TARJETA ENTRENADORA FACFYM

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO

RUIZ GALLO

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS

Y MATEMÁTICAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA

ELECTRÓNICA

TESIS

PARA OPTAR POR EL TÍTULO PROFESIONAL DE

INGENIERO ELECTRÓNICO

“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE TARJETA ENTRENADORA

DE MICROCONTROLADORES PIC16FXXX PARA MEJORAR

LAS HABILIDADES TÉCNICAS EN SOLUCIÓN DE PROBLEMAS

EN APLICACIONES EMBEBIDAS DE LOS ESTUDIANTES DE

INGENIERÍA ELECTRÓNICA”

PRESENTADA POR:

Bach. Petrozzi Puse Renzo Stefano

Bach. Vílchez Castillo Luis Miguel

ASESOR:

Ing. Carlos Oblitas Vera

Lambayeque – Perú

2019

vi

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a Dios en primer lugar, por darme vida, salud, constancia, paciencia, espíritu

de lucha y enseñarme cada día que un camino sin obstáculos no es camino.

A mis padres, por el gran esfuerzo que han hecho por darme siempre lo mejor en la medida

de sus posibilidades, y a mis hermanos por su gran apoyo a lo largo de esta lucha constante

y especialmente, por ser parte importante durante toda mi formación profesional.

A los miembros del jurado por haberme permitido desarrollar este trabajo de

investigación, especialmente al Ing. Manuel Ramírez Castro, al Ing. Francisco Segura

Altamirano y a mi asesor, Ing. Carlos Oblitas Vera, por el tiempo y la paciencia que han

dedicado para ayudarme y guiarme en la elaboración de este trabajo, además de las

enseñanzas que recibí de todos ellos a lo largo de las materias que me impartieron.

Al Ing. Óscar Romero Cortez por haber colaborado con el trabajo de investigación,

cediéndome el valioso tiempo de una de sus clases para la demostración del proyecto

implementado.

Renzo Stefano Petrozzi Puse

Gracias a mis padres que año tras año durante toda mi vida me han enseñado a ir por el

camino del bien y me han aconsejado certeramente tanto en mi vida personal como

profesional.

A mis hermanas Sylvia y Mayra por el apoyo que siempre me brindan en las decisiones

que he venido tomando hasta el momento.

A mi enamorada Claudia, por su incondicional apoyo, por sus consejos y por su empuje

día a día en cada trabajo que realicé.

Al Ing. Francisco Segura Altamirano y al Ing. Carlos Oblitas Vera por su atención y

tiempo dedicado al desarrollo de este trabajo.

Luis Miguel Vílchez Castillo

vii

DEDICATORIA

Dedicatoria a mis padres, a mis hermanos y a mi familia entera, porque han estado

conmigo desde que formé parte de esa gran parentela que Dios nos ha permitido tener y

conservar, ofreciéndome su cariño e inmenso apoyo que ha resultado muy valioso para mí.

Gracias además por sus valiosos consejos, sencillos y honestos en todo momento.

Renzo Stefano Petrozzi Puse

Este trabajo va dedicado a mis padres que en conjunto y con gran esfuerzo siempre me

han ayudado para poder cumplir mis metas personales y profesionales.

De igual manera a mis hermanas que siempre han sumado con sus consejos en cada

proyecto y/o trabajo que haya realizado.

Luis Miguel Vílchez Castillo

viii

RESUMEN

Se presenta el diseño de un Sistema de Desarrollo para microcontroladores PIC de gama

media, de carácter didáctico y cuyo objetivo es facilitar la labor del estudiante al implementar

sencillamente diversas aplicaciones que los incluyan, desarrolladas en cualquier lenguaje de

programación para PIC, así como el trabajo del docente al evaluar de manera rápida y

cómoda cada uno de estos laboratorios; de esta manera, podrán implementarse más de un

laboratorio por clase si fuera necesario. La tarjeta dispone de periféricos utilizados en

aplicaciones reales, donde ninguno de ellos está conectado de manera predeterminada a los

pines de E/S de los microcontroladores. Además, la tarjeta será estándar para cualquier

microcontrolador PIC de la serie 16FXXX de 18, 28 y 40 pines, ya que todos los

microcontroladores PIC de Microchip de una gama específica tienen la misma distribución

de pines. Se provee el manual de uso de la tarjeta, un compendio de tutoriales que incluyen

diversos códigos fuente de aplicaciones reales programadas en lenguaje Assembler cuyo

hardware se basa en los módulos de la tarjeta diseñada, y un conjunto de softwares usados

para la programación de PIC y aplicaciones que los involucren.

Palabras clave: Sistema, microcontrolador, entrenador, modular, periférico, lenguaje,

programación, software, aplicación, instrucción.

ix

ABSTRACT

It presents the design of a Development System for PIC microcontrollers of medium

range, of didactic character and whose objective is to facilitate the work of the student when

implementing simply diverse applications that include them, developed in any programming

language for PIC, as well as the work of the teacher when evaluating quickly. and

comfortable each of these laboratories; in this way, more than one laboratory can be

implemented per class if necessary. The card has peripherals used in real applications, where

none of them are connected by default to the I/O pins of the microcontrollers. In addition,

the card will be standard for any PIC microcontroller of the 16FXXX series of 18, 28 and 40

pins, since all Microchip PIC microcontrollers of a specific range have the same distribution

of pins. The user manual of the card is provided, a compendium of tutorials that include

various source codes of real applications programmed in Assembler language whose

hardware is based on the modules of the designed card, and a set of software used for

programming of PIC and applications that involve them.

Keywords: System, microcontroller, trainer, modular, peripheral, language,

programming, software, application, instruction.

x

ÍNDICE

ÍNDICE .................................................................................................................................................. X

LISTA DE TABLAS .......................................................................................................................... XIV

LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................................... XV

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 1

PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN ...................................................................... 2

Síntesis de la situación problemática ............................................................................................... 2

Formulación del problema de investigación .................................................................................... 3

Formulación de la hipótesis ............................................................................................................. 3

OBJETIVOS ............................................................................................................................. 3

Objetivo general .............................................................................................................................. 3

Objetivos específicos ....................................................................................................................... 4

CAPÍTULO I: DISEÑO TEÓRICO ........................................................................................... 5

1.1) Antecedentes ........................................................................................................................ 5

1.2) Microcontrolador ................................................................................................................. 7

1.3) Arquitectura de microcontroladores ..................................................................................... 8

1.4) Microprocesador (µP) vs Microcontrolador (µC) ................................................................ 8

1.5) Tarjeta entrenadora de microcontroladores ....................................................................... 10

1.6) Gama media de microcontroladores PIC ........................................................................... 11

1.7) Programación Assembler para µC PIC16FXXX ................................................................. 12

1.8) Inicialización del reset de un microcontrolador.................................................................. 12

1.9) Memoria de programa y de datos del µC PIC16FXXX ....................................................... 14

1.10) Set de instrucciones de los µC PIC16FXXX ................................................................... 15

1.11) Contador de programa (PC) .......................................................................................... 15

1.12) Ciclo de máquina ........................................................................................................... 16

1.13) Segmentación de memoria – Pipeline ............................................................................. 17

1.14) Pila o stack de un microcontrolador .............................................................................. 18

1.15) Ejemplo de llamado y retorno de subrutina .................................................................... 18

1.16) Sistema de interrupciones .............................................................................................. 19

xi

1.17) Microcontroladores PIC16FXXX ................................................................................... 20

1.18) Tipos de osciladores ...................................................................................................... 24

1.19) Configuraciones del oscilador ....................................................................................... 25

1.20) Modulación PWM .......................................................................................................... 26

1.21) Comunicación serial ...................................................................................................... 27

1.22) Modos de transmisión de datos ...................................................................................... 28

1.23) Protocolo de comunicaciones I2C .................................................................................. 29

1.24) Protocolo de comunicaciones SPI .................................................................................. 30

1.25) Protocolo de comunicaciones Bluetooth ......................................................................... 31

1.26) Protocolo de comunicaciones RS232.............................................................................. 33

1.27) Protocolo de comunicaciones 1 – wire ........................................................................... 35

1.28) Señal analógica ............................................................................................................. 36

1.29) Conversión analógica digital ......................................................................................... 37

1.30) Conversión digital analógica ......................................................................................... 38

1.31) Tipos de muestreo para encuestas .................................................................................. 39

1.32) Muestreos no probabilísticos ......................................................................................... 40

CAPÍTULO II: DISEÑO METODOLÓGICO ......................................................................... 42

2.1) Panel de control del software EAGLE 7.6.0 ....................................................................... 43

2.2) Diagrama esquemático del software EAGLE 7.6.0 ............................................................. 43

2.3) Diagrama PCB del software EAGLE 7.6.0 ......................................................................... 44

2.4) Módulo PICkit 2 Clone ...................................................................................................... 45

2.5) Selector de fuente de energía para etapas de control .......................................................... 46

2.6) Protección contra cortocircuito para etapas de control ...................................................... 47

2.7) Grabador de microcontrolador PIC12FXXX ...................................................................... 48

2.8) Módulo de grabación de EEPROM I2C .............................................................................. 49

2.9) Entrenador de microcontroladores PIC16FXXX de 18 pines .............................................. 50

2.10) Entrenador de microcontroladores PIC16FXXX de 28 pines ......................................... 51

2.11) Entrenador de microcontroladores PIC16FXXX de 40 pines ......................................... 52

2.12) Objetivo de los tres microcontroladores PIC16FXXX .................................................... 53

2.13) Módulo de nueve diodos LED ........................................................................................ 54

xii

2.14) Módulo de cinco pulsadores NO (Normally Open) ......................................................... 55

2.15) Módulo alarma GSM ..................................................................................................... 55

2.16) Módulo LCD 16x2 ......................................................................................................... 56

2.17) Módulo de dos potenciómetros ....................................................................................... 57

2.18) Módulo teclado hexadecimal .......................................................................................... 58

2.19) Módulos CNY70, LDR, LM35 y BH1750 ........................................................................ 58

2.20) Módulos potenciómetro de precisión, DAC y timer ........................................................ 59

2.21) Módulo sensor ultrasónico ............................................................................................. 60

2.22) Módulo matriz LED monocromática 8x8 ........................................................................ 61

2.23) Módulo sensor de humedad ............................................................................................ 61

2.24) Módulo DAC R–2R ........................................................................................................ 62

2.25) Módulo buzzer activo ..................................................................................................... 63

2.26) Módulo NTC .................................................................................................................. 63

2.27) Módulo de lectura/escritura de EEPROM I2C ................................................................ 64

2.28) Módulo RTC DS1307 ..................................................................................................... 64

2.29) Módulo de comunicación RS232 .................................................................................... 65

2.30) Módulo de comunicación bluetooth ................................................................................ 66

2.31) Módulo de lectura/escritura de EEPROM SPI ............................................................... 66

2.32) Módulo sensor digital de temperatura ............................................................................ 67

2.33) Módulo de dos displays multiplexados ........................................................................... 68

2.34) Módulo de detección de cruce por cero .......................................................................... 69

2.35) Módulo de alimentación para etapas de potencia DC .................................................... 70

2.36) Protección contra cortocircuito para etapas de potencia DC ......................................... 71

2.37) Módulo buzzer pasivo .................................................................................................... 72

2.38) Módulo relé optoacoplado ............................................................................................. 73

2.39) Módulo de PWM para cargas DC .................................................................................. 73

2.40) Módulo de PWM basada en AC ..................................................................................... 74

2.41) Módulo de etapas de potencia para motores DC ............................................................ 75

2.42) Proceso de fabricación de la tarjeta entrenadora FACFYM ........................................... 77

2.43) Diagramas de la tarjeta entrenadora FACFYM ............................................................. 80

xiii

2.44) Pruebas de funcionamiento de la tarjeta entrenadora FACFYM .................................... 80

2.45) Presupuesto ................................................................................................................... 86

CAPÍTULO III: RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................... 91

Evaluación del curso “Sistemas Digitales” ................................................................................... 91

Resultados de la primera encuesta – séptimo ciclo ........................................................................ 92

Resultados de la segunda encuesta – octavo ciclo .......................................................................... 94

Resultados de la tercera encuesta – octavo ciclo ........................................................................... 97

Discusión....................................................................................................................................... 98

CAPÍTULO IV: CONCLUSIONES ...................................................................................... 100

CAPÍTULO V: RECOMENDACIONES............................................................................... 101

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................................. 102

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................. 104

ANEXOS ............................................................................................................................................. 105

ANEXO A – MANUAL DE INSTRUCCIONES DE LA TARJETA ENTRENADORA FACFYM ..... 106

ANEXO B – CÓDIGOS DE PROGRAMACIÓN EN MPLAB ............................................................ 156

1. ENCENDIDO DE UN LED............................................................................................ 157

2. DETECCIÓN DE CRUCE POR CERO .......................................................................... 159

ANEXO C – FORMATO DE PRIMERA Y SEGUNDA ENCUESTA ................................................ 163

ANEXO D – FORMATO DE TERCERA ENCUESTA ....................................................................... 166

ANEXO E – ACTAS DE ENTREGA DE MATERIAL DONADO AL LABORATORIO DE

ELECTRÓNICA ....................................................................................................................................... 168

ANEXO G – DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE LA TARJETA ENTRENADORA FACFYM ......... 171

xiv

LISTA DE TABLAS

Tabla 1 Tabla de comparaciones ..................................................................................... 9

Tabla 2 Direccionamiento en la memoria de programa a través del PC ......................... 16

Tabla 3 Tabla de equivalencias ....................................................................................... 16

Tabla 4 Segmentación de memoria ................................................................................. 17

Tabla 5 Tabla de Características ..................................................................................... 20

Tabla 6 Tabla de capacidades ......................................................................................... 30

Tabla 7 Tabla de clasificación del Bluetooth ................................................................. 32

Tabla 8 Tabla de velocidades ......................................................................................... 33

Tabla 9 Tabla de presupuestos ....................................................................................... 86

xv

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Diagrama de bloques de un microcontrolador ................................................... 7

Figura 2 Arquitectura Harvard para las memorias de datos e instrucciones .................... 8

Figura 3 Arq. Von Neuman para las memorias de datos e instrucciones ......................... 8

Figura 4 Tarjeta Entrenadora Arduino UNO .................................................................. 11

Figura 5 Tarjeta Entrenadora FACFYM ......................................................................... 11

Figura 6 MCLR – Circuito recomendado ....................................................................... 13

Figura 7 Ejemplo de llamado y retorno de subrutina ...................................................... 19

Figura 8 Proceso de una interrupción ............................................................................. 20

Figura 9 Diagrama de Pines del PIC16F628A ................................................................ 23

Figura 10 Diagrama de Pines del PIC16F873A .............................................................. 24

Figura 11 Diagrama de Pines del PIC16F877A .............................................................. 24

Figura 12 Oscilador XT, HS o LP para el PIC16F628A ................................................ 25

Figura 13 Oscilador tipo RC ........................................................................................... 26

Figura 14 Ejemplo de Señal PWM con Duty Cicle al 30% ............................................ 27

Figura 15 Esquema de comunicación I2C con una EEPROM 24C04 ............................ 30

Figura 16 Diagrama de conexiones del bus SPI – Modo multiesclavo .......................... 31

Figura 17 Ejemplo de comunicación serial sin paridad .................................................. 34

Figura 18 Esquema de comunicación serial usando la norma RS232 ............................ 35

Figura 19 Bus de comunicación 1–Wire ......................................................................... 36

Figura 20 Ejemplo de señal analógica ............................................................................ 36

Figura 21 Señal analógica muestreada como paso previo a su tratamiento digital ........ 37

Figura 22 Red de resistencias en escalera para un DAC ................................................ 38

Figura 23 Muestreo probabilístico o aleatorio ................................................................ 39

Figura 24 Muestreo no probabilístico o no aleatorio ...................................................... 40

xvi

Figura 25 Muestreo no probabilístico por conveniencia................................................. 41

Figura 26 Panel de Control del software EAGLE 7.6.0 ................................................. 43

Figura 27 Diagrama esquemático de la Tarjeta Entrenadora FACFYM ........................ 43

Figura 28 Diagrama PCB de la Tarjeta Entrenadora FACFYM ..................................... 44

Figura 29 Módulo PICkit 2 Clone – Esquemático .......................................................... 45

Figura 30 Selector de Fuente de Energía para Etapas de Control – Esquemático .......... 46

Figura 31 Protección contra Cortocircuito para Etapas de Control – Esquemático ....... 47

Figura 32 Grabador de Microcontrolador PIC12FXXX – Esquemático ........................ 48

Figura 33 Módulo de Grabación de EEPROM I2C – Esquemático ................................ 49

Figura 34 Entrenador de µC PIC16FXXX de 18 Pines – Esquemático ......................... 50



Figura 37 Módulo de Nueve Diodos LED – Esquemático ............................................. 54

Figura 38 Módulo de 5 Pulsadores NO (Normally Open) – Esquemático ..................... 55

Figura 39 Módulo Alarma GSM – Esquemático ............................................................ 55

Figura 40 Módulo LCD 16x2 – Esquemático ................................................................. 56

Figura 41 Módulo de Dos Potenciómetros – Esquemático ............................................. 57

Figura 42 Módulo Teclado Hexadecimal – Esquemático ............................................... 58

Figura 43 Módulos CNY70, LDR, LM35 y BH1750 – Esquemático ............................ 58

Figura 44 Módulos Potenciómetro de Precisión, DAC y Timer – Esquemático ............ 59

Figura 45 Módulo Sensor Ultrasónico – Esquemático ................................................... 60

Figura 46 Módulo Matriz LED Monocromática 8x8 – Esquemático ............................. 61

Figura 47 Módulo Sensor de Humedad – Esquemático ................................................. 61

Figura 48 Módulo DAC R–2R – Esquemático ............................................................... 62

Figura 49 Módulo Buzzer Activo – Esquemático........................................................... 63

xvii

Figura 50 Módulo NTC – Esquemático .......................................................................... 63

Figura 51 Módulo de Lectura/Escritura de EEPROM I2C – Esquemático .................... 64

Figura 52 Módulo RTC DS1307 – Esquemático ............................................................ 64

Figura 53 Módulo de Comunicación RS232 – Esquemático .......................................... 65

Figura 54 Módulo de Comunicación Bluetooth – Esquemático ..................................... 66

Figura 55 Módulo de Lectura/Escritura de EEPROM SPI – Esquemático .................... 66

Figura 56 Módulo Sensor Digital de Temperatura – Esquemático................................. 67

Figura 57 Módulo de Dos Displays Multiplexados – Esquemático ............................... 68

Figura 58 Módulo de Detección de Cruce por Cero – Esquemático .............................. 69

Figura 59 Módulo de Alimentación para Etapas de Potencia DC – Esquemático ......... 70

Figura 60 Protección contra Cortocircuito para Etapas de Potencia DC – Esquemático 71

Figura 61 Módulo Buzzer Pasivo – Esquemático ........................................................... 72

Figura 62 Módulo Relé Optoacoplado – Esquemático ................................................... 73

Figura 63 Módulo de PWM para cargas DC – Esquemático .......................................... 73

Figura 64 Módulo de PWM Basada en AC – Esquemático ........................................... 74

Figura 65 Módulo de Etapas de Potencia para Motor DC Unipolar – Esquemático ...... 75

Figura 66 Módulo de Etapas de Potencia para Motor DC Bipolar – Esquemático ........ 76

Figura 67 Serigrafía de componentes de la Tarjeta Entrenadora FACFYM .................. 77

Figura 68 Serigrafía de pistas de la Tarjeta Entrenadora FACFYM .............................. 78

Figura 69 Bachilleres tesistas soldando sobre la tarjeta entrenadora FACFYM ............ 78

Figura 70 Tarjeta Entrenadora FACFYM completamente implementada ...................... 79

Figura 71 Bachilleres tesistas muestran tarjeta implementada en lado de componentes 79

Figura 72 Bachilleres tesistas muestran tarjeta implementada en lado de pistas ............ 80

Figura 73 Termómetro digital con PIC16F873A y LM35 .............................................. 81

Figura 74 Semáforo de dos intersecciones con PIC16F628A ........................................ 81

xviii

Figura 75 Medidor de distancia con PIC16F877A y HC-SR04 ..................................... 82

Figura 76 Inicio de la demostración de la Tarjeta Entrenadora FACFYM .................... 82

Figura 77 Explicación del proceso para grabar un PIC con el módulo PICkit2 Clone .. 83

Figura 78 Explicación del montaje de un programa grabado en el PIC16F628A .......... 83

Figura 79 Tarjeta Entrenadora FACFYM – Diagrama PCB .......................................... 84

Figura 80 Tarjeta Entrenadora FACFYM – Diagrama de pistas .................................... 85

Figura 81 Resultado: Marcas de microcontroladores – 7° ciclo ..................................... 92

Figura 82 Resultado: Software de grabación de microcontroladores – 7° ciclo ............. 92

Figura 83 Resultado: Lenguajes de programación para PIC – 7° ciclo .......................... 93

