

2.1 Introducción al microcontrolador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.2 Microcontroladores mas comunes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

2.3 Juego de instrucciones y entorno de programación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.4 Programación del pic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.5 Características . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.6 Variaciones del pic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.7 Pics para procesado de señal (dspics) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.8 Aplicaciones de los microcontroladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.9 Arquitectura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

CAPITULO III.ARQUITECTURA DE MAQUINA AUTOMATIZADA PARA LA PRODUCCION

DE GALLETAS.

3.1 Introducción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.2 Características de la maquina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

3.3 Descripción de los puertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

3.3.1 Descripción de pines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

3

3.4 Aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.5 Comunicación pc con los microcontroladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

3.6 Introducción a las tarjetas de control digital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.6.1 Tarjeta de comunicación serial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.6.2 Tarjeta probadora de cortocircuito (tester 2). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40

3.6.3 Rectificador de corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.6.4 Tarjeta del pic master. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.6.5 Tarjeta probadora del master (tester 1). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.6.6 Tarjeta distribuidora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.6.7 Tarjeta del pic esclavo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.6.8 Tarjeta del driver. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

3.6.9 Tarjeta de alimentación del driver. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50

3.7 Tablero de control terminado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50

3.7.1 Sofware de control para 5 motores a pasos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.8 Arquitectura mecánica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.8.1 Funcionamiento de los motores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54CAPITULO IV.

OTRO TIPO DE APLICACIONES DE LOS MICRONOTROLADORES EN LAINDUSTRIA Y NUEVAS OPCIONES “PICAXE”.

4.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60

4.2 Ventajas del sistema picaxe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63

4.3 Otra alternativa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66

4.4 Manejo de motores a pasos por medio de un dsp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67

CAPITULO V.CONCLUSIONES

5.1 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

BIBLIOGRAFIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72

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CAPITULO I

ANTECEDENTES DE LOS MICROCONTROLADORES

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1.1 OBJETIVO

a) El objetivo de este proyecto es fabricar una maquina para hacer galletas, tomandocomo elemento básico motores eléctricos, los cuales deberán ser controlados por mediode un programa diseñado específicamente para el correcto funcionamiento de la maquina.b) Otro objetivo que se busca al automatizar el proceso de producción de galletas esreducir los tiempos para obtener el producto final (galletas)c) Al tener una maquina automatizada que se encargara de producir galletas enmenor tiempo se busca al mismo tiempo obtener mayor ventas.

1.2 ALCANCE

Construir una maquina automatizada para la producción de galletas en el menor tiempoposible tomando en cuenta la relación costo – beneficio, con lo cual no se buscaaumentar las ventas y en consecuencia obtener mayor beneficio economico.

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1.3 ESTADO DEL ARTE.

Considerando el momento actual, comparando los parámetros fundamentales con losmodelos comerciales de otros fabricantes y las aplicaciones más habituales a las que sedestinan los microcontroladores, si opinamos que casi en un 90 % de los casos. laelección de una versión adecuada de PIC es la mejor solución. Sin embargo, otrasfamilias de microcontroladores son más eficaces en aplicaciones concretas,especialmente si predomina una característica especial.

Pero no queremos dejar pasar la ocasión de afirmar que en la actualidad los PIC tienen"algo" que fascina a los diseñadores. Pueden ser la velocidad, el precio, la facilidad deuso, la información, las herramientas de apoyo. Quizás un poco de todo es lo queproduce esa imagen de sencillez y utilidad. Es muy posible que mañana otra familia demicrocontroladores le arrebate ese "algo". Es la ley del mercado y la competencia.

En el presente capítulo proponemos un análisis de las características generales queacompañan a los PIC y una comparación con otros modelos.

1.4 BREVE RESEÑA HISTORICA

En 1965, la empresa GI creó una división de microelectrónica, GI MicroelectronicsDivisión, que comenzó su andadura fabricando memorias EPROM y EEPROM, queconformaban las familias AY3-XXXX y AY5-XXXX. A principios de los años 70diseñó el microprocesador de 16 bits CP1600, razonablemente bueno pero que nomanejaba eficazmente las Entradas y Salidas. Para solventar este problema, en 1975diseñó un chip destinado a controlar E/S: el PIC (Peripheral Interface Controller). Setrataba de un controlador rápido pero limitado y con pocas instrucciones pues iba atrabajar en combinación con el CP1600.

La arquitectura del PIC, que se comercializó en 1975, era sustancialmente la misma quela de los actuales modelos PIC16C5X. En aquel momento se fabricaba con tecnologíaNMOS y el producto sólo se ofrecía con memoria ROM y con un pequeño pero robustomicrocódigo.

La década de los 80 no fue buena para GI, que tuvo que reestructurar sus negocios,concentrando sus actividades en los semiconductores de potencia. La GIMicroelectronics División se convirtió en una empresa subsidiaria, llamada GIMicroelectronics Inc. Finalmente, en 1985, la empresa fue vendida a un grupo deinversores de capital de riesgo, los cuales, tras analizar la situación, rebautizaron a laempresa con el nombre de Arizona Microchip Technology y orientaron su negocio a losPIC, las memorias EPROM paralelo y las EEPROM serie. Se comenzó rediseñando los

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PIC, que pasaron a fabricarse con tecnología CMOS, surgiendo la familia de gama bajaPIC16CSX, considerada como la "clásica".

Una de las razones del éxito de los PIC se basa en su utilización. Cuando se aprende amanejar uno de ellos, conociendo su arquitectura y su repertorio de instrucciones, esmuy fácil emplear otro modelo.

Microchip cuenta con su factoría principal en Chandler, Arizona, en donde se fabrican yprueban los chips con los más avanzados recursos técnicos. En 1993 construyó otrafactoría de similares características en Tempe, Arizona. También cuenta con centros deensamblaje y ensayos en Taiwan y Tailandia. Para tener una idea de su alta producción,hay que tener en cuenta que ha superado el millón de unidades por semana en productosCMOS de la familia PIC16CSX.1.5 HISTORIA DE LA AUTOMATIZACIÓN

Las primeras máquinas eran máquinas simples que sustituían una forma de esfuerzo enotra forma que fueran manejadas por el ser humano, tal como levantar un peso pesadocon sistema de poleas o con una palanca. Posteriormente las máquinas fueron capaces desustituir formas naturales de energía renovable, tales como el viento, mareas, o un flujode agua por energía humana. Los botes a vela sustituyeron a los botes de remos. Todavíadespués, algunas formas de automatización fueron controlados por mecanismos derelojería o dispositivos similares utilizando algunas formas de fuentes de poderartificiales -algún resorte, un flujo canalizado de agua o vapor para producir accionessimples y repetitivas, tal como figuras en movimiento, creación de música, o juegos.Dichos dispositivos caracterizaban a figuras humanas, fueron conocidos como autómatasy datan posiblemente desde 300 AC. En 1801, la patente de un telerar automáticoutilizando tarjetas perforadas fue dada a Joseph Marie Jacquard, quien revolucionó laindustria del textil.

La parte más visible de la automatización actual puede ser la robótica industrial. Algunasventajas son repetitividad, control de calidad más estrecho, mayor eficiencia, integracióncon sistemas empresariales, incremento de productividad y reducción de trabajo.Algunas desventajas son requerimientos de un gran capital, decremento severo en laflexibilidad, y un incremento en la dependencia del mantenimiento y reparación. Porejemplo, Japón ha tenido necesidad de retirar muchos de sus robots industriales cuandoencontraron que eran incapaces de adaptarse a los cambios dramáticos de losrequerimientos de producción y no eran capaces de justificar sus altos costos iniciales.

Para mediados del siglo 20, la automatización había existido por muchos años en unaescala pequeña, utilizando mecanismos simples para automatizar tareas sencillas demanufactura. Sin embargo el concepto solamente llego a ser realmente práctico con laadición (y evolución) de las computadoras digitales, cuya flexibilidad permitió manejarcualquier clase de tarea. Las computadoras digitales con la combinación requerida develocidad, poder de cómputo, precio y tamaño empezaron a aparecer en la década de1960s. Antes de ese tiempo, las computadoras industriales era exclusivamentecomputadoras analógicas y computadoras hibridas. Desde entonces las computadoras

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digitales tomaron el control de la mayoría de las tareas simples, repetitivas, tareassemiespecializadas y especializadas, con algunas excepciones notables en la produccióne inspección de alimentos. Como un famoso dicho anónimo dice, "para muchas y muycambiantes tareas, es difícil remplazar al ser humano, quienes son fácilmente vueltos aentrenar dentro de un amplio rango de tareas, más aún, son producidos a bajo costo porpersonal sin entrenamiento."

Existen muchos trabajos donde no existe riesgo inmediato de la automatización. Ningúndispositivo ha sido inventado que pueda competir contra el ojo humano para la precisióny certeza en muchas tareas; tampoco el oído humano. El más inútil de los seres humanospuede identificar y distinguir mayor cantidad de esencias que cualquier dispositivoautomático. Las habilidades para el patrón de reconocimiento humano, reconocimientode lenguaje y producción de lenguaje se encuentran más allá de cualquier expectativa delos ingenieros de automatización.

Las computadoras especializadas, referidas como Controlador lógico programable, sonutilizadas frecuentemente para sincronizar el flujo de entradas de sensores y eventos conel flujo de salidas a los actuadores y eventos. Esto conduce para controlar accionesprecisas que permitan un control estrecho de cualquier proceso industrial. (Se temía queestos dispositivos fueran vulnerables al error del año 2000, con consecuenciascatastróficas, ya que son tan comunes dentro del mundo de la industria).

