UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA

DIRECCIÓN DE CARRERA DE MECATRÓNICA Y SISTEMAS PRODUCTIVOS

EMPRESA:

CONALEP Plantel Toluca

NOMBRE DEL PROYECTO:

“Tarjeta entrenadora de microcontrolador 16F877A”

MEMORIA:

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN MECATRÓNICA

PRESENTA:

Juan Carlos Bernal Calzada

GENERACION

SEPTIEMBRE 2011 - ABRIL 2013

LERMA, ESTADO DE MÉXICO, ABRIL DE 2013

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA

DIRECCIÓN DE CARRERA DE MECATRÓNICA Y SISTEMAS PRODUCTIVOS

EMPRESA:

CONALEP Plantel Toluca

NOMBRE DEL PROYECTO:

“Tarjeta entrenadora de microcontrolador 16F877A”

MEMORIA:

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO EN MECATRÓNICA

PRESENTA:

INDICE GENERAL CAPITULO 1: IDENTIFICACION DE LA NECESIDAD 5

1.1 Resumen…………………………………………….................... 5

1.2 Introducción……………………………………………………… 6

1.3 Antecedentes de la institución………………......................... 7

1.4Planteamiento de la problemática…………........................... 9

1.5Justificación……………………………………………………… 10

1.6Objetivos generales y específicos…………………………… 11

1.7 Hipótesis………………………………………………………… 12

CAPITULO 2: MARCO TEORICO

2.1 Historia de los Microcontroladores………………………… 13

2.1.1 Microcontrolador……………………………………………… 16

2.2 Los Fabricantes y sus Modelos de Microcontroladores…… 17

2.3 El catálogo actual de Familias de Microcontroladores PIC… 19

2.3.1 Novedades relevantes de los Microcontroladores………… 19

2.4 Microcontroladores PIC………………………………………… 20

2.4.1 ¿Por qué los Microcontroladores PIC de Microchip?......... 20

2.4.2 La influencia de los Microcontroladores en la vida diaria 21

2.5 Modulo PWM del PIC 16F877A……………………………………… 22

2.5.1 Periodo PWM………………………………………………… 22

2.5.2 Configuración del PWM…………………………………… 25

CAPITULO 3: DESARROLLO TEÓRICO DE LA PROPUESTA DE MEJORA

26

3.1.2 Regulador de voltaje 7805………………………………… 27

3.1.3 Resistencia eléctrica……………………………………… 29

3.1.4 LCD 16x2 (display de cristal liquido)…………………… 30

3.1.5 Características principales de los módulos LCD……… 31

3.1.6 interfaz con microcontrolador a 8 bits…………………… 32

3.2 Micro programador usb……………………………………… 33

3.3 pickit2 – microchip…………………………………………… 36

3.3.2 cómo iniciar la lectura o escritura de un micro controlador 37

3.4 Interfaz Bluetooth RN 41-42………………………………… 40

3.4.1 Circuito de Interfaz Bluetooth…………………………….. 41

3.4.2 Arquitectura del Circuito Bluetooth………………………. 42

3.5.1 Detalles de Programación del Circuito Bluetooth……… 44

3.6.1 Dip trace…………………………………………………….. 46

3.7.1 Diseño de la tarjeta………………………………………… 48

3.8.1 Etapa de potencia ………………………………………… 49

3.9.1Elaboracion del PCB…………………………………… 50

3.9.2 Ruteo de las vías………………………………………. 51

3.10.1 Elaboración del circuito impreso…………………… 52

CAPITULO 4: APLICACIÓN Y VALIDACION DE LA PROPUESTA DE MEJOR

55

4.1 Resultados y discusión…………………………………. 55

CAPITULO 5: COSTO BENEFICIO DEL PROYECTO 56

5.1.2 Costo del recurso humano……………………………. 57

5.1.3 Beneficio de innovación………………………………. 57

Conclusiones………………………………………………….. 59

Anexos…………………………………………………………. 60

Bibliografía……………………………………………………… 64

1.1 RESUMEN

El rápido avance de la tecnología en los últimos años ha supuesto una auténtica

revolución en nuestras vidas. En los hogares, nadie se plantea levantarse para

cambiar el canal de la televisión, encender el equipo de música o algún otro

aparato electrónico. El mando a distancia al igual que el teléfono móvil se han

convertido en elementos tan cotidianos que no se les da importancia. La

posibilidad de mantener una conexión permanente a internet por un precio módico

es una realidad ya presente en muchos hogares. Todos estos avances hacen que

cada vez se demanden nuevos dispositivos de control a distancia que puedan ser

activados desde cualquier lugar y que permitan realizar acciones tales como

encender o apagar algún equipo electrónico, o encender y apagar motores

industriales.

Esto que parece tan trivial y sencillo hoy en día, ha sido y es de una dificultad

tecnológica importante. Debemos notar que las primeras aplicaciones de control y

programación aparecen en el ámbito industrial durante hace ya algunas décadas.

Por ejemplo, el control a distancia de las máquinas ha sido una necesidad que ha

ido apareciendo con la evolución de la industria. Una breve reseña desde sus

orígenes nos permitirá tomar conciencia del esfuerzo científico y tecnológico que

ha supuesto llegar al estado actual.

Es por ello que es necesario integrar y desarrollar el interés por el estudio de

nuevas tecnologías a los estudiantes de recientes generaciones. Y para lograr

dicho objetivo se llevara a cabo una tarjeta entrenadora modular basada en

microcontroladores que servirá como trampolín para llevar a cabo una serie de

proyectos comunicados vía RF (radio frecuencia), bluetooth IR (infra rojo), así

como también la integración de sensores analógicos y digitales y todo ello para el

control de motores de C.A (corriente alterna), C.D (corriente directa), servo

motores, motores PAP (paso a paso) entre otros.

5

ABSTRACT

The fast technology advances during the last years has directed our lives in a revolutionary way. At home, nobody gets up to change the TV channel, turn on the CD player or any other white goods. The distance controllers as well as the mobile telephones have become into common devices that have lost their relevance. Nowadays, the possibility of keeping connected to the Internet for a very low price is a reality in many homes. All this technology makes the amount of more distance control devices that can help people to turn on or off any white good or industrial motors even more demanded. This that seems to be so easy and common today has been of a really high technological difficulty. We should take into account that the first control applications and program appeared in the industry area during the last decades. As an example, the distance control of machines has been a necessity that has been increasing with the industry evolution. A brief review since its origins will allow us to think deeply in the scientist and technological effort that has lead to the present. That is the reason why it is necessary to integrate and develop the interest of the technology studies in the students from the latest generations. In order to achieve this goal we are going to elaborate a microcontrollers that will be the basis for a series of projects communicated via RF (radio frequency), Bluetooth IR (infra red) as well as the integration of analogical and digital sensors that will work together with the control motor altern current, direct current, servo motors, steper motors among others.

6

1.2 INTRODUCCIÓN.

Este sistema denominado tarjeta entrenadora de microcontroladores mejor

conocidos como pic´s, consiste en un equipo completo para la evaluación de

aplicaciones basadas en el microcontrolador PIC de la serie 16F y para ser más

específicos 16F877A que es una gama básica que dispone la empresa de

MICROCHIP, dicho dispositivo dispone de una serie de periféricos básicos de E/S

con los que se puede verificar el funcionamiento de una aplicación así como las

circuitería necesaria para la grabación de este modelo en especial.

Esta tarjeta entrenadora se le denomina sistema de desarrollo ya que es un

equipo físico que en conjunto con el uso de la programación conforman una

herramienta capaz de desarrollar todas las operaciones necesarias para diseñar

proyectos básicos y de complejidad media, basados en un microcontrolador

programable.

Entre los objetivos que se persiguen son el desarrollo de prácticas guiadas para

que aquellos alumnos que, con una especial motivación, deseen realizar su propio

sistema digital basado en el microcontrolador y otras nuevas tecnologías como las

anteriormente mencionadas, y dispongan de algunas interfaces ya resueltas de

modo que no supongan una gran dificultad añadida al trabajo académico.

El primer objetivo del presente proyecto ha sido disponer del sistema basado en el

microcontrolador totalmente operativo. Después se han ido incorporando

diferentes interfaces y dispositivos para cubrir un abanico de aplicaciones

7

ANTECEDENTES DE LA INSTITUCIÓN.

1.3 ANTECEDENTES DE LA INSTITUCIÓN

PRESENTACIÓN

El Colegio Nacional de Educación Profesional Técnica, desde su creación hace

casi 30 años, ha representado una alternativa para la formación profesional

técnica de miles de jóvenes que desean incorporarse de manera inmediata al

mercado laboral, enfrentando el reto de responder con equidad, calidad y

pertinencia a las transformaciones socioeconómicas de nuestro país.

En la misma dinámica, y con una visión proactiva acerca del contexto de la

sociedad mexicana, se lleva a cabo la reorientación del Modelo Educativo del

Conalep. En este documento se presenta una síntesis de los elementos que lo

integran, siendo éstos el fruto constante del trabajo colegiado del Sistema

Nacional de Colegios de Educación Profesional Técnica en el país, en sus tres

niveles de operación, y el cual será enriquecido con las aportaciones de quienes lo

llevan a su operatividad en los planteles.

MISIÓN

Formar Profesionales Técnicos a través de un Modelo académico para la calidad y

competitividad en un sistema de formación que proporciona a sus egresados la

capacidad de trabajar en el sector productivo nacional o internacional, mediante la

comprobación de sus competencias, contribuyendo al desarrollo humano

sustentable y al fortalecimiento de la sociedad del conocimiento.

VISIÓN

Somos la institución de formación técnica del sistema de educación media

superior de la nación que mejor responde a las necesidades de los sectores

productivos del país, con estándares de clase mundial.

Modelo Académico de Calidad para la Competitividad

El Conalep propone la reorientación de su Modelo Académico como respuesta a la

demanda de una formación de recursos humanos altamente calificados y

reconocidos en el sector productivo, con una sólida formación ocupacional y

académica para la competitividad, respaldada en valores cívicos y de

sustentabilidad ambiental, que coadyuven al desarrollo del país.

PROPÓSITO

Promueve una formación profesional técnica y capacitación (Profesional Técnico

PT, Profesional Técnico Bachiller PTB y Postécnico) pertinentes, flexibles y de

vanguardia en congruencia con las necesidades cambiantes del entorno laboral;

así como una formación integral y permanente de los individuos en un marco de

desarrollo humano sustentable, a través del desarrollo de competencias con un

enfoque constructivista del conocimiento y del fortalecimiento de los mecanismos

8

de vinculación con el sector productivo e interinstitucional para asegurar la

inserción laboral y posibilitar el ingreso a la educación superior.

ESTRUCTURA DE LAS CARRERAS DEL CONALEP

El Conalep ofrece educación en el nivel medio superior, la cual se cursa en seis

semestres de 18 semanas cada uno, con una carga de 35 horas a la semana,

obteniéndose un total de 3780. La estructura de su oferta está integrada por

núcleos de formación, los cuales responden asertivamente a las necesidades y

tendencias educativas tanto del contexto nacional como

del internacional, así como a las políticas educativas establecidas en el Plan

Nacional de Desarrollo 20062011.

Estos núcleos de formación son: Básica y Profesional y se complementan con los

de formación Propedéutica y Postécnica, los cuales son de carácter opcional.

FORMACIÓN PROFESIONAL.

Orientada al desarrollo de competencias laborales requeridas para la realización

de funciones productivas demandadas por los sectores productivos local, regional

y nacional, de acuerdo con las tendencias actuales de un mundo globalizado y

cambiante.

Las competencias a desarrollar en este núcleo corresponden a las competencias

profesionales básicas y extendidas establecidas por la SEMS, realimentadas por

las competencias genéricas y las mismas disciplinares, si así lo requiere la

formación. Existen dos componentes en este núcleo de formación:

Formación profesional general

Conformada por módulos que se orientan al desarrollo de competencias laborales

generales de una carrera. Se cursa de segundo a sexto semestre por los alumnos,

tras haber elegido una carrera de la oferta educativa del Colegio.