Figura 84 Resultado: Situación actual del curso "Sistemas Digitales" – 7° ciclo .......... 93

Figura 85 Resultado: Progreso del curso "Sistemas Digitales" – 7° ciclo ...................... 93

Figura 86 Resultado: Grado de acuerdo con opiniones propuestas – 7° ciclo ................ 94

Figura 87 Resultado: Marcas de microcontroladores – 8° ciclo ..................................... 94

Figura 88 Resultado: Software de grabación de microcontroladores – 8° ciclo ............. 95

Figura 89 Resultado: Lenguajes de programación para PIC – 8° ciclo .......................... 95

Figura 90 Resultado: Situación actual del curso "Sistemas Digitales" – 8° ciclo .......... 95

Figura 91 Resultado: Progreso del curso "Sistemas Digitales" – 8° ciclo ...................... 96

Figura 92 Resultado: Grado de acuerdo con opiniones propuestas – 8° ciclo ................ 96

Figura 93 Resultados del primer bloque de preguntas de la tercera encuesta ................ 97

Figura 94 Resultados del segundo bloque de preguntas de la tercera encuesta .............. 97

Figura 95 Resultados del tercer bloque de preguntas de la tercera encuesta .................. 98

Figura 96 Tarjeta Entrenadora FACFYM .......................................................................... i

Figura 97 Módulo 1 – Hardware ....................................................................................... 1

Figura 98 Descripción del Módulo 1 ................................................................................ 1

Figura 99 Módulo 2 – Hardware ....................................................................................... 3

xix

Figura 100 Descripción del Módulo 2 .............................................................................. 4

Figura 101 Módulo 3 – Hardware ..................................................................................... 4


Figura 103 Selección de la fuente ..................................................................................... 5



Figura 106 Módulo 4 – Circuito auxiliar .......................................................................... 6



Figura 109 Módulo 5 – Circuito auxiliar .......................................................................... 8



Figura 112 Módulo 6 – Circuito auxiliar ........................................................................ 10

Figura 113 Módulo 7 – Hardware ................................................................................... 11

Figura 114 Descripción del Módulo 7 ............................................................................ 11


Figura 116 Módulo 8 - Hardware ................................................................................... 12



Figura 119 Módulo 9 – Hardware ................................................................................... 14


Figura 121 Módulo 10 – Hardware ................................................................................. 15

Figura 122 Descripción del Módulo 10 .......................................................................... 15



xx


























xxi


























xxii

Figura 175 Módulo 37 – Hardware Bipolar .................................................................... 41

Figura 176 Módulo 37 – Hardware Unipolar ................................................................. 41

Figura 177 Descripción del Módulo 37 – Bipolar .......................................................... 42

Figura 178 Descripción del Módulo 37 – Unipolar ........................................................ 43

Figura 179 Reconocimiento de Pines del C. I. PC817 .................................................... 44

Figura 180 Reconocimiento de pines del LCD 16x2 ...................................................... 44

Figura 181 Reconocimiento de Pines del Sensor LM35 ................................................. 45

Figura 182 Reconocimiento de Pines de un Teclado Hexadecimal ................................ 45

Figura 183 Encendido de un LED – Hardware ............................................................. 158

Figura 184 Detección de Cruce por Cero – Hardware .................................................. 162

Figura 185 Diagrama esquemático de la tarjeta entrenadora FACFYM ...................... 172

1

INTRODUCCIÓN

Se puede definir un microcontrolador como una microcomputadora completa

encapsulada en un circuito integrado, la cual contiene un programa que realiza una función

específica, por ello, el propósito fundamental de un microcontrolador es el de leer y ejecutar

los programas que el usuario le escribe; consecuentemente, la programación es una actividad

básica e indispensable cuando se diseñan circuitos que los incluyan, ya que en el micro-

controlador convergen diversos saberes de informática y electrónica, resultando una materia

imprescindible en la formación de nuestros futuros ingenieros electrónicos.

Es común encontrar microcontroladores en campos como la robótica y el automatismo,

en la industria del entretenimiento, en las telecomunicaciones, en la instrumentación, en el

hogar, en la industria automotriz, etc. Sin embargo, además de algunos elementos externos

necesarios para su funcionamiento (cristal, capacitores, resistencias, etc.), se necesita un

circuito especial para cargar un programa en la memoria del microcontrolador, comúnmente

denominado grabador PIC, si se trata de los microcontroladores de Microchip.

Por esta razón, para un aprendizaje y entrenamiento más completos en el diseño de

sistemas digitales, es necesario en el Laboratorio de Ingeniería Electrónica de la UNPRG

contar con una herramienta que le permita al estudiante simplificar algunas tareas básicas,

por ejemplo, el conexionado de las alimentaciones de los dispositivos.

Con este noble, pero ambicioso propósito, nace este proyecto de guía y ayuda para el

docente y el estudiante, basado en el Diseño e Implementación de Tarjeta Entrenadora

de Microcontroladores PIC16FXXX para Mejorar las Habilidades Técnicas en

Solución de Problemas en Aplicaciones Embebidas de los Estudiantes de Ingeniería

Electrónica.

2

PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN

Síntesis de la situación problemática

Actualmente el Laboratorio de la Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica de la

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo carece de tarjetas entrenadoras de PIC y solo cuenta

con tarjetas entrenadoras FPGA, sin embargo, no es factible comparar FPGA con

microcontroladores ya que son dos tecnologías distintas y se utilizan con entornos de

programación diferentes; por ende, se propone el diseño e implementación de una tarjeta

entrenadora de microcontroladores PIC16FXXX de tipo PDIP con sus respectivas interfaces

(comunicación, potencia DC, potencia AC, visualización, etc.) embebidas en la misma

plataforma ante la carencia de tarjetas entrenadoras de PIC en el Laboratorio de Ingeniería

Electrónica de la UNPRG.

Se optó por la NO conexión predeterminada de ningún periférico a las líneas de E/S de

los microcontroladores, lo cual le permite al usuario entrenarse no solo a nivel de software

sino de hardware también, minimizando los problemas de falso contacto que normalmente

surgen cuando se implementan proyectos en protoboard.

A fin de que el estudiante de Ingeniería Electrónica no se perjudique por la falta de un

grabador externo, se instaló un grabador PICkit 2 Clone en la tarjeta; la cual posee también

la serigrafía adecuada para la correcta identificación de los pines de cada microcontrolador

PIC, así como del resto de dispositivos e interfaces.

Por último, se diseñan detalladamente una serie de aplicaciones con el software MPLAB

a fin de que el estudiante de Ingeniería Electrónica verifique su funcionamiento en tiempo

real a través de la plataforma.

3

Formulación del problema de investigación

¿Cómo el diseño e implementación de una tarjeta entrenadora de microcontroladores

PIC16FXXX mejorará las habilidades técnicas en solución de problemas en aplicaciones

embebidas de los estudiantes de Ingeniería Electrónica?

Formulación de la hipótesis

Si diseñamos e implementamos una tarjeta entrenadora de microcontroladores

PIC16FXXX, con diversas librerías y/o ejemplos de aplicaciones reales, además de

diferentes tarjetas e interfaces con conectores de propósito general se mejorarán las

habilidades técnicas en solución de problemas en aplicaciones embebidas de diferentes tipos,

minimizando los problemas de conexiones y acelerando el aprendizaje de los estudiantes de

Ingeniería Electrónica.

OBJETIVOS

Objetivo general

Diseñar e implementar una tarjeta entrenadora de microcontroladores PIC16FXXX con

diversas librerías y/o ejemplos de aplicaciones reales, además de diferentes tarjetas e

interfaces con conectores de propósito general para mejorar las habilidades técnicas en

solución de problemas en aplicaciones embebidas de diferentes tipos, minimizando los

problemas de conexiones y acelerando el aprendizaje de los estudiantes de Ingeniería

Electrónica.

4

Objetivos específicos

Realizar un estudio del equipamiento del laboratorio de electrónica respecto a las tarjetas

entrenadoras de PIC, además de verificar las dificultades de hardware y software de los

estudiantes en desarrollar proyectos con estos dispositivos.

Estudiar las características, limitaciones y alcances de los microcontroladores

PIC16FXXX, además de su interconexión con diferentes sensores y actuadores necesarios

para desarrollar aplicaciones con estos dispositivos.

Diseñar e implementar una tarjeta entrenadora de microcontroladores PIC16FXXX con

varias librerías e interfaces embebidas con conectores de propósito general.

Elaborar guías de aplicación didácticas que faciliten el desarrollo de aplicaciones en

Lenguaje ASSEMBLER para microcontroladores PIC16FXXX, haciendo uso eficiente de

los softwares necesarios para programar estos dispositivos.

5

CAPÍTULO I: DISEÑO TEÓRICO

1.1) Antecedentes

Marco Dujmovic

Coordinación de Ingeniería Electrónica – Decanato de Estudios Profesionales –

Universidad Simón Bolívar – Sartenejas, Venezuela – Diciembre, 2006.

DISEÑO DE UN ENTRENADOR DE MICROCONTROLADORES PIC PARA EL

LABORATORIO DE MICROCONTROLADORES DEL INSTITUTO UNIVERSITARIO

JESÚS OBRERO

Resumen: Se presenta el diseño de un sistema de desarrollo para microcontroladores PIC,

didáctico, sencillo, confiable y flexible a nivel de software y hardware, de ayuda tanto para

el docente como para el estudiante para lo cual se ofrecen 6 prácticas de laboratorio con su

respectiva descripción para el desarrollo de cada una; el diseño no presenta conexiones

predeterminadas entre los dispositivos PIC y los periféricos de entrada/salida.

Jorge Aníbal Pichucho Bombón

Escuela Politécnica Nacional – Quito, Ecuador – Marzo, 2007.

MÓDULO PARA VERIFICAR EL FUNCIONAMIENTO DE LOS PROGRAMAS

GRABADOS EN EL PIC 16F84A

6

Resumen: Este trabajo de investigación se basa específicamente en el PIC16F84A, el

cual es capaz de accionar cargas relativamente básicas (display LCD, teclado matricial,

display 7 segmentos, diodos LED y potenciómetros) ya que el PIC en cuestión está

conectado predeterminadamente a dichos periféricos, asimismo estos se seleccionan a través

de switches; se ofrecen algunos códigos de programación en BASIC.

Rafael Christian Franco Reina – Israel Efraín Montesdeoca Paladines

Facultad de Ingenierías – Carrera de Ingeniería Electrónica – Universidad Politécnica

Salesiana – Guayaquil, Ecuador – Septiembre, 2014.

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE CINCO ENTRENADORES DIDÁCTICOS CON

SISTEMAS MICROPROCESADOS Y DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN DE

CONTROL DE VELOCIDAD PARA UN MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA

Resumen: Este proyecto se estructuró en seis capítulos que partieron desde el análisis de

la situación problemática con los parámetros pertinentes; los fundamentos teóricos para la

construcción de los entrenadores didácticos; el diseño, construcción y montaje de

entrenadores didácticos con sistemas de microprocesados y aplicación de control de

velocidad de motor; el mantenimiento técnico correspondiente, las prácticas de laboratorio

hasta el costo generado.

Euler Deza Figueroa

Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica – Facultad de Ciencias Físicas Y

Matemáticas – Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo – Lambayeque, Perú – 2010.

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE TARJETAS ENTRENADORAS PARA

APLICACIONES CON MICROCONTROLADORES PIC, MOTOROLA Y ATMEL

FPGA PARA EL ENTRENAMIENTO EN LAS DIFERENTES ÁREAS DE LOS

7

ALUMNOS DE LA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA –

UNPRG

Resumen: El objetivo de este proyecto es hacer de cada una de las tarjetas desarrolladas

aquí, una herramienta básica del alumnado, contribuyendo a largo plazo, a la formación del

ingeniero dedicado a la investigación con estas tecnologías, ya que, por medio de las diversas

interfaces involucradas en el funcionamiento de las tarjetas, podrá expandir su uso a áreas

como el Control, Electrónica de Potencia, Robótica, Telecomunicaciones, Sistemas

Digitales Avanzados, entre otras.

1.2) Microcontrolador

Un microcontrolador es un circuito integrado que contiene en su interior cada una de las

partes que conforman una computadora, esto es, Unidad Central de Procesos (CPU),

unidades de memoria RAM y ROM, puertos de entrada y salida y periféricos, resultando

interconectadas cada una de estas partes dentro del microcontrolador, el cual, para su

funcionamiento, requiere que se grabe un programa en él, de lo contrario, no podrá ejecutar

ninguna tarea.

Fuente: (Electrónica Desarrollo, 2011)

Figura 1 Diagrama de bloques de un microcontrolador

8

1.3) Arquitectura de microcontroladores

En la arquitectura Harvard, por tener acceso a las memorias de datos y de programa

mediante buses separados, se puede traer una instrucción y operar con un dato

simultáneamente ya que no hay congestión en los buses; mientras que en la arquitectura Von

Neumann se aprecia la congestión cuando se debe acceder a la instrucción y luego al dato

que se va a manipular, ya que deben utilizarse los mismos buses. Consecuentemente, la

congestión que se genera implica un mayor tiempo de ejecución de los programas.

Fuente: (Reyes, 2008, pág. 18)


1.4) Microprocesador (µP) vs Microcontrolador (µC)

A continuación, se describen las diferencias más relevantes entre la arquitectura de un

Microcontrolador (µC) y la de un Microprocesador (µP):

Figura 2 Arquitectura Harvard para las memorias de datos e instrucciones

Figura 3 Arq. Von Neuman para las memorias de datos e instrucciones

9

Tabla 1

Tabla de comparaciones

µP µC

En conjunto con el sistema al cual

está incorporado, recibe el nombre de

sistema de tipo ABIERTO.

El dispositivo mismo recibe el

nombre de sistema de tipo CERRADO.

Necesita sacar al exterior buses

llamados bus de datos, bus de

direcciones y bus de control.

No necesita sacar buses hacia el

exterior debido a que están embebidos

dentro del dispositivo.

Necesita una memoria de programa

ROM y una memoria de datos RAM,

externas.

Tiene sus propias memorias de

programa ROM y de datos RAM,

embebidas dentro del dispositivo.

En él se pueden conectar diversos

dispositivos que van a depender

exclusivamente de lo que el usuario

requiera, es decir, el usuario puede

configurar el sistema ajustándolo a su

necesidad.

Solo se conectan los periféricos que

se han de utilizar, y para que estos

cumplan la función requerida es

necesario grabar un programa en la

ROM del PIC con las instrucciones que

debe ejecutar el microcontrolador.

En conjunto con el sistema al cual

está incorporado, realiza varias tareas.

Una vez programado, solo puede

realizar una tarea.

La detección de averías puede

tornarse muy tediosa, lo cual le resta

fiabilidad al sistema debido a su

tamaño.

Al ser más pequeño es más fiable, y

resulta mucho más rápida la detección

de alguna avería.

10

µP µC

Además del microprocesador

resultan necesarios otros dispositivos

para formar la computadora, lo cual se

deriva en un sistema de tamaño

considerable.

El tamaño se reduce

considerablemente, ya que solo bastan

el µC y los periféricos necesarios para

ejecutar una única tarea.

El costo del sistema construido a

partir de un microprocesador suele ser

elevado, ya que no son muy

comerciales.

El costo se reduce abismalmente, ya

que son mucho más comerciales.

Diferencias entre un µP y un µC (Elaboración propia)

1.5) Tarjeta entrenadora de microcontroladores

Una tarjeta entrenadora de microcontroladores PIC es un dispositivo modular que cuenta

con uno o más microcontroladores que, en conjunto con una serie de periféricos embebidos

o no en la misma, permiten verificar de manera sencilla en hardware un determinado proceso

diseñado en software. Actualmente la más popular es la tarjeta ARDUINO, la cual consiste

en un microcontrolador ATMEGA con conectores de propósito general embebidos en la

placa que sacan al exterior los pines de dicho dispositivo; cada conector tiene impresa su

leyenda correspondiente para la expansión de funciones de la tarjeta a través de diversos

periféricos, y actualmente existen distintas versiones de la misma, las cuales dependen

principalmente de las prestaciones del microcontrolador insertado en el zócalo respectivo de

dicha tarjeta entrenadora.

11

Fuente: (García, 2016)

1.6) Gama media de microcontroladores PIC

Abarca modelos con encapsulados desde 18 hasta 68 pines.

Presenta diversos componentes especiales, Pichucho (2007) expone: “Admisión de

interrupciones, comparadores de magnitudes analógicas, convertidores A/D, puertos serie,

salidas PWM, EEPROM interna y diversos temporizadores”. (Pág. 3)

Esta gama abarca las series 12FXXX y el PIC16FXXX y sus variantes.

Poseen un repertorio de 35 instrucciones de 14 bits cada una.

Figura 4 Tarjeta Entrenadora Arduino UNO

Figura 5 Tarjeta Entrenadora FACFYM

12

Pueden oscilar a una frecuencia máxima de 20 MHz.

Disponen de una Pila de 8 niveles, lo que permite el anidamiento de subrutinas.

La memoria de programa de estos dispositivos es de tipo Flash (ROM no volátil), la cual

se especifica en la nomenclatura 12FXXX y 16FXXX.

La gama media mejorada, serie 16F193X, posee un núcleo mejorado de gama media con

un repertorio de 49 instrucciones, capaz de oscilar a una frecuencia máxima de 32 MHz;

asimismo, posee más prestaciones en cuanto a niveles de pila, capacidad de memoria, etc.

1.7) Programación Assembler para µC PIC16FXXX

El lenguaje de programación ASSEMBLER se considera un lenguaje de bajo nivel, ya

que sus instrucciones resultan poco entendibles para los humanos, sin embargo, como

herramienta educacional es muy útil ya que el programador de ASSEMBLER deberá

conocer previamente la arquitectura interna del microcontrolador, así como sus registros de

configuración, por ello, su principal desventaja está en el tiempo de programación. Por otro

lado, ASSEMBLER posee una gran ventaja, Reyes (2008) explica: “La única ventaja de

programar en Ensamblador es la optimización de espacio en el PIC”. (Pág. 35)

1.8) Inicialización del reset de un microcontrolador

MCLR

El circuito tiene un filtro de entrada para prevenir falsos pulsos de MCLR . Por este pin

también se puede programar con Vpp = 14Vcd; por tanto, se recomienda proteger el voltaje

de alimentación de Vdd = 5Vcd del circuito de programación con una red, como se muestra

en la Figura 6.

13

Fuente: (Salvatierra, 2010, pág. 77)

Power-On Reset (POR)

Es un pulso que se realiza cuando el nivel de tensión de VDD pasa de 1.2 a 1.7 V;

Salvatierra (2010) expone: “este es uno de los pasos para el encendido normal del µC

saliendo de la condición de reset” (Pág. 78).

Power-Up Timer (PWRT)

Este temporizador es de 72 ms y opera una vez haya ocurrido el POR; Salvatierra (2010)

explica: “es un circuito RC que permite el tiempo al VDD para llegar a su valor nominal.

Durante este tiempo el chip se mantiene en reset” (Pág. 78). Se recomienda dejarlo

habilitado.

Oscillator Start-Up Timer (OST)

Este temporizador permite que se estabilice el oscilador luego del PWRT.

Figura 6 MCLR – Circuito recomendado

14

Brown-Out Reset (BOR)

BOR es un circuito que, en caso de ser activado, resetea el PIC si la alimentación del

mismo (VDD) cae por debajo de un nivel de tensión determinado por más de un tiempo

específico; los valores típicos son VBOR = 4V y TBOR = 100 µs, es decir, si VDD cae por

debajo de 4V por más de 100 µs, el PIC entrará en estado de reset hasta que VDD sea mayor

que VBOR, proceso que será temporizado con el PWRT.

1.9) Memoria de programa y de datos del µC PIC16FXXX

Memoria de programa del µC PIC16FXXX

Es de tipo Flash (ROM no volátil), la cual a diferencia de la memoria de programa de los

microcontroladores PIC16CXXX que era de tipo EEPROM, la primera es mucha más rápida

que esta última en los ciclos de escritura y borrado eléctrico; asimismo las memorias Flash

son de menor consumo y disponen de mayor capacidad. Por otro lado, la memoria de

programa del PIC almacena las instrucciones para la ejecución de un proceso y cada

instrucción ocupa una posición de memoria.

Memoria de datos del µC PIC16FXXX

Posee dos tipos de memoria de datos, una SRAM (RAM estática, volátil, de lectura y

escritura), la cual almacena los registros de configuración del PIC (registros de propósito

específico) y las variables que el usuario va creando a lo largo del programa (registros de

propósito general), y dispone también de una memoria EEPROM (no volátil, de lectura y

escritura) auxiliar para almacenar información relevante.