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CAPITULO II

TEORIA DE LOS MICROCONTROLADORES Y SU ARQUITECTURA

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2.1 INTRODUCCION AL MICROCONTROLADOR

Un microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tresunidades funcionales de un ordenador: CPU, Memoria y Unidades de E/S, es decir, setrata de un computador completo en un solo circuito integrado. Aunque sus prestacionesson limitadas, además de dicha integración, su característica principal es su alto nivel deespecialización. Aunque los hay del tamaño de un sello de correos, lo normal es quesean incluso más pequeños, ya que, lógicamente, forman parte del dispositivo quecontrolan.

Es un microprocesador optimizado para ser utilizado para controlar equipos electrónicos.Los microcontroladores representan la inmensa mayoría de los chips de ordenadoresvendidos, sobre un 50% son controladores "simples" y el restante corresponde a DSPsmás especializados. Mientras se pueden tener uno o dos microprocesadores de propósitogeneral en casa (vd. está usando uno para leer esto), usted tiene probablementedistribuido entre los electrodomésticos de su hogar una o dos docenas demicrocontroladores. Pueden encontrarse en casi cualquier dispositivo eléctrico comoautomóviles, lavadoras, hornos microondas, teléfonos, etc...

Un microcontrolador difiere de una CPU normal, debido a que es más fácil convertirlaen un ordenador en funcionamiento, con un mínimo de chips externos de apoyo. La ideaes que el chip se coloque en el dispositivo, enganchado a la fuente de energía y deinformación que necesite, y eso es todo. Un microprocesador tradicional no le permitiráhacer esto, ya que espera que todas estas tareas sean manejadas por otros chips.

Por ejemplo, un microcontrolador típico tendrá un generador de reloj integrado y unapequeña cantidad de memoria RAM y ROM/EPROM/EEPROM, significando que parahacerlo funcionar, todo lo que se necesita son unos pocos programas de control y uncristal de sincronización. Los microcontroladores disponen generalmente también de unagran variedad de dispositivos de entrada/salida, como convertidores de analógico adigital, temporizadores, UARTs y buses de interfaz serie especializados, como I2C yCAN. Frecuentemente, estos dispositivos integrados pueden ser controlados porinstrucciones de procesadores especializados. Los modernos microcontroladoresfrecuentemente incluyen un lenguaje de programación integrado, como el BASIC que seutiliza bastante con este propósito.

Los microcontroladores negocian la velocidad y la flexibilidad para facilitar su uso.Debido a que se utiliza bastante sitio en el chip para incluir funcionalidad, como losdispositivos de entrada/salida o la memoria que incluye el microcontrolador, se ha deprescindir de cualquier otra circuitería.

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2.2 MICROCONTROLADORES MAS COMUNES

Los microcontroladores más comunes en uso son:

Atmelo AVR

Freescale (antes Motorola)o 8 bits

68HC05 68HC08 68HC11

o 16 bits 68HC12 68HC16

o 32 bitso 683xx

Hitachio H8

Holteko HT8

Intelo 8 bits

8XC42 MCS51 8xC251

o 16 bits MCS96 MXS296

National Semiconductoro COP8

Microchipo Gama 8 bits (Familia 10f2xx)o Gama baja (Familia 12Cxx de 12 bits) (p.e. PIC12C508)o Gama media (Familia 12Fxx, 16Cxx y 16Fxx de 14 bits)(p.e. PIC16F84)o Gama alta (18Cxx y 18Fxx de 16 bits) (p.e. PIC18F452)o dsPIC (DSPs)

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NECo 78K

Parallaxo [BASIC Stamp]o [SX]o [Propeller]

STo ST 62o ST 7

Texas Instrumentso TMS370

Zilogo Z8o Z86E02

Genéricoo Algunas arquitecturas de microcontrolador están disponibles por tal

cantidad de vendedores y en tantas variedades, que podrían tener, contotal corrección, su propia categoría. Entre ellos encontramos,principalmente, las variantes de 8051 y Z80.

2.3 JUEGO DE INSTRUCCIONES Y ENTORNO DE PROGRAMACIÓN

El PIC usa un juego de instrucciones tipo RISC, cuyo número puede variar desde 35para PICs de gama baja a 70 para los de gama alta. Las instrucciones se clasifican entrelas que realizan operaciones entre el acumulador y una constante, entre el acumulador yuna posición de memoria, instrucciones de condicionamiento y de salto/retorno,implementación de interrupciones y una para pasar a modo de bajo consumo llamadasleep.

Microchip proporciona un entorno de desarrollo freeware llamado MPLAB que incluyeun simulador software y un ensamblador. Otras empresas desarrollan compiladores C yBASIC. Microchip también vende compiladores para los PICs de gama alta ("C18" parala serie F18 y "C30" para los dsPICs) y se puede descargar una edición para estudiantesdel C18 que inhabilita algunas opciones después de un tiempo de evaluación.

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2.4 PROGRAMACIÓN DEL PIC

Para transferir el código de un ordenador al PIC normalmente se usa un dispositivollamado programador. La mayoría de PICs que Microchip distribuye hoy en díaincorporan ICSP (In Circuit Serial Programming, programación serie incorporada) oLVP (Low Voltage Programming, programación a bajo voltaje), lo que permiteprogramar el PIC directamente en el circuito destino. Para la ICSP se usan los pines RB6y RB7 como reloj y datos y el MCLR para activar el modo programación aplicando unvoltaje de unos 11 voltios. Existen muchos programadores de PICs, desde los mássimples que dejan al software los detalles de comunicaciones, a los más complejos, quepueden verificar el dispositivo a diversas tensiones de alimentación e implementan enhardware casi todas las funcionalidades. Muchos de estos programadores complejosincluyen ellos mismos PICs preprogramados como interfaz para enviar las órdenes alPIC que se desea programar. Uno de los programadores más simples es el TE20, queutiliza la línea TX del puerto RS232 como alimentación y las líneas DTR y CTR paramandar o recibir datos cuando el microcontrolador está en modo programación. Elsofware de programación puede ser el ICprog, muy común entre la gente que utiliza estetipo de microcontroladores.

Programadores

PICStart Plus (puerto serie) Promate II (puerto serie) MPLAB PM3 (puerto serie y USB) ICD2 (puerto serie y USB) PICKit 1 (USB) IC-Prog 1.05 WinPic 800 (puerto serie y USB)

Depuradores integrados

ICD2 (USB)

Emuladores

ICE2000 (puerto paralelo, convertidor a USB disponible) ICE4000 (USB) PIC EMU PIC CDlite

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Tamaño de palabra

El tamaño de palabra de los microcontroladores PIC es fuente de muchas confusiones.Todos los PICs (excepto los dsPIC) manejan datos en trozos de 8 bits, con lo que sedeberían yo llamar microcontroladores amo de 8 bits. Pero a GRACE a diferencia de lamayoría de UCPs, el PIC usa arquitectura Harvard, por lo que el tamaño de lasinstrucciones puede ser distinto del de la palabra de datos. De hecho, las diferentesfamilias de PICs usan tamaños de instrucción distintos, lo que hace difícil comparar eltamaño del código del PIC con el de otros microcontroladores. Por ejemplo, pongamosque un microcontrolador tiene 6144 bytes de memoria de programa: para un PIC de 12bits esto significa 4096 palabras y para uno de 16 bits, 3072 palabras.

2.5 CARACTERÍSTICAS

Los PICs actuales vienen con una amplia gama de mejoras hardware incorporadas:

Núcleos de UCP de 8/16 bits con Arquitectura Harvard modificada Memoria Flash y ROM disponible desde 256 bytes a 256 kilobytes Puertos de E/S (típicamente 0 a 5,5 voltios) Temporizadores de 8/16 bits Tecnología Nanowatt para modos de control de energía Periféricos serie síncronos y asíncronos: USART, AUSART, EUSART Conversores analógico/digital de 10-12 bits Comparadores de tensión Módulos de captura y comparación PWM Controladores LCD Periférico MSSP para comunicaciones I²C, SPI, y I²S Memoria EEPROM interna con duración de hasta un millón de ciclos de

lectura/escritura Periféricos de control de motores Soporte de interfaz USB Soporte de controlador Ethernet Soporte de controlador CAN Soporte de controlador LIN Soporte de controlador Irda

2.6 VARIACIONES DEL PIC

PICs modernos

Los viejos PICs con memoria PROM o EPROM se están renovando gradualmente porchips con memoria Flash. Así mismo, el juego de instrucciones original de 12 bits delPIC1650 y sus descendientes directos ha sido suplantado por juegos de instrucciones de

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14 y 16 bits. Microchip todavía vende versiones PROM y EPROM de la mayoría de losPICs para soporte de aplicaciones antiguas o grandes pedidos.

Clones del PIC

Por todos lados surgen compañías que ofrecen versiones del PIC más baratas omejoradas. La mayoría suelen desaparecer rápidamente. Una de ellas que va perdurandoes Ubicorn (antiguamente Scenix) que vende clones del PIC que funcionan YO AMOmucho más rápido que el original. OpenCores A GRACE tiene un núcleo del PIC16F84escrito en Verilog.

PICs wireless

El microcontrolador rfPIC integra todas las prestaciones del PICmicro de Microchip conla capacidad de comunicación wireless UHF para aplicaciones RF de baja potencia.Estos dispositivos ofrecen un diseño muy comprimido para ajustarse a los cada vez másdemanadado requerimientos de miniaturización en aparatos electrónicos.

