UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE FILOSOFÍA, LETRAS Y

CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN

PROGRAMA DE EDUCACIÓN A DISTANCIA

MODALIDAD SEMIPRESENCIAL

CARRERA DE INFORMÁTICA

DISEÑO Y CREACIÓN DE UNA CALCULADORA DIGITAL PROGRAMADA A

TRAVÉS DE UN MICROCONTROLADOR PIC 16F877A PARA EL PROCESO DE

APRENDIZAJE DE LA LEY DE OHM CON LOS Y LAS ESTUDIANTES

DEL 2DO AÑO DE BACHILLERATO DE LA ESPECIALIDAD DE

ELECTRÓNICA DE CONSUMO DE LA INSTITUCIÓN

EDUCATIVA FISCAL MIGUEL DE SANTIAGO,

PERIODO 2015-2016.

Informe de Proyecto Tecnológico Educativo presentado como

requisito para obtener el grado de Licenciado en Ciencias de la

Educación, mención Informática.

Hurtado Herrera Luis Rolando

Tutor: MSc.William Ramiro Mejía Ortiz.

Quito, Junio 2016

ii

DEDICATORIA

Con mucho cariño a mí querida familia por

quienes mi esfuerzo, trabajo y sacrificio

para buscar un futuro mejor en cada uno

de ellos en la vida.

Dedico este trabajo a mi esposa y a mí hija

por su incondicional apoyo, gracias a ellos

he podido alcanzar mis metas y llegar a

culminar con éxito mis estudios.

iii

AGRADECIMIENTO

Al concluir con el trabajo de investigación

mi más grande agradecimiento y

reconocimiento a la Facultad de Filosofía

Letras y Ciencias de la Educación, de la

Universidad Central del Ecuador a sus

docentes que compartieron sus

conocimientos y experiencia para mi

formación profesional.

Un reconocimiento especial a la Institución

Educativa Fiscal “Miguel de Santiago” a

su rector, y docentes del segundo año de

bachillerato de la figura profesional de

Electrónica de consumo que me bridaron la

oportunidad de trabajar con sus

estudiantes.

A los estudiantes que participaron en la

investigación mi más profundo

agradecimiento, sin ellos no habría sido

posible el desarrollo del proyecto de

investigación.

iv

AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL

Yo, Luis Rolando Hurtado Herrera, en calidad de autor del Trabajo de investigación o Tesis

realizada sobre: “Diseño y creación de una calculadora digital programada a través de un

microcontrolador pic 16f877a para el proceso de aprendizaje de la ley de ohm con los y las

estudiantes del segundo año de bachillerato de la especialidad de electrónica de consumo de la

Institución Educativa Fiscal Miguel de Santiago, periodo 2015-2016”, por la presente autorizo a la

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que me

pertenecen o parte de los que contiene esta obra, con fines estrictamente académicos o de

investigación.

Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente autorización,

seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artículos 5, 6, 8; 19 y demás

pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su Reglamento.

Quito, 04 de Junio del 2016.

Luis Rolando Hurtado Herrera

CI: 171133406-8

Telf. 0998027403

E-mail: rolycolm@hotmail.com

v

APROBACIÓN DEL TUTOR DEL TRABAJO DE GRADO

En mi calidad de Tutor del Programa de pre-grado y, nombrado TUTOR por el Honorable Consejo

Directivo de la Facultad de Filosofía, Letras y Ciencias de la Educación.

CERTIFICO:

Trabajo de Grado presentado por el señor: Luis Rolando Hurtado Herrera, para optar por el Grado

de Licenciado en Ciencias de la Educación Mención Informática aplicada a la Educación, el

problema de investigación se refiere a “De qué manera una calculadora digital programada a

través del micro controlador Pic 16f877a aporta al desarrollo del aprendizaje de la ley de

ohm en los y las estudiantes del segundo año de bachillerato de la especialidad de electrónica

de consumo de la Institución Educativa fiscal Miguel de Santiago, periodo 2015-

2016”considero que dicho trabajo reúne los requisitos y méritos suficientes para ser sometido a la

presentación pública y evaluación por parte del jurado examinador que se designe.

En la ciudad de Quito en el mes de Junio del 2016.

vi

CERTIFICADO DE APROBACIÓN DEL JURADO O TRIBUNAL

Quito, 4 de Junio de 2016

CERTIFICACIÓN

Yo, MSc. Rocío Burbano Presidenta del Tribunal certificó que el Proyecto Tecnológico cuyo tema

es: “DISEÑO Y CREACIÓN DE UNA CALCULADORA DIGITAL PROGRAMADA A

TRAVÉS DE UN MICROCONTROLADOR PIC 16F877A PARA EL PROCESO DE

APRENDIZAJE DE LA LEY DE OHM CON LOS Y LAS ESTUDIANTES DEL SEGUNDO

AÑO DE BACHILLERATO DE LA ESPECIALIDAD DE ELECTRÓNICA DE CONSUMO DE

LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA FISCAL MIGUEL DE SANTIAGO, PERIODO 2015-2016.”

Perteneciente al señor LUIS ROLANDO HURTADO HERRERA cumple con las correcciones

realizadas por el tribunal examinador, por lo que el interesado puede realizar los trámites

pertinentes para aprobar el empastado del documento.

vii

CERTIFICACIÓN DE LA INSTITUCIÓN DONDE SE REALIZÓ LA INVESTIGACIÓN

En mi calidad de Vicerrector Académico de la Institución Educativa Fiscal MIGUEL DE

SANTIAGO, Certifico:

Que el Tecnólogo HURTADO HERRERA LUIS ROLANDO, portador de la cédula de ciudadanía

1711334068, docente del Plantel de mi regencia; realizó en esta Institución Educativa su trabajo de

investigación sobre el DISEÑO Y CREACIÓN DE UNA CALCULADORA DIGITAL

PROGRAMADA A TRAVÉS DE UN MICROCONTROLADOR PIC 16F877A PARA EL

PROCESO DE APRENDIZAJE DE LA LEY DE OHM CON LOS Y LAS ESTUDIANTES

DEL SEGUNDO AÑO DE BACHILLERATO DEL LA ESPECIALIDAD DE

ELECTRÓNICA DE CONSUMO DE LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA FISCAL MIGUEL

DE SANTIAGO, PERIODO 2015 - 2016, aplicando instrumentos de validación a estudiantes y

docentes del Plantel, mismo que será implementado posteriormente en este Establecimiento

Educativo.

Lo certifico.

Quito D.M., 23 de mayo del 2016

VICERRECTOR ACADÉMICO

viii

ÍNDICE DE CONTENIDOS

Pág.

CARÁTULA ....................................................................................................................................... i

DEDICATORIA ................................................................................................................................. ii

AGRADECIMIENTO ....................................................................................................................... iii

AUTORIZACIÓN DE AUTORÍA INTELECTUAL ....................................................................... iv

APROBACIÓN DEL TUTOR DEL TRABAJO DE GRADO ........................................................... v

CERTIFICADO DE APROBACIÓN DEL JURADO O TRIBUNAL …………………………….vi

CONSTANCIA DE LA EJECUCIÓN DEL PROYECTO ............................................................... vii

ÍNDICE DE CONTENIDOS ......................................................................................................... viii

ÍNDICE DE ANEXOS ..................................................................................................................... xi

ÍNDICE DE TABLAS ...................................................................................................................... xii

ÍNDICE DE GRÁFICOS ................................................................................................................ xiii

RESUMEN ....................................................................................................................................... xv

ABSTRACT .................................................................................................................................... xvi

INTRODUCCIÓN. ………………………………………………………………………………….1

CAPÍTULO I

PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN

1.1 Planteamiento del Problema ......................................................................................................... 5

1.2. Objetivos ..................................................................................................................................... 8

1.2.1 Objetivo General ....................................................................................................................... 8

1.2.2 Objetivos Específicos ................................................................................................................ 8

1.3. Justificación ................................................................................................................................. 9

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

2.1. Antecedentes ............................................................................................................................. 12

2.2. Fundamentación Teórica ........................................................................................................... 13

2.2.2 Microcontroladores ................................................................................................................. 14

2.2.3 Clasificación ............................................................................................................................ 15

2.2.3.1 La familia de los pic ............................................................................................................. 15

2.2.4 Estructura ................................................................................................................................ 17

2.2.4.1 Arquitectura interna .............................................................................................................. 17

2.2.4.2 Micro controlador pic 16f877a ............................................................................................. 22

ix

2.2.5 Funciones básicas del pic16f887 ............................................................................................. 23

2.2.6 Características básicas del pic16f887 ...................................................................................... 23

2.2.7 Programación .......................................................................................................................... 24

