Tarjeta v 0308

2008

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Mecatrónica M.I. Ulises M. Peñuelas Rivas

[DESCRIPCIÓN DE TARJETA: UPRSYS V0308] El siguiente documento muestra las características básicas de funcionamiento de la tarjeta UPRsys V0308. Esta es una tarjeta para desarrollo de proyectos didácticos, no persigue fines de lucro.

Ulises M. Peñuelas Rivas Descripción: Tarjeta UPRsys V0308

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Índice Introducción 3 Lista de materiales 4 Conexión especial en el componente Q1 6 Puente en D1 7 Armado de la tarjeta sin comunicación USART (RS232) 8 Armado de la tarjeta sin comunicación USB 9 Alimentación de voltaje en la tarjeta 10 Conector para protoboard 12 Configuración de jumper de comunicación USB 13 Cable de comunicación RS232 14

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Lista de materiales Designador Descripción Valor

C1 Capacitor Cerámico 0.47 uF C2 Capacitor Electrolítico 47 uF @ 16V C3 Capacitor de Tantalio 0.1 uF C4 Capacitor Cerámico 22 pF C5 Capacitor Cerámico 22 pF C6* Capacitor Cerámico 0.47 uF C7 Capacitor de Tantalio 1 uF D1 HACER UN PUENTE D2 Diodo rápido 1N4148 D3* Diodo rápido 1N4148 5V/PA/.../PD Header vertical de una línea 1x31 PWR Conector macho con trampilla 1x2 Q1*^ Transistor PNP BC327 R1 Resistencia de 1/4 W 1k R2 Resistencia de 1/4 W 330 R3 Resistencia de 1/4 W 10k R4* Resistencia de 1/4 W 330 R5* Resistencia de 1/4 W 100 R6* Resistencia de 1/4 W 330 Reg1 Regulador de voltaje LM2940 RESET Mini push botón push-boton RS232 Conector macho con trampilla 1x3 U1 Base para CI en DIP DIP40 U2 Base para CI en DIP DIP20 USB* Conector USB tipo A, ángulo recto USB_A USB/PC3* Header vertical de una línea 1x3 USB/PC3* Jumper Jumper 1x2 Vbus* LED rojo LED 3mm Vi LED verde LED 3mm Vin/Vout* Header vertical de una línea 1x3 Vin/Vout* Jumper Jumper 1x2 Y1 Cristal de cuarzo 20MHz-Mini U1 Microcontrolador PIC PIC16F877A U1* Microcontrolador PIC PIC18F4550 U2 Transductor RS232 MAX233 Cable 1 Cable binario para alimentación calibre 18 para fuente o batería Cable 1 Conector hembra con trampilla y zapatas 1x2 Cable 2 Cable triple para alimentación calibre 18 para fuente o batería Cable 2 Conector hembra con trampilla y zapatas 1x3 Cable 2 Conector DB9 hembra DB9 hembra Cable 2 Funda para DB9


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CABLES Cable 1: alimentación con conector hembra de 2 líneas con trampilla** Cable 2: conexión RS232 con conector hembra de 3 líneas con trampilla** Cable 3: USB A - USB A* Cable 4: USB A - DB9 (de USB a serial) * Son necesarios solamente si se requiere establecer comunicación USB, ver los comentarios. ** Hay que construir los cables, ver diagramas. ^ Requiere de una conexión especial.


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Conexión especial en el componente Q1 El componente Q1 es un transistor tipo PNP que tiene la función de desconectar la alimentación del regulador cuando la tarjeta es alimentada directamente por la conexión del cable USB. Lamentablemente el footprint del componente y el del paquete en donde fue diseñado no coinciden, motivo por el cual nos vemos obligados a hacer una conexión especial; es necesario doblar la pin 1 del componente y pasarlo por detrás de los pines 2 y 3, para evitar cualquier corto, hay que aislar el pin 1, posteriormente se insertará en la tarjeta en el sentido opuesto del que marca el footprint, ver Fig. 2.

(a) (b) (c) Figura 2. Conexión del elemento Q1. (a) Es el componente BC327, tal y como se compra. (b) Es el componente BC327 modificado, la marca roja es el aislante. (c) La figura muestra el nuevo orden de insersión del componente.


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Puente en D1 El espacio D1 es para colocar un diodo de germanio, si no es posible conseguirlo, es posible sustituir por un puente. La función del diodo es la de conmutar el encendido de un LED, cuando la tarjeta es conectada por medio del regulador que viene integrado, el LED Vi debería encender y cuando la tarjeta se alimenta por medio del puerto USB el LED Vi apagaría y el LED Vbus encendería, sin embargo, al hacer el puente en D1, los dos LEDs quedarán encendido al alimentar la tarjeta por el puerto USB.

Figura 3. Puente en el elemento D1


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Armado de la tarjeta sin comunicación USART (RS232) Como se explicó en párrafos anteriores, la tarjeta puede trabajar sin necesidad de incluir todos los componentes que incluye la tarjeta. La comunicación USART se realiza con un componente MAX233, éste es el encargado de transformar la información a transmitir de digital a analógica y la información analógica que recibe a digital, para que se pueda comunicar con dispositivos como computadores, PLCs, etc. La siguiente figura muestra los componentes que pueden ser omitidos en caso de no requerir este tipo de comunicación.