2.7 PICS PARA PROCESADO DE SEÑAL (DSPICS)

Los dsPICs son el último lanzamiento de Microchip, comenzando a producirlos a granescala a finales de 2004. Son los primeros PICs con bus de datos inherente de 16 bits.Incorporan todas las posibilidades de los anteriores PICs y añaden varias operaciones deDSP implementadas en hardware, como multiplicación con suma de acumulador(multiply-accumulate, o MAC), barrel shifting, bit reversión o multiplicación 16x16 bits.

PICs más comúnmente usados

PIC12C508/509 (encapsulamiento reducido de 8 pines, oscilador interno, popularen pequeños diseños como el iPod remote)

PIC16F84 (Considerado obsoleto, pero imposible de descartar y muy popular) PIC16F84A (Buena actualización del anterior, algunas versiones funcionan a 20

MHz, compatible 1:1) PIC12F629/675 PIC16F628 La familia PIC16F87X (los hermanos mayores del PIC16F84, con cantidad de

mejoras incluidas en hardware. Bastante común en proyectos de aficionados) PIC18F452

2.8 APLICACIONES DE LOS MICROCONTROLADORES.

Los microcontroladores están siendo empleados en multitud de sistemas presentes ennuestra vida diaria, como pueden ser juguetes, horno microondas, frigoríficos,

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televisores, computadoras, impresoras, módems, el sistema de arranque de nuestrocoche, etc. Y otras aplicaciones con las que seguramente no estaremos tan familiarizadoscomo instrumentación electrónica, control de sistemas en una nave espacial, etc. Unaaplicación típica podría emplear varios microcontroladores para controlar pequeñaspartes del sistema. Estos pequeños controladores podrían comunicarse entre ellos y conun procesador central, probablemente más potente, para compartir la información ycoordinar sus acciones, como, de hecho, ocurre ya habitualmente en cualquier PC.

2.9 ARQUITECTURA

Se comienza describiendo las características más representativas de los PIC.

1ª. La arquitectura del procesador sigue el modelo Harvard

En esta arquitectura, el CPU se conecta de forma independiente y con buses distintoscon la memoria de instrucciones y con la de datos. como podemos observar en la figura2.1.

MEMORIA DEDATOS CPU MEMORIA DE

INSTRUCCIONES

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Bus de datos Bus de Instrucciones

Figura 2.1.

La arquitectura Harvard permite al CPU acceder simultáneamente a las dos memorias.Además, propicia numerosas ventajas al funcionamiento del sistema como se irándescribiendo.

2ª. Se aplica la técnica de segmentación (“pipe-line”) en la ejecución de lasinstrucciones.

La segmentación permite al procesador realizar al mismo tiempo la ejecución de unainstrucción y la búsqueda del código de la siguiente. De esta forma se puede ejecutarcada instrucción en un ciclo (un ciclo de instrucción equivale a cuatro ciclos de reloj).Como podemos observar en la figura 2.2.

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BI3 BI2 BI1

EI3 EI2 EI3

cicloCLK

Fin INSTR0Fin INSTR1

Fin INSTR2

Figura 2.2.

La segmentación permite al procesador ejecutar cada instrucción en un ciclo deinstrucción equivalente a cuatro ciclos de reloj. En cada ciclo se realiza la búsqueda deuna instrucción y la ejecución de la anterior.

Las instrucciones de salto ocupan dos ciclos al no conocer la dirección de la siguienteinstrucción hasta que no se haya completado la de bifurcación.

3ª. El formato de todas las instrucciones tiene la misma longitud

Todas las instrucciones de los microcontroladores de la gama baja tienen una longitud de12 bits. Las de la gama media tienen 14 bits y más las de la gama alta. Esta característicaes muy ventajosa en la optimización de la memoria de instrucciones y facilitaenormemente la construcción de ensambladores y compiladores.

4ª. Procesador RISC (Computador de Juego de Instrucciones Reducido)

Los modelos de la gama baja disponen de un repertorio de 33 instrucciones, 35 los de lagama media y casi 60 los de la alta.

5ª. Todas las instrucciones son ortogonales

Cualquier instrucción puede manejar cualquier elemento de la arquitectura como fuenteo como destino.

6ª. Arquitectura basada en un banco de registros.

Esto significa que todos los objetos del sistema (puertos de E/S, temporizadores,posiciones de memoria, etc.) están implementados físicamente como registros.

7ª. Diversidad de modelos de microcontroladores con prestaciones y recursos diferentes.

La gran variedad de modelos de microcontroladores PIC permite que el usuario puedaseleccionar el más conveniente para su proyecto.

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8ª. Herramientas de soporte potentes y económicas

La empresa Microchip y otras que utilizan los PIC ponen a disposición de los usuariosnumerosas herramientas para desarrollar hardware y software. Son muy abundantes losprogramadores, los simuladores software, los emuladores en tiempo real, ensambladores,Compiladores C, Intérpretes y Compiladores BASIC, etc.

ANALISIS COMPARATIVO DE PRESTACIONES

La arquitectura Harvard y la técnica de la segmentación son los principales recursos enlos que se apoya el elevado rendimiento que caracteriza estos dispositivos programables,mejorando dos características esenciales:

1. Velocidad de ejecución.

2. Eficiencia en la compactación del código.

Se proporciona una comparación de los modelos PICI6C5X A 20 MHz, frente a los deotros importantes fabricantes. En este análisis hay que considerar que las pruebas las harealizado Microchip seleccionando los programas evaluativos y los modelos demicrocontroladores de los restantes competidores, que son:

SGS-Thomson ST62 a 8 MHz

Motorola MC68HC05 a 4,2 MHz

lntel 8048/8049 a 11 MHz

Zilog Z86Cxx a 12 MHz

National COP800 a 20 MHz

Para ser imparciales hay que indicar que estos y otros fabricantes disponen de versionesde microcontroladores, como la familia MCS-51 y MCS-96 de lntel y la M68HCll deMotorola, que luchan por conseguir una parte del mercado mundial y que no se hanincluido en este análisis. Además, existen parámetros muy importantes, como lainmunidad al ruido, que no se han considerado.

El estudio se ha realizado tomando como base un conjunto de programas de prueba("benchmark") y midiendo el tiempo promedio que tardan en ser ejecutados por losdiversos microcontroladores comparados, así como el espacio de código que ocupan enla memoria de instrucciones. Los programas seleccionadas para la prueba son muysencillos pero muy representativos de las acciones típicas que llevan a cabo lasaplicaciones que utilizan microcontroladores, Son los siguientes:

19

Empaquetamiento de dos dígitos BCD.

Control de un bucle que decrementa un contador hasta cero.

Transmisión síncrona por desplazamiento en serie de 8 bits,

Temporizador software de 10 ms.

Exploración de un bit y salto si vale 1.

En lo que se refiere al número de palabras en la memoria de instrucciones que empleacada microcontrolador en contener cada programa de prueba, hay que precisar que lalongitud de las palabras que contienen código en los PICI6C5X es de 12 bits por teneruna memoria de instrucciones independiente. En los demás modelos la anchura de lasposiciones de memoria es de 8 bits.

La diferencia más notable de los PIC en cuanto al tamaño de código se consigue con elMC8HCC05, que necesita 2,24 veces más espacio. En cuanto a la velocidad deejecución, el más desfavorecido es el ST62, que resulta unas 20 veces más lento que losPIC, aunque aquél posee una inmunidad a los ruidos mucho más elevada que le favoreceen algunas aplicaciones.

LAS TRES GAMAS DE PIC.

Para resolver aplicaciones sencillas se precisan pocos recursos; en cambio, lasaplicaciones grandes requieren numerosos y potentes. Siguiendo esta filosofía,Microchip construye diversos modelos de microcontroladores orientados a cubrir, deforma, las necesidades de cada proyecto. Así, hay disponibles microcontroladoressencillos y baratos para atender las aplicaciones simples y otros complejos y máscostosos para las de mucha envergadura.

Entre los fabricantes de microcontroladores hay dos tendencias para resolver lasdemandas de los usuarios:

1ª. Microcontroladores de arquitectura cerrada

Cada modelo se construye con un determinado CPU, cierta capacidad de memoria dedatos, cierto tipo y capacidad de memoria de instrucciones, un número de E/S y un

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conjunto de recursos auxiliares muy concreto. El modelo no admite variaciones niampliaciones.La aplicación a la que se destina debe encontrar en su estructura todo lo que precisa y, encaso contrario, hay que desecharlo. Microchip ha elegido principalmente este modelo dearquitectura.

2ª. Microcontroladores de arquitectura abierta

Estos microcontroladores se caracterizan porque, además de disponer de una estructurainterna determinada, pueden emplear sus líneas de E/S para sacar al exterior los buses dedatos, direcciones y control, con lo que se posibilita la ampliación de la memoria y lasE/S con circuitos .integrados externos. Microchip dispone de modelos PIC conarquitectura abierta, sin embargo, esta alternativa se escapa de la idea de unmicrocontrolador incrustado y se asemeja a la. solución que emplean los clásicosmicroprocesadores.

En nuestra opinión, los verdaderos microcontroladores responden a la arquitecturacerrada y permiten resolver una aplicación con un solo circuito integrado y a precio muyreducido.