Formación profesional específica

Está enfocada a proporcionar una formación profesional específica dentro de la

carrera elegida, que se traduce en los trayectos técnicos, los cuales constituyen

una gama de opciones para los alumnos que, a partir del cuarto semestre, se

forman en un campo profesional específico. Los módulos que conforman los

trayectos técnicos se caracterizan por ser optativos (el alumno elige al menos un

trayecto de acuerdo con sus intereses y necesidades) y regionalizables

(directamente relacionados con las necesidades de formación o capacitación de

un grupo de población que se puede beneficiar mediante éstos y por su impacto

en sectores clave para el desarrollo de regiones focalizadas).

9

PLANTEAMIENTO DE LA PROBLEMÁTICA.

Una de las preocupaciones que siempre ha estado vigente dentro de las

instituciones educativas tiene lugar a la práctica efectiva de la tecnología, esto es

la manera de cómo son aceptados los resultados que emanan de las

investigaciones realizadas en esta área.

Esta preocupación nos ha llevado a estudiar con detenimiento la forma de cómo

se desarrollan los proyectos tecnológicos y las implicaciones directas e indirectas

que sobre ello ejerce la aplicación del conocimiento científico en situaciones

donde la realidad de la educación exige soluciones eficaces, ya que los distintos

sectores de la misma presentan diversas necesidades cuya magnitud incluye

distintas aplicaciones de existentes de tecnología de vanguardia.

Considerando que una conceptualización de tecnología debe partir de la

plataforma de la realidad y de la práctica educativa, reconoceremos que puede ser

más que la simple aplicación del conocimiento científico a la solución de

problemas y que la integración de esta tecnología, permite proponer estrategias

educativas en contextos propios para que a partir de ellas se inicien

investigaciones y puedan plantearse alternativas más generalizadas.

Para aplicar dicha conceptualización tocaremos temas como es la capacitación a

los estudiantes como un proceso que habrá de llevarnos a establecer la relación

existente entre la tecnología y la identificación de necesidades dentro de su vida

cotidiana y laboral.

Como primer tema, comenzaremos por señalar como un hecho reconocido el que

desde su origen hasta hoy en dia, la tecnología registra constantemente

importantes evoluciones, así lo manifiestan algunas investigaciones realizadas

dentro de varias instituciones educativas tanto en nivel medio superior como a

nivel superior, y reconocen que aún queda mucho trecho por recorrer.

Es por ello que se puntualiza en la problemática de la capacitación que quiere

decir o dicho de otro modo, es el proceso de enseñanza-aprendizaje orientado a

proporcionar conocimientos y habilidades de índole pedagógica que imparten

docencia, con el fin de que puedan cumplir en forma sus responsabilidades de

trabajo. Otro aspecto importante y que vale la pena recalcar es la identificación de

una necesidad para saber cómo actuar y aplicar los conocimientos tecnológicos

adquiridos previamente en una capacitación.

Sin lugar a duda la tecnología esta creciendo a pasos agigantados es por ello que

es importante una capacitación tanto de profesores como de alumnos en general,

especificando que para ofrecer soluciones dentro del ámbito tecnológico debe

considerarse que una institución educativa debe tener el equipo y herramientas de

tecnología de vanguardia para poder ofrecer una capacitación certera para llevar a

cabo las acciones requeridas por el sector productivo o en la vida cotidiana.

10

JUSTIFICACIÓN.

En la actualidad las instituciones educativas a nivel técnico bachiller con el afán

de que los estudiantes se relacionen con situaciones que se presentan en las

industrias. Hoy en día se realizan proyectos a su área de especialidad por lo cual

se hace imprescindible construir una tarjeta entrenadora de microcontroladores o

mejor conocidos como (PIC), es por ello que dicha tarjeta esta realizada con el

propósito de entender y comprender la importancia de la innovación tecnológica ya

que la versatilidad del sector productivo es muy demandante y día a día sufre

cambios en sus procesos productivos dichos cambios requieren de nueva

tecnología, y como se ha mencionado en párrafos anteriores el mundo de los

microcontroladores cada vez esta mas presente en nuestro alrededor.

Con la tarjeta entrenadora de microcontroladores pretendemos abarcar una amplia

capacitación tanto para profesores y alumnos para que conozcan y entiendan

mejor la programación y puedan desarrollar su propio sistema controlado por

medio de PIC el cual puedan implementar y llevar a cabo acciones demandadas

por el sector productivo, además de que desarrollara en los profesores una

estrategia de enseñanza aprendizaje y en los estudiantes generara ideas para el

proceso de la innovación, estas ideas pueden referirse a desarrollar o mejorar un

nuevo producto, servicio o proceso. Además de que se busca el desarrollo de la

precisión, la curiosidad, la puntualidad, el entusiasmo, el interés, la tenacidad, la

flexibilidad y la autonomía y en consecuencia actué de manera, profesional y a

esto llamamos que los alumnos sean competentes.

La competencia como tal es que el alumno Conoce y explica el funcionamiento

interno y externo del microcontrolador, realizar programas en lenguaje

ensamblador y , utilizando todos los recursos del microcontrolador, para resolver

problemas específicos en el ámbito de la aplicación de la ingeniería electrónica y

en el desarrollo de aplicaciones y de equipo electrónico, para lo cual el estudiante

realizará actividades de investigación, análisis, reflexión, observación, y diseño,

apoyándose en el uso de herramientas computacionales.

Es importante destacar que este que proyecto que se llevara a cabo cumple con otro objetivo, y es el de coadyuvar a la complementación de la competencia profesional, ya que el desarrollo de la competencia se concreta en la identificación y funcionamiento, pero no en la construcción y diseño de tarjetas PCB para la implementación de nuevas tecnologías y de esta manera Operar microcontroladores acoplados a sistemas electrónicos, realizando la programación de funciones básicas de control. Además de que dicho proyecto es decir que sirve como apoyo para las estrategias de enseñanza-aprendizaje para los semestres subsecuentes.

11

OBJETIVO GENERAL.

Diseñar y construir una tarjeta entrenadora de microcontroladores PIC para que

aquellos alumnos que, con una especial motivación, deseen realizar su propio

sistema digital basado en el microcontrolador 16f877A y otras nuevas tecnologías.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

Diseño y construcción de una placa de circuito impreso organizado y ensamblado

de tal manera que sea atractivo y de fácil uso para todos aquellos aprendices del

la programación de microcontroladores e interfaces acoplados a sistemas

electrónicos, utilizando el equipo y los dispositivos complementarios de nuevas

tecnologías para la programación de los mismos, conforme lo establecen los

procedimientos técnicos del fabricante y de la normatividad vigente.

12

HIPOTESIS.

La construcción de una tarjeta entrenadora de microcontroladores es mucho más

eficiente, además de que ahorra tiempo y se evita de cableados en protoboard, y

no se diga de las aplicaciones y gran numero de aplicaciones de los

microcontroladores o mejor conocidos como PIC.

Los PIC, de Microchip, son una opción más dentro del vasto mercado de

microcontroladores. La popularidad de estos micros radica en su alta

disponibilidad en el mercado y bajo precio.

Los fabricantes han procurado una difusión exhaustiva de información relativa a

sus productos, lo cual ha traído como consecuencia un proliferado uso de este

tipo de microcontroladores. Algunos de los profesionales y aficionados o

estudiantes que los utilizan difunden sus desarrollos e inventos por la red lo cual

ha promovido su uso. Muchos consideran que los PIC son los más fáciles de

programar.

Por otro lado, se han desarrollado una serie de herramientas de bajo costo por

parte de terceros (empresas, profesionales y aficionados), como son

programadores, software, etc., que facilitan el uso y programación de estos

dispositivos para su facilidad, manejo y entendimiento de programación.

13

CAPÍTULO II

Historia de los microcontroladores 2.1

Antes de comenzar a analizar el mundo de los microcontroladores o mejor

conocidos como pic´s, debemos conocer un poco acerca de la historia de los

mismos ya que es necesario saber cómo fue el comienzo de todo una tecnología

que hoy tenemos muy presente en los ámbitos tanto industrial como en nuestra

vida cotidiana.

Para el análisis de los microprocesadores y microcontroladores se deben

comprender algunos aspectos y entender que fue lo que puso a estos dispositivos

en los primeros años. Dando secuencia a la historia de ellos los primeros

procesadores o computadoras eran gigantescas y se construyeron en las décadas

de 1940 y 1950, construidas con relevadores y tubos de vacio (bulbos). Más

adelante, se utilizaron los transistores y componentes electrónicos de estado

sólido para comenzar a construir las poderosas computadoras de la década de

1960. Con el advenimiento, de los circuitos integrados se llego al

perfeccionamiento del microprocesador y de los sistemas de microcomputadoras.

El microprocesador de 4 bits fue creado en 1969 por Intel Corporation y el talento

creativo de Marcian. E Hoff que lanzo el primer microprocesador llamado el 4004,

de 4 bits. Este microprocesador, programable en un solo encapsulado era

insuficiente, según las normas actuales, porque solo direccionaba 4096

localidades de 4 bits en la memoria. El 4004 contenía un conjunto o set de 45

instrucciones diferentes. Como consecuencia el 4004 solo podía ser empleado en

aplicaciones limitadas, como los primeros juegos de video y en controladores

basados en microprocesadores. Cuando surgieron aplicaciones mas complejas

para el microprocesador, el 4004 resulto inadecuado, y mas tarde en 1971

apareció el microprocesador de 8 bits el cual se dieron cuenta sus creadores de

que era un producto, viable, para comercialización Intel Corporation lo llamo el

8008. El tamaño ampliado de la memoria (16Kohm) y las instrucciones

adicionales (un total de 48). Con este nuevo microprocesador brindaron la

oportunidad de muchas aplicaciones más avanzadas ( 1K es igual a 1024 y un

byte es un numero de 8 bits).

Conforme los ingenieros desarrollaban usas mas demandantes para el

microprocesador, la memoria y el juego de instrucciones del 8008, el primero de

los microprocesadores modernos de 8 bits, otras empresas comenzaron a lanzar

sus propias versiones de los procesadores de 4 y de 8 bits.

Pero con la llegada de estos antiguos microprocesadores y con La situación

actual en el campo de los microcontroladores se ha producido gracias al desarrollo

de la tecnología de fabricación de los circuitos integrados. Este desarrollo ha

permitido construir las centenas de miles de transistores en un chip. Esto fue una

14

condición previa para la fabricación de un microprocesador. Las primeras

microcomputadoras se fabricaron al añadirles periféricos externos, tales como

memoria, líneas de entrada/salida, temporizadores u otros.

No mucho tiempo después de eso, la compañía americana CTC pidió a INTEL y

Texas Instruments que hiciera un microprocesador de 8 bits. Aunque después a

CTC no le interesó mas la idea, Intel y Texas Instruments siguieron trabajando en

el microprocesador y el primero de abril de 1972, el microprocesador de 8 bits

aparece en el mercado con el nombre de 8008. Podía direccionar 16 Kb de

memoria, con un set de 45 instrucciones y una velocidad de 300 000 operaciones

por segundo. Este microprocesador es el predecesor de todos los

microprocesadores de hoy. Intel mantuvo sus desarrollos y saco al mercado el

procesador de 8 bits bajo el nombre 8080, el cual podía direccionar 64Kb de

memoria, con 75 instrucciones, a un precio de 360 dlls.

En otra compañía americana, Motorola, comprendieron rápidamente lo que estaba

sucediendo, así que ellos sacaron al mercado su microprocesador de 8 bits, el

6800. Su constructor principal era Chuck Peddle, y junto con el procesador,

Motorola fue la primera compañía en hacer otros periféricos como el 6820 y el

6850. En ese momento muchas compañías reconocieron importancia de los

microprocesadores y empezaron sus propios desarrollos. Chuck Peddle

abandonó Motorola para unirse a la Tecnología MOS y se mantuvo trabajando

intensamente en el desarrollo de los microprocesadores.