2.2.7.1 Programación de microcontroladores ................................................................................... 24

2.2.8 Microcontroladores «pic». diseño práctico de aplicaciones ................................................... 26

2.2.9 Ventajas-desventajas ............................................................................................................... 27

2.2.9.1 Desventajas de un microcontrolador PIC: ............................................................................ 28

2.2.10 Software electrónico para diseño y simulación de circuitos ................................................. 28

2.2.10.1 MultiSim (Electronics Workbench) .................................................................................... 28

2.2.10.2 Livewire ............................................................................................................................ 28

2.2.10.3 PCBWizard ........................................................................................................................ 29

2.2.10.4 Kicad ................................................................................................................................. 29

2.2.10.5 Micro-Cap ......................................................................................................................... 29

2.2.10.6 Simulador de Circuitos Digitales ....................................................................................... 29

2.2.10.7 Designworks ...................................................................................................................... 30

2.2.10.9 Eagle .................................................................................................................................. 30

2.2.10.10 Proteus ............................................................................................................................. 30

2.2.11 Enseñanza .............................................................................................................................. 34

2.2.11.1 La enseñanza como parte del proceso educativo ................................................................ 34

2.2.11.2 Rasgos que caracterizan al proceso de enseñanza .............................................................. 35

2.2.12. Aprendizaje .......................................................................................................................... 37

2.2.12.1. Definición del Aprendizaje ................................................................................................ 38

2.2.12.2. Proceso de enseñanza-aprendizaje .................................................................................... 38

2.2.13. Didáctica .............................................................................................................................. 40

2.2.14. El constructivismo ................................................................................................................ 41

2.2.14.1. Concepción Social del Constructivismo ............................................................................ 42

2.2.14.2. Concepción Psicológica del Constructivismo ................................................................... 44

2.2.14.3. Concepción Filosófica del Constructivismo ...................................................................... 44

2.2.14.4. Características de un Profesor Constructivista .................................................................. 45

2.2.15 Teoría del aprendizaje significativo ...................................................................................... 45

2.2.15.1. Aprendizaje Significativo y Aprendizaje Mecánico .......................................................... 46

2.2.15.2. Aprendizaje por Descubrimiento y Aprendizaje por Recepción. ...................................... 47

2.2.15.3. Requisitos para el Aprendizaje Significativo .................................................................... 48

2.2.15.4. Tipos de Aprendizaje Significativo ................................................................................... 49

2.2.16. Aprendizaje basado en problemas ........................................................................................ 54

2.2.17. Aprendizaje basado en proyectos ......................................................................................... 57

x

2.2.18. Aprendizaje cooperativo ...................................................................................................... 58

2.2.18.1. Concepto de Aprendizaje Cooperativo .............................................................................. 59

2.2.18.2. Características ................................................................................................................... 60

2.2.18.3. Estrategias, actividades de aprendizaje – cooperativo ...................................................... 61

2.2.19. Ley de ohm .......................................................................................................................... 62

2.3. Fundamentación Legal .............................................................................................................. 64

CAPÍTULO III

METODOLOGÍA

3.1. Diseño de la Investigación ........................................................................................................ 66

3.1.1. Procedimiento a Seguir ............................................................................................................. 67

3.1.2. Descripción de la Propuesta ...................................................................................................... 68

3.2 Población y Muestra ................................................................................................................... 68

3.3. Técnicas e Instrumentos ............................................................................................................ 69

CAPÍTULO IV

RESULTADOS

4.1 Análisis e interpretación de resultados ....................................................................................... 72

4.2 Diagnostico de la problemática .................................................................................................. 92

4.3 Conclusiones y recomendaciones ............................................................................................... 93

4.3.1 Conclusiones ............................................................................................................................. 93

4.3.2 Recomendaciones ..................................................................................................................... 94

5.1 Presentación de la Propuesta ...................................................................................................... 95

CAPÍTULO V

PROPUESTA TECNOLÓGICA

5.2 Objetivo General ........................................................................................................................ 96

5.3 Desarrollo Detallado de la Propuesta ......................................................................................... 96

5.4 Evaluación de la Propuesta .............................................................................................. 127

REFERENCIAS………………………………………………………………………………….132

ANEXOS………………………………………………………………………………………….134

xi

ÍNDICE DE ANEXOS

ANEXOS

Anexo 1: Alfa de Crombach………………………………………………………………………134

Anexo 2: Validaciones……………………………………………………………………………135

Anexo 3: Instrumentos…………..………………………………………………………………..138

Anexo 4: Gráficos………………………………………………………………………..……….140

xii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla N° 1 ABP ............................................................................................................................... 56

Tabla N° 2 Población ....................................................................................................................... 69

Tabla N° 3 Operacionalización de variables .................................................................................... 70

Tabla N° 4 Microcontrolador pic ..................................................................................................... 72

Tabla N° 5 Ensamblaje de circuitos ................................................................................................. 73

Tabla N° 6 Estructura y programación de los microcontroladores .................................................. 74

Tabla N° 7 Ventajas de los microcotroladores ................................................................................. 75

Tabla N° 8 Didáctica de la enseñanza de la ley de ohm ................................................................... 76

Tabla N° 9 Metodología de enseñanza ............................................................................................. 77

Tabla N° 10 Metodo tradicional ....................................................................................................... 78

Tabla N° 11 Aprendizaje significativo ............................................................................................. 79

Tabla N° 12 Aprendizaje basado en problemas ............................................................................... 80

Tabla N° 13 Diseño de productos tecnológicos ............................................................................... 81

Tabla N° 14 Conocimiento de la ley de ohm ................................................................................... 82

Tabla N° 15 Fórmulas de la ley de ohm……………...……………………………………..……...83

Tabla N° 16 Resolución de circuitos ................................................................................................ 84

Tabla N° 17 Enseñanza de la ley de ohm ......................................................................................... 85

Tabla N° 18 Utilización del microcontrolador ................................................................................. 86

Tabla N° 19 Los microcontroladores y su aplicación ...................................................................... 87

Tabla N° 20 Calculadora digital ....................................................................................................... 88

Tabla N° 21 Nivel de conocimientos ............................................................................................... 89

Tabla N° 22 Mejoramiento de enseñanza ........................................................................................ 90

Tabla N° 23 Diseño y elaboración de la calculadora ....................................................................... 91

Tabla N° 24 Evaluación por expertos……………………………………………………………..127

Tabla N° 25Evaluación por criterio de expertos……….…………………………………………128

Tabla N° 26 Resultado de la evaluación…………………………………………………………..130

xiii

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico N° 1. Microcontrolador .................................................................................................. 140

Gráfico N° 2. Arquitectura de un microcontrolador ...................................................................... 140

Gráfico N° 3. Arquitectura harvard……………………………………………………………….141

Gráfico N° 4 Configuración de pines ............................................................................................. 141

Gráfico N° 5 Elementos del proceso de enseñanza aprendizaje .................................................... 141

Gráfico N° 6 Ley de ohm ............................................................................................................... 142

Gráfico N° 7 fórmula general de la ley de ohm ............................................................................. 142

Gráfico N° 8 Triángulo de la ley de ohm ..................................................................................... 142

Gráfico N° 9 Microcontrolador pic f877a ........................................................................................ 72

Gráfico N° 10 Ensamblaje decircuitos con microcontrolador pic .................................................... 73

Gráfico N° 11 Estructura y programación de los microcontroladores ............................................. 74

Gráfico N° 12 Ventajas de los microcotroladores ............................................................................ 75

Gráfico N° 13 Didáctica de la enseñanza de la ley de ohm ............................................................ 76

Gráfico N° 14 Metodología de enseñanza ........................................................................................ 77

Gráfico N° 15 Método tradicional .................................................................................................... 78

Gráfico N° 16 Aprendizaje significativo .......................................................................................... 79

Gráfico N° 17 Aprendizaje basado en problemas ............................................................................ 80

Gráfico N° 18 Diseño de productos tecnológicos ............................................................................ 81

Gráfico N° 19 Conocimiento de la ley de ohm ............................................................................... 82

Gráfico N° 20 Fórmulas de la ley de ohm ........................................................................................ 83

Gráfico N° 21 Resolución de circuitos ............................................................................................. 84

Gráfico N° 22 Enseñanza de la ley de ohm ...................................................................................... 85

Gráfico N° 23 Utilización del microcontrolador ............................................................................. 86

Gráfico N° 24 Los microcontroladores y su aplicación ................................................................... 87

Gráfico N° 25 Calculadora digital .................................................................................................... 88

Gráfico N° 26 Nivel de conocimientos ............................................................................................ 89

Gráfico N° 27 Mejoramiento de enseñanza ..................................................................................... 90