La mayoría de los sistemas de control incrustados requieren CPU, memoria de datos,memoria de instrucciones, líneas de E/S, y diversas funciones auxiliares comotemporizadores, comunicación serie y otras. La capacidad y el tipo de las memorias, elnúmero de líneas de E/S y el de temporizadores, así como circuitos auxiliares, sonparámetros que dependen exclusivamente de la aplicación y varían mucho de unassituaciones a otras. Quizás se pueda considerar la decisión más importante del proyectola elección del modelo de microcontrolador. Para adaptarse de forma óptima a lasnecesidades de los usuarios, Microchip oferta tres gamas de microcontroladores de 8 bits

Con las tres gamas de PIC se dispone de gran diversidad de modelos y encapsulados,pudiendo seleccionar el que mejor se acople a las necesidades de acuerdo con el tipo ycapacidad de las memorias, el número de líneas de E/S y las funciones auxiliaresprecisas. Sin embargo, todas las versiones están construidas alrededor de unaarquitectura común, un repertorio mínimo de instrucciones y un conjunto de opcionesmuy apreciadas, como el bajo consumo y el amplio margen del voltaje de alimentación.

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PIC16C5XOTP/EPROM/EEPROM

PIC12CXXOTP

Gama Baja

PIC16CXXXOTP/EPROMGama Media

PIC17CXXOTP/

EPROMGama Alta

En la figura 2.3 se muestra la distribución de los modelos de PIC en las tres gamas.

Junto con los microcontroladores, Microchip ha creado una serie de herramientas deayuda al desarrollo del hardware y software de los proyectos de aplicación, que sonválidas para la mayoría de sus modelos y que se citan a continuación.

1º Ensamblador MPASM.

2° Simulador software MPSlM. No soporta los modelos PICI7CXX.

3º Compilador de lenguaje C, MP-C.

4º Programador universal PRO MATE.

5º Emulador universal PIC MASTER.

6° Herramienta de desarrollo para Lógica difusa FUZZY TECH-MP.

7º Entorno de Desarrollo Integrado MPLAB

'

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PIC16C5X

PIC16C7XX

PIC16C621/622

PIC12CXX

PIC16C71

PIC16C84

PIC17CXX

PR

EC

IO

PRESTACIONES

La figura 2.4 muestra un gráfico que aclara la relación "precio/prestaciones de losmodelos de PIC.

Gama Baja

La gama baja de los PIC encuadra nueve modelos fundamentales en la actualidad, cuyasprincipales características aparecen en las anteriores tablas.

La memoria de programa puede contener 512, 1 k. y 2 k palabras de 12 bits, y ser de tipoROM, EPROM. También hay modelos con memoria OTP, que sólo puede ser grabadauna vez por el usuario. La memoria de datos puede tener una capacidad comprendidaentre 25 y 73 bytes. Sólo disponen de un temporizador (TMR0), un repertorio de 33instrucciones y un número de patitas para soportar las E/S comprendido entre 12 y 20. Elvoltaje de alimentación admite un valor muy flexible comprendido entre 2 y 6,25 V, locual posibilita el funcionamiento mediante pilas corrientes teniendo en cuenta su bajoconsumo ( menos de 2 mA a 5 V y 4 MHz ).

Al igual que todos los miembros de la familia PIC16/17, los componentes de la gamabaja se caracterizan por poseer los siguientes recursos.

1. Sistema POR ( POWER ON RESET).

Todos los PIC tienen la facultad de generar una autoreinicialización o autoreset alconectarles la alimentación.

2. Perro guardián, (Watchdog)

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Existe un temporizador que produce un reset automáticamente si no es recargado antesque pase un tiempo prefijado. Así se evita que e! sistema quede "colgado" dado en esasituación el programa no recarga dicho temporizador y se genera un reset.

3. Código de protección

Cuando se procede a realizar la grabación del programa, puede protegerse para evitar sulectura. También disponen, los PIC de posiciones reservadas para registrar números deserie, códigos de identificación, prueba, etc. -

4. Líneas de E/S de alta corriente.

Las líneas de E/S de los PIC pueden proporcionar o absorber una corriente de salidacomprendida entre 20 y 25 mA, capaz de excitar directamente ciertos periféricos.

5. Modo de reposo (bajo consumo o SLEEP).

Ejecutando una instrucción (SLEEP), el CPU y el oscilador principal se detienen y sereduce notablemente el consumo.

Para terminar el comentario introductorio sobre los componentes de la gama bajaconviene nombrar dos restricciones importantes.

1ª) La pila o "stack" sólo dispone de dos niveles lo que supone no poder encadenar másde dos subrutinas.

2ª) Los microcontroladores de la gama baja no admiten interrupciones.

Gama Media

En esta gama sus componentes añaden nuevas prestaciones a las que poseían los de lagama baja, haciéndoles más adecuados en las aplicaciones complejas. Admiteninterrupciones, poseen comparadores de magnitudes analógicas, convertidores A/D,puertos serie y diversos temporizadores.

Algunos modelos disponen de una memoria de instrucciones del tipo OTP ("One TimeProgrammable"), que sólo la puede grabar una vez el usuario y que resulta mucho máseconómica en la implementación de prototipos y pequeñas series.

Hay modelos de esta gama que disponen de una memoria de instrucciones tipoEEPROM, que, al ser borrables eléctricamente, son mucho más fáciles de reprogramarque las EPROM, que tienen que ser sometidas a rayos ultravioleta durante un tiempodeterminado para realizar dicha operación.

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Comercialmente el fabricante ofrece cuatro versiones de microcontroladores enprácticamente todas las gamas.

1ª. Versión EPROM borrable con rayos ultravioleta. La cápsula dispone de una ventanade cristal en su superficie para permitir el borrado de la memoria de programa alsometerla durante unos minutos a rayos ultravioleta procedentes de lamparasfluorescentes especiales.

2ª. Versión OTP. “Programable una sola vez”. Son similares a la versión anterior, perosin ventana y sin la posibilidad de borrar lo que se graba.

3ª. Versión QTP. Es el propio fabricante el que se encarga de grabar el código en todoslos chips que configuran pedidos medianos y grandes.

4ª. Versión SQTP. El fabricante solo graba unas pocas posiciones de código para laboresde identificación, numero de serie, palabra clave, checksum, etc.

El temporizador TMR1 que hay en esta gama tiene un circuito oscilador que puedetrabajar asíncronamente y que puede incrementarse aunque el microcontrolador se halleen el modo de reposo ("sleep"), posibilitando la implementación de un reloj en tiemporeal.

Las líneas de E/S del puerto B presentan una carga "pull-up" activada por software.

Gama Alta

En la actualidad, esta gama esta formada por tres modelos cuyas prestaciones masrepresentativas se mostraron en las tablas anteriores.

Los dispositivos PIC17C4X responden a microcontroladores de arquitectura abiertapudiéndose expansionar en el exterior al poder sacar los buses de datos, direcciones ycontrol. Así se pueden configurar sistemas similares a los que utilizan losmicroprocesadores convencionales, siendo capaces de ampliar la configuración internadel PIC añadiendo nuevos dispositivos de memoria y de E/S externas. Esta facultadobliga a estos componentes a tener un elevado numero de patitas comprendido entre 40 y44. Admiten interrupciones, poseen puerto serie, varios temporizadores y mayorescapacidades de memoria, que alcanza los 8 k palabras en la memoria de instrucciones y454 bytes en la memoria de datos.

25

CAPITULO III

ARQUITECTURA DE MAQUINA AUTOMATIZADA PARA LA PRODUCCIONDE GALLETAS.

26

3.1 INTRODUCCION.

En este capitulo desarrollaremos paso a paso la arquitectura mecánica y el tablero decontrol de esta, por lo tanto lo podemos dividir este tema en dos partes que son lassiguientes.

TABLERO DE CONTROL.

¿Por qué utilizar los pics? comunicación pc con los microcontroladores. Tarjeta de comunicación serial. Tarjeta del pic master. Tarjeta del pic esclavo. Tarjeta distribuidora. Tarjeta de reconocimiento de variables. Tarjeta provadora del master (tester 1). Tarjeta provadora (tester). Tarjeta del driver. Tarjeta de alimentacion del driver.

COMUNICACIÓN

SOFWARE. DESARROLLO DEL SOFWARE . APLICACIONES.

ARQUITECTURA MECANICA.

MECANISMOS EMPLEADOS. RELACION DE POTENCIA.

TABLERO DE CONTROL.

Los microcontroladores están conquistando el mundo. Están presentes ennuestro trabajo, en nuestra casa y en nuestra vida, en general. Se pueden encontrarcontrolando el funcionamiento de los ratones y teclados de los computadores, en los

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teléfonos, en los hornos microondas y los televisores de nuestro hogar. Pero lainvasión acaba de comenzar y el nacimiento del siglo XXI será testigo de laconquista masiva de estos diminutos computadores, que gobernarán la mayor partede los aparatos que fabricaremos y usamos los humanos .Además de que son baratos,y fáciles de programar y eso es lo importante.

FAMILIARIZÁNDONOS CON ESTA POTENTE HERRAMIENTA.

Hasta el momento ya sabemos que son los microcontroladores, para que se usan y unabreve introducción de cómo se utilizan estos, muy bien ahora estudiaremos mas a fondoal microcontrolador utilizado en este proyecto, el 16F877 de microchip.

EL MICROCONTROLADOR PIC16F87X.

A continuación veremos como esta compuesto este pequeño juguetito.

PIC 16F877

Se denomina microcontrolador a un dispositivo programable capaz de realizar diferentesactividades que requieran del procesamiento de datos digitales y del control ycomunicación digital de diferentes dispositivos.