En Estados Unidos, la Tecnología MOS anunció que estaba comercializando los

microprocesadores 6501 y 6502 a 25 dlls. cada uno, y que los compradores

podrían adquirirlos inmediatamente. Esto era tan extraordinario, que algunas

personas creyeron que era un escándalo, considerando que los competidores

estaban vendiendo el 8080 y el 6800 a 179

dlls. cada uno. Intel y Motorola bajaron sus precios en el primer día de la

exhibición como una respuesta a su competidor, 69.95 por microprocesador.

Motorola reclama a la Tecnología de MOS y a Chuck Peddle el haberles copiado

su 6800. La Tecnología MOS suspende la fabricación del 6501, pero siguen

produciendo el 6502. Los 6502 eran microprocesadores de 8 bits, 56

instrucciones y la capacidad de direccionar 64Kb de memoria directamente. Para

reducir el costo, el 6502 se vuelve muy popular, así que se instala en las

computadoras tales como: KIM-1, Apple I, Apple II, Atari, Comodore, Acorn, Oric,

Galeb, Orao, Ultra, y muchas otras. Y muy pronto aparecieron varios fabricantes

del 6502 (Rockwell, Sznertek, GTE, NCR, Ricoh, y Comodore quienes toman la

Tecnología MOS) el cual estaba en su momento de apogeo y se vendía a una

velocidad de 15 millones de procesadores por año. Otros, sin embargo, no se

rindieron. Federico Faggin deja Intel, y empieza su propio Zilog Inc.

En 1976, Zilog anuncia el Z80. Durante la fabricación de este microprocesador,

Faggin toma una decisión giratoria. Sabiendo que ya se han desarrollado muchos

15

programas para 8080, Faggin sabía que muchos se quedarían fieles a ese

microprocesador. Así que decide diseñar un nuevo

procesador que pueda ser compatible con 8080, o que sea capaz de desarrollar

todos los programas que ya se habían escrito para el 8080. Además de estas

características, se agregaron muchas otras para que el Z80 fuera un

microprocesador muy poderoso. Podía direccionar 64 Kb de memoria, tenía 176

instrucciones, un gran número de registros, una opción para refresco de

memoria dinámica de la RAM, mayor velocidad de trabajo etc. El Z80 fue un gran

éxito y todos cambiaron del 8080 al Z80. Puede decirse que el Z80 fue el

microprocesador comercializado más exitoso de ese tiempo. Además de Zilog,

también aparecieron otros nuevos fabricantes como Mostek, NEC, SHARP, y

SGS. Z80 estaba en el corazón de muchas computadoras como en Spectrum,

Partner, TRS703, Z-3 etc.

En 1976, Intel propone una versión mejorada del microprocesador de 8 bits, al

cual nombró 8085. Sin embargo, el Z80 era tan bueno que Intel perdió la batalla.

Aunque más procesadores aparecían en el mercado (6809, 2650, SC/MP etc.), ya

todo estaba decidido. Ya no había grandes mejoras departe de los fabricantes

para hacer algo nuevo, así que el 6502 y el Z80 junto con el

6800 permanecieron como los representantes principales de los

microprocesadores de 8 bits de ese tiempo.

Aunque en toda esta historia, se mencionan erróneamente microprocesadores, la

realidad, es que las primeras PCs, emplearon microcotroladores, los cuales, como

ya vimos, cuentan con un procesador y memoria. Posteriormente, se dio el paso a

los microprocesadores, que no cuentan con la memoria, en el mismo circuito

integrado, y los microcontroladores, tienen su aplicación en aparatos

electrodomésticos automóviles, en la industria, entre otros.

En 1980 aproximadamente, los fabricantes de circuitos integrados iniciaron la

difusión de un nuevo circuito para control, medición e instrumentación al que

llamaron microcomputador en un sólo chip o de manera más exacta.

16

2.1.1 Microcontrolador.

Un microcontrolador es un circuito integrado que contiene toda la estructura

(arquitectura) de un microcomputador, o sea CPU, RAM, ROM y circuitos de

entrada y salida. Los resultados de tipo práctico, que pueden lograrse a partir de

estos elementos, son sorprendentes.

En el mundo de la electrónica algunos estudiantes principiantes creen que un

microcontrolador es igual a un microprocesador. Esto no es cierto. Difieren uno del

otro en muchos sentidos. La primera y la más importante diferencia es su

funcionalidad.

Un microprocesador es un circuito integrado que contiene la Unidad Central de

Proceso (CPU), también llamada procesador, de una computadora. El CPU está

formada por la Unidad de Control, que interpreta las instrucciones, y el Camino de

Datos, que las ejecuta. Las patitas de un microprocesador sacan al exterior las

líneas de sus buses de direcciones, datos y control, para permitir conectarle con la

Memoria y los Módulos de E/S y configurar una computadora implementada por

varios circuitos integrados. Se dice que un microprocesador es un sistema abierto

porque su configuración es variable de acuerdo con la aplicación a la que se

destine.

Para utilizar al microprocesador en una aplicación real, se debe de conectar con

componentes tales como memoria o componentes buses de transmisión de datos.

Aunque el microprocesador se considera una máquina de computación poderosa,

no está preparado para la comunicación con los dispositivos periféricos que se le

conectan. Para que el microprocesador se comunique con algún periférico, se

deben utilizar los circuitos especiales. Así era en el principio y esta práctica sigue

vigente en la actualidad.

Por otro lado, al microcontrolador se le diseña de tal manera que tenga todas las

componentes integradas en el mismo chip. No necesita de otros componentes

especializados para su aplicación, porque todos los circuitos necesarios, que de

otra manera correspondan a los periféricos, ya se encuentran incorporados. Así se

ahorra tiempo y espacio necesario para construir un dispositivo y la diferencia de

ellos se muestra en la figura 1

17

Figura 2.1

2.2 Los Fabricantes y sus Modelos de Microcontroladores

•INTEL -------------------------------------->8048,8051,80C196,80386

•MOTOROLA -------------------------------->6805,68HC11,68HC12

•HITACHI------------------------------------> HD64180

•PHILIPS ------------------------------------>8051

•SGS-THOMSON-----------------------------> ST-62XX

•NATIONAL SEMICONDUCTOR-------------> COP400,COP800

•ZILOG---------------------------------------> Z8,Z86XX

•TEXAS INSTRUMENTS---------------------> TMS370

•TOSHIBA------------------------------------> 68HC11

•MICROCHIP---------------------------------> PIC

SEGÚN UNIDADES VENDIDAS DE MICROS DE 8 BITS

18

1990

1.- Motorola

2.- Mitsubishi

3.- NEC

4.- Intel

5.- Hitachi

6.- Philips

7.- Matsushita

8.- National

9.- Siemens

10.- TI

11.- Sharp

12.- Oki

13.- Toshiba

14.- SGS-Thomson

15.- Zilog

16.- Matra

17.- SONY

18.- Fujitsu

19.- AMD

20.- Microchip

1996

1.- Motorola

2.- Mitsubishi

3.- SGS-Thomson

4.- NEC

5.- Microchip

6.- Philips

7.- Zilog

2002

1.- Microchip

2.- Motorola

3.- ST-Micro

4.- NEC

5.- Atmel

6.- Sunplus

7.- Hitachi

8.- Fujitsu

9.- Philips

10.- Toshiba

11.- Mitsubishi

12.- Samsung

13.- Elan

14.- Winbond

15.- Zilog

16.- Sanyo

17.- Matsushita

18.- Infineon

19.- Holtek

20.- National

Tabla 2.1 marcas mas vendidas en los últimos 12 años

¿Dónde tenemos microprocesadores y microcontroladores?

30% computación

30% hogar

15% comunicaciones

15% industria

10% automóvil

Evolución Microprocesadores: Computadores

75 Millones Microprocesadores/año

Evolución Microcontroladores: Sistemas Empotrados

19

2500 Millones Microcontroladores/año, No hay duda que disponer de un chip que

cuente con tantos subsistemas, es un gran avance y consecuentemente muy

rentable.

Los microcontroladores de 8 bits dominan en la mayoría de las aplicaciones el

microcontrolador es el núcleo del sistema electrónico versátil de bajo coste y

reducido tamaño que es capaz de detectar las señales de entrada y generar las

salidas de un equipo, sistema o instrumento. Por su reducido tamaño y coste

permiten la fácil implantación de sistemas de “inteligencia” distribuida a lo largo de

sistemas más complejos. Los microcontroladores son los semiconductores más

abundantes de todos en la actualidad.

2.3El catálogo actual de Familias de Microcontroladores PIC

• Familia PIC10F20x 4 Dispositivos

• Familia PIC12CXXX/12FXXX (12/14 bits) 8 Dispositivos

• Familia PIC16C5X (12 bits) 9 Dispositivos

• Familia PIC16CXXX/16FXXX (14 bits) 74 Dispositivos

• Familia PIC17CXXX (16 bits) 7 Dispositivos

• Familia PIC18CXXX/18FXXX (16 bits) 82 Dispositivos

Los microcontroladores son la evolución natural de la tecnología de la

microelectrónica de los microprocesadores. Un microprocesador se basa en una

CPU donde el bus de datos, el bus de direcciones y el bus de control salen al

exterior, en ellos se conectan los periféricos necesarios para realizar un sistema.

Un microcontrolador integra una cantidad de periféricos, así como el bus y permite

tener un dispositivo para cada solución.

Aunque, siguen existiendo microcontroladores con bus externo, normalmente son

de 16 o 32 bits y se utilizan en sistemas donde a parte de los periféricos

necesarios se necesita una gran cantidad de memoria de programa, memoria de

datos o entradas/salidas.

2.3.1Novedades relevantes de los microcontroladores

Los microcontroladores día a día nos van sorprendiendo con nuevas

características, nuevos periféricos y nuevas estructuras. En este comienzo de

milenio, realmente han dado un gran adelanto con la tecnología Flash en la

memoria de programa, que permite programar y borrar la memoria en la propia

placa de nuestro sistema (ISP). También permite la reprogramación de la misma

20

sin parar la aplicación (IAP).

Con la incorporación de un circuito PLL en el oscilador, permite poder utilizar un

cristal de baja frecuencia, así como programar la frecuencia del Bus. Los

supervisores de funcionamiento tanto a nivel software como a nivel hardware, es

otra mejora relevante, lo que permite reducir el número de componentes externos

en nuestro hardware. Las nuevas tecnologías del silicio permiten aumentar la

velocidad del Bus y disminuir el consumo, así como utilizar encapsulados más

pequeños, reduciendo el costo. También la incorporación de un módulo de

depuración interno, ha permitido crear nuevas herramientas de desarrollo mucho

más económicas, donde se puede tener una emulación en tiempo real.

2.4Microcontroladores PIC

• Arquitectura Harvard: buses internos separados para memoria de datos (8 bits) y

de programa (12, 14 ó 16 bits depende de la familia).

• Microprocesador RISC: juego de instrucciones reducido.

• Estructura pipe-line: durante la ejecución de una instrucción, se está accediendo

a la memoria de programa para traer la siguiente instrucción a ejecutar. En cuanto

se acaba una instrucción, ya se dispone de la siguiente para ejecutar (salvo que

se trate de un salto o llamada a subpr.).

• Todas las instrucciones ocupan una posición de memoria de programa.

• Todas las instrucciones se ejecutan en un ciclo de instrucción = 4 ciclos de reloj

(salvo las instrucciones de salto).

• Ortogonalidad de los registros: se opera entre el registro de trabajo W y cualquier

otro registro, el resultado puede almacenarse en el citado registro o en W

2.4.1 ¿Por qué los Microcontroladores PIC de Microchip?

• Eficiencia del código: permiten una gran compactación de los programas.

• Rapidez de ejecución: a frecuencia de 20MHz -> 5 millones de instr./seg.

• Seguridad en acceso por la separación de memoria de datos y de programa.

• Juego reducido de instrucciones y de fácil aprendizaje.

• Compatibilidad de pines y código entre dispositivos de la misma familia o incluso

de familias distintas.

• Gran variedad de versiones en distintos encapsulados (desde 8 hasta 84 pines)

sin reducción de las prestaciones internas (muy versátiles).

• Posibilidad de protección del código muy fiable.