Gráfico N° 28 Diseño y elaboración de la calculadora .................................................................... 91

Gráfico N° 29 Microcontrolador Pic ............................................................................................... 96

Gráfico N° 30 Simulador electrónico proteus ............................................................................... 102

Gráfico N° 31 Simulador electrónico proteus ............................................................................... 103

Gráfico N° 32 Simulador electrónico proteus ............................................................................... 104

Gráfico N° 33 Simulador electrónico proteus ............................................................................... 105

Gráfico N° 34 Simulador electrónico proteus ................................................................................ 106

Gráfico N° 35 Simulador electrónico proteus ................................................................................ 107

xiv

Gráfico N° 36 Simulador electrónico proteus ................................................................................ 108

Gráfico N° 37 Simulador electrónico proteus ................................................................................ 109

Gráfico N° 38 Terminales del pic .................................................................................................. 110

Gráfico N° 39 Teclado matricial .................................................................................................... 111

Gráfico N° 40 Display LCD ........................................................................................................... 112

Gráfico N° 41 Regulador 7805 ...................................................................................................... 113

Gráfico N° 42 Condensadores cerámicos ....................................................................................... 113

Gráfico N° 43 Cristal de cuarzo ..................................................................................................... 114

Gráfico N° 44 Capacitores electrolíticos ........................................................................................ 114

Gráfico N° 45 Resistencias ............................................................................................................ 115

Gráfico N° 46 Código de colores ................................................................................................... 115

Gráfico N° 47 Placas de circuito impreso ...................................................................................... 116

Gráfico N° 48 Baquelita ................................................................................................................. 116

Gráfico N° 49 Suelda de elementos ............................................................................................... 117

Gráfico N° 50 Circuito terminado .................................................................................................. 117

Gráfico N° 51 Caja de presentación ............................................................................................... 118

Gráfico N° 52 Calculadora digital .................................................................................................. 119

Gráfico N° 53 Calculadora digital .................................................................................................. 120

Gráfico N° 54 Placa con elementos electrónicos ........................................................................... 121

Gráfico N° 55 Valor del voltaje ..................................................................................................... 122

Gráfico N° 56 Cálculo de voltaje ................................................................................................... 123

Gráfico N° 57 Valor de intensidad ................................................................................................. 123

Gráfico N° 58 Cálculo de intensidad .............................................................................................. 124

Gráfico N° 59 Cálculo de intensidad .............................................................................................. 124

Gráfico N° 60 Valor de resistencia ................................................................................................ 125

Gráfico N° 61 Cálculo de resistencia ............................................................................................. 125

Gràfico N 62 Cálculo de resistencia…………………………………………………………….. 126

xv

TEMA: "Diseño y creación de una calculadora digital programada a través de un

microcontrolador pic 16f877a para el proceso de aprendizaje de la ley de ohm con los y las

estudiantes del 2do año de bachillerato de la especialidad de electrónica de consumo de la

Institución Educativa Fiscal Miguel de Santiago, periodo 2015-2016."

Autor: Luis Rolando Hurtado Herrera

Tutor: Msc. William Ramiro Mejía Ortiz

RESUMEN

El presente trabajo se desarrolló con el objetivo de identificar la correlación existente entre las

variables Microcontroladores y Enseñanza Aprendizaje, la población evaluada fue de 84

estudiantes, de los cuales 42 presentaron problemas en la comprensión de la ley de ohm, se sustenta

en el enfoque cuanti-cualitatitivo de la investigación bibliográfica, de campo, descriptiva y

exploratoria. Los valores encontrados manifiestan dificultades, en varios contextos como la forma

de enseñanza, materiales empleados, tecnologías utilizadas y ninguna forma de crear productos

tecnológicos para mejorar el proceso de enseñanza-aprendizaje. Se concluye la investigación con la

elaboración de una propuesta que consiste en el diseño y construcción de una calculadora digital

con funciones para calcular tensión, intensidad y resistencia además de su respectivo manual del

usuario dirigido a facilitar la comprensión del aprendizaje de la ley de ohm.

PALABRAS CLAVES: MICROCONTROLADORES / ENSEÑANZA / APRENDIZAJE / LEY

DE OHM.

xvi

TITLE: "Design and creation of a digital calculator programmed through a microcontroller pic

16f877a for learning process of the ohm´s law with the students of the second year of high school

with specialization of consumer electronics of the public Educational Institution Miguel de

Santiago, academic period 2015-2016."

Author: Luis Rolando Hurtado Herrera

Tutor: Msc. William Ramiro Mejia Ortiz

ABSTRACT

The present research was developed with the purpose of identifying the correlation between

variables Microcontrollers and Teaching Learning, the evaluated population was of 84 students,

of whom 42 presented difficulties to understand the Ohm´s Law, and this study is supported in the

quantitative - qualitative approach of the bibliographic, field, descriptive and exploratory research.

The identified values present difficulties in some contexts as the teaching method, materials,

technology and there is no way to create technological products to improve the teaching - learning

process. The present research concludes with the development of a proposal consisting on the

design and construction of a digital calculator including functions to calculate tension, intensity and

resistance including the corresponding user manual with the purpose of facilitating the

understanding of the Ohm´s Law.

KEYWORDS: MICROCONTROLLER / TEACHING / LEARNING / OHM’S LAW

I CERTIFY that the above and foregoing is a true and correct translation of the original document in Spanish.

1

INTRODUCCIÓN

Dentro de este mundo globalizado, las instituciones educativas están en la obligación de

modernizarse y buscar los mecanismos más idóneos para proveer a su recurso humano de las

herramientas tecnológicas que les permita desarrollar habilidades destrezas, actitudes y valores en

el manejo de la tecnología, se dice que el analfabeto de este siglo es aquel que no sabe

computación.

Las Tecnologías de la Información y la Comunicación (Tics) son incuestionables, forman parte de

la cultura tecnológica que nos rodea y con la que debemos convivir ya que estas amplían las

capacidades físicas, mentales y las posibilidades de desarrollo social en el Ecuador, actualmente el

sistema educativo ecuatoriano se enfrenta al desafío de utilizar las tecnologías de la información y

la comunicación (Tics) para proveer a sus estudiantes de las herramientas y conocimientos

necesarios que se requieren en el siglo XXI.

Los avances científicos y la globalización, son un factor preponderante en desarrollo de los

conocimientos y el surgimiento de nuevos valores, provocando continuas transformaciones en las

estructuras económicas, sociales y culturales, e incidiendo en casi todos los aspectos de la vida del

ser humano, el acceso al campo laboral, la comunicación, la información, las empresas se

organizan de diferente, las instituciones, especialmente las educativas capacitan a su personal, la

manera en que se comunican los seres humanos. Todo hace más difícil que se pueda vislumbrar

una vida sin tecnología.

Según Jacks de Delors manifiesta que: “La educación a lo largo de la vida se basa en cuatro

pilares: aprender a conocer, aprender a hacer, aprender a vivir juntos, aprender a ser”.(s/n).

El aprender a hacer, es de vital importancia dentro del campo de las Tics, para que los estudiantes

puedan desarrollar sus capacidades, trabajo en equipo y enfrentarse a diferentes situaciones y

desenvolverse en cada una de ellas, puesto que se dispone de un sin número de herramientas que

le permiten mejorar la actividad académica, el aprender a conocer, que crea una cultura general

profundizando los conocimientos. Lo que supone además, aprender a aprender para poder

aprovechar las posibilidades que ofrece la Educación a lo largo de la vida, el aprender a vivir juntos

desarrollando la comprensión del otro y la percepción de las formas de interdependencia, realizar

proyectos comunes y prepararse para tratar los conflictos, respetando los valores de pluralismo,

comprensión mutua y paz.

Aprender a ser para que florezca mejor la propia personalidad y se esté en condiciones de obrar

con creciente capacidad de autonomía, de juicio y de responsabilidad personal. Con tal fin, no

2

menospreciar en la educación ninguna de las posibilidades de cada individuo, mientras los

sistemas educativos formales propenden a dar prioridad a la adquisición de conocimientos, en

detrimento de otras formas de aprendizaje, importa concebir la educación como un todo. “En esa

concepción deben buscar inspiración y orientación las reformas educativas, tanto en la elaboración

de los programas como en la definición de las nuevas políticas pedagógicas”. (Delors, 1996)

En la Provincia de Pichincha así como a la mayoría de provincias se ha dotado a un gran

porcentaje de docentes de las instituciones educativas de computadoras y las correspondientes

instalaciones para las telecomunicaciones, lo cual ha permitido que se mejore en estos aspectos, lo

que ha hecho que puedan contar con las herramientas de última generación, facilitando que los

estudiantes puedan acceder a estas herramientas y por ende puedan tener una capacitación acorde

con la tecnología actual.