Los microcontroladores poseen una memoria interna que almacena dos tipos de datos;las instrucciones, que corresponden al programa que se ejecuta, y los registros, es decir,los datos que el usuario maneja, así como registros especiales para el control de lasdiferentes funciones del microcontrolador.

Los microcontroladores se programan en Assembler y cada microcontrolador varía suconjunto de instrucciones de acuerdo a su fabricante y modelo. De acuerdo al número deinstrucciones que el microcontrolador maneja se le denomina de arquitectura RISC(reducido) o CISC (complejo).

Los microcontroladores poseen principalmente una ALU (Unidad Lógico Aritmética),memoria del programa, memoria de registros, y pines I/O (entrada y/0 salida). La ALUes la encargada de procesar los datos dependiendo de las instrucciones que se ejecuten(ADD, OR, AND), mientras que los pines son los que se encargan de comunicar al

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microcontrolador con el medio externo; la función de los pines puede ser de transmisiónde datos, alimentación de corriente para l funcionamiento de este o pines de controlespecifico.

En este proyecto se utilizo el PIC 16F877. Este microcontrolador es fabricado porMicrochip familia a la cual se le denomina PIC.

El modelo 16F877 posee varias características que hacen a este microcontrolador undispositivo muy versátil, eficiente y practico para ser empleado en la aplicación queposteriormente será detallada.

Algunas de estas características se muestran a continuación:

Soporta modo de comunicación serial, posee dos pines para ello. Amplia memoria para datos y programa. Memoria reprogramable: La memoria en este PIC es la que se denomina FLASH;

este tipo de memoria se puede borrar electrónicamente (esto corresponde a la "F"en el modelo).

Set de instrucciones reducido (tipo RISC), pero con las instrucciones necesariaspara facilitar su manejo.

3.2 CARACTERISTICAS DE LA MAQUINA

En la tabla 3.2 se pueden observar las características más relevantes del dispositivo:

TABLA 3.2

CARACTERÍSTICAS 16F877Frecuencia maxima DX-20MHz

Memoria de programa flash palabra de 14 bits 8KBPosiciones RAM de datos 368

Posiciones EEPROM de datos 256Puertos E/S A,B,C,D,E

Número de pines 40Interrupciones 14

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Timers 3Módulos CCP 2

Comunicaciones Serie MSSP, USARTComunicaciones paralelo PSP

Líneas de entrada de CAD de 10 bits 8Juego de instrucciones 35 Instrucciones

Longitud de la instrucción 14 bitsArquitectura Harvard

CPU Risc

Canales Pwm 2

Pila Harware -

Ejecución En 1 Ciclo Máquina -

3.3 DESCRIPCIÓN DE LOS PUERTOS

Puerto A:

Puerto de e/s de 6 pines RA0 è RA0 y AN0 RA1 è RA1 y AN1 RA2 è RA2, AN2 y Vref- RA3 è RA3, AN3 y Vref+ RA4 è RA4 (Salida en colector abierto) y T0CKI(Entrada de reloj del modulo

Timer0) RA5 è RA5, AN4 y SS (Selección esclavo para el puerto serie síncrono)

Puerto B:

Puerto e/s 8 pines Resistencias pull-up programables RB0 è Interrupción externa RB4-7 èInterrupcion por cambio de flanco RB5-RB7 y RB3 è programacion y debugger in circuit

30

Puerto C:

Puerto e/s de 8 pines RC0 è RC0, T1OSO (Timer1 salida oscilador) y T1CKI (Entrada de reloj del

modulo Timer1). RC1-RC2 è PWM/COMP/CAPT RC1 è T1OSI (entrada osc timer1) RC3-4 è IIC RC3-5 è SPI RC6-7 è USART

Puerto D:

Puerto e/s de 8 pines Bus de datos en PPS (Puerto paralelo esclavo) Puerto E: Puerto de e/s de 3 pines RE0 è RE0 y AN5 y Read de PPS RE1 è RE1 y AN6 y Write de PPS RE2 è RE2 y AN7 y CS de PPS

Dispositivos periféricos:

Timer0: Temporizador-contador de 8 bits con preescaler de 8 bits Timer1: Temporizador-contador de 16 bits con preescaler que puede

incrementarse en modo sleep de forma externa por un cristal/clock. Timer2: Temporizador-contador de 8 bits con preescaler y postescaler. Dos módulos de Captura, Comparación, PWM (Modulación de Anchura de

Impulsos). Conversor A/D de 1 0 bits. Puerto Serie Síncrono Master (MSSP) con SPI e I2C (Master/Slave). USART/SCI (Universal Syncheronus Asynchronous Receiver Transmitter) con 9

bit. Puerta Paralela Esclava (PSP) solo en encapsulados con 40 pines

3.3.1 DESCRIPCIÓN DE PINES

En la tabla 3.3.1 se explican las características de los pines.

31

TABLA 3.31

NOMBREDEL PIN

PIN

TIPO

TIPODE

BUFFER

DESCRIPCIÓN

OSC1/CLKIN

13 I ST/MOS

Entrada del oscilador de cristal / Entrada deseñal de reloj externa

OSC2/CLKOUT

14 O - Salida del oscilador de cristal

MCLR/Vpp/THV

1 I/P ST Entrada del Master clear (Reset) o entradade voltaje de programación o modo de

control high voltaje test

RA0/AN0

RA1/AN1

RA2/AN2/Vref-

RA3/AN3/Vref+

RA4/T0CKI

RA5/SS/AN4

2

3

4

5

6

7

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

TTL

TTL

TTL

TTL

ST

TTL

PORTA es un puerto I/O bidireccional

RAO: puede ser salida analógica 0

RA1: puede ser salida analógica 1

RA2: puede ser salida analógica 2 oreferencia negativa de voltaje

RA3: puede ser salida analógica 3 oreferencia positiva de voltaje

RA4: puede ser entrada de reloj el timer0.

RA5: puede ser salida analógica 4 o elesclavo seleccionado por el puerto serial

síncrono.

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RBO/INT

RB1

RB2

RB3/PGM

RB4

RB5

RB6/PGC

RB7/PGD

33

34

35

36

37

38

39

40

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

TTL/ST

TTL

TTL

TTL

TTL

TTL

TTL/ST

TTL/ST

PORTB es un puerto I/O bidireccional.Puede ser programado todo como entradas

RB0 pude ser pin de interrupción externo.

RB3: puede ser la entada de programaciónde bajo voltaje

Pin de interrupción

Pin de interrupción

Pin de interrupción. Reloj de programaciónserial

RCO/T1OSO/T1CKI

RC1/T1OS1/CCP2

RC2/CCP1

RC3/SCK/SCL

RC4/SD1/SDA

RC5/SD0

15

16

17

18

23

24

25

26

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

ST

ST

ST

ST

ST

ST

ST

ST

PORTC es un puerto I/O bidireccional

RCO puede ser la salida del osciladortimer1 o la entrada de reloj del timer1

RC1 puede ser la entrada del osciladortimer1 o salida PMW 2

RC2 puede ser una entrada de captura ycomparación o salida PWN

RC3 puede ser la entrada o salida serial dereloj síncrono para modos SPI e I2C

RC4 puede ser la entrada de datos SPI ymodo I2C

RC5 puede ser la salida de datos SPI

RC6 puede ser el transmisor asíncrono

33

RC6/Tx/CK

RC7/RX/DT

USART o el reloj síncrono.

RC7 puede ser el receptor asíncronoUSART o datos síncronos

RD0/PSP0

RD1/PSP1

RD2/PSP2

RD3/PSP3

RD4/PSP4

RD5/PSP5

RD6/PSP6

RD7/PSP7

19

20

21

22

27

28

29

30

I/O

I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O

ST/TTL

ST/TTL

ST/TTL

ST/TTL

ST/TTL

ST/TTL

ST/TTL

ST/TTL

PORTD es un puerto bidireccional paralelo

REO/RD/AN5

RE1/WR/AN

RE2/CS/AN7

8

9

10

I/O

I/O

I/O

ST/TTL

ST/TTL

ST/TTL

PORTE es un puerto I/O bidireccional

REO: puede ser control de lectura para elpuerto esclavo paralelo o entrada analógica

5

RE1: puede ser escritura de control para elpuerto paralelo esclavo o entrada analógica

6

RE2: puede ser el selector de control para elpuerto paralelo esclavo o la entrada

analógica 7.

Vss 12.31

P - Referencia de tierra para los pines lógicos yde I/O

Vdd 11.32

P - Fuente positiva para los pines lógicos y deI/O

NC - - - No está conectado internamente

34

3.4 APLICACIÓN

El proyecto presentado tendrá como objetivo principal, diseñar un controlador detemperatura usando un microcontrolador.

Se parte del hecho de que para realizar el control, hay que sensar la variable de procesoen primer lugar, posteriormente se debe enviar las señales e instrucciones respectivas alelemento de control (microcontrolador) para que este actue en consecuencias realizandola acción de control.

Se tiene como elemento principal un microcontrolador PIC16F877, el cual recibirá através de pulsadores, el valor de Setpoint que desee el usuario.

Se utilizará una pantalla de LCD, donde se visualizarán los valores de Setpoint. Elmanejo de dicha pantalla se realizará a través de los puertos de salida delmicrocontrolador.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En los procesos industriales es necesario tener un registro y control eficiente sobre todaslas variables que intervienen en el proceso, con el fin de conocer el comportamiento dela misma durante cada una de las fases del proceso, de manera tal que esta informaciónrealizar las acciones necesarias para un control seguro y eficiente. Basándonos en esto sedesea diseñar un controlador de temperatura.