• Herramientas de desarrollo software y hardware abundantes y de bajo coste

21

2.4.2 La influencia de los Microcontroladores en la vida diaria

El microcontrolador es uno de los logros más sobresalientes del siglo XX. Hoy

existen casi 15,000 millones de microchips de alguna clase en uso. Para la mitad

del siglo próximo, es posible que el microcontrolador típico tenga mayor poder de

cómputo que las supercomputadoras más veloces de hoy.

Nuestros antepasados no podían ni imaginarse el cambio que se iba a producir en

sus vidas este pequeño chip de silicio.

Actualmente los podemos encontrar en cualquier sitio: microondas, frigoríficos,

coches, aviones, mandos a distancia, radios, televisores.......

Hoy se puede comprar tarjetas de felicitación que contienen procesadores con

mayor poder de cómputo que las computadoras más grandes del mundo en 1971.

Los microcontroladores son tan ubicuos y económicos que ahora los ponemos

bajo la piel de nuestras mascotas, los cosemos a prendas de vestir y los

agregamos a bombillas eléctricas, tenis para correr, ataduras de esquíes y joyería.

Muchos futuristas predicen que en siete generaciones contadas a partir de ahora,

estos chips incorporarán reconocimiento del habla a procesadores de textos y

sistemas de entrada de pedidos. Producirán gráficos en 3D del tamaño de muros

para televisión, teleconferencias e incluso películas personalizadas. Dirigirán

nuestros vehículos para optimizar la seguridad y crearán mundos virtuales por los

que nos desplazaremos. Darán instrucción a nuestros hijos, supervisarán nuestra

salud, reemplazarán partes perdidas del cuerpo y, a través de una retícula de

miles de millones de sensores, nos conectarán con el mundo en formas que sólo

podemos imaginar vagamente. En definitiva, el microcontrolador puede ser

considerado como uno de los inventos más importantes de este siglo, y quien

sabe si también del próximo.

Algunos microcontroladores más especializados poseen además convertidores

análogos digital, temporizadores, contadores y un sistema para permitir la

comunicación en serie y en paralelo.

Se pueden crear muchas aplicaciones con los microcontroladores. Estas

aplicaciones de los microcontroladores son ilimitadas (el límite es la imaginación)

entre ellas podemos mencionar: sistemas de alarmas, juego de luces, paneles

publicitarios, etc. Controles automáticos para la Industria en general. Entre ellos

control de motores DC/AC y motores de paso a paso, control de máquinas, control

de temperatura, control de tiempo, adquisición de datos mediante sensores, etc.

Un controlador es un dispositivo electrónico encargado de, valga la redundancia,

controlar uno o más procesos. Por ejemplo, el controlador del aire acondicionado,

recogerá la información de los sensores de temperatura, la procesará y actuará en

consecuencia.

Al principio, los controladores estaban formados exclusivamente por componentes

discretos. Más tarde, se emplearon procesadores rodeados de memorias, circuitos

22

de E/S, sobre una placa de circuito impreso (PCB). Actualmente, los

controladores integran todos los dispositivos antes mencionados en un pequeño

chip. Esto es lo que hoy conocemos con el nombre de microcontrolador.

En especial en este documento se realizara una tarjeta entrenadora basada en el

microcontrolador (pic) 16f8877A el cual tiene las siguientes características.

El PIC16F877A es un microcontrolador con memoria de programa tipo FLASH, lo

que representa gran facilidad en el desarrollo de prototipos y en su aprendizaje ya

que no se requiere borrarlo con luz ultravioleta como las versiones EPROM, sino

que permite reprogramarlo nuevamente sin ser borrado con anterioridad.

El PIC16F877A es un microcontrolador de Microchip Technology fabricado en

tecnología

CMOS, su consumo de potencia es muy bajo y además es completamente

estático, esto quiere decir que el reloj puede detenerse y los datos de la memoria

no se pierden.

El encapsulado más común para este microcontrolador es el DIP (Dual In-line Pin)

de

40 pines, propio para usarlo en experimentación. La referencia completa es

PIC16F877-04 para el dispositivo que utiliza cristal oscilador de hasta 4 MHz,

PIC16F877-20 para el dispositivo que utiliza cristal oscilador de hasta 20 MHz o

PIC16F877A-I para el dispositivo tipo industrial que puede trabajar hasta a 20

MHz.

en la figura 1.2 se muestra la configuración de pines del circuito integrado como

tal.

Configuración de pines

Figura 2.2 Distribución de pines del PIC16F877A.

23

Los pines de entrada/salida de este microcontrolador están organizados en cinco

puertos, el puerto A con 6 líneas, el puerto B con 8 líneas, el puerto C con 8

líneas, el puerto D con

8 líneas y el puerto E con 3 líneas. Cada pin de esos puertos se puede

configurar como entrada o como salida independiente programando un par de

registros diseñados para tal fin. En ese registro un bit en "0" configura el pin del

puerto correspondiente como salida y un bit en "1" lo configura como entrada.

Dichos pines del microcontrolador también pueden cumplir otras funciones

especiales, siempre y cuando se configuren para ello.

En la fig 1.2 se muestra la configuración de los pines de entradas y salidas (E/S).

Figura2.3. Distribución de los puertos del

PIC16F877A

Descripción de los pines del microcontrolador (anexo1a)

24

2.5 Modulo PWM del PIC 16F877A

El Modulo PWM del PIC 16F877 tiene una resolución máxima de 10 bit y su salida

se toma del puerto RA, por lo cual debe estar configurado como salida en el

registro Tris C.

2.5.1Periodo PWM

El Periodo del Modulo PWM es configurado dando un valor al registro PR2. Este

periodo puede ser calculado usando la siguiente formula:

PWM Period = [(PR2) + 1] • 4 • TOSC • Prescale del Timer 2

Como ya es sabido la frecuencia esta determinada por 1/Periodo PWM

Cuando el valor del Timer 2 alcanza el valor de PR2, los siguientes eventos

ocurren en el siguiente ciclo de tiempo:

- TMR2 es limpiado

- El pin CCP1 es puesto a 1

- El Periodo de trabajo del PWM es cambiado de CCPR1H a CCPR1L

Ciclo de trabajo del PWM

El ciclo de trabajo del PWM es determinado escribiendo al registro CCPR1L y

CCP1CON<5:4> (10 bits de resolución).

El ciclo de trabajo se obtiene usando la siguiente fórmula:

Tiempo de Trabajo PWM = (CCPR1L:CCP1CON<5:4>) •TOSC • (TMR2 Prescale

Value)

Para modificar el ciclo de trabajo, en cualquier momento se puede escribir a

CCPR1L y CCP1CON<5:4>, pero estos valores no serán tomados en

consideración hasta que el Timer alcance al PR2 y reinicie su operación tomando

en cuenta los nuevos valores.

Tiempo de trabajo = % Ciclo de trabajo / Fpwm

Para calcular la máxima resolución del PWM a determinada frecuencia usamos la

siguiente fórmula:

Formula para resolución del modulo PWM

25

2.5.2CONFIGURACION DEL PWM

Pasos para la configuración del Modulo PWM del PIC 16F877A

1. Configurar el Periodo dando un valor al registro PR2

2. Configurar el Ciclo de Trabajo escribiendo en: CCPR1L:CCP1CON<5:4>

3. Limpiar el Tris C, 2 para asignar la salida del modulo (CCP1)

4. Asignar el valor del Prescale del Timer 2 (T2CON)

5. Configurar el modulo CCP1 para operación PWM.

Ejemplo de frecuencias y su resolución

Útil interfaz óptica para amplificar sin peligro nuestras señales digitales de reloj

(clock) y de paso desfasarlas 180° para uso en controles de potencia,

especialmente en inversores ó convertidores tipo DC AC, para por ejemplo subir

de 12 V DC a 120 VAC entre otras muchas aplicaciones.

Se pueden apreciar los dos voltajes de la interfaz: 5 V para la entrada de señal de

reloj y 12 V para la etapa de potencia. La GND puede ser compartida.

Al ingresar la señal por el pin 2 de J4, se podrá ver como el LED D2 y el LED D3

siempre están desfasados 180 ° el uno del otro a la frecuencia del reloj;

obviamente que si esta frecuencia es mayor a 20 Hz el efecto visual es que ambos

están encendidos al tiempo, pero en realidad están uno después del otro.

La colocación estratégica de los optoacopladores tipo diodo-NPN (4N26 por

ejemplo), evita el tener que usar integrados y etapas desfasadoras adicionales que

aumenten trabajo, gastos y líneas de código si estamos programando un oscilador

con PIC para este fin.

26

CAPITULO 3.

Desarrollo teórico de la propuesta de mejora

Para la elaboración y construcción de la tarjeta entrenadora de pic´s fue

elaborada con algunos elementos y dispositivos electrónicos y eléctricos, de igual

forma se recurrió al uso de un software para el diseño tanto del esquemático y del

PCB (Baquelita), cabe mencionar que cada uno de los elementos es indispensable

para el correcto funcionamiento de la tarjeta entrenado de pic´s

-Base zif.

-Regulador de voltaje 7805.

- resistencia eléctrica.

-Transistores.

-Led.

-capacitores.

3.1Base zif o zócalo

La tarjeta entrenadora de pic´s cuenta con un zócalo o base zif, este

zócalo (socket en inglés) es un sistema electromecánico de soporte y conexión

eléctrica, instalado en la placa base, que se usa para fijar y conectar

un microprocesador. Se utiliza en equipos de arquitectura abierta, donde se busca

que haya variedad de componentes permitiendo el cambio de la tarjeta o el

integrado. En los equipos de arquitectura propietaria, los integrados se añaden

sobre la placa base soldándolo, como sucede en las videoconsolas.

Existen variantes desde 40 conexiones para integrados pequeños, hasta más de

1300 para microprocesadores, los mecanismos de retención del integrado y de

conexión dependen de cada tipo de zócalo, aunque en la actualidad predomina el

uso de zócalo ZIF (pines) o LGA (contactos)

El zócalo va soldado sobre la placa base de manera que tiene conexión eléctrica

con los circuitos del circuito impreso. El procesador se monta de acuerdo a unos

puntos de guía (borde de plástico, indicadores gráficos, pines o agujeros

restantes) de manera que cada pin o contacto quede alineado con el respectivo

punto del zócalo. Alrededor del área del zócalo, se definen espacios libres, se

instalan elementos de sujeción y agujeros, que permiten la instalación de

dispositivos de disipación de calor, de manera que el procesador quede entre el

zócalo y esos disipadores véase la fig 1.3.

27

Figura 3.1 Base zif

3.1.2 Regulador de voltaje 7805.

Los reguladores de voltaje 7805 son uno de los modelos más usados en circuitos

electrónicos porque tienen una salida ideal para alimentar otros circuitos y

microcomponentes. Este recibe un voltaje de hasta 20V de un lado y te entrega 5V

del otro, siempre. Puede trabajar con 1A pero puedes hacerlo funcionar con un

poco más que eso (solo ten cuidado con la disipación de calor).

El regulador de voltaje 7805 tiene 3 pines. El de en medio va a tierra (GND), el de

la izquierda (IN) recibe el voltaje que deseas regular, puede ir desde 7V hasta 20V

y el pin restante te entrega 5V.

Habrás notado que en la parte superior tienen un agujero, es porque este

microcomponente hierve con facilidad en especial cuando se le lleva al límite de

su funcionamiento (y eso es algo que se quiere evitar). Puedes emplear un tornillo

y/o hacer contacto con una superficie metálica para ayudar a disipar el calor.

También puedes encontrar unos disipadores especiales para el 7805 en tu tienda

de electrónica preferida.

28

Figura 3.1.2 Distribución de patillaje

La familia 78xx y 79xx son una gama de integrados dedicados a la regulación de

voltaje, hay muchas variables: regulables, fijos, de tensión positiva o negativa.