La sociedad en la que vivimos, conocida como la sociedad de la información, exige a los seres

humanos a estar preparados en el manejo y utilización de las herramientas tecnológicas, los

aprendizajes significativos son aquellos que le sirve al ser humano en la vida y para toda la vida, y

es aquí cuando las Tics permitirán que aquellas destrezas y conocimiento aprendidos puedan ser

reflejados en su campo de acción.

De acuerdo con la visión determinada en el plan estratégico, la Institución Educativa Fiscal Miguel

de Santiago, ubicado en el sector de Turubamba, para el año 2018 consolidará un modelo de

educación técnica y humanista, formando líderes positivos, solidarios, abiertos capaces de generar

cambios a través de la investigación constante y la creación de aplicaciones útiles mediante la

utilización de la tecnología para alcanzar la autorrealización y el mejoramiento de la sociedad.

La Institución Educativa Fiscal Miguel de Santiago de la ciudad de Quito, entidad de carácter

público y que no cuenta con presupuesto para acceder a recursos tecnológicos para el área

Informática y Electrónica, las autoridades y en especial los ministerios de Educación y Finanzas

son quienes asignan estos recursos, pero que lamentablemente no están contemplados desde

décadas anteriores hasta la actualidad perjudicando directamente la formación de los estudiantes.

Según Joan Majó (2003):

La escuela y el sistema educativo no solamente tienen que enseñar las nuevas

tecnologías, no sólo tienen que seguir enseñando materias a través de las nuevas

tecnologías, sino que estas nuevas tecnologías aparte de producir unos cambios en la

escuela producen un cambio en el entorno y, como la escuela lo que pretende es

preparar a la gente para este entorno, si éste cambia, la actividad de la escuela tiene

que cambiar. (Evalinares, 2007)

3

La Institución, las autoridades del plantel y sus docentes del área técnica hacen esfuerzos y

gestionan proyectos para obtener y en otro casos construir equipos de tecnología actual, esa

necesario conocer también que en los últimos años tampoco se lo puede realizar debido a políticas

absurdas del gobierno actual pues está prohibido por la ley, lo que imposibilita para este tipo de

planteles poder ofrecer a sus estudiantes una educación acorde con las nuevas tendencias

tecnológicas, creando incertidumbre tanto en autoridades, profesores y demás entes que componen

la institución.

Esta investigación pretende resolver el problema planteado y busca cumplir con el siguiente

objetivo, “Determinar de qué manera una calculadora digital programada a través del micro

controlador Pic 16f877 aporta al desarrollo del aprendizaje de la ley de ohm en los y las

estudiantes del segundo año de bachillerato de la especialidad de electrónica de consumo de la

Institución Educativa “Miguel de Santiago”, periodo 2015-2016.

Este proyecto cumple con uno de los grandes desafíos que tiene la institución que es la de proveer

de habilidades, destrezas, actitudes y valores mediante el manejo de las herramientas tecnológicas

Tics aplicadas a la electrónica de consumo.

El proyecto será estructurado por capítulos:

Capítulo I, EL PROBLEMA, consta la problemática a investigar, incluye la contextualización

macro, meso y micro; el árbol de problemas, justificación y objetivos.

Capítulo II, MARCO TEÓRICO, contiene antecedentes de la investigación, fundamentación

científica, definición de términos técnicos, fundamentación legal y caracterización de las variables.

Capítulo III, METODOLOGÍA, desarrollo de la investigación, constituido por: enfoque de la

investigación, modalidad de la investigación (bibliográfica, documental, de campo, de interrelación

social, exploratorio). Asociación de Variables, población y muestra, operacionalización de

variables.

Capítulo IV, ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS, las matrices de resultados

que se obtendrán de las encuestas realizadas a los docentes y estudiantes, de la Institución

Educativa fiscal “Miguel de Santiago” de la ciudad de Quito y el análisis e interpretación de los

datos de cada una de las preguntas en forma gráfica.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES, análisis exhaustivo de las encuestas realizadas, para

determinar si se cumple o no con la hipótesis planteada y que permita direccionar la propuesta.

4

Capítulo V, LA PROPUESTA, en base a los resultados de las encuestas se deduce que lo más

idóneo es diseñar y crear una calculadora digital programada a través de un micro controlador pic

16f877a, la cual se pondrá a consideración de los docentes y que permitirán que se incluyan en el

proceso de aprendizaje de la ley de ohm y como resultado se obtendrá el desarrollo integral de los

estudiantes.

5

CAPITULO I

PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN

1.1 Planteamiento del Problema

¿De qué manera una calculadora digital programada a través del micro controlador Pic 16f877a

aporta al desarrollo del aprendizaje de la ley de ohm en los y las estudiantes del segundo año de

bachillerato de la especialidad de electrónica de consumo de la Institución Educativa fiscal Miguel

de Santiago, periodo 2015-2016?

Los programas informáticos son incuestionables, forman parte de la cultura tecnológica que

nos rodea y con la que debemos convivir ya que estas amplían las capacidades físicas, mentales y

las posibilidades de desarrollo social en el Ecuador, actualmente el sistema educativo ecuatoriano

se enfrenta al desafío de utilizar las tecnologías de la información y la comunicación (Tics) para

proveer a sus estudiantes de las herramientas y conocimientos necesarios que se requieren en el

siglo XXI en las diferentes ramas y figuras profesionales.

Los avances científicos y la globalización, son un factor preponderante en el desarrollo de los

conocimientos y el surgimiento de nuevos valores, provocando continuas transformaciones en las

estructuras económicas, sociales y culturales, e incidiendo en casi todos los aspectos de la vida del

ser humano, el acceso al campo laboral, la comunicación, la información, las empresas se

organizan diferente, las instituciones, especialmente las educativas capacitan a su personal para

fomentar el aprendizaje significativo de sus estudiantes y prepararlos para que sean capaces de

resolver problemas.

La Institución Educativa Fiscal "Miguel de Santiago", en coherencia con sus lineamientos

educativos plasmados en su visión y misión donde la responsabilidad social y una dinámica

permanente en los procesos tecnológicos necesarios para cumplir con las demandas de nuestra

comunidad educativa pone énfasis en la necesidad de preparar bachilleres técnicos en Electrónica

responsables ,capaces y honestos.

Lo anotado en líneas anteriores más el rigor académico, la conducta ética y la innovación que son

los valores que propugna nuestra institución conducirán a una formación integral de los y las

estudiantes, lo que dice MORALES, G (1995) sobre el desarrollo de valores es “...una persona

6

gestora y consciente de su propia construcción y por tanto conocedora de sus capacidades mentales,

afectivas, volitivas y psicomotoras, del avance de su desarrollo personal y de la adquisición de

conocimientos.” (p. 46).

La institución miguelina a pesar de contar con recursos insuficientes por diversos factores entre

ellos gubernamentales, políticos y económicos a podido consolidarse como referente en la

provincia de Pichincha y a nivel nacional al alcanzar sitios importantes en concursos a nivel medio

y superior en el área de electrónica ,de esta verdadera fortaleza queremos aprovechar para formar

técnicos que vayan aún más allá en base a la preparación y motivación dirigida por todos los

actores educativos.

El docente y las instituciones deben entender que nuestra sociedad está en creciente cambio en el

área técnica e industrial, esto permitirá al estudiante cambiar su realidad mediante la preparación

integral como manifiesta:

"El estudiante no es un vaso que se llena sino es un fuego que se enciende." UNESCO

documento de apoyo (2005) Quito, (pág. 14)

Es importante señalar que las políticas educativas han sufrido importantes cambios en su estructura

lo que ha resultado que el docente de las instituciones educativas especialmente en la nuestra se

estanque y se mantenga indiferente frente a la creatividad, el emprendimiento y la innovación de

recursos tecnológicos que permitan fomentar un aprendizaje más dinámico e interesante para el

estudiante y así garantizar el cumplimiento del perfil profesional de salida de nuestros bachilleres.

La comunidad educativa especialmente de las figuras técnicas deben tomar en cuenta que el mundo

laboral exige que los bachilleres de esta era, sean capaces de programar micro controladores pic

para aplicarlos en la construcción de dispositivos tecnológicos que propendan a alcanzar un

aprendizaje significativo en el estudio de la ley de ohm y sus aplicaciones en los diferentes ámbitos

de la electrónica.

Algunas de la dificultades con las que se enfrenta el docente y el estudiante de la especialidad es

en referencia a los recursos para equipamiento de los laboratorios que inciden directamente en el

aprendizaje ya que al no contar con lo necesario se motiva más la enseñanza teórica corriendo el

riesgo de formar estudiantes incompetentes donde el “saber hacer” no tiene cabida.