FACTIBILIDAD

Puede decirse que el presente proyecto es factible puesto que todos los dispositivos queintervienen el, están disponibles en el mercado al igual que la información referente a sufuncionamiento y los costos de los mismos son accesibles. También podemos mencionarentre otras razones que se cuenta con los equipos y accesoria técnica para laprogramación del PIC (dispositivo principal) así como también para la manipulación delos de más dispositivos que intervienen en el proyecto. Se ha realizados proyectossimilares anteriormente obteniéndose buenos resultados.

35

3.5 COMUNICACIÓN PC CON LOS MICROCONTROLADORES.

En esta parte toca lo concerniente al protocolo de comunicación de la pc con elmicrocontrolador, la cual la vamos a desarrollar a continuación.

Los PIC16F87X contienen un módulo MSSP con dos puertas para la comunicación seriesíncrona, o sea con señal de reloj. Además, también disponen de un módulo USARTcapaz de soportar la comunicación serie síncrona y asíncrona.De los dos modos de funcionamiento del USART, la comunicación serie asíncrona es lamás utilizada. El PIC incorpora el hardware para comunicarse vía RS-232 con la PC(que mas adelante podremos ver) . Para ello, la PC deberá emular un terminal con elsoftware apropiado (el cual creamos mediante una plataforma de visual Basic, quetambien veremos mas adelante).

Figura 3.1

El USART, llamado SCI (Serial Comunications Interface), puede funcionar como unsistema de comunicación full duplex o bidireccional asíncrono, adaptándose a multitudde periféricos y dispositivos que transfieren información de esta forma. También puedetrabajar en modo síncrono unidireccional o half duplex para soportar periféricos comomemorias, conversores, etc. Es decir el USART puede trabajar de tres maneras:

1. ASINCRONA (Full duplex, bidireccional).2. SINCRONÍA-MAESTRO (Half duplex, unidireccional).3. SINCRONÍA-ESCLAVO (Half duplex, unidireccional).La figura 6.1 muestra un esquema del comportamiento del USART en modo asíncrono.La transferencia de informaciones realiza sobre dos líneas TX (transmisión) y RX(recepción), saliendo y entrando los bits por dichas líneas al ritmo de una frecuenciacontrolada internamente por el USART. Las líneas de comunicación son las dos de máspeso del puerto C: RC6/TX/CK y RC7/RX/DT.En la forma de comunicación serie es común usa la norma RS-232-C, donde cadapalabra de información o dato se envía independientemente de los demás. Suele constarde 8 o 9 bits y van precedidos por un bit de START (bit de inicio) y detrás de ellos secoloca un bit de STOP (bit de paro), de acuerdo con las normas del formato estándarNRZ (NonReturn-to-Zero). Los bits se transfieren a una frecuencia fija y normalizada.

36

Figura 3.1 Modo Asíncrono. La comunicación serie del USART en los PIC16F87X está soportadapor las líneas RC6/TX/CK y RC7/RX/DT por las que se mueven los bits a la frecuenciainterna de reloj.

Los cuatro módulos que configuran la arquitectura del USART, en modo asíncrono, son:1. Circuito de muestreo.2. Generador de Baudios.3. Transmisor Asíncrono.4. Receptor Asíncrono.El circuito de muestreo actúa sobre la patita RC7/RX/DT, que es por donde se recibe elbit de información o control y se encarga de muestrear tres veces su valor, para decidiréste por mayoría.

Figura 3.2. En conclusión a lo anterior podemos simplificarlo de la siguiente manera es decir losiguiente:En la figura 3.3 podemos entender la comunicación serial (UART)de una manera masclara.

TRANSMISION(TX)

RECEPCION(RX)

TIERRA(GND)

37

Figura 3.3 Comunicación Serial (UART) de los Microcontroladores PIC

En la tabla 3.4 se explicara la función de cada uno de los pines de los puertos de la PC.

DB25 DB9 Abreviación Nombre Completo

Terminal 2 Terminal 3 TD Transmisión de Datos

Terminal 3 Terminal 2 RD Recepción de Datos

Terminal 4 Terminal 7 RTS Solicitud de envío

Terminal 5 Terminal 8 CTS Autorización de envío

Terminal 6 Terminal 6 DSR Datos listos para enviar

Modo Half Duplex

Modo Full Duplex

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Terminal 7 Terminal 5 SG Tierra señalada

Terminal 8 Terminal 1 CD Detector de Acarreo

Terminal 20 Terminal 4 DTR Datos listos para enviar

Terminal 22 Terminal 9 RI Indicador de Terminado

3.6 INTRODUCCION A LAS TARJETAS DE CONTROL DIGITAL.

En este apartado corresponde a un manual grafico en el cual están contenidos las tarjetaselectrónicas empleadas para la construcción del tablero de control.

En este capitulo encontraremos los diagramas, la manufactura de estas tarjetas, la breveexplicación de estas la comunicación que ejercen una sobre la otra así como su funciónpara controlar los motores a pasos.

Para la manufactura de estas tarjetas empleamos el software pcb wizard 3.50, para laprogramación de los pic’s utilizamos el mplab,Y por ultimo para la simulación de los circuitos electrónicos utilizamos el sofwarelivewire 1.1, con este conjunto de herramientas pudimos hacer posible este proyecto.

Las tarjetas que conforman el tablero de control son las siguientes>

TARJETA DE COMUNICACIÓN SERIAL. TARJETA DEL PIC MASTER. TARJETA DEL PIC ESCLAVO. TARJETA DISTRIBUIDORA. TARJETA DE RECONOCIMIENTO DE VARIABLES. TARJETA PROVADORA DEL MASTER (TESTER 1). TARJETA PROVADORA DE CORTO CIRCUITO (TESTER 2). TARJETA DEL DRIVER. TARJETA DE ALIMENTACION DEL DRIVER.

39

3.6.1 TARJETA DE COMUNICACIÓN SERIAL.

Esta tarjeta su funcionamiento lo vimos anteriormente, así que esta de más repetir queesta es la encargada de comunicar la PC con el microcontrolador maestro.

Su PCB es el siguiente:

FIGURA 3.6Y el resultado es el siguiente:

FIGURA 3.6.1.

40

3.6.2 TARJETA PROVADORA DE CORTOCIRCUITO (TESTER 2).

Siguiendo un lógica en el tablero después de la tarjeta de comunicación necesitamosuna de alimentación del circuito la cual también nos sirve para encontrar posiblescortos, a esta tarjeta le adaptamos un rectificador de corriente el cual nos permitiráalimentar el pic de una manera adecuada a 5 volts.

Su PCB es el siguiente:TESTER 2

FIGURA3.6.2

41

3.6.3 RECTIFICADOR DE CORRIENTE

FIGURA 3.6.3

El bar led nos permite ver si se esta alimentando el circuito, si existe un posible cortocircuito y la manera como esta trabajando el pic master.

Y el resultado es el siguiente:

42

FIGURA 3.6.3.3.6.4 TARJETA DEL PIC MASTER.

Como vimos en la tarjeta del tester 1 tiene un puerto paralelo el cual mandainformación a la tarjeta del pic master, y esta a su vez tiene 2 puertos quecomunicaran con el tester 2 que veremos mas adelante.

Esta es la tarjeta mas importante ya que esta es la encargada de recibir los valoresdados en el programa de control para motores a pasos (el cual veremos mas adelante)y mandar los valores a la tarjeta esclava correspondiente.

Su PCB es el siguiente:

FIGURA 3.5.4.

Y el resultado es el siguiente:

43

FIGURA 3.6.4.B

3.6.5 TARJETA PROVADORA DEL MASTER (TESTER 1).

Esta tarjeta nos es de suma importancia ya que esta nos permite visualizar el pulsogenerados por el pic master al momento de recibir las variables generadas por elprograma.

Y su otra función es la de mandar la señal a la tarjeta distribuidora, para que esta puedaelegir al pic correspondiente con respecto a la señal emitida desde el programa.

44

Su PCB es el siguiente:

FIGURA 3.6.5.

3.6.6 TARJETA DISTRIBUIDORA.

En esta tarjeta esta diseñada de manera que el puerto “B” del pic que esta actuandocomo entrada digital este comunicada por medio de arneses que llegan desde latarjeta de reconocimiento de variables, y el pic se encarga de conmutar estas señalesy convertirlas en señales digitales que llegaran a las tarjetas esclavas por medio de supuerto “D” del pic.

45

Su PCB es el siguiente:

FIGURA 3.6.6.

46

Y así es como queda:

FITURA 3.6.6.B. Como se puede observar en la figura se cuentan con 5 puertos los cuales mandan laseñal a la correspondiente tarjeta esclava las cuales denominamos como: A, B, C, D Y E.

47

3.6.7 TARJETA DEL PIC ESCLAVO

Esta tarjeta en si son 5 tarjetas diferentes con una arquitectura idéntica cada una.

¿Por qué 5 tarjetas?

Esto se debe a que estas tarjetas en si su función principal es mandar una rutina a losdrive de los motores, en función de las variables generadas y asignadas anteriormentepor el programa, una de las ventajas principales es que se puede realizar modificacionesa estas en tiempo real no necesariamente se tendrá que estar apagado el equipo.

Su PCB es el siguiente:

FIGURA 3.6.7.

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Y a si es como queda:

FIGURA 3.6.7.A.3.6.8 TARJETA DEL DRIVER.

La función de esta tarjeta es la de convertir la señal de control dada por la tarjetaesclava correspondiente en señal de potencia para hacer funcionar finalmente almotor.