15

1.10) Set de instrucciones de los µC PIC16FXXX

Si bien existen tres tipos de set de instrucciones, CISC (Complex Instruction Set

Computer – Conjunto de Instrucciones Complejas para Computadora), RISC (Reduced

Instruction Set Computer – Conjunto de Instrucciones Reducidas para Computadora) y SISC

(Specific Instruction Set Computer – Conjunto de Instrucciones Específicas para

Computadora), los microcontroladores PIC se ubican en el segundo grupo con un repertorio

de 35 instrucciones; Salvatierra (2010) explica: “el número reducido de instrucciones

permite el uso de segmentación, lo cual hace más rápido el sistema” (Pág. 31).

1.11) Contador de programa (PC)

Este registro, normalmente denominado Program Counter (Contador de Programa) o PC

por sus siglas en inglés, es un registro interno del PIC totalmente equivalente al de cualquier

microprocesador, que contiene la dirección de la próxima instrucción a ejecutar.

Palacios, Remiro, & López (2004) explica:

“Este registro contiene la dirección de la próxima instrucción a ejecutar y se incrementa

automáticamente de manera que la secuencia natural de ejecución del programa es lineal,

una instrucción después de la otra” (Pág. 39).

Algunas instrucciones denominadas “de control”, cambian el contenido del PC alterando

la secuencia lineal de ejecución, como los salteos condicionales, las instrucciones de salto

y los llamados a subrutina; los primeros producen un incremento adicional del PC si se

cumple una condición específica, haciendo que el programa saltee sin ejecutar la instrucción

siguiente; los dos últimos permiten cargar en forma directa un valor constante en el PC,

haciendo que el programa salte a cualquier posición de la memoria de programa.

Palacios, Remiro, & López (2004) enseña también:

16

“Cuando el microcontrolador se conecta a la alimentación o cuando ocurre un reset, el

contador de programa se pone a cero forzando así que la dirección de inicio sea la 000h.

La primera instrucción ejecutada será la que esté grabada en esta posición” (Pág. 39).

Tabla 2

Direccionamiento en la memoria de programa a través del PC

Fuente: (Propia)

1.12) Ciclo de máquina

El ciclo de instrucción o ciclo de máquina equivale a cuatro ciclos de reloj, ya que se

requieren cuatro ciclos de reloj para llevar a cabo la ejecución de una instrucción.

Tabla 3

Tabla de equivalencias

Ciclo de Reloj Ciclo de Instrucción

𝑇𝐶𝐿𝐾 𝑇𝐶𝑌

𝑇𝐶𝐿𝐾 = 1/𝐹𝑂𝑆𝐶

𝐹𝑂𝑆𝐶: Frecuencia de oscilación

𝑇𝐶𝑌 = 4 ∗ 𝑇𝐶𝐿𝐾

Equivalencias entre ciclos de reloj e instrucción (Elaboración propia)

DIRECCIÓN

DE MEMORIA PC

0x00 0x01

0x02 0x03

.

.

.

0xFC 0xFD

0xFE 0xFF

17

De esta manera, si un microcontrolador trabaja a una frecuencia de oscilación de 4 MHz,

el ciclo de instrucción (𝑇𝐶𝑌) será de 1 μs, es decir, cada instrucción emplea 1 μs para

ejecutarse; asimismo, el ciclo de reloj (𝑇𝐶𝐿𝐾) será de 250 ns.

Consecuentemente, podemos deducir lo siguiente con respecto al tiempo de ejecución

de una instrucción:

Instrucción Normal ≡ 1 ciclo de instrucción = 1*𝑇𝐶𝑌

Instrucción de Salto ≡ 2 ciclos de instrucción = 2*𝑇𝐶𝑌

1.13) Segmentación de memoria – Pipeline

Se aplica en la ejecución de las instrucciones y permite al procesador simultáneamente,

ejecutar una instrucción y buscar el código de la siguiente; todo esto en 4 pasos:

PASO 1: Incrementar el PC para ubicar la dirección de memoria de programa.

PASO 2: Buscar el código de la instrucción en la dirección de memoria, previamente

ubicada, para luego cargarlo en el Registro de Instrucciones.

PASO 3: Decodificar el código de la instrucción.

PASO 4: Ejecutar el código de la instrucción.

Estos cuatro pasos pueden a su vez resumirse en dos, de los cuales, los dos primeros

forman el proceso de BÚSQUEDA (de la siguiente instrucción) y los dos últimos el proceso

de EJECUCIÓN (de la instrucción actual).

Tabla 4

Segmentación de memoria

PROGRAMA CICLO 1 CICLO 2 CICLO 3 CICLO 4

INSTRUCCIÓN 1 BÚSQUEDA 1 EJECUTA 1 INSTRUCCIÓN 2 BÚSQUEDA 2 EJECUTA 2 INSTRUCCIÓN 3 BÚSQUEDA 3 EJECUTA 3 INSTRUCCIÓN 4 BÚSQUEDA 4 Funcionamiento del PIPELINE (Elaboración propia)

18

1.14) Pila o stack de un microcontrolador

El STACK es una memoria interna dedicada, de tamaño limitado, separada de las

memorias de datos y de programa, inaccesible al programador, y organizada en forma de

pila que es utilizada solamente, y en forma automática, para guardar las direcciones de

retorno de subrutinas e interrupciones.

Cada posición es de 11 bits y permite guardar una copia completa del PC.

Los datos son accedidos de manera tal que el primero que entra es el último que sale.

En los PIC de gama baja el STACK es de 2 niveles, es decir, se pueden anidar hasta dos

niveles de subrutinas; esto implica que, después de ser llamada la primera subrutina, dentro

de esta se puede llamar a una segunda, pero dentro de esta última no podrá llamarse a una

tercera ya que ocurriría un desbordamiento de pila, es decir, al almacenar la dirección de la

tercera subrutina se perderá la dirección de la primera en vista de que la estructura de datos

de la pila del microcontrolador es de tipo LIFO (Last In First Out – Primero en Entrar

Último en Salir).

1.15) Ejemplo de llamado y retorno de subrutina

Una subrutina (también llamada función o subprograma) es una porción de código dentro

del programa principal, que realiza una tarea específica y es relativamente independiente del

resto del código.

En ASSEMBLER, el programa principal al llamar a una subrutina queda dormido hasta

que la subrutina termine, ya que al realizarse la llamada a una subrutina, automáticamente

se guarda en el nivel adecuado de la pila la dirección de la instrucción actual, de modo que,

al retornar de la subrutina, continúe la ejecución del programa desde donde fue llamada la

subrutina.

19

Fuente: (Ruggiero, 2011, pág. 6)

1.16) Sistema de interrupciones

Al aparecer una petición de interrupción, lo primero que hace el microcontrolador es

ejecutar la instrucción actual después de que se detiene el proceso de ejecución de programa.

Como resultado, la dirección de memoria de programa actual se apila automáticamente y

la dirección por defecto (predefinida por el fabricante) se escribe en el Contador de Programa

(PC). La localidad en la que el programa continúa con la ejecución se denomina vector de

interrupción. En el caso del microcontrolador PIC16FXXX esta dirección es 0x0004h.

Como se muestra en la Figura 8, la localidad que contiene el vector de interrupción se

omite durante la ejecución del programa regular. Una parte del programa que se ejecutará al

hacer una petición de interrupción se denomina rutina de interrupción; su primera

instrucción se encuentra en el vector de interrupción. Cuánto tiempo tardará en ejecutarse

esta subrutina y cómo será, depende de la destreza del programador, así como de la fuente

de interrupción.

Consecuentemente, la primera parte de la rutina de interrupción consiste en detectar la

fuente de interrupción; por fin, al reconocer la fuente de interrupción y al terminar de ejecutar

Figura 7 Ejemplo de llamado y retorno de subrutina

20

la rutina de interrupción, el microcontrolador alcanza la instrucción RETFIE, toma la

dirección de la pila y continúa con la ejecución del programa regular desde donde se

interrumpió.

Fuente: (MikroElecktronika, 2015)

1.17) Microcontroladores PIC16FXXX

A continuación, se citan las principales características de tres microcontroladores

PIC16FXXX; la siguiente información ha sido tomada de las hojas de datos de los

dispositivos, proporcionada por Microchip, fabricante de los mismos:

Tabla 5

Tabla de Características

Característica PIC16F628A PIC16F873A PIC16F877A

Versión PDIP: Número

de pines

18 pines 28 pines 40 pines

Puertos 2 3 5

Pines de E/S 16 22 33

Figura 8 Proceso de una interrupción

21


Frecuencia máxima de

operación

20 MHz 20 MHz 20 MHz

Precisión del oscilador

RC interno

4 MHz ± 1% No tiene No tiene

Bancos internos de

memoria

4 4 4

Capacidad de cada

banco de memoria

128 bytes 128 bytes 128 bytes

Número de bits del PC 13 bits 13 bits 13 bits

Capacidad de memoria

de programa FLASH

2048 palabras por

14 bits

4096 palabras por

14 bits

8192 palabras por

14 bits

Capacidad de memoria

de datos SRAM

224 bytes 192 bytes 368 bytes

Capacidad de EEPROM

interna

128 bytes, hasta un

millón de ciclos de

lectura/escritura

192 bytes, hasta un

millón de ciclos de

lectura/escritura

256 bytes, hasta

un millón de

ciclos de

lectura/escritura

Capacidad de retención

de la EEPROM interna

> 40 años > 40 años > 40 años

Interrupciones

disponibles

10 14 15

TIMERS

2 (8 bits)

1 (16 bits)

2 (8 bits)

1 (16 bits)

2 (8 bits)

1 (16 bits)

Módulos CCP (PWM) 1 2 2

22


Módulo USART 1 1 1

Canales analógicos 4 5 8

Módulo MSSP (SPI e

I2C)

No tiene 1 1

Comparadores

analógicos

2 2 2

Referencias de voltaje

interno

Sí Sí Sí

Módulo ADC No tiene 1 1

Resolución del ADC No tiene 10 bits 10 bits

Voltaje de operación 2V – 5.5V 2V – 5.5V 2V – 5.5V

Máxima corriente por

pin de E/S (modo

sumidero)

25 mA 25 mA 25 mA

Máxima corriente por

pin de E/S (modo

fuente)

25 mA 25 mA 25 mA

Disipación de potencia

total

800 mW 1 W 1 W

Voltaje de Brown-Out

Reset

Mínimo: 3.65 V

Típico: 4V

Máximo: 4.35 V

Mínimo: 3.65 V

Típico: 4V

Máximo: 4.35 V

Mínimo: 3.65 V

Típico: 4V

Máximo: 4.35 V

23


Compatible con

comunicaciones

paralelas (PSP)

No No Sí

Consumo de energía Bajo Bajo Bajo

Protección de código

programable Sí Sí Sí

Temperatura de

almacenamiento

-65 °C a +150 °C -65 °C a +150 °C -65 °C a +150 °C

Corriente máxima en el

pin VDD

250 mA 250 mA 250 Ma

Características de 3 µC PIC16FXXX – Gama Media (Elaboración propia)

Fuente: (Microchip, PIC16F627A/628A/648A Data Sheet, 2007, pág. 2)

Figura 9 Diagrama de Pines del PIC16F628A

24

Fuente: (Microchip, PIC16F87XA Data Sheet, 2003, pág. 2)

Fuente: (Microchip, PIC16F87XA Data Sheet, 2003, pág. 3)

1.18) Tipos de osciladores

El PIC16FXXX puede utilizar cuatro tipos diferentes de reloj oscilador externos.

Pichucho (2007) dice: “El tipo de oscilador dependerá de la precisión (Ej.: para las rutinas

de tiempo), velocidad y potencia que se necesite” (Pág. 8).

Por otro lado, resume también los diferentes tipos de osciladores de la siguiente manera:

Oscilador tipo “HS” para frecuencias mayores a 4 MHz; en el caso del PIC16FXXX

podrá instalarse un oscilador de hasta 20 MHz.

Oscilador tipo “XT” para frecuencias no mayores de 4 MHz.



25

Oscilador tipo “LP” para frecuencias entre 32 y 200 KHz.

Oscilador tipo “RC” para frecuencias no mayores de 5.5 MHz.

Luego, para programar un microcontrolador debe especificarse el tipo de oscilador que

se va a utilizar, de esta manera, si la frecuencia de trabajo es de 10 MHz la configuración del

oscilador deberá estar en “HS”; pero si la frecuencia de trabajo es de 4 MHz entonces la

configuración del oscilador deberá estar en “XT”.

1.19) Configuraciones del oscilador

Las siguientes imágenes ilustran las configuraciones del oscilador externo para cualquier

PIC16FXXX de gama media, tomando como referencia el PIC16F628A.

Fuente: Propia

Figura 12 Oscilador XT, HS o LP para el PIC16F628A

26

5 KΩ ≤ R ≤ 100 KΩ

C ≥ 20 pF

Fuente: Propia

1.20) Modulación PWM

PWM es un tipo de señal periódica de voltaje, cuadrada o sinusoidal, utilizada para enviar

información o para modificar la cantidad de energía que se envía a una carga; sin embargo,

dicha señal resulta modificable en el ciclo de trabajo (tiempo en el cual permanece en estado

alto), mas no en su amplitud. Asimismo, la unidad de medida de esta variación se especifica

en porcentaje, por ello, la expresión matemática de una PWM es:

𝐷 =𝑃𝑖

𝑇∗ 100%

Donde:

𝐷 = ciclo de trabajo

𝑃𝑖 = Tiempo en que la señal es positiva

𝑇 = Periodo

Consecuentemente, si el ciclo de trabajo de una onda cuadrada es del 25% significa que

el 25% del periodo estará en estado alto y el 75% en estado bajo.

Figura 13 Oscilador tipo RC

27

Fuente: (Elaboración propia)

1.21) Comunicación serial

La comunicación serial implica transmitir datos, bit a bit, a través de una única línea, esto

la hace más lenta que la comunicación paralela, sin embargo, esta última implica un elevado

número de cables según el ancho del dato ya que se destina un cable para cada bit, lo cual

dificultaría la transmisión de datos a largas distancias si tenemos en cuenta la capacitancia

de los cables y el tamaño de los datos.

Por otro lado, la comunicación serial al utilizar un único cable permite la transmisión de

datos, sea cual sea el tamaño de los mismos, a distancias muy grandes; Reyes (2008) afirma:

“(…) en la norma RS232 a 15 metros, en la norma RS422/485 a 1200 metros y utilizando

un MODEM, a cualquier parte del mundo” (Pág. 137).

Comunicación serial asíncrona

Necesita solo una línea para la comunicación, la de los datos, de manera tal que para la

validación de los mismos emplea mecanismos como referencia tierra (RS232) o voltajes

diferenciales (RS422/485).

Figura 14 Ejemplo de Señal PWM con Duty Cicle al 30%

28

Respecto a la velocidad de transmisión de datos, Reyes (2008) explica: “(…) la duración

de cada bit es determinada por la velocidad de transmisión de datos que se debe definir

previamente entre ambos equipos” (Pág. 137).

Comunicación serial síncrona

Reyes (2008) explica: “Además de la línea para la transmisión de datos, necesita otra

línea que contenga los pulsos de reloj, estos a su vez indican cuándo un dato es válido”

(Pág. 137).

1.22) Modos de transmisión de datos

Simplex

La comunicación ocurre en un solo sentido, o se transmite o se recibe, pero no se pueden

hacer las dos cosas a la vez. Reyes (2008) dice: “(…) un ejemplo claro es la radiodifusión,

en donde la estación es el transmisor y los radios son los receptores” (Pág. 127).

Half – Duplex

La comunicación se produce en ambos sentidos, es decir, una estación puede transmitir y

recibir, pero no simultáneamente. Reyes (2008) expone: “(…) un ejemplo son los llamados

radios WALKING TALKING, en donde un operador presiona el botón y habla, luego suelta

el botón y el otro usuario presiona el botón para contestar” (Pág. 127).

29

Full – Duplex

La comunicación se produce en ambos sentidos simultáneamente, pero solo entre dos

estaciones, una transmisora y otra receptora. Reyes (2008) afirma: “(…) un ejemplo es la

telefonía móvil” (Pág. 127).

Full/Full – Duplex

La comunicación ocurre en ambos sentidos simultáneamente, no obstante, entre una

estación transmisora/receptora y diversas estaciones también transmisoras/receptoras, al

mismo tiempo. Reyes (2008) afirma: “Esta transmisión se utiliza casi exclusivamente con

circuitos de comunicación de datos” (Pág. 127).

1.23) Protocolo de comunicaciones I2C

La comunicación I2C es un tipo de comunicación síncrona, la cual emplea dos líneas para

la comunicación, una para la transmisión y recepción de datos (SDA) y otra para los pulsos

de reloj (SCL).

Respecto a la velocidad de transmisión, Reyes (2008) expone: “Su velocidad de

transmisión puede ser de 100 Kbits/seg. en el modo standard, 400 Kbits/seg. en el modo

rápido y 3.4 Mbits/seg. en alta velocidad” (Pág. 152).

Puede constar de un solo maestro conectado a un solo esclavo, de varios maestros

compartiendo el mismo bus con un único esclavo (multimaestro), o de varios esclavos

compartiendo el mismo bus con un único maestro (multiesclavo); en cualquiera de los casos,

cada dispositivo esclavo necesita un código de dirección seleccionable vía software, por lo

que la relación Maestro/Esclavo es permanente.

30


Tabla de capacidades de EEPROM I2C 24Cxx (Reyes, 2008, pág. 152)

1.24) Protocolo de comunicaciones SPI

SPI (Serial Peripherical Interface – Interfaz Periférica Serial) es un tipo de comunicación

serial síncrona FULL DUPLEX, es decir, la comunicación entre el maestro y un esclavo

ocurre en ambos sentidos simultáneamente, siendo el maestro el dispositivo que controla el

bus e inicia la comunicación, y el esclavo es el dispositivo direccionado.

Figura 15 Esquema de comunicación I2C con una EEPROM 24C04

Tabla 6

Tabla de capacidades

31

Fuente: (López, 2011, pág. 2)

A diferencia de la comunicación I2C, en la cual un esclavo es seleccionado por medio de

un código de direccionamiento, en la comunicación SPI un esclavo es direccionado por

medio de una línea selectora Chip Select o Select Slave, donde cada una de estas líneas es

dedicada para cada esclavo; de esta manera, las líneas para el intercambio de datos se

denominan SDO (los datos van del Maestro hacia el Esclavo), SDI (los datos van del Esclavo

hacia el Maestro) y la línea de reloj SCK.

Cabe resaltar además que, los paquetes transmitidos son de 8 bits, y a diferencia de la

comunicación I2C, en la comunicación SPI pueden existir muchos esclavos, pero solo puede

haber un maestro.

1.25) Protocolo de comunicaciones Bluetooth

El estándar Bluetooth es una norma abierta, cuya ventaja es que posibilita la conexión

inalámbrica de corto alcance de voz y datos entre ordenadores, portátiles, agendas digitales

personales, teléfonos móviles, impresoras, escáneres, cámaras digitales e incluso

dispositivos de casa, a través de una banda disponible a nivel global (2.4 GHz).

Figura 16 Diagrama de conexiones del bus SPI – Modo multiesclavo

32

Principales objetivos

- Facilitar las comunicaciones entre equipos móviles y fijos.

- Eliminar cables y conectores entre estos.

- Posibilitar la creación de pequeñas redes inalámbricas facilitando la sincronización

de datos entre nuestros equipos personales.

No obstante, Bluetooth está diseñado especialmente para dispositivos de bajo consumo,

con una cobertura baja y basada en transceptores de bajo coste, por ello, este protocolo

permite la comunicación entre dispositivos siempre y cuando estén dentro de un determinado

alcance, ya que las comunicaciones se realizan por radiofrecuencia.

Asimismo, los dispositivos no necesitan alinearse, de modo que pueden estar en

habitaciones separadas si la potencia de transmisión lo permite.

Clasificación del Bluetooth

Los dispositivos Bluetooth se clasifican, según la potencia de transmisión y

compatibilidad entre clases diversas en: Clase 1, Clase 2 y Clase 3.

Asimismo, el ancho de banda es la cantidad de bits que pueden transmitirse en un segundo

(bits/s), unidad de medida conocida también como Baudio; de este modo, 9600 Baudios

significan 9600 bits/s.

Clasificación del Bluetooth (Franco & Montesdeoca, 2014, pág. 27)

Tabla 7

Tabla de clasificación del Bluetooth

33

En la tecnología Bluetooth, cada versión de este protocolo tiene un ancho de banda

distinto.

Clasificación del Bluetooth según el ancho de banda (Franco & Montesdeoca, 2014, pág. 27)

1.26) Protocolo de comunicaciones RS232

El protocolo de comunicaciones RS232 permite la comunicación serial asíncrona entre

dos dispositivos a distancias mayores de 2 metros; sin embargo, a fin de que la lectura de

datos sea correcta, ambos equipos deben ser configurados previamente a la misma velocidad

y demás parámetros.

Los niveles de voltaje están establecidos de la siguiente manera: para señal “1” lógica,

–5V a –15V en el transmisor y –3V a –25V en el receptor, mientras que, para señal “0”

lógica, +5V a +15V en el transmisor y +3V a +25V en el receptor.