Pero el mas común, y el que mayormente usaremos en el mundo de los PICs, es

el famoso 7805, que es un regulador de tensión positiva de 5 Volts a 1A, la tensión

justa y mucho mas corriente de la que necitan nuestros PICs para funcionar. Se

sabe que el buen funcionamiento del firmware que grabemos en el PIC está

sujeto, no sólo a la buena programación que hayamos hecho a la hora de

diseñarlo, sino que también a una alimentación fija, constante y regulada a la hora

de ejecutarlo. Entonces la manera mas segura, económica y sencilla de obtener

ese voltaje, es la utilización de un integrado regulador de voltaje, y el 7805 es uno

de los mas indicados ya que mantendrá fija la tensión en 5V, siempre y cuando en

su entrada reciba al menos 6V. Por lo tanto a la entrada podremos

despreocuparnos de la alimentación superando por mucho el voltaje de trabajo del

PIC.

Para trabajar con baterías sólo basta con conectar la entrada del IC (PIN 1) al

terminal positivo de la misma y el común (PIN 2) al negativo, a la salida tenemos

5V que es la tensión de trabajo del microcontrolador, podremos añadir un

capacitor entre GND y la salida, como se aprecia en la Figura 1, para eliminar

cualquier fluctuación de voltaje que pueda ocurrir, pero esto es siempre

recomendable hacerlo con el microcontrolador independientemente del origen que

tenga la alimentación.

29

Si al IC lo usaremos para regular la tensión proveniente de una fuente de

alimentación, el filtrado debe hacerse más concienzudamente, a parte del

capacitor luego de la regulación, necesitará dos mas antes, en el diagrama de la

figura 2 se ve el circuito para conectarlo a una fuente de alimentación regulada o

estabilizada de mas de 5 V.

Figura.3.1.4 7805 conectado a una fuente de alimentación regulada o

estabilizada de una tensión superior.

Para hacer una fuente completa que se conecte a 220V se necesita agregar un

transformador de corriente alterna y rectificar la tensión saliente para convertirla en

continua y poder acoplarla al circuito antes visto.

3.1.3 RESISTENCIA ELECTRICA

La resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por

un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de

las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a

un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la

circulación de la corriente eléctrica.

Una resistencia o resistor es un elemento que causa oposición al paso de la

corriente, causando que en sus terminales aparezca una diferencia de tensión.

30

Figura 3.1.3 resistencia eléctrica.

3.1.4 LCD 16x2 (display de cristal liquido)

Otra de las tecnologías agregadas a la tarjeta entrenadora de pic´s es una LCD de

16X2 que quiere decir q se obtiene 16 caracteres en dos renglones debido a las

limitaciones de los dsiplay de 7 segmentos.

Si bien muchas aplicaciones donde debemos mostrar información podemos

resolverlas con display de 7 segmentos, estos presentas algunas limitaciones

importantes, por ejemplo: no muestran caracteres alfanuméricos ni ASCII, y tienen

un elevado consumo de corriente (recordemos que estamos encendiendo LEDs).

Los módulos LCD (display de cristal líquido) solucionan estos inconvenientes y

tienen algunas ventajas adicionales como la facilidad que con que se pueden

conectar a microprocesadores y microcontroladores, sumado a la óptima

presentación de la información.

Figura 3.1.4 LCD 16X2.

31

3.1.5 CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE LOS MODULOS LCD

Los módulos LCD se encuentran en diferentes presentaciones, por ejemplo 2x16

(2 líneas de 16 caracteres), 2x20, 4x20, 4x40, etc. Es conveniente buscar en

catálogos para encontrar aquel que cumpla con las necesidades de nuestro

proyecto. La forma de utilizarlos y sus interfaces (como se conectan) son

similares. En la hoja de datos del display viene la distribución de pines,

alimentación y el controlador (CI interno del modulo), etc. Es fundamental también

buscar la hoja de datos de CI interno o controlador de LCD, allí encontraremos la

información para operar con el mismo. Describiremos a continuación como

trabajar con el display 2x16 (FDCC1602E con controlador interno SPLC780) y se

podrá considerar esta información genérica para displays similares. Se muestra en

la tabla 1.2 un display de este tipo. Los pines de conexión de estos módulos

incluyen un bus de datos de 8 bits, un pin de habilitación (E), un pin de selección

que indica si lo que se esta enviando por el bus es un dato o una instrucción (RS)

y un pin que indica si se va a leer o escribir en el módulo (R/W). La tabla a

continuación describe en detalle los pines mencionados.

Tabla 3.1.5 Descripción de pines del LCD

32

Según la operación que se desee realizar en el módulo LCD, los pines de control

E, RS#, RW# deben tener un estado determinado. Además debe tener en el bus

de datos un código que indique un carácter para mostrar en la pantalla o una

instrucción de control para el display. Los módulos LCD responden a un conjunto

especial de instrucciones, estas deben ser enviadas por el microcontrolador o

sistema de control al display, según la operación que se requiera. Se muestran a

continuación el conjunto de instrucciones del modulo LCD.

3.1.6 INTERFAZ CON MICROCONTROLADOR A 8 BITS

Esta forma de manejo es la mas sencilla de programar, pero tiene la desventaja de

utilizar 8 pines del microcontrolador solo para el envío de datos y otros 2 pines

para las señales de control.

En principio en la mayor parte de las aplicaciones se va requerir escribir en el LCD

y rara vez leer en el mismo, por lo tanto en este apunte nos dedicaremos

exclusivamente a escribir en el LCD. Esto implica que el pin de selección de

lectura/escritura (R/W) lo conectaremos siempre a tierra GND.

Utilizaremos el puerto B como bus de datos (manejará los pines D0 a D7 del LCD)

y el puerto D se encarga de manejar las señales de control (manejará los pines E

y RS del LCD).

Deberemos programar 2 subrutinas, una que llamaremos INSTRUC que será

invocada cuando se quiera enviar una instrucción al módulo LCD, por ejemplo

limpiar pantalla, indicar una posición de memoria, indicar si utilizaremos interfaz de

8 o 4 bits etc.

Y otra subrutina que llamaremos ESCRIB que será invocada cuando se quiera

escribir un dato para ser visualizado en el módulo LCD.

Configuraremos entonces todo el puerto B como salida al igual que los pines RA0

y RA1 del puerto D, estando asignado cada pin del puerto como se indica a

continuación:

El puerto D del PIC, ira a los pines de datos de la pantalla.

El pin RS de la pantalla va al pin 2 del PORTC

El pin EN de la pantalla va al pin 1 del PORTC

El pin R/W de la pantalla va a tierra para esta aplicación

El pin Vo es el del contraste y va al pin medio del potenciómetro.

Ahora que le informamos donde vamos a escribir el dato, deberemos enviarlo y

aclararle que se esta enviando un dato, para lo cual necesitaremos una subrutina

que justamente hará esto y que la llamaremos ESCRIB. La secuencia de

instrucciones sería así:

MOVLW 80h; carga en w dirección de memoria del LCD donde se va almacenar el

dato

CALL INSTRUC; subrutina que gestiona la instrucción con el LCD- en este caso

que tome lo que se esta enviando como una dirección de memoria

33

MOVLW 'A'; este es el dato a presentar en pantalla

CALL ESCRIB; subrutina que gestiona el ingreso del dato al LCD a la posición de

memoria antes enviada.

Figura3.1.6 carácter enviado a la LCD

3.2 MICRO PROGRAMADOR USB

La tarjeta entrenadora cuenta con un microprogramador usb y sus características

son similares a las del PicKIT 2 este se utilizara para la programación del propio

microcontrolador. A continuación se presentan las características del programador.

Características:

Programador de PICs de microchip por USB compatible con WinXP, WinVista y

Win7. Programas todos los Microcontroladores PIC que funcionan a 5V, sirve

como debugger desde el MPLAB.

Se usa para programar por medio de ICSP (programación serial el circuito) por lo

que no se necesita retirar el PIC de circuito para poderlo programar, simplemente

se conectan los pines necesarios el programador (MCLR, Vcc, GND, PGD y PGC)

y podrás programar, reprogramar borrar y probar tu circuito sin necesidad de

mover mas que tu código fuente.

Solo se muestran algunos de los Microcontroladores que soporta ya que su

gama es muy amplia:

34

PIC16 Midrange PIC16F72 PIC16F73, 74, 76,

77 PIC16F716 PIC16F737, 747,

767, 777 PIC16F785, HV785 PIC16F84A, 87, 88 PIC16F818, 819 PIC16F870, 871,

872 PIC16F873, 874,

876, 877 PIC16F873A, 874A,

876A, 877A PIC16F882, 883,

884, 886, 887 PIC16F913, 914,

916, 917 PIC16F946

PIC24

PIC24F16GA004

PIC24F32GA004

PIC24F48GA004

PIC24F64GA004

PIC24F64GA008,

64GA010

PIC24F96GA008,

96GA010

PIC24F128GA008,

128GA010

PIC18F

PIC18F242, 252,

442, 452

PIC18F248, 258,

448, 458

PIC18F1220, 1320,

2220, 2320

PIC18F1230, 1330

PIC18F2221, 2321

Tabla3.2.1 Gama de microcontroladores que soporta el programador

35

A continuación se muestran la figuras del micro programador usb:

Figura 3.2.1 vista frontal figura 3.2.2 vista posterior

En la siguiente figura se muestra la distribución de patillaje así como la conexión al

microcontrolador PIC 16F877A.

Figura 3.2.3 de distribución de patillaje figura 3.2.4 de conexión al PIC

36

NOTA: el pin correspondiente al AUX no es necesario para la programación

de Microcontroladores, sin embargo se usara para aplicaciones especiales

para el DEBUGGER o para la programación de memorias EEPROM.

El software.

3.3 PICKIT2 – MICROCHIP.

Este software es de licencia libre, distribuido por MICROCHIP. Y es requerido para

poder hacer la interface entre los códigos hexadecimales creados por nuestro

lenguaje de programación (ensamblador, basic, c, etc.) y el programador de PICS.

Instalar el programa PICkit 2 Programmer

Una vez instalado el software debemos tener acceso a el, por lo que previamente

se debe conectar el programador a alguno de los puertos USB disponibles en

nuestro equipo. Al iniciar el programa PICKIT 2 aparecerá la siguiente ventana.

Figura 3.3.1

Figura 3.3.1

Se nota que el software nos arroja el comentario: vea figura 3.3.2

Figura 3.3.2

37

Con lo que se comprobara que el programador esta correctamente conectado y

por lo tanto fue reconocido por el sistema.

3.3.2 ¿Cómo iniciar la lectura o escritura de un Micro controlador PIC?

Una vez conectados correctamente los pines del puerto ICSP a la tarjeta

entrenadora de microcontroladores , o al dispositivo seleccionado los pasos son

muy sencillos:

3. oprimir el botón READ. Con esta acción el software comenzara a leer al PIC

que se encuentre conectado al puerto ICSP, una ves terminado el análisis

tendremos la siguiente imagen en pantalla. Figura 3.3.3

Figura 3.3.2

En este caso el PIC detectado es un 16F877A (encapsulado PDIP de 40 pines), el

cual al momento de su lectura no se encontró programa alguno dentro de su

memoria, pero si existiera alguno el software mostraría algo así:

Figura 3.3.3

38

Observando que en la parte correspondiente a Program Memory nos muestra

valores en código hexadecimal, lo cual quiere decir que el PIC tiene un programa

grabado en su memoria.

2. Escritura. Para cargar un programa a le memoria de un PIC es importante haber

generado un archivo con extensión .HEX desde el software compilador de nuestra

preferencia (ASM, PIC C, MIKROBASIC, PIC BASIC, etc). Una vez creado vamos

al menú File > Import HEX, y en la ventana que se muestra buscar el directorio

donde fue creado dicho archivo. Cuando lo encontramos solo procedemos a

oprimir el botón Abrir.

Figura 3.3.4

Una vez realizado este paso tendremos el siguiente mensaje:

Figura 3.3.5

39

Señal de que el archivo HEX fue importado con éxito

Y en la sección de Program Memory

Figura 3.3.6

3. Oprimir el botón Write para descargar el código HEX al micro controlador. Al

hacerlo se tiene la siguiente imagen en pantalla.