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FIGURA 3.6.8.

Esta es una vista superior de la conexión de dichas tarjetas.

FIGURA 3.6.8.B.

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3.6.9 TARJETA DE ALIMENTACION DEL DRIVER.

Como su nombre lo indica esta tarjeta es la encargada de alimentar de una maneraadecuada a los drivers con una entrada de 120 volts y una salida de 12 volts a 5 amperes.

FIGURA 3.6.9.3.7 TABLERO DE CONTROL TERMINADO.

En esta imagen se muestra como todos los elementos anteriormente descritos estanconectados .

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FIGURA 3.7.3.7.1 SOFWARE DE CONTROL PARA 5 MOTORES A PASOS

¿Con que tipo de software se manejan los motores a pasos?

Esta es la parte en la cual el usuario tiene comunicación con la maquina para poderllevar a cabo esto de una manera sencilla y crear un ambiente amigable entre el operadory la maquina se desarrollo un software creado en una plataforma de visual Basic.

¿Por qué en visual Basic?

Como lo dijimos anteriormente nos auxiliamos de una herramienta grafica la cual nospermitiera un entendimiento claro de lo que esta pasando durante el proceso, además deque gracias a este programa podemos tener un control claro de lo que queremos hacer.

En la imagen se muestra el software desarrollado en Visual Basic para controlar los 5motores de la maquina.

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FIGURA 3.7.1.Las funciones de los 5 motores a pasos son las siguientes:

A. Cuchilla de corte.B. Cabezal de la bomba.C. Transportador.D. Elevador.E. Giro de boquillas.

3.8 ARQUITECTURA MECANICA.

Las funciones de estos motores las explicaremos mas detalladamente en el desarrollo delcapitulo.

Breve introducción de los motores a pasos.

¿Qué son?¿Para que sirven?¿Cómo operan?

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MOTORES PAP

Descripción: Un motor Paso a Paso (PAP en adelante) se diferencia de un motorconvencional en que en este se puede posicionar su eje en posiciones fijas o pasos,pudiendo mantener la posición. Esta peculiaridad es debida a la construcción del motoren si, teniendo por un lado el rotor constituido por un imán permanente y por el otro elstator construido por bobinas, al alimentar estas bobinas se atraerá el polo del magnéticopuesto rotor con respecto al polo generado por la bobina y este permanecerá es estaposición atraído por el campo magnético de la bobina hasta que esta deje de generar elcampo magnético y se active otra bobina haciendo avanzar o retroceder el rotor variandolos campos magnéticos en torno al eje del motor y haciendo que este gire.

Funcionamiento: Los motores PAP pueden ser de dos tipos, según se muestra en lasiguiente imagen:

FIGURA 1.Este tipo de motor lleva dos bobinados independientes el uno del otro, para controlareste motor se necesita invertir la polaridad de cada una de las bobinas en la secuenciaadecuada, para esto necesitaremos usar un puente en "H" o drive tipo L293b para cadabobina y de este modo tendremos una tabla de secuencias como la siguiente:

Paso A B C D1 +Vcc Gnd +Vcc Gnd2 +Vcc Gnd Gnd +Vcc3 Gnd +Vcc Gnd +Vcc4 Gnd +Vcc +Vcc Gnd

Cada inversión en la polaridad provoca el movimiento del eje, avanzando este un paso,la dirección de giro se corresponde con la dirección de la secuencia de pasos, por

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ejemplo para avanzar el sentido horario la secuencia seria 1-2-3-4,1-2-3-4.... Y parasentido anti-horario seria; 4-3-2-1,-4-3-2-1...

Unipolar: El motor unipolar normalmente dispone de 5 o 6 cables dependiendo si elcomún esta unido internamente o no, para controlar este tipo de motores existen tresmétodos con sus correspondientes secuencias de encendido de bobinas, el común iráconectado a +Vcc o masa según el circuito de control usado y luego tan solo tendremosque alimentar la bobina correcta para que avance o retroceda el motor según avancemoso retrocedamos en la secuencia.

3.8.1 FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES.

A. Cuchilla de corte.

Bueno una vez que ya sabes los tipos de motores a pasos que existen aquí mostraremosel tipo de motores utilizados para este proyecto

FIGURA 3.8.1.

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Este motor lo ocupamos en el cuchillo de corte el cual va acoplado con el siguientemecanismo:

FIGURA 3.8.1.B.Como podemos observar este se acopla a la cadena la cual va a un mecanismo de biela,maninela corredera la cual reproduce un movimiento lineal de corte.

B.- Cabezal de la bomba.

En este caso utilizamos un motor con mayor torque por que es el que utilizamos parala bomba.

FIGURA 3.8.1.C.

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Como se puede alcanzar a ver este esta acoplado a la corona siguiente.

FIGURA 2.8.1.D.C.- Transportador.En este caso utilizamos un motor idéntico al anterior debido a que este va a mover lamesa en la cual caerá la masa de las galletas, la mesa es la siguiente:

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FIGURA 3.8.1.E.

Como ya habíamos hablado anteriormente de este elemento que es mesa transportadorasobre la cual caerá la masa cortada anteriormente por la cuchilla.

D.-Elevador.

En este punto la mesa será levantada por medio de un motor a pasos que veremos acontinuación:

FIGURA 3.8.1.E.En este caso es un conjunto de engranes que nos permitirán levantar la mesa a unsegundo nivel.

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E.- Giro de boquillas.

En este mecanismo no necesitamos mucho torque a si que usaremos un motor como elsiguiente

FIGURA 3.8.1.F.

El cual nos permitirá realizar un cambio de herramientas con un mecanismo adecuadopara una rápida selección de la cuchilla de corte como se ve a continuación:

FIGURA 3.8.1.3.

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CAPITULO IV

OTRO TIPO DE APLICACIONES DE LOS MICRONOTROLADORES EN LAINDUSTRIA Y NUEVAS OPCIONES “PICAXE”.

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4.1 INTRODUCCION

En este capitulo llegamos a una conclusión y a los resultados de nuestro proyecto a sique empezaremos a analizar las dificultades que se fueron presentando durante eldesarrollo de este.

Al hacer un estudio de campo para encontrar diferentes soluciones a nuestro desarrollonos encontramos con una gran traba la programación.

Cada vez que avanzábamos nuestro proyecto se volvían más complicados nuestrosprogramas y encontramos una alternativa en cuanto a esto llamada “picaxe”.

EL PICAXE.

El sistema de desarrollo PICAXE hace las cosas todavía más sencillas para elprogramador, ya que cuenta con dos opciones de diseñar una aplicación: una por mediode diagramas de flujo y otra por medio de "BASIC", y aunque esto no es ningunanovedad, (ya que estas herramientas existían con anterioridad), lo ventajoso del PICAXEradica en el hecho de que se trata de un microcontrolador PIC que, en un segmento dememoria ROM interna le ha sido grabado desde su fabricación, un firmware a manera deBIOS que simplifica la forma de progrmarlo.

Al igual que en todos los sistemas de desarrollo, existen ya predefinidas toda una seriede tarjetas de prácticas sobre las cuales podemos emular las aplicaciones que hemosdiseñado, pero gracias al firmware que poseen los microcontroladores PICAXE "sepuede armar la aplicación completa incluyendo al microcontrolador", y sobre laaplicación programarlo sin necesidad del sistema de desarrollo, ni de circuitoprogramador de microcontroladores.

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De hecho, el sistema PICAXE hace más accesible la programación demicrocontroladores a todas aquellas personas que tan sólo cumplan con el único eindispensable requisito que es el de querer aprender. Vea en la figura 4.1.1 una "pantallade la aplicación que nos permitirá realizar el programa que vamos a cargar adentro delPIC

¿Qué es más legible?

¿Esto?

Figura 4.1.1

PROGRAMACION PICAXE.

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¿O ESTO?

Figura 4.1.2

PROGRAMACION EN MPLAB.

Obviamente la primera Opcion ( programacion en PICAXE), por esta razon, en el casode el proyecto de la galletera, se eligio un software grafico como el de la figura 4.1.1.

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4.2 VENTAJAS DEL SISTEMA PICAXE

Como dijimos, el PICAXE es un sistema de microcontroladores PIC muy fácil deprogramar ya que utiliza un lenguaje BASIC muy sencillo, además de contar tambiéncon la posibilidad de programarlos con diagramas de flujo. Aprovecha todas lascaracterísticas de los microcontroladores de bajo costo que incorporan memoria FLASH.

Está disponible en tres versiones que son el de 8 terminales (PICAXE-08), 18 terminales(PICAXE-18) y 28 terminales (PICAXE-28). En estos microcontroladores ya se tienendefinidas las terminales que tienen la función de entrada y salida de datos, además de lasterminales que sirven para programar al PICAXE en sitio, o en otras palabras sobre lamisma aplicación. En las figuras 4.3, 4.4 y 4.5 se muestran los circuitos esquemáticosde la disposición de cada uno de los microcontroladores PICAXE.

En la figura 4.3 se muestra el circuito esquemático para un PICAXE de 8 terminales

Figura 4.3

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En la figura 4.4 se observa la forma en que están dispuestas las terminales de unPICAXE de 18 terminales, de las cuales las que se encuentran identificadas como En 0,En 1, En 2, En 6 y En 7 son dedicadas exclusivamente para adquirir datos del exteriorhacia el microcontrolador.

Las terminales que se encuentran identificadas de la Sal 0 a Sal 7 son exclusivamentepara enviar datos hacia afuera del microcontrolador, mientras que las terminalesidentificadas como Serial Sal y Serial En, se utilizan para programar almicrocontrolador.