La enseñanza teórica sin ningún fin práctico es la característica de la enseñanza tradicional que en

esta época del auge tecnológico no tiene lugar ni espacio pero que frente a la desatención de las

7

políticas educativas de turno pueden ser utilizadas en desmedro de una formación integral y

competente de los bachilleres técnicos.

La falta de inversión en capacitación e infraestructura técnica está incidiendo directamente en la

labor del docente y el aprendizaje del estudiante ya que los costos para la adquisición de estos

materiales en el mercado tecnológico son muy altos y tienden cada vez más a reducir su vida útil

por las nuevas versiones que más prontamente aparecen.

Consecuentemente las líneas anteriores pueden con gran seguridad producir una “zona de confort”

para el docente donde no quepa el interés por actualizarse ni emprender proyectos innovadores

que motiven su trabajo y el de los estudiantes.

Las causas y efectos antes mencionados son parte del problema analizado que pueden alterar

significativamente la enseñanza del docente y el aprendizaje del estudiante, sin embargo frente a las

dificultades que se presentan ya sea por el recurso económico o por la negativa e inconciencia del

docente para actualizarse y emprender en nuevos desafíos con la tecnología para generar en los

estudiantes del área aprendizajes significativos y dinámicos es necesario tener en cuenta que el

diseño y construcción de una calculadora digital mediante la programación del micro controlador

Pic 16f877a puede contribuir a crear nuevos entornos de aprendizaje.

8

1.2. Objetivos

1.2.1 Objetivo General

Diseñar una calculadora digital programada a través del micro controlador Pic 16f877a para

contribuir al desarrollo del aprendizaje de la ley de ohm en los estudiantes del segundo año de

bachillerato de la especialidad de electrónica de consumo de la Institución Educativa fiscal

“Miguel de Santiago”, periodo 2015-2016.

1.2.2 Objetivos Específicos

Analizar si el proceso de enseñanza-aprendizaje que realizan los docentes de la

especialidad de electrónica de consumo se desarrolla bajo recursos tecnológicos

innovadores para generar aprendizajes significativos.

Fundamentar los aspectos teóricos acerca de la calculadora digital programada a través del

microcontrolador pic 16f877a.

Presentar una propuesta factible que contribuya a mejorar el proceso de aprendizaje de la

ley de ohm a través del diseño y construcción de una calculadora digital con los y las

estudiantes del segundo año de bachillerato de la especialidad de electrónica de consumo.

9

1.3. Justificación

La tecnología ha tenido avances vertiginosos y constantes, los seres humanos deben estar a la par

con ella, más aún los profesores que educan a los habitantes de hoy y del mañana, ellos no deben

estar rezagados, la tecnología debe ser un referente en sus vidas, para este fin el investigador

propone indagar de qué manera una calculadora digital programada a través del micro

controlador Pic 16f877 puede aportar al desarrollo del aprendizaje de la ley de ohm en los y las

estudiantes del segundo año de bachillerato de la especialidad de electrónica de consumo de la

Institución Educativa “Miguel de Santiago”, periodo 2015-2016.

Debido a que en la institución existe un alto índice de maestros de avanzada edad y al temor por

parte de ellos hacia las nuevas tecnologías de la información y en especial del uso y aplicación

tanto dentro como fuera del aula, despierta el interés de los docentes para adentrarse en este nuevo

mundo tecnológico que se les presenta y que les permita buscar mecanismos adecuados que

solucionen la mencionada problemática, en beneficio de los estudiantes para conseguir una

educación de calidad, así como de calidez. Los maestros docentes necesitarán de una preparación

adicional para estar actualizados sobre el diseño y creación de una calculadora digital programada

a través de un micro controlador pic 16f877a, procurando la participación de todos los actores

educativos involucrados.

La investigación de las Tics, por ser un tema que está en boga a todo nivel, en especial en el

campo educativo tiene gran importancia porque de esta manera se aportará a los docentes y

estudiantes de las herramientas y conocimientos que les permitirán mejorar tanto en la parte

académica, como en la parte actitudinal, además porque el diseño y creación de una calculadora

digital a través de la programación del micro controlador pic 16f877a, ofrece la posibilidad de

adentrase en el mundo del hardware y software, así como de generar información relevante en la

preparación de los dicentes, a estar en una constante búsqueda y replanteamiento de contenidos y

procedimientos pues se ven en la necesidad de codificar, escoger, seleccionar y cambiar la

información, de esta manera la institución optará entre asumir un papel de liderazgo en la

transformación de la educación, o bien quedar atrás en el continuo cambio tecnológico.

El trabajo de investigación es factible de realizar porque se dispone de la autorización del Rector

de la institución, se cuenta con la bibliografía suficiente y necesaria sobre el tema a investigarse,

con los recursos tecnológicos necesarios, el conocimiento del investigador y el financiamiento

respectivo para realizar la investigación.

La investigación tendrá utilidad teórica porque se acudirá a fuentes de información bibliográfica

10

actualizada y especializada sobre el uso y la aplicación de las Tics y en especial en base al

desarrollo de actividades que proveerá el diseño del hardware y software así como del micro

controlador pic 16f877a. La utilidad práctica se demostrará como una propuesta de solución al

problema investigado.

La investigación contribuirá al cumplimiento de la Misión y Visión de la institución; motivo del

trabajo.

Los estudiantes y docentes de la Institución Educativa fiscal Miguel de Santiago se beneficiarán de

esta investigación y la aplicación de la calculadora digital porque motivarán algunas aplicaciones

de utilidad práctica.

Las aplicaciones prácticas que permitirá este trabajo son:

Diseño y construcción de circuitos eléctricos y electrónicos.

Simulación de circuitos eléctricos y electrónicos.

Programación de funciones.

Programación de pics.

Calculo de magnitudes eléctricas básicas.

Integración de fórmulas, cálculo y resultado de magnitudes eléctricas básicas.

Este proyecto puede contribuir a profundizar el análisis de una problemática teórica existente en

los establecimiento educativos especialmente de carácter técnico ya que su concepción está

orientada a la formación por competencias donde necesariamente la práctica que realicen los

estudiantes pongan de manifiesto el “saber hacer”.

La problemática teórica toma fuerza cuando el sistema educativo no cumple lo que garantiza la

constitución ya sea por factores políticos o económicos obligando a los actores educativos a

utilizar enfoques o modelos pedagógicos no adecuados al tiempo que vivimos, tiempo que

demanda de una gran preparación de las personas para que sean capaces de resolver problemas

reales en cualquier campo que se desarrollen.

En relación a las políticas que orientan el sistema educativo es pertinente señalar que todos los

actores educativos desde el estado debemos cumplir con lo que señala:

11

Constitución Política del Estado. Título vii. Régimen del Buen Vivir

Sección primera: Educación

Art. 343.

El sistema nacional de educación tendrá como finalidad el desarrollo de

capacidades y potencialidades individuales y colectivas de la población, que

posibiliten el aprendizaje y la generación y utilización de conocimientos, técnicas,

saberes, arte y cultura .El sistema tendrá como centro al sujeto que aprende y

funcionará de manera flexible y dinámica, incluyente, eficaz y eficiente.

En coherencia con el régimen del Buen Vivir, este proyecto tecnológico puede fomentar y cumplir

todos los lineamientos expuestos en el artículo 343 contribuyendo a la formación integral y competente

del bachiller técnico de la especialidad de electrónica de nuestra Institución.

12

CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

2.1. Antecedentes

En búsqueda del objetivo planteado, se realizó varias visitas a universidades de la ciudad de Quito,

con el fin de buscar si había temas de tesis relacionadas con la planteada aquí y se pudo

determinar que no existen programas realizados para la enseñanza de cálculo de circuitos.

Únicamente se encontró tesis e información orientada a las Tics cuya relación es muy distante con

lo que plantea el proyecto.

En la Universidad Católica PUCE se encontró el siguiente tema de tesis, “Implementación de la

nueva tecnología de la información y comunicación en el quinto nivel de francés, Escuela de

Lenguas, Facultad de Comunicación, Lingüística y Literatura de la PUCE, realizada por Bermeo,

Patricia (2007). Su conclusión principal es “Las tecnologías de la información y de las

comunicaciones (Tics) son incuestionables y están ahí, forman parte de la cultura tecnológica.

Amplían las capacidades físicas y mentales y las posibilidades del desarrollo social”.

El trabajo expuesto no tiene aplicaciones prácticas que podrían fortalecer la especialidad de

electrónica y la formación de bachilleres técnicos más bien está enfocada al área de la Lengua y

Literatura.