Figura 4. Los componentes en rojo, son los que se requieren para establecer una comunicación USART


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Armado de la tarjeta sin comunicación USB Como se menciona en el punto anterior, la tarjeta puede prescindir de los elementos con que se establece la comunicación serie y seguir funcionando sin problemas. Los elementos que apoyan a la comunicación USB, se muestran en la siguiente figura en color rojo, con color azul se muestra un puente que se puede hacer para que el PC.3 se conecte a la línea de pines inferiores.

Figura 5. Los componentes en rojo, son los que se requieren para establecer una comunicación USB, las líneas azules son puentes.


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Alimentación de voltaje en la tarjeta La tarjeta tiene tres formas de ser alimentada:

1. Alimentación por regulador La alimentación por medio del regulador se hace conectando un conector hembra de dos hilos. Es importante fijarse en la polaridad de los cables. El regulador recomendado es un LM2940CT-5.0, regula a 5V y soporta hasta 26V en la entrada y puede suministrar hasta 1ª, pero se puede utilizar cualquier otro con encapsulado TO220 y la misma configuración de pines.

Este regulador alimenta al microcontrolador y al MAX233, la tarjeta, además tiene salida para alimentar circuitería por el conector al protoboard y al puerto USB (ver nota de configuración). La tarjeta tiene un LED como testigo el cual se encenderá si el voltaje a la entrada es el adecuado y tiene le conector la polaridad correcta. Si al conectarlo no enciende, hay que desconectar inmediatamente la alimentación, pues existe algún problema de alimentación, se tiene un corto circuito o se conectó al revés alguno de los componentes que requieren polaridad.

Figura 6. Alimentación de voltajes en la tarjeta. El color amarillo indica el voltaje positivo de una fuente externa. El color azul es la referencia a tierra. El color verde es el voltaje a la salida del regulador. El color magenta la


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2. Alimentación por puerto USB La alimentación por el puerto USB se puede dar en dos direcciones, la tarjeta puede alimentar a dispositivos USB tales como memorias o la circuitería de la tarjeta puede ser alimentada a partir de un dispositivo USB, como con una computadora, por ejemplo. La alimentación de la tarjeta por puerto USB tiene mayor jerarquía que la alimentación por medio del regulador, esto es, si la tarjeta percibe voltaje por parte del dispositivo USB, entonces el regulador es desconectado. Como apoyo se colocó un jumper por medio del cual el usuario puede tener un mejor control de esta alimentación.

3. Alimentación por protoboard

Otra forma de alimentar a la tarjeta es introduciendo un voltaje regulado de 5V conectado en el primer pin de los postes dispuestos para insertados en un protoboard, en los mismos postes, el último pin es la referencia a tierra. El pin1 está marcado +5V mientras que el último con la leyenda GND.

(a) (b)

Figura 7. Jumper de configuración de voltaje en el puerto USB. (a) La tarjeta puede ser alimentada a partir del puerto USB. (b) La tarjeta puede alimentar a un dispositivo USB.


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Conector para protoboard La tarjeta fue diseñada con el objetivo de desarrollar prototipos funcionales, por lo cual se puso un conector para protoboard en la parte inferior de la tarjeta. En este conector se colocaron la mayor cantidad posible de entradas y salidas digitales y analógicas. Muchos dispositivos tienen mayor cantidad de bits en los puertos en otras localidades, sin embargo, los mostrados en la figura 8 son los comunes. Se recomienda que este conector sea colocado por la parte posterior de la tarjeta y que se suelde por la cara superior, para que así los componentes de la tarjeta y los del proyecto queden en un mismo plano.

Figura 8. Distribución de puertos en los pines del conector para protoboard. En cada puerto se indica su inicio con un pad cuadrado y se ordenó del bit menos significativo al más significativo de izquierda a derecha.


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Configuración de jumper para comunicación USB Cuando se esté utilizando un dispositivo que soporte comunicación USB y se desee utilizar este protocolo, es necesario conectar un capacitor en el PC.3, por tal motivo, la tarjeta incluye esta posibilidad. El elemento C6 es el capacitor que se conecta al pin PC.3, y además se tiene la opción de desconectar el capacitor y habilitar al pin como I/O digital. La siguiente figura muestra la configuración del jumper de conexión al capacitor.

(a) (b)

Figura 9. Jumper de conexión del capacitor 6 que posibilita la comunicación USB. (a) El capacitor 6 está conectado. (b) El capacitor 6 está desconectado y el PC.3 está conectado en el conector inferior.


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Cable de comunicación RS232 El cable de conexión serial RS232 tiene un armado tipo null-módem con el cuál la tarjeta se puede comunicar con dispositivos que soporten este protocolo de comunicación. Básicamente se necesitan las conexiones a los pines 2, 3 y 5 del conector DB9, pero con el objeto de cubrir también a los dispositivos que tengan comunicación RS232C se completa con los demás puentes. En la figura 6 se muestra un ejemplo de conexión con el mismo código de colores que se muestra en la figura 10.

Figura 10. Armado de cable RS232

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