En la Figura 17 se muestra el esquema de un dato enviado serialmente a 2400, 8N1 (2400

bits/s, sin paridad, 8 bits de dato y bit de parada), correspondiente al número 68, carácter

ASCII de “D” (B'01000100'), el tiempo de un bit es de 416 µs, así que el receptor revisa el

bit de arranque después de 208 µs, y luego cada 416 µs.

Tabla 8

Tabla de velocidades

34


Respecto a la Figura 17, Reyes (2008) explica:

“(…) la señal permanece en un nivel lógico alto mientras no realiza ninguna

transferencia de datos. Para empezar a transmitir datos el transmisor coloca la línea en

nivel bajo durante el tiempo de un bit (416 μs para 2400 bits/s), este se llama el bit de

arranque, a continuación, empieza a transmitir con el mismo intervalo de tiempo los bits de

datos, que pueden ser de 7 u 8 bits, comenzando por los bits menos significativos y

terminando por los más significativos. Al final de la transmisión de datos se envía el bit de

paridad, si estuviera activa esta opción y por último los bits de parada, que pueden ser 1 o

2, después de esto la línea vuelve a un estado lógico alto, y el transmisor está listo para

enviar el siguiente dato” (Pág. 128).

En la Figura 18 se presenta un esquema de comunicación serial usando la norma RS232;

el dato enviado es el mismo que el de la Figura 17, con la diferencia que la lógica es inversa;

de esta manera, 1 equivale a -10V y 0 a +10V.

Figura 17 Ejemplo de comunicación serial sin paridad

35


1.27) Protocolo de comunicaciones 1 – wire

La comunicación de una línea es de tipo serial asíncrona, en la cual el bus de 1 línea

(1–Wire Bus), ideado por Dallas Semiconductors, permite la transmisión de información a

través de un único cable.

La forma común de conexión es la siguiente:

- Un maestro, que suele ser un microcontrolador, lleva el control del bus.

- Uno o más esclavos envían información y son gobernados por el maestro.

En vista de que puede haber varios dispositivos esclavos conectados al bus, la línea de

transmisión es en drenador abierto, esto permite a cada dispositivo conectado al bus, cederlo

cuando no exista una transmisión en curso, haciendo posible que el bus sea usado por otros

dispositivos.

Asimismo, se requiere de una resistencia de Pull-Up de al menos 4.7 KΩ; de esta manera,

el estado de reposo del bus será el nivel alto, resultando similar al protocolo de red Ethernet,

en el cual los dispositivos pueden energizarse, ya sea mediante una línea dedicada para la

tensión positiva (VCC) o bien por medio del bus, y en este último caso se necesitarán tan

Figura 18 Esquema de comunicación serial usando la norma RS232

36

solo dos cables, uno para la tensión negativa (GND) y otro para los datos, lo cual representa

una ventaja a nivel de hardware.

La desventaja de este protocolo es que es de baja velocidad.


1.28) Señal analógica

Es un tipo de señal continua en el tiempo, de esta manera, en función del tiempo resultan

variables su periodo y su amplitud; generalmente son producidas por un fenómeno electro-

magnético y se representan mediante una función matemática.

Fuente: (Elaboración Propia – Matlab)

Figura 19 Bus de comunicación 1–Wire

Figura 20 Ejemplo de señal analógica

37

Un ejemplo de este tipo de señales son la tensión y corriente alternas, la temperatura, la

presión, el sonido, la intensidad de luz, etc.

1.29) Conversión analógica digital

Consiste en transcribir señales analógicas en digitales, con el propósito de facilitar su

procesamiento (codificación, compresión, etc.) y hacer la señal resultante (digital) más

inmune al ruido y otras interferencias a las que son más sensibles las señales analógicas.

Un requisito fundamental para llevar a cabo la conversión analógica digital es el Teorema

de Nyquist, el cual indica que la frecuencia de muestreo debe ser igual o mayor al doble de

la frecuencia de la señal analógica original.

De esta manera, 𝐹𝑆 ≥ 2 ∗ 𝐵𝑊, donde 𝐹𝑆 es la frecuencia de muestreo, mientras que 𝐵𝑊 es

el ancho de banda de la señal original, el cual se define como la diferencia entre la frecuencia

del más alto de sus armónicos y el más bajo, es decir: 𝐵𝑊 = 𝑓𝑚𝑎𝑥 − 𝑓𝑚𝑖𝑛.

Asimismo, otro parámetro importante derivado de 𝐹𝑆 es 𝑇𝑆, el periodo de muestreo, ya

que 𝑇𝑆 = 1/𝐹𝑆, este parámetro indica cada qué tiempo se muestrea la señal; por ello,

mientras más alta sea 𝐹𝑆, más bajo será 𝑇𝑆 y viceversa.

Fuente: (MUESTREO Y CONVERSIÓN ANALÓGICA DIGITAL, s.f.)

Figura 21 Señal analógica muestreada como paso previo a su tratamiento digital

38

Por último, una 𝐹𝑆 más alta no significa que 𝐵𝑊 deba ser también más alto, por el

contrario, mientras 𝐹𝑆 no se limite específicamente al doble de 𝐵𝑊, sino que sea incluso el

triple de 𝐵𝑊, se obtendrá un mayor rango de valores discretos para la señal analógica original

debido a que 𝑇𝑆 será más bajo.

Consecuentemente, un mayor número de muestras es la mejor garantía que encontraremos

para poder recuperar la señal original a partir de las muestras; sin embargo, tener una

frecuencia de muestreo (𝐹𝑆) relativamente alta puede generar un volumen de información

excesiva para nuestros intereses, es decir, demasiadas muestras a tratar.

1.30) Conversión digital analógica

Es el proceso inverso a la conversión analógica digital, y consiste en tomar muestras en

formato digital (valores discretos) y convertirlas en una señal analógica (valores continuos),

para ello, cada valor binario es asociado por un ADC a un nivel de tensión preestablecido,

de modo tal que genera muestras de tensión utilizando dichos niveles y aplicando un

intervalo de tiempo constante entre muestras; para ello, se une cada muestra con la que le

sucede, ya que dicha unión es necesaria para que la señal vuelva a ser continua en el tiempo.

Fuente: (Niple Blog, 2018)

Figura 22 Red de resistencias en escalera para un DAC

https://es.wikipedia.org/wiki/Conversor_anal%C3%B3gico_digital

39

1.31) Tipos de muestreo para encuestas

Muestreo probabilístico: Según lo expone (Universo Formulas, s.f.), se denomina

también muestreo aleatorio, y es la técnica de elección de la muestra en la que los

individuos son elegidos aleatoriamente y todos tienen probabilidad positiva de formar

parte de ella; asimismo, las muestras seleccionadas por métodos de muestreo

probabilístico son más representativas que los métodos de muestreo no probabilístico,

sin embargo, no siempre es posible seleccionar las muestras aleatoriamente.

Fuente: (Universo Formulas, s.f.)

Muestreo no probabilístico o no aleatorio: Los elementos son elegidos a juicio del

investigador y no se conoce la probabilidad con la que se puede seleccionar a cada

individuo; por ende, el muestreo no probabilístico se utiliza cuando es imposible o muy

difícil obtener la muestra por métodos de muestreo probabilístico.

(Universo Formulas, s.f.) explica: “Las muestras seleccionadas por métodos de muestreo

no probabilísticos intentan ser representativas bajo los criterios del investigador, sin

Figura 23 Muestreo probabilístico o aleatorio

https://www.universoformulas.com/estadistica/inferencia/muestreo-no-probabilistico/

https://www.universoformulas.com/estadistica/descriptiva/muestra-estadistica/

https://www.universoformulas.com/estadistica/inferencia/muestreo-probabilistico/


40

embargo, de ninguna manera garantizan la representatividad, ya que de inicio no se

conoce a todos los sujetos y estos tendrán probabilidad cero de estar en la muestra”.


1.32) Muestreos no probabilísticos

Muestreo por cuotas: Se basa en seleccionar la muestra después de dividir la población

en grupos o estratos. Los sujetos dentro de cada grupo se eligen por métodos no

probabilísticos.

Muestreo de bola de nieve o muestreo por referidos: Se realiza

sobre poblaciones donde no se conoce a sus individuos o es muy difícil acceder a ellos.

Se llama muestreo de bola de nieve porque cada sujeto estudiado propone a otros,

produciendo un efecto acumulativo parecido a una bola de nieve.

Muestreo por conveniencia: Consiste en seleccionar a los individuos que convienen al

investigador para la muestra. Esta conveniencia se produce porque al investigador le

resulta más fácil examinar a estos sujetos, ya sea por proximidad geográfica, por ser sus

amigos, etc.

Figura 24 Muestreo no probabilístico o no aleatorio

https://www.universoformulas.com/estadistica/inferencia/muestreo-cuotas/

https://www.universoformulas.com/estadistica/inferencia/muestreo-bola-nieve/

https://www.universoformulas.com/estadistica/descriptiva/poblacion-estadistica/

https://www.universoformulas.com/estadistica/inferencia/muestreo-conveniencia/


41


Muestreo casual o accidental: Los individuos son elegidos de manera casual, sin ningún

juicio previo. Las personas que realizan el estudio eligen un lugar o un medio, y desde

ahí realizan el estudio a los individuos de la población que accidentalmente se encuentren

a su disposición.

Muestreo discrecional o muestreo por juicio: Los sujetos se seleccionan en base al

conocimiento y juicio del investigador. El investigador selecciona a los individuos a

través de su criterio profesional. Puede basarse en la experiencia de otros estudios

anteriores o en su conocimiento sobre la población y el comportamiento de ésta frente a

las características que se estudian.

Figura 25 Muestreo no probabilístico por conveniencia

https://www.universoformulas.com/estadistica/inferencia/muestreo-casual/


https://www.universoformulas.com/estadistica/inferencia/muestreo-discrecional/


42

CAPÍTULO II: DISEÑO METODOLÓGICO

En este capítulo, se presentan los planos correspondientes a la infraestructura de la tarjeta

entrenadora. Nuestra herramienta informática para el diseño de la tarjeta entrenadora fue la

versión 7.6.0 del programa EAGLE, un software de CAD electrónico bastante utilizado en

la Ingeniería Electrónica, ya que le permite al diseñador tener mayor libertad y control de la

arquitectura de su proyecto, respecto a la posición de los dispositivos, el tamaño de las

leyendas, el acabado de las pistas, etc. La desventaja de este programa es el tiempo que le

demanda al usuario, el diseño de su proyecto, dependiendo del tamaño del mismo.

Por otro lado, la Tarjeta Entrenadora FACFYM se basa en un conjunto de etapas o

módulos embebidos, algunos para la inserción y/o acoplamiento inmediato de otros

módulos; la mayoría de etapas son de diseño propio, otras están basadas en diversas fuentes

de información y adaptadas a la infraestructura de la tarjeta, previamente probadas en una

protoboard a fin de ajustar los valores y/o características de algunos componentes, por ello,

cabe mencionar que las imágenes mostradas en este capítulo son de fuente propia.

Por último, la arquitectura de la Tarjeta Entrenadora FACFYM, además del aporte

científico de los investigadores involucrados en el estudio de la problemática que los motivó

para el desarrollo de este proyecto, está basada en las opiniones y necesidades de los

estudiantes de Ingeniería Electrónica, ya que por medio de la colaboración de una muestra

de ellos mediante las encuestas pertinentes, se tomaron las decisiones adecuadas acerca de

qué etapas debían incluirse en la tarjeta y qué etapas no, para luego proceder a diseñarla.

43

2.1) Panel de control del software EAGLE 7.6.0

Este software fue nuestra herramienta informática para el diseño de la tarjeta entrenadora;

puede ser descargado desde el sitio web oficial de AUTODESK para dicha versión de

EAGLE: http://eagle.autodesk.com/eagle/software-versions/2.

2.2) Diagrama esquemático del software EAGLE 7.6.0

Aquí se diseña el circuito como tal, insertando y conectando los componentes.

Figura 26 Panel de Control del software EAGLE 7.6.0

Figura 27 Diagrama esquemático de la Tarjeta Entrenadora FACFYM

http://eagle.autodesk.com/eagle/software-versions/2

44

2.3) Diagrama PCB del software EAGLE 7.6.0

En este entorno se agregan automática y simultáneamente, según el diagrama

esquemático, los componentes reales en 2D que conforman el proyecto; sin embargo, se

agregan de manera desordenada, por ello se recomienda que los componentes y conexiones

en esta ventana, el usuario los ordene al tiempo que diseña.

Figura 28 Diagrama PCB de la Tarjeta Entrenadora FACFYM

45

2.4) Módulo PICkit 2 Clone

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica la verificación de resultados para

diversas aplicaciones desarrolladas con tres microcontroladores PIC16FXXX de gama

media de Microchip, ya que con este módulo podrá grabar los códigos de programación

en el microcontrolador PIC16FXXX correspondiente, una vez concluya su aplicación.

Este diseño no es de autoría propia, fue tomado de (INVENTABLE.eu, 2013).

Si bien Microchip ha lanzado ya las versiones 3 y 4 de PICkit, para este trabajo de

investigación se optó por la versión 2 por las siguientes razones:

Figura 29 Módulo PICkit 2 Clone – Esquemático

46

Mayor facilidad de clonación de hardware; la cantidad de diseños experimentales

disponibles en la web es mayor que para las versiones más recientes del PICkit.

Está basado principalmente en el PIC18F2550, un PIC de gama alta de Microchip,

económico y bastante comercial.

Compatible con cualquiera de los microcontroladores PIC16FXXX de Microchip.

2.5) Selector de fuente de energía para etapas de control

Objetivo

Mantener la tensión de 5 V estable, ya que en base a las pruebas experimentales previas

en protoboard, se comprobó que mientras más etapas de control se energizaban, la

tensión de 5V proveniente del puerto USB de la computadora disminuía aproximada-

mente hasta 4.6 V debido al bajo suministro de corriente cuando se usaba el puerto USB

de una laptop, ya que este proveía como máximo 500 mA.

Promover en el estudiante de Ingeniería Electrónica la correcta lectura de un LED como

indicador, en este caso, cuando la polaridad de la fuente auxiliar sea incorrecta.

Figura 30 Selector de Fuente de Energía para Etapas de Control – Esquemático

47

Fomentar en el estudiante de Ingeniería Electrónica la precaución que debe asumir al

conmutar manualmente un circuito electrónico; asimismo, que sea capaz de analizar

cuándo debe utilizar una de las dos fuentes de energía para las etapas de control de la

tarjeta entrenadora FACFYM.

2.6) Protección contra cortocircuito para etapas de control

Objetivo

Proteger, tanto las etapas de control de la tarjeta entrenadora FACFYM, como la fuente

de alimentación utilizada para energizarlas.

Acostumbrar al estudiante de Ingeniería Electrónica a regular y/o calibrar parámetros

básicos como corriente y voltaje en tiempos relativamente pequeños; de esta manera, se

incrementa además la habilidad del estudiante en el uso de instrumentos de medición.

Ensayar cortocircuitos intencionales, de tal manera que el estudiante de Ingeniería

Electrónica compruebe la importancia de este tipo de etapas en el diseño de un circuito

Figura 31 Protección contra Cortocircuito para Etapas de Control – Esquemático

48

eléctrico y/o electrónico, teniéndola en cuenta para el diseño de sus propios circuitos

electrónicos a largo plazo.

2.7) Grabador de microcontrolador PIC12FXXX

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica la grabación de un microcontrolador

PIC de gama media serie 12FXXX mediante un circuito sencillo y eficaz, ya que se

requiere un circuito especial para grabar este tipo de PIC; asimismo, el estudiante debe

tener presente que este módulo solo es para grabar y/o leer, no para entrenar.

Fomentar en el estudiante de Ingeniería Electrónica la precaución para insertar y/o

extraer un chip de tipo PDIP de un zócalo del mismo tipo, una vez que haya realizado

la tarea correspondiente.

Figura 32 Grabador de Microcontrolador PIC12FXXX – Esquemático

49

2.8) Módulo de grabación de EEPROM I2C

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica la grabación de memorias EEPROM

I2C serie 24C/LCXX mediante el módulo PICkit 2 Clone embebido también en la

Tarjeta Entrenadora FACFYM y el software PICkit 2 Programmer.

Concientizar al estudiante de Ingeniería Electrónica en el uso de memorias EEPROM,

especialmente al momento de manipularlas con las yemas de los dedos, ya que este tipo

de dispositivos son sensibles a las descargas electrostáticas, por lo que el estudiante

deberá asegurarse de haberse descargado él y su entorno antes de manipular el chip.

Incrementar en el alumno la capacidad de identificar módulos embebidos en una tarjeta

de circuitos electrónicos mediante su respectiva descripción proporcionada en el manual

de instrucciones del producto; así como a través de diversas leyendas registradas en

dicha plataforma.

Forjar en el estudiante de Ingeniería Electrónica la precaución para insertar y/o extraer

un chip de tipo PDIP, una vez que haya realizado la tarea correspondiente.

Figura 33 Módulo de Grabación de EEPROM I2C – Esquemático

50

2.9) Entrenador de microcontroladores PIC16FXXX de 18 pines

Figura 34 Entrenador de µC PIC16FXXX de 18 Pines – Esquemático

51



52



53

2.12) Objetivo de los tres microcontroladores PIC16FXXX

Educar al estudiante de Ingeniería Electrónica en el uso de microcontroladores

PIC16FXXX de Microchip para el desarrollo de diversas aplicaciones partiendo de

su vasta comercialización en el mercado peruano, su accesibilidad económica y,

además, su sencilla programación en diversos lenguajes.

Involucrar hasta 3 microcontroladores PIC16FXXX para el diseño e implementación

de diversos sistemas digitales, limitados solo por la imaginación del estudiante de

Ingeniería Electrónica.

Mejorar el entrenamiento del estudiante de Ingeniería Electrónica, ya que contará

con recursos inmediatos para comprobar el alcance de su aplicación, a través de

etapas complementarias, por ejemplo, transmisión inalámbrica de datos.

Incentivar el trabajo grupal; al menos tres grupos en la misma plataforma ocupándose

cada grupo de una tarea diferente, de tal manera que haya coordinación entre todos

los usuarios, ya que dos grupos no podrán usar siempre un mismo módulo, entonces

entre todos deberán definir qué trabajo realizará cada uno, de tal manera que, lo hecho

por uno sea un buen complemento de lo que consiguió el otro, pudiendo converger

las diversas tareas en una más sofisticada.

Mejorar la habilidad del estudiante de Ingeniería Electrónica en la lectura e

interpretación de planos electrónicos, ya que durante sus primeras experiencias con

la Tarjeta Entrenadora FACFYM, deberá ubicar cada módulo en la plataforma según

lo describa el manual de instrucciones de la misma.

Brindarle al estudiante de Ingeniería Electrónica la posibilidad de elegir libremente

la frecuencia de trabajo para su aplicación mediante la inserción del cristal apropiado.

Forjar en el estudiante de Ingeniería Electrónica la precaución para insertar y/o

extraer un chip de tipo PDIP, una vez realizada la tarea respectiva.

54

2.13) Módulo de nueve diodos LED

Objetivo

Proporcionarle al estudiante de Ingeniería Electrónica la posibilidad de iniciarse en el

mundo de la programación a través de programas sencillos como encender un LED hasta

prototipos que puedan escalarse posteriormente a aplicaciones de mayor jerarquía como

un semáforo, razón por la cual los diodos LED fueron ordenados en forma de L.

Mejorar en el estudiante su habilidad para interpretar procesos a través de indicadores;

contará con nueve diodos LED, es decir, con nueve indicadores, razón por la cual se

optó por embeber diodos de diferentes colores en la tarjeta entrenadora.

Ejercite la creatividad del estudiante de Ingeniería Electrónica y no se eduque en la idea

errónea de que encender uno o varios LED, solo tiene carácter de ensayo poco

profesional.

Figura 37 Módulo de Nueve Diodos LED – Esquemático

55

2.14) Módulo de cinco pulsadores NO (Normally Open)

Objetivo

Posibilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica manipular una carga, iniciar y/o

detener un proceso al conmutar una señal digital externa de nivel alto a nivel bajo.

2.15) Módulo alarma GSM

Figura 38 Módulo de 5 Pulsadores NO (Normally Open) – Esquemático

Figura 39 Módulo Alarma GSM – Esquemático

56

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica el diseño de un prototipo sencillo de

sistema de seguridad utilizando la tecnología GSM.

Utilizar un sensor magnético a fin de que el estudiante de Ingeniería Electrónica se

familiarice con el uso de algunos dispositivos industriales básicos.

El diseño de este módulo no es de autoría propia, y aunque se le hicieron algunos ajustes

antes de incluirlo en el hardware de la plataforma de entrenamiento, el diseño original

fue tomado de (EDRpaul, 2011).

2.16) Módulo LCD 16x2

Objetivo

Proporcionarle al estudiante de Ingeniería Electrónica una herramienta que le permita

visualizar mensajes o parámetros consecuentes de la culminación o desarrollo de un

proceso en tiempo real.