Nota: cada vez que se importa un archivo HEX al micro controlador el que tenia

anteriormente es sobre escrito por lo que no es necesario borrarlo, pero si fuera

necesario solo se oprime el botón Erase para así limpiar por completo la memoria

del PIC.

3.3.7 Programming Succseeful, cuando se muestra este mensaje el PIC ya

tiene grabado el código en su memoria. Con lo que solo resta alimentar la tarjeta

40

electrónica entrenadora al voltaje de alimentación y checar que el micro

controlador cumpla con su tarea .

Es importante señalar que con este mismo programador se puede alimentar la

tarjeta electrónica teniendo como salida un voltaje de 5V siempre y cuando el

circuito a alimentar no exceda los250mA en consumo de corriente. Para ello solo

se activa la casilla Check en la parte de

VDD Target como se muestra en la siguiente figura:

Si también se tiene activada la casilla /MCLR la aplicación no funcionara dado que

esta casilla corresponde al Master Clear el cual sirve para resetear el PIC.

3.4 Interfaz Bluetooth RN 41-42

La tarjeta entrenadora de Pic´s cuenta con tecnología de interfaz bluetooth este

modulo se conecta a los pines Rx y Tx del microcontrolador para que tengan una

comunicación serial, esto se logra activando la función USART del

microcontrolador .

En seguida de darán detalles de dicho dispositivo.

Bluetooth es un protocolo de comunicaciones bastante aceptado para redes

WPAN (Wireless Personal Area Network, red inalámbrica de área personal),

trabaja en la banda de 2.4GHz, tiene un bajo consumo de energía y su mayor

utilidad es en la transferencia de datos. Los dispositivos bluetooth, figura 3.1, son

muy utilizados en computadoras de escritorio, laptops, PDA´s y teléfonos celulares

entre otros dispositivos.

Figura3.4

Al integrar bluetooth a SATEDU ampliamos el número de dispositivos a los cuales

se puede conectar. Por ello, además de interactuar con computadoras, también

podrá interactuar con PDA´s y teléfonos celulares. Una ventaja de este trabajo es

41

que el Subsistema de Comunicaciones Inalámbricas pasará de usar dos tarjetas a

usar solo una, lo cual contribuye también a reducir el costo del satélite educativo.

Existen muchos dispositivos bluetooth en el mercado pero para las necesidades

de SATEDU se requieren las siguientes características en el circuito:

Pequeño, debido a que las tarjetas que se conectan en SATEDU tienen una

dimensión de 8.9 x 8.9 centímetros.

Económico, siempre es un factor determinante en cualquier proyecto.

Bajo consumo de energía, debido a que SATEDU funciona con baterías.

Montaje superficial.

Fácil de soldar.

Compatible con el puerto serie, puesto que el BUS principal de SATEDU

utiliza este protocolo.

Que tenga un alcance de por lo menos 10 metros; una forma de clasificar

los circuitos bluetooth es por su alcance, potencia de transmisión y

sensibilidad de recepción. Existen clase 1, clase 2 y clase 3, el dispositivo

elegido tiene que ser clase 1 o clase 2 ya que la clase 3 solo tiene un rango

aproximado de operación de un par de metros.

En la búsqueda realizada en esta tesis, se encontraron muchos circuitos bluetooth,

pero algunos no cumplían con todas las características buscadas, principalmente

no eran fácil de soldar y la compatibilidad con el puerto serie era limitada, ya que

solo era compatible con ciertas velocidades de transmisión.

En este capítulo se describe el circuito elegido para la nueva tarjeta del

Subsistema de Comunicaciones Inalámbricas.

3.4.1 Circuito de Interfaz Bluetooth

El circuito elegido para la interfaz bluetooth es el circuito RN-42 de la compañía

Roving Networks, figura 2.5, este es un modem bluetooth de bajo consumo,

económico y que puede añadir capacidad inalámbrica por interfaz bluetooth a

SATEDU. El modem puede tener velocidades de transmisión hasta de 3 Mbps en

distancias menores a 100 metros según datos del fabricante y entre sus

aplicaciones principales tiene la de sustituir cables de tipo serial, que es

exactamente lo que se necesita en este proyecto.

Las características del circuito bluetooth son las siguientes:

Es compatible con la versiones 1.1, 1.2, 2.0 y 2.1 de Bluetooth.

También es compatible con la versión 2.0+EDR lo que permite tener

velocidades de hasta 3Mbps.

Empaquetado pequeño de 13.4mm x 25.8mm x 2mm.

Bajo consumo, con un máximo de 30 mA.

42

Interfaz de conexión de datos con UART (SPP y HCI) y USB (HCI).

Calificado Bluetooth SIG.

Fácil montaje en PCB.

Dispositivo Clase 1:

Hasta 100 metros de distancia.

12 dBm en transmisión.

Sensibilidad de -80 dBm.

Certificado FCC, ICS y CE

Tasas de transmisión desde 1200 bps hasta 921 Kbps.

Frecuencia de operación entre 2402 a 2480 MHz.

Modulación FHSS/GFSK, 79 canales en intervalos de 1 MHz.

Encriptación de 128 bits.

Corrección de errores para garantizar la entrega de paquetes.

Puede crear Piconets y Scatternet.

3.4.2 Arquitectura del Circuito Bluetooth

A simple vista se puede ver un encapsulado y una antena en el circuito

bluetooth. En el datasheet del circuito se encuentra el siguiente diagrama de

bloques, figura 3.4.2:

Figura 3.4.2 arquitectura del circuito de bluetooth

CSR es una compañía que se dedica a diseñar y fabricar dispositivos de radio

en un solo chip para el estándar bluetooth. En la figura 3.4, se muestra el

diagrama bloques del BlueCore-04 External, este chip tiene integrados un

microcontrolador, una memoria RAM, un DSP, interfaz de entrada y salida de

datos con diferentes protocolos, una interfaz de Radio a 2.4 GHz y una

memoria flash externa.

43

Figura 3.4.3 memoria flash

La memoria RAM de 48 Kbytes permite una máxima transferencia de datos y la

interfaz UART puede tener una velocidad de transmisión de 1.5 Mbaud; otras de

sus características son las siguientes:

Memoria flash externa de 8 Mbits.

Bluetooth v2.0 +EDR (se puede actualizar a versión 2.1).

Soporta Piconet y Scatternet.

Puede estar en el mismo ambiente que el estándar 802.11.

Con EDR Bluetooth se pueden transmitir imágenes de 1 Mb en 4 segundos.

Este chip es utilizado para controlar el envío y la recepción de datos, el

microcontrolador se puede reprogramar por medio del puerto SPI y se utiliza

un entorno de desarrollo de CRS.

El balun adapta la impedancia del transmisor con la impedancia de la antena.

El amplificador permite un mayor alcance debido a que es un Bluetooth clase

1 y el switch de RF permite seleccionar entre transmisión y recepción.

44

Figura3.4.4 modulo bluetooth RN42

3.5.1 Detalles de Programación del Circuito Bluetooth

Para la programación del circuito RN-41 se necesita una computadora con bluetooth (integrado o externo) o la conexión del circuito a un puerto serie que tenga la misma configuración que tiene por default. Una vez programada la configuración no cambiará (aunque se desconecte el circuito) hasta que la configuración sea cambiada o se restauren los valores de fábrica, por default la configuración del puerto serie del circuito es el que indica la tabla.

Tabla 3.5 detalles de programación

Lo primero que se tiene que hacer para programar el circuito es hacer el enlace

entre el modulo bluetooth y la computadora, el nombre del circuito es

“FireFlyXXXX”, la mayoría de los dispositivos que utilizan bluetooth requieren

autenticación, el código por default del circuito es “1234”.

Una vez realizado el enlace se le asignará al circuito un puerto COM y entrará en

el modo de datos para envío y recepción de información, para la programación del

circuito se necesita entrar al modo comando.

Para entrar al modo comando se tienen que enviar tres signos de peso “$$$”

desde la computadora a través del puerto serie asignado en los primeros 60

segundos después de encender el modulo, esté responderá con “CMD”, para salir

45

del modo comando se deben enviar tres signos de menos “---” y el modulo

responderá con “END”.

Cada uno de los caracteres enviados debe de estar en código ASCII. Los

comandos validos obtienen “AOK” de respuesta, comandos no validos obtienen

“ERR” y comandos que no se reconocen obtienen “?”. Para enviar los comandos

se requiere el programa HyperTerminal, algún programa parecido o realizar una

aplicación propia.

Todos los comandos son de una o dos letras, no se distingue entre mayúsculas y

minúsculas y están delimitados por una coma. El nombre del circuito y el código

para autenticación distingue entre mayúsculas y minúsculas. Los comandos se

dividen en 5 categorías:

Set Commnads: Almacena información, los cambios no tienen efectos hasta

reiniciar el modulo, ver tabla 3.5.1.

Tabla 3.5.1 Set de comandos

Action Commands: Realiza acciones como búsquedas, conexiones, etc.

En las tablas anteriores se muestran algunos comandos y una breve explicación

de cada uno de ellos pero cabe aclarar que no son todos los comandos; si se

requiere ver otro comando se debe consultar el manual de usuario.

46

La configuración de ciertos parámetros también se puede hacer por medio de un

DIP switch por medio de la interfaz PIO, un uno lógico debe ser de 3 Volts y un

cero debe ser 0 Volts, por medio de esta interfaz se pueden restablecer los valores

de fábrica, ver la tabla 3.5.2.

Tabla 3.5.2 configuracion de parámetros

3.6.1 Dip trace

Este software es utilizado para la elaboracion de los diagramas esquematicos asi

como también para la realización del PCB. A continuación se da una breve

explicación de la características mas primordiales para la elaboracion de un PCB.

DipTrace es un estado-of-the-art sistema completo de diseño de PCB. Incluye:

Diseño de PCB - PCB con un diseño fácil de usar herramientas manuales de

enrutamiento, trazador automático basado en la forma y auto-placer.

Esquema - Captura Esquemática con multi-nivel de la jerarquía y la

exportación de PCB Layout, especias o Netlist.

Patrón de componentes y editores - le permiten hacer piezas nuevas y huellas.

Librerías estándar - incluyen 100.000 piezas +.

Vista previa 3D PCB - muestra el diseño en 3D. Modelos 2500 + paquetes 3D

se suministran con el programa.

Paso a paso Tutorial - Aprende el software y comenzar el verdadero trabajo en

unas pocas horas.

Con todas las funciones durante 30 días y 300 pines versiones gratuitas están

disponibles para su evaluación.

Descuentos especiales para los usuarios sin fines de lucro y la educación .

DipTrace ofrece las siguientes características:

Fácil de aprender la interfaz de usuario

Para diseñar un esquema, sólo tiene que seleccionar y colocar componentes en el

documento y conectarlos entre sí utilizando el cable y herramientas de

autobuses. Esquemas multihoja y jerárquicas son compatibles. A continuación,

seleccione la opción de menú "Convertir a PCB para convertir el esquema para

PCB. Layout se puede actualizar desde esquemática en unos pocos clics en

cualquier momento. Al crear o editar objetos de diseño que se destacan para

47

mejorar su trabajo. Paso a paso tutorialte guiará a través del proceso de diseño y

permite empezar a trabajar con facilidad.

Las funciones inteligentes de colocación y la colocación auto-

Después de la conversión Esquema de diseño de PCB, tablero lugar delinear y

ordenar los componentes. A continuación, utilice la "colocación de lista" de los

chips / conectores y auto-colocación de otros componentes para obtener un

resultado aceptable en pocos minutos y empezar de enrutamiento.

Fácil de usar enrutamiento automático y manual de gran alcance

PCB DipTrace software incluye 2 routers automáticos (Forma y basado en la red

basada en-). Router forma es capaz de diseños de ruta compleja con

componentes SMD así como tableros de una sola capa. Router Grid también se

puede hacer de una sola capa con placas de cables de puente. Con specctra DSN

/ SES interfaz puede utilizar trazador automático externo basado en la forma o

topológico. Manuales inteligentes herramientas de trazado le permite crear y editar

trazos en un 90, 45 grados o sin ninguna limitación. Trazas curvas son

compatibles. A través de, vías ciegas enterrados o se puede utilizar en automático

y el enrutamiento manual. Tamaño de la placa no está limitado.