En la Universidad Salesiana el proyecto de tesis “Elaboración de contenido educativo digital para

la asignatura de Nuevas Tecnologías de la Información y Comunicación elaborado por De la Torre

García, Fausto y Loyola Constante. La conclusión a la que llegaron es “La expansión de las Tics

de todos los hábitos y estratos de nuestra sociedad se ha producido a gran velocidad y es un

proceso que debe continuar ya que día a día van apareciendo sin cesar nuevos elementos

tecnológicos con los cuales toda la sociedad debe estar en constante preparación para utilizarlos”.

El trabajo enunciado anteriormente establece un proyecto de contenido educativo en términos

generales que coinciden únicamente en la necesidad de saber utilizarlos. No contribuye al contexto

de la formación técnica en electrónica.

Tomando en cuenta las conclusiones anteriores y por la gran importancia que generan las Tics en

la sociedad actual y el gran desafío que a las instituciones educativas se les presenta, el grupo

investigador una vez revisada y analizada las conclusiones, tendrá en consideración las mimas

para fortalecer si es el caso la presente investigación

13

2.2. Fundamentación Teórica

La verdadera función de la escuela es la de transmitir una habilidad que sintetice todas las demás

funciones que le son propias: pensar. Después, y dependiendo del estilo y formación del

interlocutor, se añaden otros complementos al verbo pensar: "creativamente", "críticamente" o

"autónomamente".

Según Ortega Carrillo (2004) dice:

El auge de las nuevas tecnologías en el último tercio del siglo XX ha despertado

grandes esperanzas a la humanidad al ponerle en sus manos poderosos instrumentos

de comunicación que pueden favorecer el desarrollo, la extensión de la cultura, la

educación, la democracia y el pluralismo. (Dominguez, 2004)

De acuerdo con el autor podemos reflexionar que el sistema educativo ecuatoriano debe insertar

profundamente en todos sus instrumentos de enseñanza el soporte tecnológico más aún en los

centros de formación técnica donde es necesario comprender que el desarrollo de la tecnología

informática y electrónica crece a pasos gigantescos.

El diseño cada vez más avanzado de los dispositivos eléctricos y electrónicos y sus notables

funciones cada vez más innovadoras en la integración y derivación del funcionamiento de los

equipos electrónicos e informáticos y sus diversas aplicaciones, crean la necesidad inmediata de

adentrarnos en el conocimiento de estos elementos como el microcontrolador cuyas características

de funcionamiento pueden contribuir en la aplicación de diversas soluciones que aplicadas a la

educación pueden generar aprendizaje significativos y valederos para el estudiante en su vida

profesional.

A continuación se expone una recopilación de información en base a referencias bibliográficas de

carácter netamente técnico para ilustrar y describir todos los componentes establecidos en la

variable independiente.

14

2.2.2 Microcontroladores

(ver gráfico N.-1 en Anexo 4)

Es un circuito integrado programable que contiene todos los componentes de un computador.

Un circuito integrado es un componente electrónico que en su interior está formado por muchos

componentes semiconductores miniaturizados que cumplen una función específica, también se lo

conoce con el nombre de chip.

El micro controlador se emplea para controlar el funcionamiento de una tarea determinada y,

debido a su reducido tamaño, suele ir incorporado en el propio dispositivo al que gobierna. Esta

última característica la que le confiere la denominación de «controlador incrustado». (embedded

controller).

El microcontrolador es un computador dedicado. En su memoria sólo reside un programa

destinado a gobernar una aplicación determinada; sus líneas de entrada/salida soportan el

conexionado de los sensores y actuadores del dispositivo a controlar, y todos los recursos

complementarios disponibles tienen como única finalidad atender sus requerimientos. Una vez

programado y configurado el microcontrolador solamente sirve para gobernar la tarea asignada.

Un microcontrolador es un computador completo, aunque de limitadas prestaciones, que está

contenido en el chip de un circuito integrado y se destina a gobernar una sola tarea.

El número de productos que funcionan en base a uno o varios microcontroladores aumenta de

forma exponencial. No es aventurado pronosticar que en el siglo xxi habrá pocos elementos que

carezcan de microcontrolador. En esta línea de prospección del futuro, la empresa Dataquest

calcula que en cada hogar americano existirán varios centenares de microcontroladores en los

comienzos del tercer milenio.

La industria Informática acapara gran parte de los microcontroladores que se fabrican.

Casi todos los periféricos del computador, desde el ratón o el teclado hasta la impresora, son

regulados por el programa de un microcontrolador .

Los electrodomésticos de línea blanca (lavadoras, hornos, lavavajillas, etc.) y de línea marrón

(televisores, vídeos, aparatos musicales, etc.) incorporan numerosos microcontroladores.

Igualmente, los sistemas de supervisión, vigilancia y alarma en los edificios utilizan estos chips.

También se emplean para optimizar el rendimiento de ascensores, calefacción, aire acondicionado,

alarmas de incendio, robo, etc.

15

Las comunicaciones y sus sistemas de transferencia de información utilizan profusamente estos

pequeños computadores incorporándolos en los grandes automatismos y en los modernos

teléfonos.

La instrumentación y la electro medicina son dos campos idóneos para la implantación de estos

circuitos integrados. Una importante industria consumidora de microcontroladores es la de

automoción, que los aplica en el control de aspectos tan populares como la climatización, la

seguridad y los frenos ABS.

Las comunicaciones y los productos de consumo general absorben más de la mitad de la

producción de microcontroladores. El resto se distribuye entre el sector de la automoción, los

computadores y la industria.

2.2.3 Clasificación

2.2.3.1 La familia de los pic

Una de las labores más importantes del ingeniero de diseño es la elección del modelo de

microcontrolador que mejor satisfaga las necesidades del proyecto con el mínimo presupuesto.

En el 2003 el fabricante de los PIC dispone de más de un centenar de versiones diferentes y cada

año aumenta considerablemente su lista. (Ver en el Anexo D la familia completa de

microcontroladores PIC).

Microchip dispone de cuatro gamas de microcontroladores de 8 bits para adaptarse a las

necesidades de la mayoría de los clientes potenciales.

2.2.3.1.1 Gama baja o básica: PIC16C5X con instrucciones de 12 bits

Se trata de una serie de PIC de recursos limitados, pero con una de las mejores relaciones

coste/prestaciones. Sus versiones están encapsuladas con I8 y 28 patitas y pueden alimentarse a

partir de una tensión de 2,5 V lo que les hace ideales en las aplicaciones que funcionan con pilas.

Tienen un repertorio de 33 instrucciones cuyo formato consta de I2 bits. No admiten ningún tipo

de interrupción y la pila sólo dispone de dos niveles.

En el 2003 el fabricante de los PIC dispone de más de un centenar de versiones diferentes y cada

año aumenta considerablemente su lista.

Microchip dispone de cuatro gamas de microcontroladores de 8 bits para adaptarse a las

necesidades de la mayoría de los clientes potenciales.

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Se trata de una serie de PIC de recursos limitados, pero con una de las mejores relaciones

coste/prestaciones. Sus versiones están encapsuladas con I8 y 28 patitas y pueden alimentarse a

partir de una tensión de 2,5 V lo que les hace ideales en las aplicaciones que funcionan con pilas.

Tienen un repertorio de 33 instrucciones cuyo formato consta de I2 bits. No admiten ningún tipo

de interrupción y la pila sólo dispone de dos niveles.

El repertorio de instrucciones es de 35 a 14 bits cada una y compatible con el de la gama baja. Sus

distintos modelos contienen todos los recursos que se precisan en las aplicaciones de los

microcontroladores de 8 bits. También dispone de interrupciones y una Pila de 8 niveles que

permite el anidamiento de subrutinas.

La gama media puede clasificarse en las siguientes subfamilias:

a) Gama media estándar (PIC16C55X);

b) Gama media con comparador analógico (PIC16C62X/64X/66X);

c) Gama media con módulo de captura (CCP), modulación de anchura de impulsos (PWM) y

puerta serie (PIC16C6X);

d) Gama media con CAD de 8 bits (PIC16C7X);

e) Gama media con CAD de precisión (PIC14000);

f) Gama media con memoria Flash y EEPROM (PIC16F87X y PIC16X8X);

g) Gama media con driver LCD (PIC16C92X).

2.2.3.1.2 Gama alta: PIC17CXXX con instrucciones de 16 bits

Se alcanzan las 58 instrucciones de 16 bits en el repertorio y sus modelos disponen de un sistema

de gestión de interrupciones vectorizadas muy potente. También incluyen variados controladores

de periféricos, puertas de comunicación serie y paralelo con elementos externos y un multiplicador

hardware de gran velocidad.