Figura 40 Módulo LCD 16x2 – Esquemático

57


visualizar los parámetros que ingrese externamente al microcontrolador (a través de un

teclado, por ejemplo) para iniciar el progreso de una tarea en función de dichos

parámetros; de esta manera, el estudiante será capaz de ejercer un mayor control sobre

su propia aplicación.

2.17) Módulo de dos potenciómetros

Objetivo


generar fácilmente diversos niveles de tensión en el rango de 0 a 5 V aproximadamente,

siempre que necesite realizar comparación de voltajes o lecturas con el ADC de un

PIC16FXXX, de modo que se ejecute una determinada tarea en base a dicho proceso.

Figura 41 Módulo de Dos Potenciómetros – Esquemático

58

2.18) Módulo teclado hexadecimal

Objetivo

Básicamente, facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica la conexión entre un

teclado hexadecimal y un microcontrolador PIC16FXXX.

2.19) Módulos CNY70, LDR, LM35 y BH1750

Figura 42 Módulo Teclado Hexadecimal – Esquemático

Figura 43 Módulos CNY70, LDR, LM35 y BH1750 – Esquemático

59

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica el uso y la calibración de un sensor

CNY70, por ejemplo, experimentando la construcción más básica de un seguidor de

línea o de un tacómetro digital.

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica la posibilidad de activar o desactivar

una determinada carga, así como de iniciar o detener un proceso mediante una señal de

luz detectada por la LDR; la desventaja de estos módulos es que los sensores no están

calibrados, por lo que no están diseñados para medir el nivel de luz en un entorno.

Permitirle al estudiante de Ingeniería Electrónica medir temperaturas entre 0 y 150 °C

con el sensor LM35, ya sea del ambiente o de un objeto, a fin de que el PIC realice, si

así lo requiere el usuario, una determinada tarea para algunos rangos de temperatura.

2.20) Módulos potenciómetro de precisión, DAC y timer

Figura 44 Módulos Potenciómetro de Precisión, DAC y Timer – Esquemático

60

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica, mediante un Potenciómetro de

Precisión, la variación de voltaje en el rango aproximado de 0 a 5 V, con mayor

precisión que un TRIMPOT convencional.

Entrenar básicamente al estudiante de Ingeniería Electrónica, con el módulo DAC, en

el procesamiento digital de señales al obtener una señal analógica a partir de una señal

digital PWM de diversas frecuencias para su visualización en el osciloscopio.

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica, con el módulo TIMER, la generación

de un de tren de pulsos de distinta frecuencia mediante la inserción de las resistencias

Ra y Rb en el zócalo respectivo y el capacitor embebido de 100 nF, implementando

manualmente un generador de onda cuadrada con el C. I. NE555N.

2.21) Módulo sensor ultrasónico

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica la medición de distancias y detección

de obstáculos con el sensor ultrasónico HC-SR04 y un microcontrolador PIC.

Figura 45 Módulo Sensor Ultrasónico – Esquemático

61

2.22) Módulo matriz LED monocromática 8x8

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica la generación y visualización de

mensajes en movimiento usando la MATRIZ LED 8x8 23088A/B monocromática, es

decir, todos sus LED de un mismo color.

2.23) Módulo sensor de humedad

Figura 46 Módulo Matriz LED Monocromática 8x8 – Esquemático

Figura 47 Módulo Sensor de Humedad – Esquemático

62

Objetivo

Aumentar la habilidad del estudiante de Ingeniería Electrónica para identificar zócalos

para el acoplamiento correcto de módulos externos en una tarjeta entrenadora.

Detectar si el suelo de interés para el estudiante de Ingeniería Electrónica está húmedo,

ya sea directamente (pin D0), o en función de una serie de valores analógicos que

proporcione el módulo externo (pin A0).

2.24) Módulo DAC R–2R

Objetivo

Proporcionarle al estudiante de Ingeniería Electrónica una herramienta sencilla y útil

para la generación y tratamiento básicos de señales analógicas.

Mejorar la habilidad del estudiante para conectar todo un puerto del microcontrolador

PIC a un módulo externo de manera paralela, de modo tal que haya una correspondencia

inequívoca entre los pines del puerto del microcontrolador y los pines del módulo.

Fomentar en el estudiante de Ingeniería Electrónica el uso del osciloscopio (pin OUT).

Figura 48 Módulo DAC R–2R – Esquemático

63

2.25) Módulo buzzer activo

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica la generación de tonos agudos audibles

de distinta frecuencia, según la frecuencia generada con el microcontrolador PIC.

2.26) Módulo NTC

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica la medición de temperaturas con un

sensor barato y sencillo de usar un termistor NTC; la desventaja de este módulo es su

no linealidad, es decir, su variación resistiva no es lineal sino exponencial.

Figura 49 Módulo Buzzer Activo – Esquemático

Figura 50 Módulo NTC – Esquemático

64

2.27) Módulo de lectura/escritura de EEPROM I2C

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica la experimentación y aprendizaje del

protocolo de comunicaciones I2C, mediante la grabación y/o lectura de memorias

EEPROM I2C serie 24CXX con un microcontrolador PIC16FXXX; así como la

organización de la memoria de este tipo de dispositivos.

2.28) Módulo RTC DS1307

Figura 51 Módulo de Lectura/Escritura de EEPROM I2C – Esquemático

Figura 52 Módulo RTC DS1307 – Esquemático

65

Objetivo

Reforzar el aprendizaje del estudiante de Ingeniería Electrónica acerca del bus I2C, así

como grabar y/o leer el módulo RTC (Real Time Clock – Reloj en Tiempo Real)

DS1307, con un microcontrolador PIC16FXXX.

2.29) Módulo de comunicación RS232

Objetivo

Proporcionarle al estudiante de Ingeniería Electrónica un módulo de uso fácil que le

permita experimentar sencilla y cómodamente la comunicación entre un microcontrola-

dor PIC16FXXX y la computadora usando el protocolo de comunicaciones RS232;

siempre y cuando, la computadora del usuario cuente con un puerto serial.

Figura 53 Módulo de Comunicación RS232 – Esquemático

66

2.30) Módulo de comunicación bluetooth

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica el uso del módulo bluetooth HC-05,

experimentando la transmisión/recepción inalámbrica de datos con un PIC16FXXX.

2.31) Módulo de lectura/escritura de EEPROM SPI

Figura 54 Módulo de Comunicación Bluetooth – Esquemático

Figura 55 Módulo de Lectura/Escritura de EEPROM SPI – Esquemático

67

Objetivo


protocolo de comunicaciones SPI, mediante la grabación y/o lectura de memorias

EEPROM SPI serie 25LCXX con un microcontrolador PIC16FXXX; así como la


2.32) Módulo sensor digital de temperatura

Objetivo


protocolo de comunicaciones 1 – Wire, mediante la lectura de temperaturas en formato

digital detectadas por el sensor DS18B20 con un microcontrolador PIC; así como la


Figura 56 Módulo Sensor Digital de Temperatura – Esquemático

68

2.33) Módulo de dos displays multiplexados

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica el aprendizaje y experimentación básicas de la multiplexación por división de tiempo.

Reforzar en el estudiante su conocimiento acerca del funcionamiento del C. I. 74LS47 y de un display ánodo común a través del código de

programación cargado en el PIC16FXXX para la utilización del módulo en cuestión.

Figura 57 Módulo de Dos Displays Multiplexados – Esquemático

69

2.34) Módulo de detección de cruce por cero

Figura 58 Módulo de Detección de Cruce por Cero – Esquemático

70

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica el aprendizaje y la experimentación

de la técnica del cruce por cero para el control del ángulo de disparo de un TRIAC.

Proporcionarle al estudiante de Ingeniería Electrónica el hardware adecuado para medir,

por ejemplo, la frecuencia de la red eléctrica pública de 220 VAC.

2.35) Módulo de alimentación para etapas de potencia DC

Objetivo

Contar con una fuente de alimentación secundaria para energizar las etapas de potencia

de la Tarjeta Entrenadora FACFYM; por ejemplo, los drivers para accionar motores DC,

ya sean convencionales, o paso a paso unipolar y/o bipolar.

Proteger los microcontroladores PIC, ya que estos no deben alimentar directamente una

carga DC capaz de consumir más de 20 mA, porque el PIC tendería a recalentarse

corriendo el riesgo de averiarse; asimismo, el arranque de un motor DC genera ruido

eléctrico que podría interferir en el funcionamiento del microcontrolador, por ello, se

optó por optoacoplar las etapas de control y de potencia DC.

Figura 59 Módulo de Alimentación para Etapas de Potencia DC – Esquemático

71

2.36) Protección contra cortocircuito para etapas de potencia DC

Objetivo

El objetivo de este módulo es el mismo que el del módulo de Protección contra

cortocircuito para la fuente de energía principal, solo que en este caso se aplica para

la fuente de alimentación secundaria (VCC), la cual se encarga de alimentar las etapas

de potencia DC.

El módulo está diseñado para soportar hasta 2 A de corriente, por lo que la corriente

máxima de cortocircuito será de 2 A; por otro lado, este módulo se diferencia del

primero por las leyendas Vref VCC y RESET VCC; después, el funcionamiento es el

mismo.

Figura 60 Protección contra Cortocircuito para Etapas de Potencia DC –

Esquemático

72

2.37) Módulo buzzer pasivo

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica la generación de diversos tonos a partir

de un rango de frecuencias PWM considerables audibles.

Fomentar en el estudiante la capacidad de comparar el funcionamiento de un BUZER

PASIVO con el de un BUZER ACTIVO, determinando las ventajas y desventajas de

uno respecto al otro, considerando, además, cuándo debe utilizar uno de los dos.

Acostumbrar al estudiante de Ingeniería Electrónica a emplear el dispositivo adecuado,

conforme a las características especificadas por el fabricante o proveedor de un producto

tecnológico, para evitar a corto o largo plazo la avería del mismo.

Figura 61 Módulo Buzzer Pasivo – Esquemático

73

2.38) Módulo relé optoacoplado

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica el control de cargas AC a partir de

señales de conmutación digital provenientes de un microcontrolador PIC.

2.39) Módulo de PWM para cargas DC

Figura 62 Módulo Relé Optoacoplado – Esquemático

Figura 63 Módulo de PWM para cargas DC – Esquemático

74

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica el uso y control de una carga DC,

especialmente de un motor DC convencional a partir de una señal PWM proveniente del

microcontrolador PIC16FXXX más apropiado según el criterio del estudiante.

2.40) Módulo de PWM basada en AC

Objetivo

Facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica el uso y control de una carga AC

mediante una señal PWM proveniente de un microcontrolador PIC16FXXX.

Facilitarle al estudiante la visualización en el osciloscopio de una señal AC rectificada,

de una señal digital PWM y la influencia de ambas en el control de una carga de AC.

Figura 64 Módulo de PWM Basada en AC – Esquemático

75

2.41) Módulo de etapas de potencia para motores DC

Figura 65 Módulo de Etapas de Potencia para Motor DC Unipolar – Esquemático

76

Figura 66 Módulo de Etapas de Potencia para Motor DC Bipolar – Esquemático

77

Objetivo

Con el primer módulo, facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica el conexionado

y control de arranque de un motor DC, convencional o paso a paso unipolar.

Con el segundo módulo, facilitarle al estudiante de Ingeniería Electrónica el

conexionado y control de arranque directo y con inversión de giro de un motor DC,

convencional o paso a paso bipolar.

2.42) Proceso de fabricación de la tarjeta entrenadora FACFYM

La tarjeta fue fabricada, no diseñada, por la empresa peruana ADE SERVICES SRL, con

número de RUC 20601148600, ubicada en San Juan de Lurigancho (Lima) y a cargo del Ing.

Omar Chávez Quispicusi (Cel.: 977890155); la empresa fue contactada online por mercado

libre (https://www.mercadolibre.com.pe/) y por este medio pos-compra, nos enviaron por

correo la dirección de correo electrónico de la empresa ([email protected]) para

adjuntar los planos de la Tarjeta Entrenadora FACFYM para su fabricación.

Figura 67 Serigrafía de componentes de la Tarjeta Entrenadora FACFYM

https://www.mercadolibre.com.pe/

mailto:[email protected]

78

La fabricación de la Tarjeta Entrenadora por parte de la empresa ADE SERVICES duró

10 días, desde el 25/07/2018 al 04/08/2018; esta empresa llevó a cabo la serigrafía de la

tarjeta en la baquelita por ambos lados y la soldadura de puentes, luego el tiempo de

soldadura de componentes por parte de los tesistas se extendió hasta el 30/08/2018.

Figura 68 Serigrafía de pistas de la Tarjeta Entrenadora FACFYM

Figura 69 Bachilleres tesistas soldando sobre la tarjeta entrenadora FACFYM

79

Figura 71 Bachilleres tesistas muestran tarjeta implementada en lado de componentes

Figura 70 Tarjeta Entrenadora FACFYM completamente implementada

80

2.43) Diagramas de la tarjeta entrenadora FACFYM

Los diagramas de distribución de pistas y componentes de la tarjeta entrenadora se

presentan en la Figura 79 y Figura 80 respectivamente, mientras que el diagrama

esquemático de la misma en su totalidad, en el Anexo F.

2.44) Pruebas de funcionamiento de la tarjeta entrenadora FACFYM

Se hicieron diversas pruebas de funcionamiento para comprobar que las pistas no estén

cortocircuitadas; posteriormente se procedió a verificar las demás etapas.

A continuación, se muestran imágenes de las pruebas de funcionamiento implementando

aplicaciones reales con microcontroladores PIC16FXXX; algunas de manera individual y

otras en presencia de estudiantes de Ingeniería Electrónica de la UNPRG, en el Laboratorio

de Electrónica N° 3 de dicha casa de estudios.

Figura 72 Bachilleres tesistas muestran tarjeta implementada en lado de pistas

81

Figura 73 Termómetro digital con PIC16F873A y LM35

Figura 74 Semáforo de dos intersecciones con PIC16F628A

82

Figura 76 Inicio de la demostración de la Tarjeta Entrenadora FACFYM

Figura 75 Medidor de distancia con PIC16F877A y HC-SR04

83

Figura 78 Explicación del montaje de un programa grabado en el PIC16F628A

Figura 77 Explicación del proceso para grabar un PIC con el módulo PICkit2 Clone

84

DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES DE LA TARJETA ENTRENADORA FACFYM

Figura 79 Tarjeta Entrenadora FACFYM – Diagrama PCB

85

DISTRIBUCIÓN DE PISTAS DE LA TARJETA ENTRENADORA FACFYM

Figura 80 Tarjeta Entrenadora FACFYM – Diagrama de pistas

86

2.45) Presupuesto

Tabla 9

Tabla de presupuestos

COMPONENTE VALOR

PRECIO

UNITARIO

(S/.)

CANTIDAD TOTAL (S/.)

Microcontrolador

PIC

12F675 6.00 2 12.00

18F2550 25.00 1 25.00

TRIMPOT

20 KΩ 0.80 2 1.60

10 KΩ 0.50 2 1.00

Potenciómetro de

precisión

1 KΩ 1.00 3 3.00

100 KΩ 1.00 1 1.00

Zócalo DIP para

circuito integrado

40 pines 1.00 1 1.00

28 pines 1.00 2 2.00

18 pines 0.50 2 1.00

16 pines 0.50 6 3.00

14 pines 0.25 2 0.50

8 pines 0.20 12 2.40

6 pines 0.20 1 0.20

Conector DB9 PCB Hembra 2.00 1 2.00

Regulador de

tensión

L7805CV 1.00 2 2.00

LM317T 1.00 1 1.00

Jack Power 0.50 2 1.00

Bornera Doble 0.50 6 3.00

87

COMPONENTE VALOR

PRECIO

UNITARIO

(S/.)


Puente rectificador

2W08 1.00 1 1.00

KBPC1010 3.00 1 3.00

Conector USB

hembra

B Estándar 1.00 1 1.00

Buzzer activo 5V 1.00 1 1.00

Condensador

electrolítico

1 µF 0.20 2 0.40

10 µF 0.20 6 1.20

22 µF 0.20 1 0.20

47 µF 0.20 1 0.20

220 µF 0.20 1 0.20

Condensador

cerámico

22 pF 0.10 8 0.80

1 nF 0.10 48 4.80

10 nF 0.10 1 0.10

100 nF 0.20 6 1.20

100 nF/400 V 1.00 2 2.00

Cristal 20 MHz 1.00 1 1.00

Diodos

1N4148 0.10 1 0.10

1N5819 1.00 2 2.00

1N4007 0.10 8 0.80

1N5399 0.10 3 0.30

Inductor 680 µH 1.00 1 1.00

88

COMPONENTE VALOR

PRECIO

UNITARIO

(S/.)


Relé 5V 3.00 3 9.00

TRIAC BT136 1.00 1 1.00

Espadín

Macho 1.00 2 2.00

Hembra 1.00 13 13.00

LED blanco

brillante

5 mm 0.20 1 0.20

LED ámbar brillante

3 mm 0.10 3 0.30

5 mm 0.20 2 0.40

LED azul brillante 5 mm 0.20 1 0.20

LED rojo opaco 5 mm 0.20 2 0.40

LED ámbar opaco 5 mm 0.20 2 0.40

LED verde opaco 5 mm 0.20 2 0.40

LED azul opaco 5 mm 0.20 2 0.40

Timer LM555 0.50 1 0.50

Optoacoplador

CT3020 1.50 1 1.50

PC817 1.00 19 19.00

OPAMP LM358 1.00 2 2.00

Jumper doble Hembra 0.30 4 1.20

Pulsador NO

Cuadrado 0.30 5 1.50

Redondo 0.30 8 2.40

Resistencias 2W 100 Ω 0.70 1 0.70

89

COMPONENTE VALOR

PRECIO

UNITARIO

(S/.)


Resistencias 1 W 10 Ω 0.20 1 0.20

Resistencias ¼ W

200 KΩ 0.10 1 0.10

100 KΩ 0.10 2 0.20

68 KΩ 0.10 1 0.10

50 KΩ 0.10 1 0.10

39 KΩ 0.10 1 0.10

20 KΩ 0.10 1 0.10

10 KΩ 0.10 26 2.60

8.2 KΩ 0.10 2 0.20

6.8 KΩ 0.10 1 0.10

4.7 KΩ 0.10 5 0.50

3.3 KΩ 0.10 2 0.20

2.7 KΩ 0.10 1 0.10

2 KΩ 0.10 14 1.40

1 KΩ 0.10 34 3.40

820 Ω 0.10 1 0.10

390 Ω 0.10 1 0.10

330 Ω 0.10 36 3.60

220 Ω 0.10 7 0.70

100 Ω 0.10 2 0.20

75 Ω 0.10 1 0.10

33 Ω 0.10 3 0.30

10 Ω 0.10 5 0.50

Display de 7

segmentos

Ánodo común 1.50 2 3.00

Sensores

LDR 1.00 1 1.00

NTC 50K 1.00 1 1.00

90

COMPONENTE VALOR

PRECIO

UNITARIO

(S/.)


Transistores

IRF730 2.50 2 5.00

BD137 0.70 1 0.70

BC558 0.30 5 1.50

BC548 0.30 9 2.70

Drivers

74LS47 1.50 1 1.50

L293B 5.00 1 5.00

ULN2803 1.50 1 1.50

74HC164 1.50 1 1.50

74HC14 1.50 1 1.50

MAX232 2.00 1 2.00

Estaño (metro) 1.00 5 5.00

Disipador de aleta

de aluminio

Pequeño 1.50 1 1.50

Aislante de mica

para disipador

Pequeño 0.30 1 0.30

Tarugo y tornillo

para disipador Juego 0.50 1 0.50

Soporte y serigrafía 270 1 270.00

Inversión total (S/.) 460.50

Presupuesto para la Tarjeta Entrenadora FACFYM (Elaboración propia)

91

CAPÍTULO III: RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Evaluación del curso “Sistemas Digitales”

Actualmente el curso de Sistemas Digitales de la Escuela Profesional de Ingeniería

Electrónica de la UNPRG, se imparte durante el cuarto ciclo de la carrera y abarca

específicamente la programación de microcontroladores, generalmente PIC en lenguaje

ASSEMBLER y/o C. Sin embargo, resultaba necesaria la opinión de los estudiantes de

Ingeniería Electrónica respecto al curso, para obtener información actualizada sobre el

desarrollo del mismo y las posibilidades de mejora que podrían existir en el aprendizaje de

los futuros estudiantes del curso al contar con la Tarjeta Entrenadora FACFYM; para ello se

realizaron tres encuestas, aplicando en todos los casos un muestreo no probabilístico, tanto

por conveniencia como discrecional.

Actualmente (2018), el número total de estudiantes de Ingeniería Electrónica en la

UNPRG es 493, de estos se tomó una muestra de 58, la cual fue dividida de la siguiente

manera:

19 estudiantes del 8º ciclo → Primera encuesta (30/04/2018)

28 estudiantes del 7º ciclo → Segunda encuesta (03/05/2018)

11 estudiantes del 8º ciclo → Tercera encuesta (13/11/2018)

Para la Primera y Segunda Encuesta (consulte el Anexo L) se utilizó el mismo formato,

para la tercera encuesta (Anexo M) se elaboró un documento diferente.