Funciones avanzadas de verificación

Esquema de diseño de PCB y los módulos tienen varias características que

ayudan a la precisión de verificación de control de proyectos en diferentes etapas

de diseño: la función de ERC muestra los posibles errores en las conexiones de

pines esquema utilizando las reglas definidas y le permite corregir errores, paso a

paso. Función DRC comprueba la distancia entre los objetos de diseño, el tamaño

mínimo de los tiros, y los ejercicios. Los errores se muestran gráficamente y se

pueden fijar paso a paso y volver a ejecutar la RDC en un clic después de las

correcciones. Compruebe la conectividad de red verifica si todas las redes de PCB

están conectadas eléctricamente. Esta función utiliza las huellas, cobre verter

zona llena y las formas de control de la conectividad, que comunica las redes rotas

y se combina con los detalles de la zona. Comparando con el esquema permite

comprobar si el enrutado de PCB es idéntico al Esquemático.

Creación de sus propias bibliotecas

Editores de componentes y patrones permiten diseñar sus propios símbolos y

modelos. Para crear componentes completos simplemente conectarlas entre sí

mediante el Editor de componentes.

48

3.7.1 Diseño de la tarjeta

En este punto se da una breve explicación sobre los circuitos q se van a construir.

El proyecto que se va a implementar, como ya se ha mencionado es un

entrenador para el pic 16F877A, el mismo que contendrá algunas aplicaciones

para probar su funcionamiento.

El entrenador dispondrá de:

Una comunicación serial via bluetooth

Una pantalla de cristal liquido (LCD)

Una etapa de potencia.

leds indicadores del puerto B.

Todas estas etapas funcionaran unas dos tarjetas ya que la tarjeta de potencia fue

construida independiente para poder ser acoplada

A continuación se muestra una imagen donde se muestra una distribución general

del pic.

Figura3.7.1 conexión del reset general, oscilador y módulos de

programación.

Para la alimentación de la tarjeta se usara una fuente de voltaje de CD que será

regulada a 5vcd con un 7805.

Fig 3.7.2. Diagrama de fuente regulada a 5 volt

49

3.8.1 Etapa de potencia

Para el acoplamiento de las señales digitales del puerto B a la etapa de potencia

se dispondrá de algunos elementos como son transistores, optoacopladores y

relevadores que trabajar con una fuente de voltaje de 12vcd para que puedan

funcionar correctamente.

Muchos sistemas digitales controlan a otros sistemas o

realizan funciones de control tales que deben ser interconectados a una etapa de

manejo de potencia, con base en TIRISTORES (triacs, SCR, etc.) para actuar

sobre cargas resistivas o inductivas en sistemas de iluminación, o en procesos

industriales o en control de velocidad de motores, entre otros.

El manejo de potencia, es decir la manipulación de altas corrientes, de hasta

varios centenares de amperios, implica el tener consideraciones de

seguridad eléctrica para los operarios y de protección para el sistema digital.

Es deseable que la interconexión entre ambas etapas (la digital y la de potencia)

se haga por un medio de acoplamiento que permita aislar eléctricamente los dos

sistemas. Esto se puede lograr con los dispositivos llamados

OPTOACOPLADORES, mediante los cuales se obtiene un acoplamiento óptico y,

al mismo tiempo, un aislamiento eléctrico. Por ello también se les conoce como

OPTOAISLADORES. El acoplamiento se efectúa en el rango del espectro infra-

rojo a partir de dispositivos emisores de luz, usualmente IRED (infra-rojo) LEDs

(diodos emisores de luz), actuando como emisores y utilizando dispositivos

detectores de luz (optodetectores), actuando como receptores.

La razón fundamental para llevar a cabo acoplamiento óptico y aislamiento

eléctrico es por protección de la etapa o sistema digital ya que si ocurre un corto

en la etapa de potencia, o cualquier otro tipo de anomalía eléctrica, el

OPTOACOPLADOR protege toda la circuitería digital de control. El sistema digital

puede variar entre un sistema discreto o un sistema de mayor integración (en

escalas SSI, MSI, VLI o VLSI) o un sistema integrado programable a nivel

de memorias o a nivel de dispositivos programables "inteligentes"

(microprocesadores, microcontroladores, dispositivos lógicos programables,

arreglos lógicos programables, controladores lógicos programables o

computadores).

50

Figura3.8.1. Etapa de potencia de entrenador de pic

3.9.1Elaboracion del PCB.

Para la realización del PCB (PRINTED CIRCUIT BOARD ), se utilizara la ayuda

del programa DIP TRACE.

Para comenzar se deben tener los esquemáticos o diagramas eléctricos de las

distintas etapas como se menciono anteriormente, una vez teniendo todos los

esquemáticos y asegurándose de que todas las conexiones estén bien realizadas

y que el esquema se ha dibujado o diseñado en papel corresponde con el que se

pretende realizar, se procederá a obtener el diseño del PCB. Y para ello se

ingresa en la sección de file Convert to PCB para que abra el editor del PCB

Figura. Importacion de esquematico a PCB.

51

Como se puede observar en la figura anterior cuando se convierte el esquematico

a PCB todo los componentes salen desalineados y en desorden ya que el

software nos brinda la facilidad de poder ordenarlos a las necesidades de cada

usuaria puesto que las aplicaciones con variadas.

Para comenzar a alienar y poner en orden cada uno de los elementos se puede

realizar de dos formas distintas una que es manual y otra es que el propio

software los acomode, este ultimo no es muy recomendable ya que el DIP

TRACE trata de reducir espacio e eso complica el ruteo de todas las vías y pads.

Pero la instrucción para que lo haga automáticamente es la de component

arrange vea la siguiente figura para ver ejemplo.

Figura. Instrucción component arrange

3.9.2 Ruteo de las vías

Como se observa no es recomendable esta instrucción ya que los elementos no

son colocados de acuerdo al circuito que se tiene planeado realizar.

Es por ello que la mejor forma de colocarlos es de forma manual, pero esto atrae

una desventaja la cual es que lleva demasiado tiempo en realizarlo.

A continuación se muestra el ruteo manual y las pistas de las dos caras llamada

TOP (vista superior), BOTTOM (vista inferior).

Figura.3.9.2 Ruteo de Vista Top.

52

Como se puede observar en la figura esta vista es la parte superior de la

entrenadora además de que se observan todos los dispositivos así como sus

pines de conexión.

En la vista inferior se muestra como quedan las vías o las pistas por debajo de la

entrenadora, vea la siguiente figura.

Fig.3.9.3 Ruteo de Vista Bottom

De esta forma es como queda la entrenadora del ruteo final y lista para la

impresión a la tarjeta.

3.10.1 Elaboración del circuito impreso.

Una vez realizado el diseño del PCB lo siguiente es realizar el circuito impreso, y

para ello se necesitaran los siguientes materiales:

1 placa de baquelita de dos caras de cobre.

1 lija de metal # 500.

Papel couche para la transferencia del PCB a la baquelita.

Cloruro férrico.

Taladro.

Cautín.

Recipiente de plástico, no metálico.

Para la fabricación del circuito impreso se deberán seguir algunos pasos.

53

PASO 1: preparación de la placa la placa esta debe ser cortada a la medida

exacta del diseño realizado, y debe ser lijada por sus dos caras para quitar un

reducir un poco el cobre.

PASO 2: obtención del circuito impreso en la placa y perforación de la misma.

Para la obtención del as pistas se deberá imprimir el circuito del PBC en una

impresora laser o de tóner en el papel couche, una vez realizada dicha operación

se procede al transferir dicho impreso en la baquelita de cobre realizándolo por la

técnica de planchado, es decir se colocara el impreso en una cara de la baquelita

de cobre y utilizando una plancha común y corriente se aplicara calor directamente

al papel para que el diseño de la tarjeta quede impreso en una cara de tablilla.

El siguiente proceso de este paso es quitar el papel con suma precaución ya que

si se retira demasiado rápido las pistas o vías se desprenderán del cobre, una

recomendación para quitar el papel es bajo el chorro de agua ya que facilita el

desprendimiento y no daña las pistas véase la siguiente figura.

Figura 3.10.1obtencion de circuito impreso en baquelita

Una vez concluido este proceso la tarjeta debe ser sumergida en el cloruro férrico

para desprender todo el cobre sobrante de la tablilla.

54

Figura 3.10.2 Vista bottom del PCB.

Figura 3.10.3 Vista top del PCB

55

Capitulo 4 Aplicación y validación de la propuesta De mejora. 4.1 RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La realización del proyecto ha favorecido significativamente los resultados del

centro de sus actividades que incluyen la investigación de desarrollos

tecnológicos e innovación proyectos. Debido a la motivación y aceptación por

parte de los estudiantes del plantel así como de los docentes y autoridades que se

encuentran laborando dentro de las instalaciones el proyecto de la tarjeta

entrenadora tuvo un impacto tal que los propios estudiantes desean armar su

propia tarjeta entrenadora.

Esto da como resultado impulsar la investigación dirigida a aéreas especificas y

prioritarias para el alcance de la competencias requeridas por la institución,

además de que se fomenta una mayor comunicación y divulgación acerca de todo

lo relacionado con la ciencia y la tecnología.

Para el logro de los puntos antes mencionados se hizo uso de muchas

herramientas ya que el proyecto consta de distintas etapas.

Durante la etapa de programación y puesta a punto del sistema, se utilizaron

básicamente las herramientas MPLAB, que incidieron considerablemente en la

obtención de los objetivos trazados. Estos programas fueron desarrollados para el

trabajo con microcontroladores, y además de su facilidad de programación y uso,

tienen la ventaja de complementarse facilitando el desarrollo de las aplicaciones.

Para la etapa de diseño de la propia tarjeta entrenadora, el software diptrace es

un entorno integrado diseñado para la realización completa

de proyectos de construcción de equipos electrónicos en todas sus etapas, es

decir, diseño, simulación, depuración y construcción. Sus reconocidas

prestaciones lo han convertido en el programa simulador más empleado en

microcontroladores PIC, por encima de las herramientas que oferta el propio

fabricante.

En este caso se empleó en mayor medida el entorno de diseño gráfico diptrace

eschematic para esquemas electrónicos, que es extremadamente fácil de utilizar

y está dotado de poderosas herramientas para viabilizar el trabajo del diseñador

en combinación con MPLAB IDE. La utilización de ambas herramientas

proporciona un porcentaje elevado de certeza de su correcto funcionamiento, lo

cual ofrece gran confianza para pasar al proceso de grabación y montaje de todas

las etapas con las que cuenta la entrenadora.

56

Capitulo V

COSTO BENEFICIO

5.1 Costo beneficio del proyecto.

Para realizar una estimación del costo beneficio del proyecto, de han dividido

los gastos del mismo en algunas etapas:

Recursos de software y programador: software y programación para llevar a

cabo la realización del proyecto pero que no forma parte constituyente de él.

Componentes y fabricación del PCB: Costo de los componentes del circuito

impreso y la fabricación del mismo.

Recursos humanos: mano de obra necesaria para realizar el proyecto.

El programador de la serie microprogramdor usb es similar al PICKIT de la

empresa de microchip a diferencia de este, el microprogramador usb es de

menor coste ya que fue realizado por Ingenieros Mexicanos.

Concepto Costo

Microprogramador usb $ 450 MNX

Tabla 5.1 costo de programador

El costo de los componentes y la fabricación del pcb, según el diseño

especificado, estos costos estan compuestos por diversos costos de creación

de los diseños y los impresos para la realización del PCB, además de los

elementos y circuitos eléctricos y electrónicos que se montaron dentro del

diseño implementado.

Estos costos de pueen visualizar en la siguiente tabla (vér tabla 3).