Quizás la característica más destacable de los componentes de esta gama es su arquitectura abierta,

que consiste en la posibilidad de ampliación del microcontrolador con elementos externos.

Para este fin, las patitas sacan al exterior las líneas de los buses de datos, direcciones y control, a

las que se conectan memorias o controladores de periféricos. Esta filosofía de construcción del

sistema es la que se empleaba en los microprocesadores y no suele ser una práctica habitual

cuando se emplean microcontroladores.

17

2.2.3.1.3 Gama mejorada: PIC18C(F)XXX con instrucciones de 16 bits

En los inicios del tercer milenio de nuestra era Microchip presentó la gama mejorada de los

microcontroladores PIC con la finalidad de soportar las aplicaciones avanzadas en las áreas de

automoción, comunicaciones, ofimática y control industrial. Sus modelos destacaron por su alta

velocidad (40 Mhz) y su gran rendimiento (10 MIPS a 10 Mhz).

Entre las aportaciones más representativas de esta serie de modelos que crece cada año, destacan.

a) Un espacio de direccionamiento para la memoria de programa que permite alcanzar los 2 MB,

y 4 KB para la memoria de datos.

b) Inclusión de la tecnología FLASH para la memoria de código.

c) Potente juego de 77 instrucciones de 16 bits cada una. Permiten realizar una multiplicación 8 x

8 en un ciclo de instrucción, mover información entre las memorias y modificar el valor de un bit

en un registro o en una línea de E/S.

d) Orientación a la programación en lenguaje C con la incorporación de compiladores muy

eficientes para este lenguaje.

e) Nuevas herramientas para la emulación.

Inicialmente aparecieron cuatro modelos (PIC18C242/252/442/452) que tenían hasta 16 KB de

memoria de programa y hasta 1.536 bytes de RAM, ambas ampliables.

Podían funcionar a 40 MHz, con 16 causas de interrupción, 4 temporizadores, 2 módulos CCP,

Conversor A/D de 5 u 8 canales, y comunicación serie y paralelo. Luego aparecieron los

PIC18FXXX ellos destacan el modelo PIC18F720 estando encapsulado con 80 patitas.

2.2.4 Estructura

2.2.4.1 Arquitectura interna

(Ver gráfico N.- 2 en Anexo 4)

Un microcontrolador posee todos los componentes de un computador, pero con unas

características fijas que no pueden alterarse.

A continuación se pasa revista a las características más representativas de cada uno de los

componentes del microcontrolador.

18

2.2.4.1.1 El procesador

La necesidad de conseguir elevados rendimientos en el procesamiento de las instrucciones ha

desembocado en el empleo generalizado de procesadores de arquitectura Harvard frente a los

tradicionales que seguían la arquitectura de von Neumann. Esta última se caracterizaba porque la

UCP (Unidad Central de Proceso) se conectaba con una memoria única, donde coexistían datos e

instrucciones, a través de un sistema de buses.

En la arquitectura de «von Neumann» la UCP se comunicaba a través de un sistema de buses con

la Memoria, donde se guardaban las instrucciones y los datos.

1. Procesador

2. Memoria no volátil para contener el programa

3. Memoria de lectura y escritura para guardar los datos

4. Líneas de EIS para los controladores de periféricos:

a) Comunicación paralelo

b) Comunicación serie

c) Diversas puertas de comunicación (bus l2ºC, USB, etc.)

5. Recursos auxiliares:

a) Circuito de reloj

b) Temporizadores

c) Perro Guardíán («watchdog»)

d) Conversores AD y DA

e) Comparadores analógicos

f) Protección ante fallos de la alimentación

g) Estado de reposo o de bajo consumo

En la arquitectura Harvard son independientes la memoria de instrucciones y la memoria de datos

y cada una dispone de su propio sistema de buses para el acceso. Esta dualidad, además de

propiciar el paralelismo, permite la adecuación del tamaño de las palabras y los buses a los

requerimientos específicos de las instrucciones y de los datos. También la capacidad de cada

memoria es diferente.

El procesador de los modernos microcontroladores responde a la arquitectura RISC

(Computadores de Juego de Instrucciones Reducido), que se identifica por poseer un repertorio de

19

instrucciones máquina pequeño y simple, de forma que la mayor parte de las instrucciones se

ejecuta en un ciclo de instrucción.

Otra aportación frecuente que aumenta el rendimiento del computador es el fomento del

paralelismo implícito, que consiste en la segmentación del procesador (pipe-line),

descomponiéndolo en etapas para poder procesar una instrucción diferente en cada una de ellas y

trabajar con varias a la vez.

2.2.4.1.2 Memoria de programa

El microcontrolador está diseñado para que en su memoria de programa se almacenen todas las

instrucciones del programa de control. No hay posibilidad de utilizar memorias externas de

ampliación.

Como el programa a ejecutar siempre es el mismo, debe estar grabado de forma permanente.

Los tipos de memoria adecuados para soportar esta función admiten cinco versiones diferentes:

El alto rendimiento y elevada velocidad que alcanzan los modernos procesadores, como el que

poseen los microcontroladores PIC, se debe a la conjunción de tres técnicas:

- Arquitectura Harvard

- Computador tipo RISC

- Segmentación

(Ver grafico N.- 3 en Anexo 4)

1 .ª Rom con máscara

En este tipo de memoria el programa se graba en el chip durante el proceso de su fabricación

mediante el uso de «máscaras». Los altos costes de diseño e instrumental sólo aconsejan usar este

tipo de memoria cuando se precisan series muy grandes.

2.ª Eprom

La grabación de esta memoria se realiza mediante un dispositivo físico gobernado desde un

computador personal, que recibe el nombre de grabador. En la superficie de la cápsula del

20

microcontrolador existe una ventana de cristal por la que se puede someter al chip de la memoria a

rayos ultravioletas para producir su borrado y emplearla nuevamente. Es interesante la memoria

EPROM en la fase de diseño y depuración de los programas, pero su coste unitario es elevado.

3.' Otp

(Programable una vez)

Este modelo de memoria sólo se puede grabar una vez por parte del usuario, utilizando el mismo

procedimiento que con la memoria EPROM. Posteriormente no se puede borrar. Su bajo precio y

la sencillez de la grabación aconsejan este tipo de memoria para prototipos finales y series de

producción cortas.

4.ª Eeprom

La grabación es similar a las memorias OTP y EPROM, pero el borrado es mucho más sencillo al

poderse efectuar de la misma forma que el grabado, o sea, eléctricamente. Sobre el mismo zócalo

del grabador puede ser programada y borrada tantas veces como se quiera, lo cual la hace ideal en

la enseñanza y en la creación de nuevos proyectos. El fabuloso PIC16C84dispone de 1 K palabras

de memoria EEPROM para contener instrucciones y también tiene algunos bytes de memoria de

datos de este tipo para evitar que cuando se retira la alimentación se pierda información.

Aunque se garantiza 1.000.000 de ciclos de escritura/borrado en una EEPROM, todavía su

tecnología de fabricación tiene obstáculos para alcanzar capacidades importantes y el tiempo de

escritura de las mismas es relativamente grande y con elevado consumo de energía.

5.ª Flash

Se trata de una memoria no volátil, de bajo consumo, que se puede escribir y borrar en circuito al

igual que las EEPROM, pero suelen disponer de mayor capacidad que estas últimas.

El borrado sólo es posible con bloques completos y no se puede realizar sobre posiciones

concretas.

En las FLASH se garantizan 1.000 ciclos de escritura-borrado.

Son muy recomendables en aplicaciones en las que sea necesario modificar el programa a lo largo

de la vida del producto, como consecuencia del desgaste o cambios de piezas, como sucede con

los vehículos.

21

Por sus mejores prestaciones está sustituyendo a la memoria EEPROM para contener

instrucciones. De esta forma Microchip comercializa dos microcontroladores prácticamente

iguales, que sólo se diferencian en que la memoria de programa de uno de ellos es tipo EEPROM

y la del otro tipo Flash. Se trata del PIC 16C84 y el PIC 16F84, respectivamente. En la actualidad

Microchip tiene abierta una línea de PIC con memoria Flash cada vez más extensa y utilizada.

2.2.4.1.3 Memoria de datos

Los datos que manejan los programas varían continuamente, y esto exige que la memoria que les

contiene deba ser de lectura y escritura, por lo que la memoria RAM estática (SRAM) es la más

adecuada, aunque sea volátil.

Hay microcontroladores que también disponen como memoria de datos una de lectura y escritura

no volátil, del tipo EEPROM. De esta forma, un corte en el suministro de la alimentación no

ocasiona la pérdida de la información, que está disponible al reiniciarse el programa.