A continuación, se muestran los resultados de las encuestas, esto nos ayudó a plantear el

panorama de aprendizaje en programación de microcontroladores PIC de los estudiantes de

92

Ingeniería Electrónica, así como de la mejora de sus habilidades en el conexionado de

circuitos electrónicos digitales.

Resultados de la primera encuesta – séptimo ciclo

SECCIÓN I: CONOCIMIENTOS

Fuente: Elaboración propia


20%

29%

25%21%

4%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

Muy Poco Poco Regular Bueno Muy Bueno

Software de grabación de microcontroladores

43%

21%24%

2%0%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%


Marcas de microcontroladores

Figura 82 Resultado: Software de grabación de microcontroladores – 7° ciclo

Figura 81 Resultado: Marcas de microcontroladores – 7° ciclo

93


SECCIÓN II: EXPERIENCIAS

Fuente: (Propia)

SECCIÓN III: INTERESES

Fuente: (Propia)

10%

24%

58%

8%0%

0%

20%

40%

60%

80%

Muy Malo Malo Regular Bueno Muy Bueno

Situación actual del curso "Sistemas Digitales" de la EPIE

18%

29%25%

21%

7%

0%

10%

20%

30%

Muy Pobre Pobre Regular Bueno Muy Bueno

Progreso del curso "Sistemas Digitales" mediante soluciones propuestas

37% 37%

20%11%

3%

0%

20%

40%


Lenguajes de programación para PIC

Figura 83 Resultado: Lenguajes de programación para PIC – 7° ciclo

Figura 84 Resultado: Situación actual del curso "Sistemas Digitales" – 7° ciclo

Figura 85 Resultado: Progreso del curso "Sistemas Digitales" – 7° ciclo

94

SECCIÓN IV: OPINIONES

Fuente: (Propia)

Resultados de la segunda encuesta – octavo ciclo

SECCIÓN I: CONOCIMIENTOS

Fuente: (Propia)

25%

36%

18%

11% 11%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

Muy de acuerdo De acuerdo Ni acuerdo nidesacuerdo

En desacuerdo Muy endesacuerdo

Grado de acuerdo con opiniones emitidas

26%

37%

19%

14%

4%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%


Marcas de microcontroladores

Figura 86 Resultado: Grado de acuerdo con opiniones propuestas – 7° ciclo

Figura 87 Resultado: Marcas de microcontroladores – 8° ciclo

95





18% 18%

49%

12%

4%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%


Situación actual del curso "Sistemas Digitales" de la EPIE

20% 18%

30%

22%

9%

0%

10%

20%

30%

40%


Software de grabación de microcontroladores

28% 29%

20%

13%11%

0%

10%

20%

30%

40%


Lenguajes de programación

Figura 88 Resultado: Software de grabación de microcontroladores – 8° ciclo

Figura 89 Resultado: Lenguajes de programación para PIC – 8° ciclo

Figura 90 Resultado: Situación actual del curso "Sistemas Digitales" – 8° ciclo

96





21%

8%

26%29%

16%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

Muy Pobre Pobre Regular Bueno Muy Bueno

Progreso del curso "Sistemas Digitales" mediante soluciones propuestas

18%

26%

32%

24%

0%0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

Muy deacuerdo

De acuerdo Ni acuerdo nidesacuerdo

Endesacuerdo

Muy endesacuerdo

Grado de acuerdo con opiniones emitidas

Figura 91 Resultado: Progreso del curso "Sistemas Digitales" – 8° ciclo

Figura 92 Resultado: Grado de acuerdo con opiniones propuestas – 8° ciclo

97

Resultados de la tercera encuesta – octavo ciclo

Para conocer las preguntas planteadas en la tercera encuesta consulte el Anexo L.


Propia: Elaboración propia

73

%

10

0%

10

0%

10

0%

73

%

10

0%

10

0%

73

%

27%

0% 0% 0%

27%

0% 0%

27%

1 2 3 4 5 6 7 8PO

RC

ENTA

JE D

E R

ESP

UES

TAS

PREGUNTA NÚMERO:

RESULTADOS DEL PRIMER BLOQUE DE PREGUNTAS

Sí No

Figura 93 Resultados del primer bloque de preguntas de la tercera encuesta

55%

9%

36%

1

PO

RC

ENTA

JE D

E R

ESP

UES

TAS

PREGUNTA NÚMERO:

SEGUNDO BLOQUE DE PREGUNTAS

Buena Mala Regular

Figura 94 Resultados del segundo bloque de preguntas de la tercera encuesta

98


Discusión

Con la primera y segunda encuesta se pudo evaluar más eficazmente la problemática

planteada en este trabajo de investigación, lo cual resultó en gran medida, en el visto

bueno por parte de los encuestados para proceder con el desarrollo del proyecto.

Lo poco que conocen los estudiantes de Ingeniería Electrónica acerca de programación

PIC, ha sido comprobado mayormente en simulaciones.

Mayormente, cuando se trabaja en grupo, siempre hay un miembro que se encarga de

desarrollar el 75% del trabajo, el otro 25% del trabajo implica conexionar, o exponer al

docente el funcionamiento del circuito; esto ocasiona que, de todos los integrantes, solo

uno o dos como máximo, aprendan a programar realmente un microcontrolador PIC.

Según los resultados individuales de las encuestas, los alumnos conocen mayormente

Lenguaje C y Arduino, muy poco de Assembler y Basic; aun cuando Basic es un

lenguaje C para principiantes.

La mayoría de los estudiantes encuestados coinciden en el hecho de que no basta

adquirir códigos de programación elaborados por otros estudiantes para implementarlos

91% 10

0%

9%

0%

1 2

PO

RC

ENTA

JE D

E R

ESP

UES

TAS

PREGUNTA NÚMERO:

TERCER BLOQUE DE PREGUNTAS

Sí

No

Figura 95 Resultados del tercer bloque de preguntas de la tercera encuesta

99

a través del hardware requerido por la aplicación, ya que muchas veces el alumno no

procura estudiar dicho código, lo que genera una dependencia de la creatividad de otros,

y no siempre esos códigos están exentos de posibles errores al momento de compilarlos.

Según los encuestados, el desarrollo del curso “Sistemas Digitales” les ha resultado en

el mejor de los casos, regular, y después de esto, malo o muy malo debido a la falta de

una herramienta que les permita, tanto a los estudiantes como al docente, simplificar el

tiempo de prueba y montaje de laboratorios propuestos en clase.

Los pocos casos en que a los encuestados les ha parecido bueno el desarrollo del curso

de Sistemas Digitales, es porque llevaron un curso particular de programación PIC

previo al curso impartido en la EPIE.

100

CAPÍTULO IV: CONCLUSIONES

Se logró diseñar e implementar la Tarjeta Entrenadora FACFYM, además de demostrar

su funcionamiento a un grupo de estudiantes de Ingeniería Electrónica durante la tercera

encuesta, entre los cuales estuvieron presentes algunos estudiantes que participaron en

la primera encuesta.

Con la Tarjeta Entrenadora FACFYM durante la tercera encuesta, los estudiantes de

Ingeniería Electrónica experimentaron un conexionado modular más detallado y eficaz

para la programación de microcontroladores PIC16FXXX de Microchip.

Los encuestados luego de la demostración, consideraron que las habilidades técnicas de

los estudiantes de ingeniería electrónica que usen periódicamente la tarjeta se

incrementarán implementando diversos proyectos con microcontroladores PIC16FXXX

inmediatamente después de haberlos programado.

101

CAPÍTULO V: RECOMENDACIONES

La Tarjeta Entrenadora FACFYM no está limitada a 3 microcontroladores PIC16FXXX

específicos, pero ya que los zócalos son PDIP, la inserción y extracción constantes del

microcontrolador podrían dañar sus pines, por lo cual se recomienda instalar desde un

inicio tres microcontroladores PIC16FXXX con las prestaciones necesarias para el

desarrollo de aplicaciones, evitando dañar el PIC y la plataforma.

La Tarjeta Entrenadora FACFYM ha sido diseñada para uso grupal; es decir, para que

más de un usuario, cada uno con una proyección diferente, trabaje sobre la plataforma.

El software PICkit para la grabación de los microcontroladores PIC de la tarjeta, solo

debe ser de la versión 2, ya que cada versión del PICkit cuenta con su propio hardware.

El usuario no debe ensayar pruebas de cortocircuito entre los pines + y – de la tarjeta,

ya que pone en riesgo el puerto USB o la fuente de energía empleada; las pruebas de

cortocircuito solo deben ensayarse entre los pines VDD y GND (etapas de control), y

entre los pines VCC y GND2 (etapas de potencia DC).

Como todo producto tecnológico, la Tarjeta Entrenadora FACFYM también está sujeta

a modificaciones respecto a su hardware en versiones posteriores.

102

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Bombón, J. A. (2007). Módulo para Verificar el Funcionamiento de los Programas

Grabados en el PIC16F84A. Tesis de Grado, Universidad Politécnica Nacional,

Quito. Obtenido de https://biblioteca.epn.edu.ec/cgi-bin/koha/opac-

detail.pl?biblionumber=7711

EDRpaul. (3 de Diciembre de 2011). Recuperado el 15 de Febrero de 2018, de

http://edrpaul.blogspot.com/2011/12/alarma-gsm-utilizando-un-viejo-telefono.html

Electrónica Desarrollo. (12 de Octubre de 2011). Electrónica Desarrollo. Recuperado el 10

de Enero de 2018, de http://www.electronicaestudio.com/microcontrolador.htm

Franco, R., & Montesdeoca, I. (2014). Diseño y Construcción de Cinco Entrenadores

Didácticos con Sistemas Microprocesados y Desarrollo de una Aplicación de

Control de Velocidad para un Motor de Corriente Alterna. Tesis de Grado,

Universidad Politécnica Salesiana, Guayaquil. Obtenido de

https://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/10418

García, J. G. (28 de Septiembre de 2016). LiNbertec. Recuperado el 12 de Abril de 2018,

de https://www.linbertec.com/producto/arduino-compatible-uno/

INVENTABLE.eu. (27 de Marzo de 2013). Recuperado el 10 de Abril de 2018, de La

electrónica simple y clara: https://www.inventable.eu/2013/03/27/062-

programador-de-pics/

López, E. (2011). Protocolo SPI. Recuperado el 22 de Enero de 2018, de Teorìa y

Aplicaciones: http://www.i-micro.com/pdf/articulos/spi.pdf

Luis. (03 de Junio de 2016). INGENIERIA ELECTRONICA.ORG. Recuperado el 12 de

Noviembre de 2018, de https://ingenieriaelectronica.org/utilizar-el-teclado-

matricial-4x4-con-arduino/

Microchip. (2003). PIC16F87XA Data Sheet. Recuperado el 10 de Enero de 2018, de

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39582b.pdf

Microchip. (2007). PIC16F627A/628A/648A Data Sheet. Recuperado el 10 de Enero de

2018, de http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/41196g.pdf

MikroElecktronika. (2015). MikroElecktronika. Obtenido de

https://www.mikroe.com/ebooks/microcontroladores-pic-programacion-en-c-con-

ejemplos/caracteristicas-basicas-del-pic16f887

MUESTREO Y CONVERSIÓN ANALÓGICA DIGITAL. (s.f.). Recuperado el 14 de

Diciembre de 2018, de http://www.ehu.eus/Procesadodesenales/tema1/t53.htm

Niple Blog. (1 de Noviembre de 2018). Obtenido de SALIDA ANALÓGICA CON PIC:

http://www.niplesoft.net/blog/2016/05/24/dac-con-resistencias/

103

Palacios, E., Remiro, F., & López, L. (2004). Microcontrolador PIC16F84 Desarrollo de

Proyectos (Primera ed.). Madrid, España: Alfaomega.

PROYECTO DE RFID EN UPJR.EDU.MX. (15 de Noviembre de 2018). Obtenido de

https://proyectorfid.wordpress.com/2014/03/24/sensor-de-temperatura-con-lm35/

Reyes, C. (2008). Microcontroladores PIC 16F62X 16F81X 16F87X (Tercera ed., Vol. 1).

Quito, Ecuador: RISPERGRAF.

Ruggiero, M. (2011). UNNOBA ARQUITECTURA II. Recuperado el 10 de Febrero de

2018, de SUBRUTINAS EN ASSEMBLER:

http://carteleras.webcindario.com/Subrutinas.pdf

Salvatierra, D. (2010). Microcontroladores PIC 16F877A y 16F887 (Primera ed.). México,

D. F.: Alfaomega.

UGE electronics uge-one.com. (15 de Noviembre de 2018). Obtenido de https://uge-

one.com/pc817-optocoupler-optoisolator-dip-ic.html

Universo Formulas. (s.f.). Recuperado el 10 de Marzo de 2018, de MUESTREO NO

PROBABILISTICO:

https://www.universoformulas.com/estadistica/inferencia/muestreo-no-

probabilistico/

Universo Formulas. (s.f.). Recuperado el 10 de Marzo de 2018, de MUESTREO

PROBABILISTICO:

https://www.universoformulas.com/estadistica/inferencia/muestreo-probabilistico/

104

BIBLIOGRAFÍA

Bombón, J. A. (2007). Módulo para Verificar el Funcionamiento de los Programas

Grabados en el PIC16F84A. Tesis de Grado, Universidad Politécnica Nacional,

Quito. Obtenido de https://biblioteca.epn.edu.ec/cgi-bin/koha/opac-

detail.pl?biblionumber=7711

Bueno, V. (12 de Enero de 2011). Plataforma Docente para el Aprendizaje de

Microcontroladores 'PIC' de Microchip. Recuperado el 5 de Enero de 2018, de

https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2117/14420/Art%C3%ADculo%20S

AAEI%20-%20Plataforma%20uC.pdf

Dujmovic, M. (2006). Diseño de un Entrenador de Microcontroladores PIC para el

Laboratorio de Microcontroladores del Instituto Universitario Jesús Obrero. Tesis

de Grado, Universidad Simón Bolívar, Sartenejas. Obtenido de

https://studylib.es/doc/8542370/dise%C3%B1o-de-un-entrenador-de-

microcontroladores-pic-para-el

Figueroa, E. D. (2010). Diseño y Construcción de Tarjetas Entrenadoras para

Aplicaciones con Microcontroladores PIC, Motorola y ATMEL FPGA para el

Entrenamiento en las Diferentes Áreas de los Alumnos de la Escuela Profesional

de Ingeniería Electrónica – UNPRG. Tesina, Lambayeque.

Franco, R., & Montesdeoca, I. (2014). Diseño y Construcción de Cinco Entrenadores

Didácticos con Sistemas Microprocesados y Desarrollo de una Aplicación de

Control de Velocidad para un Motor de Corriente Alterna. Tesis de Grado,

Universidad Politécnica Salesiana, Guayaquil. Obtenido de

https://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/10418

ANEXOS

Anexo A – Manual de instrucciones de la Tarjeta Entrenadora FACFYM

i

TARJETA ENTRENADORA FACFYM

USO PRETENDIDO

La tarjeta entrenadora FACFYM está diseñada para el aprendizaje integral en programación

de microcontroladores PIC16FXXX de Microchip de 18, 28 y 40 pines, y está dirigida a

todos los estudiantes de Ingeniería Electrónica, así como aficionados a la electrónica.

Sus dimensiones son 21.8 x 26.1 cm2 y cuenta con un conjunto de módulos embebidos con

sus respectivas interfaces mediante conectores de propósito general y/o específicos para el

diseño e implementación de diversas aplicaciones reales.

Admite la inserción de módulos externos, tales como sensores de temperatura, sensor

ultrasónico, módulos bluetooth, etc., y cuenta con un grabador PICkit 2 Clone integrado, una

interfaz de comunicación RS232 y dos etapas de protección contra cortocircuito e inversión

de polaridad, una para la fuente de alimentación principal y otra para la secundaria.

INFORMACIÓN DE SEGURIDAD IMPORTANTE

ADVERTENCIAS

Seguridad

Una vez energizada la tarjeta con las fuentes de energía, principal (USB – POWER) y/o

secundaria (VCC – 220 VAC), el usuario no debe tocar las pistas de la tarjeta ni los puentes

a fin de evitar descargas eléctricas peligrosas.

Fuentes de alimentación

La energía principal proviene, ya sea del puerto USB (PC – laptop) o de una fuente de

alimentación auxiliar (POWER), la primera es indispensable para la grabación de los

microcontroladores, la segunda permite alimentar las etapas de control con una tensión

de 5V, igual que la primera, pero con un suministro mayor de corriente, según la fuente.

Figura 96 Tarjeta Entrenadora FACFYM

ii


Para las etapas de potencia DC se utiliza la fuente de alimentación secundaria (VCC).

Las etapas de potencia AC se alimentan mediante borneras (220 VAC) con el voltaje de

la red eléctrica pública.

Las fuentes de alimentación, principal (USB – POWER) y secundarias (VCC – 220

VAC), están opto-acopladas mediante arreglos de circuitos integrados PC817 (PC817

ARRAY).

Corriente de cortocircuito

Si bien las fuentes de energía para las etapas de control y de potencia DC cuentan con

una etapa de protección contra cortocircuito embebida en la tarjeta, esta protección se

basa en la corriente de corto circuito deseada y otros parámetros que se explican en los

apartados 1, 3, 31 y 32 del Manual de Instrucciones.

Sugerencias

Si es su primera experiencia con el producto, revise primeramente el manual de

instrucciones de la tarjeta entrenadora FACFYM antes de usarla.

Evite el contacto excesivo de las yemas de los dedos con las leyendas de la tarjeta, esto

para impedir el deterioro de la serigrafía.

La tarjeta está diseñada para uso grupal, es decir, puede ser manipulada por varios

usuarios simultáneamente según la proyección de cada uno.

Precauciones

Una vez energizadas las etapas de control o de potencia DC de la tarjeta entrenadora,

antes de usar cualquier módulo, establezca primeramente la corriente de cortocircuito

deseada, e inmediatamente después de abrirse el relé y encenderse el LED respectivo,

haga una prueba sencilla para comprobar si la tarjeta y la fuente están protegidas en caso

de ocurrir un cortocircuito accidental; para ello, conecte directamente un pin VDD con

un pin GND y/o un pin VCC con el pin GND2.

No ensaye pruebas de cortocircuito entre los pines + y – de la tarjeta, ya que pone en

riesgo el puerto USB o la fuente de energía empleada; las pruebas de cortocircuito solo

deben ensayarse entre los pines VDD y GND (etapas de control), y entre los pines VCC

y GND2 (etapas de potencia DC).

Revise los apartados 1 y 32 para ajustar las corrientes de cortocircuito.

Al insertar un circuito integrado en su respectivo zócalo en la tarjeta, verifique que las

hendiduras de ambos coincidan para evitar la avería del dispositivo debido a una

polarización inversa.