Concepto Cantidad Precio unitario

Dado en pesos

mexicanos

Precio total

Dado en pesos

mexicanos

Resistencias 33 $1 peso $33 pesos

Condensadores 2 $.80 $1.60

Cristal de 4Mhz 1 $8.10 $8.10

Push button 1 $1.20 $1.20

Leds 10 $1.50 $15

LCD 16x2 1 $130 $130

Pic 16f877A 1 $93 $93

57

Regulador 7805 1 $15 $15

Relevador

12VCD

4 $25 $100

Tip 41 4 $10 $40

2n2222A 4 $8 $32

PCF 827 2 $14 $28

RN-41 1 $600 $600

Fenolica 2 $60 $60

total $1156

Tabla 5.1.1 costo de la fabricación de la tarjeta.

5.1.2 Costo del recurso humano

Los recursos humanos para este caso se lo acreditara a la elaboración del

circuito impreso, ya que esta parte no fue elaborada de la manera directa por

las personas dedicadas al presente proyecto, las mismas que la mano de

obra directa, no la están evaluando como costos adicionales, dicho de otro

modo este se costea en horas. Ver tabla 5.1.2.

Concepto Horas

Diseño de PCB 24 horas

Tabla5.1.2 de costo de recurso humano.

5.1.3 Beneficio de innovación

Valor de innovación y nueva tecnología

La innovación tecnológica afecta el modo en que una institución realiza su trabajo,

cambia los objetivos estratégicos e incluso cambia el los puntos de vista de la

propia institución así como de los estudiantes. Esta técnica considera el costo y el

riesgo de innovar, atrae la incorporación de nuevas tecnologías.

Pero la Incorporación de nueva tecnología como es el caso de la tarjeta

entrenadora de para la programación de microcontroladores puede incrementar

los costos o disminuirlos,

Dependiendo del costo de la nueva tecnología en comparación con el del sistema

al que reemplaza. La nueva tecnología también puede acarrear beneficios no

monetarios, como mejoras en la prestación del servicio o en la transparencia. Es

58

conveniente realizar una evaluación en términos de costo-efectividad y de los

potenciales beneficios como es el claro aprendizaje además de alcanzar la

competencia requerida por la Institución educativa además de que se

complementa ya que la competencia no hace mención de la construcción de PCB

y acoplamiento de nuevas tecnologías e interfaces para la solución de

problemáticas presentadas dentro del sector productivo y en la vida cotidiana.

La ventaja que genera la innovación en tecnología perdura hasta que los

estudiantes adoptan la misma tecnología, con la ventaja de no haber tenido que

experimentar y aprender de los propios errores por lo que es importante

considerar la ventaja temporal entre que se implanta la

nueva tecnología y el momento en que los alumnos la adoptan. En ese período es

que el sector productivo debería capitalizar la inversión.

Por lo tanto para tener éxito en la innovación se deben gestionar de distinta forma

aquellos proyectos alineados a la estrategia actual de la enseñanza hacia aquellos

que generan cambios con un impacto visualizado en el aprendizaje.

Esta tarjeta entrenadora puede parecer costosa en la etapa de implantación, pero

puede ahorrar Tiempo y dinero a un largo plazo, especialmente cuando se

encuentra una solución tecnológica de bajo costo para remplazar a una aplicación

costosa y de baja tecnología.

Muchas soluciones tecnológicas digitales pueden representar costos

significativamente mayores que los procedimientos analógicos a los que

reemplazarían.

No siempre es recomendable incorporar nueva tecnología cuando mejoras

relativamente menores no justifiquen los costos adicionales.

59

Conclusiones.

Una de las ventajas de esta tarjeta entrenadora es que brinda una

versatilidad, ya que si no se desea usar ninguna de las etapas construidas, se

pueden utilizar de forma independiente todos los puertos de E/S para

cualquier aplicación que se desee.

Esta tarjeta fue construida de forma que las etapas con las que costa puedan

ser utilizadas de forma independiente como ya se ha menciono o en

conjunto, como es el caso de la pantalla LCD, el modulo de comunicación

serial ó la etapa de potencia.

Otra de las tecnologías agregadas y que es importante mencionar es la etapa

de comunicación serial en base a un modulo de bluetooth especial para

microcontroladores. Esta etapa nos permite comunicarnos de de forma

inalámbrica ya que la mayoría de las veces esta comunicación es por medio

cables.

El modelo construido es de fácil entendimiento para todos los usuarios,

puesto que es un modulo entrenador, además son puramente didácticos.

Con la ayuda de esta tarjeta entrenadora tiene la factibilidad de aprender a

programar microcontroladores además de que satisface la necesidad

primordial para la cual fue diseñada, y es que los alumnos alcancen una

competencia satisfactoria para algunas de las materias que se les imparten

además de que contribuye a la actualización de sistemas digitales no solo

para los alumnos sino también para los docentes que imparten la materia de

micros e interfaces. Como se menciono es una tarjeta modular, y por lo tanto

si se le diseña una modulo adicional se le puede acoplar fácilmente debido a

los conectores verticales que han sido integrados.

60

Anexos

Anexo 1a.

Nombre pin Pin Descripción RA0/AN0 2 E/S Digital o Entrada análoga 0. RA1/AN1 3 E/S Digital o Entrada análoga 1. RA2/AN2 Vref - 4 E/S Digital o Entrada análoga 2. RA3/AN3/Vref + 5 E/S Digital o Entrada análoga 3. RA4/T0CKI 6 Bit 4 del puerto A (E/S bidireccional ). También se usa como entrada de reloj al

temporizador/contador TMR0. Salida de colector abierto. RA5/SS/AN4 7 E/S Digital o Entrada análoga 4. También lo usa el puerto serial síncrono. RB0/INT 33 Bit 0 del puerto B (E/S bidireccional). Buffer E/S: TTL/ST. También se usa como

entrada de interrupción externa (INT). RB1 34 Bit 1 del puerto B (E/S bidireccional). Buffer E/S: TTL RB2 35 Bit 2 del puerto B (E/S bidireccional). Buffer E/S: TTL RB3/PGM 36 Bit 3 del puerto B (E/S bidireccional). Buffer E/S: TTL (Programación en bajo

voltaje) RB4 37 Bit 4 del puerto B (E/S bidireccional). Buffer E/S: TTL. Interrupción por cambio

del pin. RB5 38 Bit 5 del puerto B (E/S bidireccional). Buffer E/S: TTL. Interrupción por cambio

del pin. RB6/PGC 39 Bit 6 del puerto B (E/S bidireccional). Buffer E/S: TTL/ST. Interrupción por

cambio del pin. Entrada de reloj para programación serial. RB7/PGD 40 Bit 7 del puerto B (E/S bidireccional). Buffer E/S: TTL/ST. Interrupción por

cambio del pin. Entrada de datos para programación serial. RC0/T1OSO/T1CKI 15 E/S Digital. Salida del oscilador Timer 1 o entrada de reloj Timer 1. RC1/T1OSI/CCP2 16 E/S Digital. Entrada del oscilador Timer 1. Entrada Captura 2; Salida Compara

2; Salida PWM 2 RC2/CCP1 17 E/S Digital. Entrada Captura 1; Salida Compara 1; Salida PWM 1 RC3/SCK/SCL 18 E/S Digital. Línea de reloj serial asíncrono en el modo SPI y el modo I²C RC4/SDI/SDA 23 E/S Digital. Línea de datos en el modo SPI o en el modo I²C RC5/SDO 24 E/S Digital. RC6/TX/CK 25 E/S Digital. Transmisión asíncrona (USART) o reloj síncrono (SSP). RC7/RX/DT 26 E/S Digital. Recepción asíncrona (USART) o línea de datos (SSP). VDD 11,32 Voltaje de alimentación DC (+) VSS 12,31 Referencia de voltaje (GND).

MCLR 1 Entrada de RESET al microcontrolador. Voltaje de entrada durante la

programación. En nivel bajo resetea el microcontrolador. OSC1/CLKIN 13 Entrada oscilador cristal oscilador / Entrada fuente de reloj externa. OSC2/CLKOUT 14 Salida oscilador cristal. Oscilador RC: Salida con un ¼ frecuencia OSC1 RD0/PSP0 19 E/S Digital. Puede ser puerto paralelo en bus de 8 bits. RD1/PSP1 20 E/S Digital. Puede ser puerto paralelo en bus de 8 bits. RD2/PSP2 21 E/S Digital. Puede ser puerto paralelo en bus de 8 bits. RD3/PSP3 22 E/S Digital. Puede ser puerto paralelo en bus de 8 bits. RD4/PSP4 27 E/S Digital. Puede ser puerto paralelo en bus de 8 bits. RD5/PSP5 28 E/S Digital. Puede ser puerto paralelo en bus de 8 bits. RD6/PSP6 29 E/S Digital. Puede ser puerto paralelo en bus de 8 bits. RD7/PSP7 30 E/S Digital. Puede ser puerto paralelo en bus de 8 bits. RE0/RD/AN5 8 E/S Digital. Puede se pin de lectura (read) en modo microprocesador. RE1/WR/AN6 9 E/S Digital. Puede ser pin de escritura (write) en modo microprocesador.

RE2/CS/AN7

10 E/S Digital. Puede ser pin de selección de chip (chip select) en modo

microprocesador.

61

ANEXO 1.b

Programa demo

;; PROGRAMA QUE REALIZA UNA SECUENCIA TEMPORIZADA ;;

;;CON APLICACION A MOTORES DE DE C.A ;;

LIST P = 16F877A

#INCLUDE<P16F877A.INC>

__CONFIG _CP_OFF & _WDT_OFF & _PWRTE_ON &

_BODEN_OFF & _HS_OSC & _LVP_OFF

VAR_1 EQU 0X7F

VAR_2 EQU 0X7E

VAR_3 EQU 0X7D

VAR_4 EQU 0X7C

VAR_5 EQU 0X7B

ORG 0X0000

GOTO INICIO

ORG 0X00004

INICIO

;SELECCIONA BANCO 1

BSF STATUS,RP0

BCF STATUS,RP1

MOVLW H'FF'

MOVWF TRISB ;PORTB COMO ENTRADAS

CLRF TRISC ; PORTC COMO SALIDAS

;SELECCIONA BANCO 0

BCF STATUS,RP1

BCF STATUS,RP0

PROGRAMA

BCF PORTC,5

BSF PORTC,7

MOVLW D'2'

MOVWF VAR_3

SECUENCIA

62

BTFSC PORTB,0 ;START

GOTO PRENDE

GOTO SECUENCIA

PRENDE

BTFSS PORTB,0

GOTO PRENDE

MOTOR_1

BSF PORTC,0 ;ON MOTOR 1

CALL RETARDO

BCF PORTC,0

CALL RETARDO

GOTO MOTOR_2

MOTOR_2

BSF PORTC,1 ; ON MOTOR 2

CALL RETARDO

BCF PORTC,1 ;APAGA MOTOR 2

CALL RETARDO

GOTO MOTOR_1

BSF PORTC,2 ; ON MOTOR 3

CALL RETARDO

BCF PORTC,2 ; OFF MOTOR 3

BCF PORTC,6

CALL RETARDO

BCF PORTC,1 ; OFF MOTOR 2

;BSF PORTC,6

CALL RETARDO

BCF PORTC,0 ; OFF MOTOR 1

BCF PORTC,6

CALL RETARDO

DECFSZ VAR_3,F

GOTO PRENDE

GOTO PROGRAMA

STOP

BTFSC PORTB,1 ;STOP

GOTO STOP

GOTO PROGRAMA

APAGA

63

CLRF PORTC

BSF PORTC,6

GOTO SECUENCIA

RETARDO

MOVLW D'10'

MOVWF VAR_5

TIEMPO

MOVLW D'5' ;50

MOVWF VAR_4

OTRO

MOVLW D'255' ;200

MOVWF VAR_2

ESPERA

MOVLW D'255' ;255

MOVWF VAR_1

TARDE

BTFSC PORTB,1 ;STOP

GOTO PROGRAMA

DECFSZ VAR_1

GOTO TARDE

DECFSZ VAR_2

GOTO ESPERA

DECFSZ VAR_4

GOTO OTRO

DECFSZ VAR_5

GOTO TIEMPO

RETURN

END

64

BIBLIOGRAFIA

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