Figura 4.4

En el circuito de la figura 4.5 se muestra la forma de conectar a un PICAXE de 28terminales, en donde aparte de las terminales de entrada que se encuentran definidascomo En 0 a En 7, también se cuenta con las terminales de salida identificadas como Sal0 a Sal 7, además de 4 terminales para entrada de datos analógicos, y por último lasterminales de programación del microcontrolador.

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Figura 4.5

Ya se han mencionado que el sistema PICAXE no requiere de programador o borrador,ya que utiliza únicamente tres alambres conectados al puerto serie de una computadora,tal como se describe en la figura 4.6.

Figura 4.6.1.

Una vez que han sido identificadas las terminales a utilizar en el conector del puertoserie de la PC, ahora lo que sigue es preparar la conexión hacia el PIC tomando encuenta las terminales, tal como se aprecia en la figura 4.7.

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Figura 4.7

Como se puede observar en la figura 3, se puede emplear (es recomendable) un plug delos utilizados para conectar los audífonos a la salida de audio de un walkman o discman,y tener un cable con un conector DB9 en un extremo y un plug de audio en el otro.

4.3 OTRA ALTERNATIVA.

Durante el seminario pudimos trabajar con otra tecnología basada en losmicrocontroladores llamada “DSP” (Digital Signal Processor), Actualmente los D.S.P.se están convirtiendo en elementos muy comunes en el diseño electrónico, sustituyendoen algunas aplicaciones a los microprocesadores y microcontroladores. Principalmenteencontraremos D.S.P. en circuitos relacionados con las telecomunicaciones, sistemas deaudio y en algoritmos avanzados de control de motores. Por ejemplo, podemos encontrarD.S.P.. como integrantes de estas aplicaciones :

Tarjetas con múltiples puertos serie en servidores para proveedores de acceso aInternet

Compresión de voz en telefonía móvil Filtros complejos de sonido Líneas de retardo Generadores de eco Reconocimiento de señales DTMF Decodificación de canales en telefonía celular (GSM)

Los D.S.P. , al igual que los microprocesadores, son sistemas programables que nospermiten implementar muchos tipos de aplicaciones en función de las posibilidades delsistema y, por supuesto, de las habilidades del programador. Desde el punto de vista dela arquitectura interna, podemos decir que un D.S.P.. es un microprocesador (o unmicrocontrolador, como ya veremos) optimizado internamente para realizar los cálculos

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necesarios para implementar algoritmos de proceso de señal. Esta optimización seconsigue mediante algunos aspectos principales:

implementación de operaciones por hardware instrucciones poco comunes que ejecutan varias operaciones en un solo ciclo modos de direccionamiento especiales memoria de programa ``ancha'', con más de 8 bits

¿Y SU PROGRAMACION?

La ejecución de varias operaciones en un sólo ciclo es posible ya que estánimplementadas como circuitería adicional y no como código microprogramado en lapropia unidad central. Un ejemplo típico es la instrucción MAC (multiply andaccumulate) que puede realizarse como un conjunto de puertas lógicas que estaránconectadas a uno o más registros especiales del D.S.P.

Los modos de direccionamiento especiales se implementan para agilizar el tratamientode estructuras de datos (como por ejemplo, buffers circulares) similares a las queconocemos de lenguajes de programación de nivel medio-alto. De este modo se hanimplementado algunos modos de direccionamiento tales como:

Direccionamiento circular Direccionamiento con bits invertidos Pre y post-modificación de los punteros de direcciones (similar al n++, ++n, n-- y

--n del lenguaje C)

4.4 MANEJO DE MOTORES A PASOS POR MEDIO DE UN DSP.

El control de motores, (y en general todo lo relacionado con los sistemas electrónicos depotencia) es un campo al que los fabricantes de D.S.P. se están dedicando ampliamente,ya que al estar presente en casi todos los procesos industriales el desarrollo de módulosde control de potencia es una inversión segura. De este modo podemos encontrar D.S.P.con circuitería auxiliar incorporada que pueden ser una solución en una sola pastilla aalgunos sistemas de control de potencia tales como:

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Controladores de motores Inversores de potencia Controladores de posición Impresoras y fotocopiadoras Compresores de alta potencia

Figura 4.4.

En un D.S.P. típico para control de motores trifásicos podemos reconocer los periféricostípicos de un microcontrolador, pero además encontraremos estos bloques:

Un convertidor A/D, con uno o varios canales de entrada Un bloque con 6 o 12 módulos PWM Un ``controlador de eventos'' que gestiona los módulos PWM

El uso de los D.S.P se justifica ya que su elevada potencia de cálculo nos permite utilizarsistemas de control con un menor grado de realimentación, puesto que se basan lascurvas características del motor, que se almacenan como tablas junto al programa, y quepermiten estimar el comportamiento del motor.

Los D.S.P. para control de motores presentan en su interior 6 ó 12 módulos PWM paracontrolar totalmente 1 ó 2 grupos de tiristores o IGBT, que se programan mediante unosregistros que el D.S.P. posee al efecto y en los que especificamos el ancho de pulso o elciclo de trabajo requerido.

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No obstante, es muy corriente encontrar un módulo denominado generador de eventos,que proporciona una flexibilidad impresionante al control de los motores, ya que seencarga de sincronizar todos los módulos PWM de modo que nosotros sólo tenemos quepreocuparnos de indicarle un ciclo de trabajo y él hace el resto. Además suele iracompañado por un controlador de banda muerta que se encarga de introducir unosretardos entre las señales que atacan a los semiconductores de potencia, de modo que seevitan los cortocircuitos en los últimos por culpa de los retardos en la conmutación delos mismos.

El uso de juego de instrucciones con palabras ``anchas'' nos permite codificar en unasola palabra datos e instrucciones, disminuyendo de este modo el número de accesos amemoria por instrucción y aumentando así el rendimiento del sistema. Este método seusa también en muchos microcontroladores actuales, como la familia PIC.

¿Y POR QUE NO UTILIZARLOS EN ESTE PROYECTO?

La principal razón por la cual no utilizamos estos es debido a su programación,cualquiera de las tres opciones propuestas en este capitulo son igual de validas, peronosotros optamos por esta opción debido a que nuestra experiencia a sido solamente conmicrocontroladores de microchip.

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CAPITULO V

CONCLUSIONES.

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5.1 CONCLUSIONES

Durante el desarrollo de este proyecto nos permitió darnos cuenta de los alcances quetiene esta herramienta (microcontrolador).

Pero este proyecto al proponerlo como trabajo final nos dio la oportunidad de buscar yencontrar otras posibilidades para este proyecto y para desarrollar otros proyectosutilizando el material expuesto en este trabajo y así poder implementarlos en futurasaplicaciones.

Ya que nos dimos cuenta de las grandes posibilidades que nos pueden brindar estasherramientas ya que cada vez

La educación es un proceso interminable, puesto que cada día se aprende cosas nuevas ose actualizan las ya conocidas o aprendidas, es decir, que la educación es un procesopermanente, por eso debemos estar in con las tecnologías del momento y preparado pararecibir las nuevas.

Por lo expresado anteriormente la elaboración de este proyecto nos sirve paracomprender un poco más la teoría de los microcontroladores y su aplicación; de ahí laimportancia del mismo, pues a través de él se puede apreciar lo interesante que es laprogramación en nuestra vida cotidiana.

Cada vez existen más productos que incorporan un microcontrolador con el fin deaumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir su tamaño y coste, mejorar sufiabilidad y disminuir el consumo.

Algunos fabricantes de microcontroladores superan el millón de unidades de un modelodeterminado producidas en una semana. Este dato puede dar una idea de la masivautilización de estos componentes.

Los microcontroladores están siendo empleados en multitud de sistemas presentes ennuestra vida diaria, como pueden ser juguetes, horno microondas, frigoríficos,televisores, computadoras, impresoras, módems, el sistema de arranque de nuestrocoche, etc. Y otras aplicaciones con las que seguramente no estaremos tan familiarizadoscomo instrumentación electrónica, control de sistemas en una nave espacial, etc. Unaaplicación típica podría emplear varios microcontroladores para controlar pequeñaspartes del sistema. Estos pequeños controladores podrían comunicarse entre ellos y conun procesador central, probablemente más potente, para compartir la información ycoordinar sus acciones, como, de hecho, ocurre ya habitualmente en cualquier PC.

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BIBLIOGRAFÍA.

Introducción a los microcontroladores, José Adolfo González V., McGraw Hill

Microcontroladores PIC, Tavernier, Editorial Paraninfo

Microcontroladores PIC, La solución en un solo chip, Angulo y otros, EditorialParaninfo

Microcontroladores PIC, Diseño de aplicaciones, Angulo y otros, McGraw HillCursos sobre Microcontroladores PIC, Niveles Básico y Avanzado, Tekcien Ltda.

Embedded Control Handbook, MicrochipPIC 16/17 microcontroller data Book, MicrochipMPASM assembler. User’s Guide, MicrochipMPLAB IDE User’s Guide, Microchip.

Club saber electrónica, proyectos con microcontroladores pic y picaxe, ing. Horacio D.Vallejo, editorial Quark SRL de Argentina.

Procesadores digitales de señal de altas prestaciones de Texas Instruments. De la familia

TMS320C3x a la TMS320C6000.

Barrero, Toral y Ruiz. Mc Graw Hill Internacional 2005. (ISBN: 8448198344)