OBJETIVO DE LA PLATAFORMA

El objetivo de la tarjeta entrenadora FACFYM es, principalmente, acelerar el aprendizaje

del estudiante de Ingeniería Electrónica en la programación de microcontroladores

PIC16FXXX de Microchip, independientemente del lenguaje de programación usado, así

como en la solución de problemas en aplicaciones embebidas.

iii


CONTENIDO

ÍNDICE ....................................................................................................................................... X

USO PRETENDIDO .................................................................................................................... I

INFORMACIÓN DE SEGURIDAD IMPORTANTE ................................................................. I

ADVERTENCIAS ......................................................................................................... I

Seguridad ..............................................................................................................................i

Fuentes de alimentación ........................................................................................................i

Corriente de cortocircuito .................................................................................................... ii

Sugerencias ......................................................................................................................... ii

Precauciones........................................................................................................................ ii

OBJETIVO DE LA PLATAFORMA ............................................................................ II

CONTENIDO ............................................................................................................................ III

1. PROTECCIÓN CONTRA CORTOCIRCUITO PARA ETAPAS DE CONTROL ........................1

Distribución en la tarjeta ...................................................................................................... 1

Descripción .......................................................................................................................... 1

Calibración de Vref VDD..................................................................................................... 2

2. MÓDULO GRABADOR PICKIT 2 CLONE ....................................................................3


Descripción .......................................................................................................................... 3

3. SELECTOR DE FUENTE DE ENERGÍA PARA ETAPAS DE CONTROL ...............................4


Descripción .......................................................................................................................... 4

4. GRABADOR DE MICROCONTROLADOR PIC12FXX ..................................................5


Descripción .......................................................................................................................... 6

Conexión con el grabador PICkit 2 Clone ............................................................................ 6

5. ENTRENADOR DE µC PIC16FXXX DE 18 PINES .......................................................7


Descripción .......................................................................................................................... 7

Conexión con el Grabador PICkit 2 ..................................................................................... 8

6. ENTRENADOR DE µC PIC16FXXX DE 28 PINES .......................................................9


Descripción .......................................................................................................................... 9

Conexión con el Grabador PICkit 2 ................................................................................... 10

iv


7. ENTRENADOR DE µC PIC16FXXX DE 40 PINES ..................................................... 11

Distribución en la tarjeta .................................................................................................... 11

Descripción ........................................................................................................................ 11


8. MÓDULO DE GRABACIÓN DE EEPROM I2C ........................................................... 12


Descripción ........................................................................................................................ 12


9. MÓDULO DE NUEVE DIODOS LED .......................................................................... 14


Descripción ........................................................................................................................ 14

10. MÓDULO DE 5 PULSADORES NO (NORMALLY OPEN)............................................. 15


Descripción ........................................................................................................................ 15

11. MÓDULO ALARMA GSM ........................................................................................ 15


Descripción ........................................................................................................................ 16

12. MÓDULO LCD 16X2............................................................................................... 16


Descripción ........................................................................................................................ 16

13. MÓDULO CNY70, LDR, LM35 Y BH1750 ............................................................. 17


Descripción general ............................................................................................................ 17

Módulo CNY70 .................................................................................................................. 18

Módulos LDR .................................................................................................................... 18

Módulo LM35 .................................................................................................................... 18

14. MÓDULO DE DOS POTENCIÓMETROS ...................................................................... 19


Descripción ........................................................................................................................ 19

15. MÓDULO TECLADO HEXADECIMAL ........................................................................ 19


Descripción ........................................................................................................................ 20

16. MÓDULO SENSOR ULTRASÓNICO ............................................................................ 20


Descripción ........................................................................................................................ 20

17. MÓDULOS POTENCIÓMETRO DE PRECISIÓN, DAC Y TIMER .................................. 21


v


Descripción general ............................................................................................................ 21

Módulo potenciómetro de precisión ................................................................................... 21

Módulo timer...................................................................................................................... 22

Módulo DAC...................................................................................................................... 22

18. MÓDULO MATRIZ LED MONOCROMÁTICA 8X8 ...................................................... 23


Descripción ........................................................................................................................ 23

19. MÓDULO SENSOR DE HUMEDAD ............................................................................. 24


Descripción ........................................................................................................................ 24

20. MÓDULO DAC R – 2R............................................................................................ 25


Descripción ........................................................................................................................ 25

21. MÓDULO BUZZER ACTIVO ...................................................................................... 26


Descripción ........................................................................................................................ 26

22. MÓDULO DE DOS DISPLAYS MULTIPLEXADOS ........................................................ 27


Descripción ........................................................................................................................ 27

23. MÓDULO NTC........................................................................................................ 28


Descripción ........................................................................................................................ 28

24. MÓDULOS DE COMUNICACIÓN BLUETOOTH ........................................................... 29


Descripción ........................................................................................................................ 29

25. MÓDULO DE LECTURA – ESCRITURA DE EEPROM I2C .......................................... 29


Descripción ........................................................................................................................ 30

26. MÓDULO RTC DS1307 .......................................................................................... 30


Descripción ........................................................................................................................ 30

27. MÓDULO DE LECTURA – ESCRITURA DE EEPROM SPI .......................................... 31


Descripción ........................................................................................................................ 31

28. MÓDULO DE COMUNICACIÓN RS232 ..................................................................... 32


Descripción ........................................................................................................................ 32

vi


29. MÓDULO SENSOR DE TEMPERATURA DS18B20 ..................................................... 33


Descripción ........................................................................................................................ 33

30. MÓDULO DE DETECCIÓN DE CRUCE POR CERO ....................................................... 33


Descripción ........................................................................................................................ 34

31. MÓDULO DE ALIMENTACIÓN PARA ETAPAS DE POTENCIA DC ............................... 35


Descripción ........................................................................................................................ 35

32. PROTECCIÓN CONTRA CORTOCIRCUITO PARA FUENTE SECUNDARIA ..................... 36


Descripción ........................................................................................................................ 36

33. MÓDULO BUZZER PASIVO....................................................................................... 37


Descripción ........................................................................................................................ 37

34. MÓDULO RELÉ OPTOACOPLADO ............................................................................. 38


Descripción ........................................................................................................................ 38

35. MÓDULO DE PWM PARA CARGAS DC ................................................................... 39


Descripción ........................................................................................................................ 39

36. MÓDULO DE PWM BASADA EN AC ........................................................................ 40


Descripción ........................................................................................................................ 40

37. MÓDULO ETAPAS DE POTENCIA PARA MOTORES DC .............................................. 41


Descripciones generales ..................................................................................................... 41

Descripción de la etapa para motores DC bipolares ........................................................... 42

Descripción de la etapa para motores DC unipolares ......................................................... 43

APÉNDICE ................................................................................................................................ 44

Reconocimiento de pines del C. I. PC817 .......................................................................... 44

Reconocimiento de pines de un LCD 16x2 ........................................................................ 44

Reconocimiento de pines del sensor LM35 ........................................................................ 45

Reconocimiento de pines de un teclado hexadecimal ......................................................... 45

1


1. Protección contra cortocircuito para etapas de control

Distribución en la tarjeta


Descripción

Se ubica en la esquina superior izquierda de la tarjeta y se distingue por las leyendas

12F675, Vref VDD, +, – y RESET VDD.


Después de conectar la tarjeta entrenadora a la fuente de alimentación principal (USB –

POWER), transcurrirán 30 segundos para que las etapas de control se activen, ya que,

Figura 97 Módulo 1 – Hardware

Figura 98 Descripción del Módulo 1

2


durante ese intervalo de tiempo, el usuario deberá calibrar Vref VDD en función de la

corriente de cortocircuito (I) definida por él en función de la corriente necesaria para el

funcionamiento de las etapas de control, o en función de la corriente máxima que la

fuente de energía principal es capaz de suministrar.

Toda la corriente (I) necesaria para el funcionamiento de las etapas de control de la

tarjeta entrenadora, atraviesa siempre el resistor de 0.1 Ω.

Cuando ocurre un cortocircuito, accidental o intencional, toda la corriente que la fuente

de energía principal (USB – POWER) es capaz de suministrar, circulará

instantáneamente por el resistor de 0.1 Ω, resultando en la inmediata desactivación de

las etapas de control; esto según la previa configuración de Vref VDD.

La disipación de potencia del resistor de 0.1 Ω es de 1 W (1000 mW), es decir, el

máximo consumo de corriente es de 3 A, ya que P = (3 A)2 * (0.1 Ω) = 900 mW.

La corriente para la activación de las etapas de control (I) debe ser menor o igual que la

corriente máxima que la fuente de energía principal (USB – POWER) puede

suministrar; este último parámetro, el usuario debe conocerlo previamente para evitar

posibles averías.

Vref VDD es el voltaje de referencia para el PIC12F675, ya que este microcontrolador

compara indefinidamente Vref VDD con la tensión que cae en el resistor de 0.1 Ω, para

determinar si se ha producido o no un cortocircuito, o para determinar si la corriente

consumida por las etapas de control en un instante cualquiera, es mayor a la que se

definió anteriormente cuando se calibró Vref VDD.

Si el voltaje que cae en el resistor de 0.1 Ω es menor que Vref VDD, las etapas de

control permanecerán activas, pero si el voltaje que cae en dicho resistor es ligeramente

mayor, o igual que Vref VDD, las etapas de control se desactivarán automáticamente

por la conmutación de los contactos del relé, el LED VDD se apagará y el módulo se

reiniciará automáticamente 30 segundos después, siempre y cuando el cortocircuito

haya sido cancelado, de lo contrario, las etapas de control continuarán desactivadas.

Calibración de Vref VDD

Ya que V = R x I; luego, Vref VDD = (0.1 Ω) x I, siendo I en este caso, la corriente

definida por el usuario para las etapas de control de la tarjeta entrenadora.

Conecte las puntas de un multímetro digital al zócalo Vref VDD + –, para ello puede

conectar dos tipos de cable en serie, uno dupont macho en ambos extremos y otro con

pinzas caimán en ambos extremos; de este modo, el extremo libre del cable dupont se

conecta al zócalo de la tarjeta para medir Vref VDD + –, y con la otra pinza caimán se

sujeta la punta correspondiente del multímetro.

Gire el selector del multímetro hasta la escala de 20 VDC (si estuviera disponible).

Regule Vref VDD haciendo girar la perilla dorada del potenciómetro de precisión

denominado también Vref VDD; puede hacer esto con un destornillador perillero plano.

Una vez Vref VDD haya descendido por debajo de 2 V, ubique el selector del

multímetro en la escala de 2000 mV (2 V), si estuviera disponible.

3


Si la fuente de alimentación principal, USB – POWER, es capaz de suministrar una

corriente I máxima de 0.5 A, entonces, Vref VDD = (0.1 Ω) x (0.5 A) = 50 mV; luego

debe regularse este voltaje con el potenciómetro Vref VDD.

Si la fuente de alimentación principal, USB – POWER, puede suministrar una corriente

I máxima de 1 A, entonces, Vref VDD = (0.1 Ω) x (1 A) = 100 mV; luego debe regularse

este voltaje con el potenciómetro Vref VDD.

El módulo está predeterminadamente regulado para una I = 0.5 A, es decir, 50 mV.

El usuario dispone de 30 segundos para regular Vref VDD después de haber conectado

la tarjeta entrenadora a la fuente de energía principal; si durante ese lapso no termina de

regular Vref VDD conforme a la corriente I requerida y las etapas de control encienden

con los parámetros incorrectos, deberá presionar el pulsador RESET VDD, y durante

el transcurso de otros 30 segundos, terminará de regular Vref VDD y esperar hasta que

las etapas de control se reinicien automáticamente con los parámetros requeridos.

2. Módulo Grabador PICkit 2 Clone



Descripción

Se ubica en la parte media inferior izquierda de la tarjeta y se distingue principalmente

por la leyenda 18F2550.

Por medio de este módulo, el puerto USB de la computadora del usuario será una de las

fuentes de energía principales de las etapas de control de la tarjeta entrenadora.


4



3. Selector de fuente de energía para etapas de control



Descripción

Se ubica en la parte central izquierda de la tarjeta y se distingue por las leyendas USB,

VDD y POWER.



5



La tensión VDD energiza las etapas de control, y proviene del puerto USB de la

computadora, o de una fuente de tensión auxiliar (POWER).


El módulo está diseñado para mantener la tensión en VDD lo más establemente posible

en 5 V, ya que mientras más etapas de control se activen, una insuficiencia de corriente

del puerto USB de la computadora del usuario, puede ocasionar caídas de tensión

significativas.

El voltaje de la fuente de energía auxiliar (POWER) debe regularse previamente entre

12 y 20 V, luego el circuito integrado L7805CV lo regulará a 5 V.

4. Grabador de Microcontrolador PIC12FXX



Figura 103 Selección de la fuente

6



Descripción

Se ubica en la parte media superior izquierda de la tarjeta y puede identificarse

principalmente por la leyenda 8 PINES.

Solo sirve para grabar un PIC12FXXX, no para entrenarlo.


Conexión con el grabador PICkit 2 Clone




Figura 106 Módulo 4 – Circuito auxiliar

7


5. Entrenador de µC PIC16FXXX de 18 pines



Descripción

Se ubica en la parte central izquierda de la tarjeta y se distingue por la leyenda 18

PINES.




8


El cristal se inserta en los pines RA6/OSC2 y RA7/OSC1 del zócalo CRISTAL,

mientras que el pin central (GND) es un pin conectado a tierra, el cual podrá usarse solo

cuando se trabaje con el oscilador interno del PIC (no se requiere cristal externo) si el

dispositivo posee dicho hardware internamente; en este último caso, los pines extremos

podrían usarse como entradas o salidas digitales si el modelo de PIC lo permite.

Las leyendas de los pines de E/S para el zócalo DIP, presentan una descripción genérica

de cada pin; por ello, si el usuario desea conocer más detalladamente las funciones de

cada pin del microcontrolador PIC que utilizará, debe revisar previamente su hoja de

datos.

Conexión con el Grabador PICkit 2

A continuación, se muestra la forma de conexión entre el Grabador PICkit 2 y el módulo

de 18 PINES para grabar el microcontrolador PIC16FXXX correspondiente.



9





Descripción

Se ubica en la parte central derecha de la tarjeta y puede identificarse principalmente

por la leyenda 28 PINES.




10


El cristal se inserta en los pines OSC1/CLKI y OSC2/CLKO del zócalo CRISTAL,

mientras que el pin central (GND) es un pin conectado a tierra, el cual podrá usarse solo

cuando el módulo 28 PINES no se utilice.

Las leyendas de los pines de E/S para el zócalo DIP, presentan una descripción genérica

de cada pin; por ello, si el usuario desea conocer más detalladamente las funciones de

cada pin del microcontrolador PIC que utilizará, debe revisar previamente su hoja de

datos.


A continuación, se muestra la forma de conexión entre el Grabador PICkit 2 y el módulo

de 28 PINES para grabar el microcontrolador PIC16FXXX correspondiente.



11





Descripción

Se ubica en la parte central de la tarjeta y se distingue por la leyenda 40 PINES.




12


El cristal se inserta en los pines OSC1/CLKI y OSC2/CLKO del zócalo CRISTAL, el

pin GND está conectado a tierra y solo será útil cuando el módulo 40 PINES no se use.


Fuente: (Propia)

8. Módulo de grabación de EEPROM I2C



Descripción

Este módulo se ubica en la parte superior izquierda de la tarjeta y se distingue por la

leyenda 24Cxx.


Figura 116 Módulo 8 - Hardware

13







14


9. Módulo de nueve diodos LED



Descripción

Se ubica en la parte media inferior izquierda de la tarjeta y consta de 9 diodos LED de

5 mm dispuestos en forma de una ¨L¨ acostada.

Cada LED se distingue de los demás por su leyenda correspondiente: L1, L2, L3, L4,

L5, L6, L7, L8, L9.

Los LED son de cinco colores distintos: 1 blanco (L1), 2 azules (L2 y L6), 2 rojos (L3

y L7), 2 amarillos (L4 y L8) y 2 verdes (L5 y L9).




15


10. Módulo de 5 pulsadores NO (Normally Open)



Descripción

Se ubica en la parte central inferior de la tarjeta.

Cada pulsador puede identificarse por su respectiva leyenda: S1, S2, S3, S4, S5.

Cada pulsador ofrece una señal de conmutación de alto a bajo cuando es accionado.


11. Módulo alarma GSM






16


Descripción

Se ubica en la parte inferior izquierda de la tarjeta y se distingue por la leyenda PC817

ARRAY, CALL, HANG UP.


12. Módulo LCD 16x2



Descripción

El módulo se ubica en la parte superior central de la tarjeta y puede identificarse por la

leyenda Liquid Crystal Display.

Revise en el APÉNDICE el apartado Posición de LCD 16x2 para su correcta

inserción en el zócalo respectivo.



17


Fuente: (Propia)

13. Módulo CNY70, LDR, LM35 y BH1750



Descripción general

Los módulos según las dos imágenes mostradas en el apartado anterior se ubican, el

primero en la parte media inferior derecha de la tarjeta, y el segundo en la parte central

derecha de la tarjeta.



18



Módulo CNY70

Se identifica por la leyenda CNY70.

El TRIMPOT de 10 KΩ es para calibrar el voltaje de referencia en el OPAMP.

La salida del comparador está conectado al pin CNY70 del zócalo; este pin se pondrá

en nivel alto cuanto el sensor detecte colores claros, y en nivel bajo cuanto el sensor

detecte colores oscuros.

Para la correcta inserción del sensor en su respectivo zócalo, las leyendas CNY70 del

zócalo y del sensor deben coincidir.

Módulos LDR

Ambos módulos se identifican por sus leyendas respectivas, LDR y BH1750.

El pin LDR proporcionará nivel bajo cuando no detecte luz, y nivel alto cuando la

detecte; el módulo no está diseñado para medir niveles de luz, ya que no está calibrado,

el segundo, luxómetro BH1750, es para la inserción del módulo externo y la

comunicación I2C con el microcontrolador seleccionado.

Módulo LM35

La inserción del sensor de temperatura LM35 debe realizarse en el mismo zócalo lineal

de 5 pines respetando su polaridad.

Revise el apartado Sensor LM35 – Diagrama de pines en el APÉNDICE para la

correcta inserción del sensor en el zócalo respectivo.


19


14. Módulo de dos potenciómetros



Descripción

Se ubica en la parte media inferior izquierda de la tarjeta y se distingue por las leyendas

P1 y P2.


15. Módulo teclado hexadecimal






20


Descripción

Se ubica en la parte inferior central de la tarjeta y puede identificarse por la leyenda

KEYBOARD 4X4.

La manipulación de las teclas se detectará por cambio de nivel de alto a bajo.

Los pines del teclado se identifican por sus respectivas leyendas, siendo F1, F2, F3, F4

las filas y C1, C2, C3, C4 las columnas.


16. Módulo sensor ultrasónico



Descripción

El módulo se ubica en la parte superior derecha de la tarjeta y puede identificarse

principalmente por la leyenda HC-SR04.



21



17. Módulos potenciómetro de precisión, DAC y TIMER


Fuente: (Propia)

Descripción general

Se ubica en la parte media inferior derecha de la tarjeta y consta de 3 módulos descritos

a continuación.

Módulo potenciómetro de precisión

Este módulo se identifica por la leyenda P3.

Genera una variación de voltaje más precisa que aquella que proporciona un TRIMPOT.

El pin que proporciona la señal de salida del módulo se denomina P3.



22


Fuente: (Propia)

Módulo timer

Este módulo se identifica principalmente por la leyenda NE555N y TMR.

El C. I. NE555N está configurado en modo astable para la generación de pulsos a una

frecuencia específica que dependerá del valor de los resistores instalados y el capacitor

de 100 nF embebido; por ello, el módulo dispone de zócalos adecuados para la inserción

de cada uno de los resistores, distinguiéndose cada zócalo mediante su respectiva

leyenda: Ra y Rb.

La salida del TIMER está conectada al pin TIMER del zócalo lineal; asimismo puede

apreciarse a través del LED con la leyenda TMR.

Módulo DAC

Este módulo se identifica principalmente por la leyenda DAC y posee un zócalo DIP

para la inserción del OPAMP LM358.

La función principal de este módulo es convertir una señal PWM de frecuencia y ciclo

de trabajo específicos, en una señal analógica de amplitud variable linealmente en el

tiempo.

La entrada y salida del DAC están conectadas a los pines DAC (I) y DAC (O) del zócalo

lineal respectivamente.


23


18. Módulo matriz LED monocromática 8x8



Descripción

Se ubica en la parte superior derecha de la tarjeta y puede identificarse principalmente

por la leyenda MATRIX LED 8x8 23088A/B; y sus pines se identifican con las

leyendas F y C, F para las filas y C las columnas.

Las salidas del registro de desplazamiento 74HC164 están conectadas a las filas.

Fuente: (Propia)



24


19. Módulo sensor de humedad



Descripción

El módulo se ubica en la parte superior derecha de la tarjeta y puede distinguirse por la

leyenda YL-69.

El módulo consta de dos zócalos lineales, uno para la inserción del módulo YL-69 (4

pines) y otro para la conexión entre el módulo y el microcontrolador PIC.

Los pines D0 y A0 proporcionan la señal de salida del módulo, y puede ser de dos tipos,

digital o analógica, respectivamente.




25


20. Módulo DAC R – 2R



Descripción

Se ubica en la parte inferior derecha de la tarjeta y posee la leyenda DAC R – 2R.

Los pines B0 – B7 del zócalo representan los bits de datos de la señal digital proveniente

del puerto del microcontrolador PIC, siendo B0 el LSB y B7 el MSB.

El pin OUT del zócalo proporciona la señal de salida analógica para ser visualizada a

través de un osciloscopio, mas no para alimentar una carga.




26


21. Módulo buzzer activo



Descripción

Se ubica en la parte inferior central de la tarjeta y puede identificarse por la leyenda

BUZZER.

El pin BUZZER + se conectará al microcontrolador PIC mediante un cable para la

generación de tonos audibles de distintas frecuencias.

El pin BUZZER + también puede conectarse directamente a un pin VDD para verificar

el buen estado del buzzer, es decir, si emite o no sonido.




27


22. Módulo de dos displays multiplexados



Descripción

Se ubica en la parte inferior de la tarjeta y puede identificarse principalmente por las

leyendas 74LS47, D1, D2 y posee dos zócalos, uno de tipo DIP para la inserción del C.

I. 74LS47, y otro lineal para la conexión cableada entre el módulo y el microcontrolador

PIC.




28


Los pines del zócalo lineal tienen las siguientes funciones:

D1, D2 permiten la activación o desactivación del display correspondiente.

A, B, C, D son las entradas binarias para el decodificador 74LS47.

PD es un pin opcional que indica el punto decimal del display seleccionado;

necesita un nivel lógico bajo para encenderse.

Los displays se activan con nivel alto y se desactivan con nivel bajo.

Ambos displays están multiplexados, por lo que solo debe activarse un display a la vez,

ya que si ambos se activan simultáneamente, los dos displays mostrarán el mismo dato.