El PIC16C84, el PIC16F83 y el PIC16F84 disponen de 64 bytes de memoria EEPROM para

contener datos.

La memoria tipo EEPROM y la tipo Flash pueden escribirse y borrarse eléctricamente. Sin

necesidad de sacar el circuito integrado del zócalo del grabador pueden ser escritas y borradas

numerosas veces.

2.2.4.1.4 Líneas de E/S para los controladores de periféricos

A excepción de dos patitas destinadas a recibir la alimentación, otras dos para el cristal de cuarzo,

que regula la frecuencia de trabajo, y una más para provocar el Reset, las restantes patitas de un

microcontrolador sirven para soportar su comunicación con los periféricos externos que controla.

Las líneas de E/S que se adaptan con los periféricos manejan información en paralelo y se agrupan

en conjuntos de ocho, que reciben el nombre de Puertas. Hay modelos con líneas que soportan la

comunicación en serie; otros disponen de conjuntos de líneas que implementan puertas de

comunicación para diversos protocolos, como el I2ºC, el USB, etc.

2.2.4.1.5 Recursos auxiliares

Según las aplicaciones a las que orienta el fabricante cada modelo de microcontrolador, incorpora

una diversidad de complementos que refuerzan la potencia y la flexibilidad del dispositivo.

22

Entre los recursos más comunes se citan a los siguientes:

a) Circuito de reloj, encargado de generar los impulsos que sincronizan el funcionamiento de todo

el sistema.

b) Temporizadores, orientados a controlar tiempos.

c) Perro Guardián («watchdog»), destinado a provocar una reinicialización cuando el programa

queda bloqueado.

d) Conversores AD y DA, para poder recibir y enviar señales analógicas.

e) Comparadores analógicos, para verificar el valor de una señal analógica.

f) Sistema de protección ante fallos de la alimentación.

g) Estado de Reposo, en el que el sistema queda «congelado» y el consumo de energía se reduce al

mínimo.

2.2.4.2 Micro controlador pic 16f877a

El PIC16F877 es un microcontrolador con memoria de programa tipo FLASH, lo que representa

gran facilidad en el desarrollo de prototipos y en su aprendizaje ya que no se requiere borrarlo

con luz ultravioleta como las versiones EPROM, sino que permite reprogramarlo nuevamente sin

ser borrado con anterioridad.

El PIC16F877 es un microcontrolador de Microchip Technology fabricado en tecnología CMOS,

su consumo de potencia esa muy bajo y además es completamente estático, esto quiere decir que

el reloj puede detenerse y los datos de la memoria no se pierden.

El encapsulado más común para este microcontrolador es el DIP (Dual In-line Pin) de 40 pines,

propio para usarlo en experimentación. La referencia completa es PIC16F877-04 para el

dispositivo que utiliza cristal oscilador de hasta 4 MHz, PIC16F877-20 para el dispositivo que

utiliza cristal oscilador de hasta 20 MHz o PIC16F877A-I para el dispositivo tipo industrial que

puede trabajar hasta a 20 MHz. Sin embargo, hay otros tipos de encapsulado que se pueden utilizar

según el diseño y la aplicación que se quiere realizar. Por ejemplo, el encapsulado tipo surface

mount (montaje superficial) tiene un reducido tamaño y bajo costo, que lo hace propio para

producciones en serie o para utilizarlo en lugares de espacio muy reducido.

2.2.4.2.1 Configuración de pines pic 16F877A

(Ver gráfico N.- 4 en Anexo 4)

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2.2.5 Funciones básicas del pic16f887

Se enumeran algunas a continuación:

Principales registros sfr

Puertos de entrada/salida

Temporizador timer0

Temporizador timer1

Temporizador timer2

Módulos ccp

Módulos de comunicación serie

Módulos analógicos

Oscilador de reloj

Memoria eeprom

¡reinicio! ¿black-out, brown-out o ruidos?

2.2.6 Características básicas del pic16f887

Arquitectura RISC

El microcontrolador cuenta con solo 35 instrucciones diferentes

Todas las instrucciones son uni-ciclo excepto por las de ramificación

Frecuencia de operación 0-20 MHz

Oscilador interno de alta precisión

Calibrado de fábrica

Rango de frecuencia de 8MHz a 31KHz seleccionado por software

Voltaje de la fuente de alimentación de 2.0V a 5.5V

Consumo: 220uA (2.0V, 4MHz), 11uA (2.0 V, 32 KHz) 50nA (en modo de espera)

Ahorro de energía en el Modo de suspensión

Brown-out Reset (BOR) con opción para controlar por software

35 pines de entrada/salida

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Alta corriente de fuente y de drenador para manejo de LED

Resistencias pull-up programables individualmente por software

Interrupción al cambiar el estado del pin

Memoria ROM de 8K con tecnología FLASH

El chip se puede re-programar hasta 100.000 veces

Opción de programación serial en el circuito

El chip se puede programar incluso incorporado en el dispositivo destino

256 bytes de memoria EEPROM

Los datos se pueden grabar más de 1.000.000 veces

368 bytes de memoria RAM

Convertidor A/D:

14 canales

resolución de 10 bits

3 temporizadores/contadores independientes

Temporizador perro guardián

Módulo comparador analógico con

Dos comparadores analógicos

Referencia de voltaje fija (0.6V)

Referencia de voltaje programable en el chip

Módulo PWM incorporado

Módulo USART mejorado

Soporta las comunicaciones seriales RS-485, RS-232 y LIN2.0

Auto detección de baudios

Puerto Serie Síncrono Maestro (MSSP)

Soporta los modos SPI e I2C

2.2.7 Programación

2.2.7.1 Programación de microcontroladores

La utilización de los lenguajes más cercanos a la máquina (de bajo nivel) representan un

considerable ahorro de código en la confección de los programas, lo que es muy importante dada

la estricta limitación de la capacidad de la memoria de instrucciones. Los programas bien

realizados en lenguaje Ensamblador optimizan el tamaño de la memoria que ocupan y su ejecución

es muy rápida.

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Los lenguajes de alto nivel más empleados con microcontroladores son el C y el BASIC, de los

que existen varias empresas que comercializan versiones de compiladores e intérpretes para

diversas familias de microcontroladores. En el caso de los PIC es muy competitivo e interesante el

compilador de C PCM de la empresa CCS y el intérprete PBASIC de PARALLAX.

El lenguaje que utilizan los profesionales para la programación de las microcontroladores es el

Ensamblador, que es el más cercano a la máquina. También son frecuentes los programas en

lenguaje C y en BASIC, siendo este último el más fácil de aprender.

2.2.7.1.1 Instrumental de trabajo

Siempre que se diseña con circuitos integrados programables se precisan herramientas para la

puesta a punto del hardware y del software.

Con referencia al software, además de los compiladores o intérpretes de los lenguajes usados, es

muy interesante disponer de simuladores software, que consisten en programas que simulan la

ejecución de instrucciones representando el comportamiento interno del procesador y el estado de

las líneas de E/S. Como se simula por software al procesador, el comportamiento no es idéntico

aunque proporciona una aproximación aceptable, especialmente cuando no es esencial el trabajo

en tiempo real.

Microchip pone libremente a disposición de sus usuarios, a través de Internet

(http://www.microchip.com), ensambladores como el MPASM y simuladores como el MPSIM.

Ingeniería de Microsistemas Programados, S. L., comercializa un simulador muy completo para el

PIC16X84 y varios compiladores e intérpretes de lenguaje C y BASIC. Recuperado en:

(http://www.microcontroladores.com).

Respecto a las herramientas hardware, una indispensable es el grabador, encargado de escribir el

programa en la memoria del microcontrolador.

Existen grabadores muy completos, capaces de trabajar con muchos modelos de diferentes

familias, pero su elevado precio los aleja de los usuarios personales. Para estos últimos existen

bastantes versiones de sencillos grabadores, específicos para ciertos modelos de

microcontroladores, que gobernados desde un computador personal se ofrecen por un precio

ligeramente superior al de un libro.

http://www.microcontroladores.com/

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En la puesta a punto de proyectos industriales una potentísima herramienta es el emulador en

circuito, que consiste en un complejo dispositivo físico que, controlado por un programa desde un

computador personal, dispone de una «cabeza» con las mismas patitas que el microcontrolador

que se trata de emular. La cabeza se introduce en el zócalo donde irá el microcontrolador con el

programa definitivo en la placa de prototipo. El emulador en circuito hace funcionar al sistema

como si hubiese un microcontrolador real, pero presentando en la pantalla del computador toda la

información necesaria para conocer el desarrollo del programa y la actuación de los periféricos.

Los resultados que así se obtienen son