23. Módulo NTC



Descripción

Se ubica en la parte central superior derecha de la tarjeta y puede identificarse por la

leyenda NTC.

El pin NTC provee la señal de salida del módulo y se pondrá a nivel alto cuando la

temperatura del NTC aumente por encima de cierto nivel, y se pondrá a nivel bajo

cuando disminuya por debajo de ese mismo nivel; el módulo no está calibrado, por lo

que no está diseñado para medir temperaturas.




29


24. Módulos de comunicación bluetooth



Descripción

Estos módulos se ubican, uno en la parte central superior y otro en la parte media inferior

de la tarjeta, y ambos pueden identificarse por las leyendas HC-05.


25. Módulo de lectura – escritura de EEPROM I2C






30


Descripción

Se ubica en la parte media inferior derecha de la tarjeta y se identifica por las leyendas

24CXX, M1 y M2, donde M1 es la primera EEPROM del módulo y tiene la dirección

física 0, mientras que M2 es la segunda EEPROM del módulo y tiene la dirección física

1.

SDA es la línea de datos y SCL es la línea de reloj.


26. Módulo RTC DS1307



Descripción

Se ubica en la parte inferior derecha de la tarjeta y se identifica por la leyenda DS1307.

SDA es la línea de datos y SCL es la línea de reloj.



31



27. Módulo de lectura – escritura de EEPROM SPI



Descripción

Se ubica en la parte media inferior derecha de la tarjeta y se distingue por las leyendas

25LCXX, M1 y M2, donde M1 es la primera EEPROM del módulo y M2 la segunda.

SDI y SDO son las líneas de datos, SCK es la línea de reloj y CS-M1 y CS-M2 son

líneas de selección de las EEPROM M1 y M2 respectivamente.





32


28. Módulo de comunicación RS232



Descripción

Se ubica en la esquina inferior derecha de la tarjeta y puede identificarse principalmente

por el conector DB9 hembra.

En el zócalo lineal, los pines T1IN y R1OUT permiten el intercambio de información

entre el microcontrolador y la computadora, el pin GND es solo un pin conectado a

tierra.




33


29. Módulo sensor de temperatura DS18B20



Descripción

Se ubica en la parte inferior derecha de la tarjeta y puede identificarse principalmente

por la leyenda DS18B20.


30. Módulo de detección de cruce por cero






34


Descripción

Se ubica en la parte inferior central de la tarjeta y se identifica principalmente por las

leyendas PIC OUTPUT, 74HC14N y dos borneras con las leyendas LOAD AC y 220

AC.

En el zócalo lineal de cuatro pines, las funciones de cada pin se describen a

continuación:

En el zócalo lineal de cuatro pines, las funciones de cada pin se describen a

continuación:

RECTIFIER: Con fines de visualización a través de un osciloscopio de la señal de

salida del puente rectificador 2W08.

CROSSING FOR ZERO (dos pines): Uno para la inserción del cable que se

conecta al microcontrolador y otro con fines de visualización en un osciloscopio.

LOAD AC: Con fines de visualización a través de un osciloscopio.

La carga AC (LOAD AC), por motivos de seguridad, debe ser preferentemente

resistiva, por ejemplo, un bombillo.



35


31. Módulo de alimentación para etapas de potencia DC



Descripción

Se ubica en la parte superior izquierda de la tarjeta y puede identificarse principalmente

por las leyendas VCC y REVERSED POLARITY.




36


32. Protección contra cortocircuito para fuente secundaria



Descripción

Se ubica en la parte superior central izquierda de la tarjeta y puede identificarse por las

leyendas 12F675, Vref VCC, +, – y RESET VCC.

El módulo protege las etapas de potencia DC de un cortocircuito accidental.

El principio de funcionamiento de este módulo es exactamente el mismo que el de

Protección contra cortocircuito para etapas de Control, asimismo, también está

diseñado para soportar un consumo máximo de corriente de hasta 3 A.

Para reiniciar el módulo, utilice el pulsador RESET VCC; asimismo, para regular el

voltaje de referencia para la corriente de cortocircuito y/o corriente máxima de consumo

de las etapas de potencia DC, utilice el zócalo Vref VCC + –.




37


La disipación de potencia máxima (P) del resistor de 0.1Ω es de 1 W (1000 mW).

La corriente máxima de consumo debe ser menor o igual a la corriente de cortocircuito;

y ambas deben ser menores a la corriente máxima que pueda proporcionar la fuente de

alimentación empleada.

33. Módulo buzzer pasivo



Descripción

Se ubica en la esquina superior derecha de la tarjeta y puede identificarse principalmente

por la leyenda SPEAKER (Z=8R, P=0.5W).

El parlante (SPEAKER) debe ser de la impedancia (Z) y potencia (P) indicadas en la

leyenda principal.

En el pin IN debe insertarse el cable proveniente del microcontrolador con la señal de

frecuencia correspondiente.

Fuente: (Propia)



38


34. Módulo relé optoacoplado



Descripción

Se ubica en la esquina inferior izquierda de la tarjeta y puede identificarse por las leyendas

RELAY, PC817, 220 VAC y LOAD AC.




39


35. Módulo de PWM para cargas DC



Descripción

Se ubica en la esquina superior izquierda de la tarjeta y puede identificarse

principalmente por las leyendas IRF730, PWM (IN) y LOAD + –.

La carga de DC puede ser un motor DC convencional o la que el usuario elija; sin

embargo, cualquiera que sea la carga de DC, debe respetarse la polaridad de la misma

al conectarla al módulo.




40


36. Módulo de PWM basada en AC



Descripción




41


Se ubica en la parte superior derecha de la tarjeta y puede identificarse principalmente

por las leyendas IRF730, PWM (AC), 220 VAC y LOAD AC.

En este módulo las tierras de alterna y de la fuente de tensión secundaria (GND2) están

unidas; por ello, deben tomarse medidas de precaución.

37. Módulo etapas de potencia para motores DC




Descripciones generales

El módulo de la primera imagen se ubica en la parte superior izquierda de la tarjeta y

puede identificarse principalmente por las leyendas PC817 ARRAY y UNIPOLAR.

El módulo de la segunda imagen se ubica en la parte central superior de la tarjeta y

puede identificarse principalmente por las leyendas PC817 ARRAY y BIPOLAR.

Ambos módulos pueden ser usados también para motores DC convencionales.

Figura 175 Módulo 37 – Hardware Bipolar

Figura 176 Módulo 37 – Hardware Unipolar

42


Descripción de la etapa para motores DC bipolares


Figura 177 Descripción del Módulo 37 – Bipolar

43


Descripción de la etapa para motores DC unipolares


Figura 178 Descripción del Módulo 37 – Unipolar

44

APÉNDICE

Reconocimiento de pines del C. I. PC817

Fuente: (UGE electronics uge-one.com, 2018) 1

Reconocimiento de pines de un LCD 16x2


1 La imagen fue editada por el Bach. Renzo Petrozzi Puse

Figura 179 Reconocimiento de Pines del C. I. PC817

Figura 180 Reconocimiento de pines del LCD 16x2

45


Reconocimiento de pines del sensor LM35

Fuente: (PROYECTO DE RFID EN UPJR.EDU.MX, 2018) 2

Reconocimiento de pines de un teclado hexadecimal

Fuente: (Luis, 2016) 3

2 La imagen fue editada por el Bach. Renzo Petrozzi Puse 3 La imagen fue editada por el Bach. Renzo Petrozzi Puse

Figura 181 Reconocimiento de Pines del Sensor LM35

Figura 182 Reconocimiento de Pines de un Teclado Hexadecimal

Anexo B – Códigos de Programación en MPLAB

157

1. ENCENDIDO DE UN LED

Descripción

Este programa consiste en encender un LED conectado al pin RB0 del PIC16F628A; en

este caso, ya que el pin RB0 “genera” la señal para el encendido del LED, el pin RB0 debe

programarse como “salida”.

Código de programación

#INCLUDE<P16F628A.INC> ;Librería del PIC

__CONFIG 0x3F21 ;Cristal XT de 4 MHz, RA5 = MCLR

ORG 0x00 ;Vector de RESET –> Esta línea de programa es necesaria, ya que

;cuando el PIC sufre un RESET, el Contador de Programa (PC)

;saltará a esta dirección de memoria de programa y todo el código se

;ejecutará nuevamente desde INICIO

INICIO

;Ingreso al Banco 1 para configurar TRISB, ya que este registro está en el Banco 1, también

;está en el Banco 3, pero en este caso lo haremos en el 1 (consulte la FIGURA 4-3 de la pág.

;19 del PDF de la hoja de datos del PIC16F628A); para ello la combinación de los bits

;STATUS<RP1:RP0> es: (RP1 = 0) y (RP0 = 1)

BCF STATUS,RP1 ;RP1 = 0

BSF STATUS,RP0 ;RP0 = 1

CLRF TRISB ;Borrar TRISB (todos los pines del PORTB son salidas)

158

;Regreso al Banco 0 para programar PORTB, ya que este registro está en el Banco 0, también

;está en el Banco 2, pero en este caso lo haremos en el 0; para ello la combinación de los bits

;STATUS<RP1:RP0> es: (RP1 = 0) y (RP0 = 1), aunque RP1 ya está en cero por la configu-

;ración anterior para acceder al Banco 1, por ello se borra solo el bit RP0 (RP0 = 0)

BCF STATUS,RP0 ;RP0 = 0 (RP1 se quedó en cero)

CLRF PORTB ;PORTB inicia en cero (todos sus bits inician apagados)

LED ;Etiqueta LED

BSF PORTB,0 ;Encender el pin RB0 (RB0 = 1)

GOTO LED ;Permanecer indefinidamente en LED, es decir, hacer un bucle

END ;Fin del programa

Conexión en la tarjeta entrenadora

Grabe el Archivo HEX correspondiente al código de programación en el PIC16F628A y

luego inserte el cristal de cuarzo de 4 MHz en el zócalo CRISTAL del módulo 18 PINES.

Figura 183 Encendido de un LED – Hardware

159

2. DETECCIÓN DE CRUCE POR CERO

Descripción

Este proyecto consiste en detectar el cruce por cero (0 V) de la señal sinusoidal de 220

VAC de la red eléctrica pública; el cruce por cero se detectará por medio de una interrupción

por cambio de nivel en el pin RB0/INT del PIC16F877A (40 PINES); de este modo, la tarea

a interrumpir será la de encender permanentemente un LED conectado al pin RB1, para ello

se usará el MÓDULO DE 9 DIODOS LED.

La interrupción ocasionará el parpadeo de un bombillo cada 500 ms, esto se hará a través

del pin RB2; se usará además el MÓDULO DE DETECCIÓN DE CRUCE POR CERO.

Código de programación

#INCLUDE<P16F877A.INC> ;Librería del PIC

__CONFIG 0x3F31 ;Oscilador XT de 4 MHz, MCLR externo

CBLOCK 0x20 ;Variables globales desde la dirección 0x20 de la SRAM del PIC

CONT1 ;Dirección 0x20 de la SRAM

CONT2 ;Dirección 0x21 de la SRAM

ENDC ;Cerrar bloque de variables globales

ORG 0x00 ;Dirección de RESET

GOTO INICIO ;Saltar a etiqueta INICIO

ORG 0x04 ;Vector de interrupción

GOTO INTERRUPCION ;Saltar a etiqueta INTERRUPCION

160

INICIO

;Ingreso al Banco 1 para configurar el registro TRISB: (RP1 = 0) y (RP0 = 1)

BCF STATUS,RP1 ;RP1 = 0

BSF STATUS,RP0 ;RP0 = 1

MOVLW 0x01 ;Solo el pin RB0 será entrada, mientras que los pines RB<7:1>

MOVWF TRISB ;serán salidas

MOVLW 0x90 ;Habilitar interrupciones globales y la interrupción externa por RB0

MOVWF INTCON

;Regreso al Banco 0 para programar el Puerto B: (RP1 = 0) y (RP0 = 0)

BCF STATUS,RP0 ;RP0 = 0 (RP1 se quedó en cero)

CLRF PORTB ;Limpiar inicialmente PORTB

LED

BSF PORTB,1 ;Encender pin RB1

GOTO LED ;Permanecer en LED

INTERRUPCION

BSF PORTB,2 ;Encender pin RB2

CALL DELAY_500ms ;Retardo de 500 ms

BCF PORTB,2 ;Apagar pin RB2

CALL DELAY_500ms ;Retardo de 500 ms

BCF INTCON,1 ;Limpiar bandera de interrupción externa por RB0

RETFIE ;Retorno de interrupción

DELAY_500ms

MOVLW D'239' ;Cargar el valor de 239 en decimal a la

161

MOVWF CONT1 ;variable global CONT1

PLoop0

MOVLW D'232' ;Cargar el valor de 232 en decimal a la

MOVWF CONT1 ;variable global CONT2

PLoop1

NOP ;Se consume un ciclo de instrucción

GOTO PDelL1 ;Saltar a etiqueta PDelL1

PDelL1


PDelL2


DECFSZ CONT2,1 ;CONT2 = CONT2 – 1 => ¿CONT2 = 0?

GOTO PLoop1 ;No => Saltar a etiqueta PLoop1

DECFSZ CONT1,1 ;Sí => CONT1 = CONT1 – 1 => ¿CONT1 = 0?

GOTO PLoop0 ;No => Saltar a etiqueta PLoop0

GOTO PDelL3 ;Sí => Saltar a etiqueta PDelL3

PDelL3


PDelL4


PDelL5


RETURN ;Retorno de subrutina

END ;Fin del programa

162

Conexión en la tarjeta entrenadora

Figura 184 Detección de Cruce por Cero – Hardware

Anexo C – Formato de Primera y Segunda Encuesta

1

Investigación Percepciones sobre el Aprendizaje de Programación de Microcontroladores Estudiantes del 7º y 8º Ciclo de la EPIE

Folio: __________

Entrevistador/a: _Bach. Renzo Petrozzi Puse – Bach. Luis Vílchez Castillo_ Fecha: ____/____/____

A continuación, encontrará una serie de preguntas destinadas a conocer su opinión sobre el nivel de aprendizaje en programación de Microcontroladores a lo largo del 6º Ciclo de la Carrera de Ingeniería Electrónica. Mediante esto queremos conocer lo que piensan los estudiantes de Ing. Electrónica como usted sobre esta temática. El cuestionario tiene cuatro secciones. Por favor lea las instrucciones al inicio de cada sección y conteste la alternativa que más se acerca a lo que usted piensa. Sus respuestas son confidenciales y serán reunidas junto a las respuestas de muchas personas que están contestando este cuestionario en estos días. Muchas gracias. SECCIÓN I: CONOCIMIENTOS

¿Cuál diría usted que es el nivel de conocimiento de las personas como usted frente a los siguientes temas? Evalué su nivel de conocimiento en una escala de 1 a 5, donde 1 es muy poco, 2 es poco, 3 es regular, 4 es bueno y 5 es muy bueno.

Por favor encierre en un círculo la alternativa que más se parece a lo que usted piensa.

A. Marcas de Microcontroladores

Tema

Nivel de conocimiento

Muy Poco

Poco Regular Bueno Muy Bueno

101. Microchip Technology Corp. 1 2 3 4 5

102. Atmel Corp. 1 2 3 4 5

103. Motorola Semiconductors Corp. 1 2 3 4 5

B. Lenguajes de Programación de Microcontroladores

Tema


Muy Poco


104. Assembler 1 2 3 4 5

105. Lenguaje C 1 2 3 4 5

106. Arduino 1 2 3 4 5

107. Basic 1 2 3 4 5

C. Software de Grabación de Microcontroladores

Tema


Muy Poco


108. Pickit 2 Programmer 1 2 3 4 5

109. Pickit 3 Programmer 1 2 3 4 5

110. WinPIC800 1 2 3 4 5

111. Arduino 1 2 3 4 5

2


Evalúe la problemática del curso “Sistemas Digitales II” de la EPIE en base a sus experiencias más recientes en una escala de 1 a 5, donde 1 es muy malo, 2 es malo, 3 es regular, 4 es bueno y 5 es muy bueno. Por favor encierre en un círculo la alternativa que más se parece a lo que usted piensa. A. Problemática del curso “Sistemas Digitales II” de la EPIE

Problemática

Nivel de satisfacción

Muy Malo

Malo Regular Bueno Muy Bueno

201. Desarrollo del curso 1 2 3 4 5

202. Proyección hacia el futuro 1 2 3 4 5

203. Aprendizaje adquirido a lo largo del curso 1 2 3 4 5


Evalúe el nivel de mejoría que tendría el curso “Sistemas Digitales II” de la EPIE si el Laboratorio de Electrónica contara con cada uno de los elementos propuestos a continuación en una escala de 1 a 5, donde 1 es muy pobre, 2 es pobre, 3 es regular, 4 es bueno y 5 es muy bueno. Por favor encierre en un círculo la alternativa que más se parece a lo que usted piensa. A. Progreso del curso “Sistemas Digitales II” de la EPIE

Elementos a adquirir

Nivel de mejoría

Muy Pobre

Pobre Regular Bueno Muy Bueno

301. Tarjeta entrenadora basada en la familia PIC16FXXX con su respectivo manual de uso

1 2 3 4 5

302. Guías de programación en lenguaje Assembler mediante ejemplos de aplicaciones reales

1 2 3 4 5


A continuación, encontrará una frase que muestra la opinión que distintas personas tienen sobre la programación de microcontroladores. Por favor señale su grado de acuerdo con esta frase, encerrando en un círculo la a lternativa que se acerca más a lo que usted piensa.

Opinión

Grado de Acuerdo

Muy de acuerdo

De acuerdo

Ni acuerdo ni desacuerdo

En desacuerdo

Muy en desacuerdo

401. No digas que eres un buen programador, cuando solo eres un buen buscador de códigos

1 2 3 4 5

402. El aprendizaje de programación de microcontroladores PIC resulta obsoleto ya que Arduino y otras tecnologías los han desfasado significativamente

1 2 3 4 5

Muchas Gracias

Anexo D – Formato de Tercera Encuesta

1

Investigación Percepciones sobre el Aprendizaje de Programación de Microcontroladores PIC16FXXX Estudiantes de la EPIE – UNPRG y Aficionados

Folio: __________

Entrevistador/a: Bach. Renzo Petrozzi Puse – Bach. Luis Vílchez Castillo Fecha: ____/____/____ A continuación, encontrará una serie de preguntas destinadas a conocer su opinión acerca de los beneficios que traería para su aprendizaje en programación de microcontroladores PIC y en solución de aplicaciones embebidas, el uso de la Tarjeta Entrenadora FACFYM. Sus respuestas son confidenciales y serán reunidas junto a las respuestas de muchas personas que están contestando este cuestionario el día de hoy. Muchas gracias.

Pregunta Sí No

¿Tiene usted alguna experiencia con los microcontroladores PIC16FXXX

de gama media de Microchip?

¿Cree usted que la Tarjeta Entrenadora FACFYM resultaría beneficiosa

para el aprendizaje en programación de microcontroladores PIC16FXXX

para los estudiantes de Ingeniería Electrónica?

¿Cree usted que el uso periódico de la Tarjeta Entrenadora FACFYM le

permitirá al estudiante (o usuario) mejorar sus habilidades para la

interpretación e implementación de sistemas digitales con PIC?

Conteste esta pregunta solo si pertenece a la EPIE – UNPRG:

¿Considera usted que la Tarjeta Entrenadora FACFYM sería una buena

herramienta para el desarrollo de los Cursos de Sistemas Digitales que se

imparten en la EPIE?

¿Está conforme con la infraestructura actual de la Tarjeta Entrenadora

FACFYM?

¿Cree usted que se deberían diseñar y fabricar nuevas y mejores versiones

a largo plazo de la Tarjeta Entrenadora FACFYM?

Conteste esta pregunta solo si pertenece a la EPIE – UNPRG:

¿Cree usted que la Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica debería

invertir en la adquisición de la Tarjeta Entrenadora FACFYM?

¿Considera usted que el lenguaje de programación será decisivo para las

experiencias con la Tarjeta Entrenadora FACFYM?

Pregunta Buena Mala Regular

¿Cómo calificaría usted su experiencia con los

microcontroladores PIC16FXXX de gama media de

Microchip antes de usar la Tarjeta Entrenadora

FACFYM?

Pregunta Sí No

¿Considera usted que su experiencia con los microcontroladores

PIC16FXXX de gama media de Microchip mejoró mediante el uso de la

Tarjeta Entrenadora FACFYM?

¿Percibe usted alguna mejoría en su habilidad para conexionar circuitos

electrónicos y digitales luego de sus primeras experiencias con la Tarjeta

Entrenadora FACFYM?

Anexo E – Actas de entrega de material donado al Laboratorio de Electrónica

Anexo G – Diagrama esquemático de la Tarjeta Entrenadora FACFYM

Figura 185 Diagrama esquemático de la tarjeta entrenadora FACFYM

TARJETA ENTRENADORA FACFYM

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