capítulo 1. sistemas de microcomputadoras

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD ZACATENCO

TARJETA DE DESARROLLO PARA MICROCONTROLADORES PIC

TESIS

QUE ES PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA

PRESENTA

NATANAEL MELCHOR HERNÁNDEZ

ASESOR METODOLÓGICO: ING. JULIO LARA GARCÍA ASESOR TÉCNICO: DR. FRANCISCO JAVIER GALLEGOS FUNES

ASESOR TÉCNICO: ING. JUAN MANUEL COBILT CATANA

MÉXICO, D.F. 2009

Tarjeta de Desarrollo para Microcontroladores PIC 2009

1

Índice Temático

Índice Temático ............................................................................................................................................. 1

Glosario Técnico............................................................................................................................................ 3

Objetivo General............................................................................................................................................ 4

Objetivos Específicos .................................................................................................................................. 4

Resumen de Contenido del Documento ........................................................................................................ 5

Introducción ................................................................................................................................................... 6

Antecedentes .............................................................................................................................................. 6

Problema .................................................................................................................................................... 7

Análisis y Alcance ....................................................................................................................................... 8

Justificación ................................................................................................................................................ 9

Capítulo 1. Sistemas de Microcomputadoras ........................................................................................ 10

1.1 Inicio ............................................................................................................................................. 10

1.2 Sistemas del Microcontrolador ...................................................................................................... 10

1.3 Características del Microcontrolador PIC ...................................................................................... 13

1.4 Arquitecturas Von Neumann y Harvard ........................................................................................ 17

1.5 Arquitecturas CISC y RISC ........................................................................................................... 20

Capítulo 2. Desarrollo del Prototipo ....................................................................................................... 21

2.1 Zócalos ......................................................................................................................................... 21

2.2 Puertos de Entrada/Salida ............................................................................................................ 22

2.3 Display Alfanumérico Inteligente ................................................................................................... 26

2.4 Teclado Matricial 4x4 .................................................................................................................... 32

2.4.1 Técnica de Arrastre ............................................................................................................... 33

2.4.2 Técnica de Entradas/Salidas ................................................................................................ 34

2.5 Display Gráfico .............................................................................................................................. 35

2.5.1 Instrucciones de Control ....................................................................................................... 37

2.6 Controlador para Pantalla Táctil Resistiva .................................................................................... 38


2

2.7 Encoder Incremental ..................................................................................................................... 43

2.8 LED´s en Configuración Tri-Estado .............................................................................................. 47

2.9 Módulo RS232 .............................................................................................................................. 50

2.10 Interface Serial para Displays de 7 Segmentos de 8 Dígitos ........................................................ 52

2.11 Módulo RFID ................................................................................................................................. 55

Capítulo 3. Justificación Económica ...................................................................................................... 59

3.1 Cronograma de Actividades .......................................................................................................... 59

3.2 Insumos ........................................................................................................................................ 62

3.3 Equipos ......................................................................................................................................... 65

3.4 Infraestructura ............................................................................................................................... 65

3.5 Factor Humano ............................................................................................................................. 66

3.6 Resumen de Costos ..................................................................................................................... 66

Conclusiones ............................................................................................................................................... 67

Índice de Diagramas .................................................................................................................................... 68

Índice de Ilustraciones ................................................................................................................................. 68

Índice de Tablas .......................................................................................................................................... 69

Índice de Circuitos ....................................................................................................................................... 70

Fuentes de Información ............................................................................................................................... 71


3

Glosario Técnico

A/D Analógico-Digital

CAN Red de Área Controlada

CISC Computadora con Conjunto de Instrucciones Complejo

CPU Unidad Central de Procesamiento

CU Unidad de Control

E/S Terminales de Entrada/Salida

EEPROM Memoria Borrable y Programable Eléctricamente de Solo Lectura

EPROM Memoria Borrable y Programable de Solo Lectura

I2C Interconexión Integrada

ICSP Programación Dentro del Circuito

ISR Rutina de Servicio de Interrupción

NIBBLE Conjunto de 4 bits consecutivo

OTP Programación Única

PIC Controlador de Interfaz Periférico

PLL Lazo de Enganche de Fase

PROM Memoria Programable de Solo Lectura

RAM Memoria de Acceso Aleatorio

ROM Memoria de Solo Lectura

RISC Computadora con Reducido Conjunto de Instrucciones

SPI Interface Serial Periférica

USART Transmisor-Receptor Síncrono-Asíncrono

http://es.wikipedia.org/wiki/RISC


4

Objetivo General

Diseñar y construir una Tarjeta de Desarrollo para Microcontroladores PIC para el diseño de aplicaciones

de control, con fines didácticos.

Objetivos Específicos

Diseñar la Placa de Circuito Impreso con el menor tamaño posible, organizando de la mejor

manera los conectores de los puertos del Microcontrolador.

Encontrar un diseño atractivo integrando en la Tarjeta un Display Alfanumérico y un Teclado

Matricial 4x4.

Desarrollar los módulos del Display Gráfico con la pantalla Táctil, los LEDs en Configuración Tri-

Estado, la Interface Serial para Displays de 7 Segmentos, el módulo de Resistencias Pull con

Pulsadores.


5

Resumen de Contenido del Documento

En este texto se publica la estructura general de la Tarjeta de Desarrollo. Las características más

importantes de los Microcontroladores PIC (Controlador de Interfaz Periférico).

Dentro de la introducción encontramos la historia de los Microcontroladores PIC, el análisis y alcance del

proyecto, así como los problemas que pueden presentarse durante el diseño y fabricación de la Tarjeta a

desarrollar así como la Justificación correspondiente.

Capítulo 1.- En este capítulo se aborda la estructura interna de los Microcontroladores PIC y sus

principales características. Se define la integración de los buses de comunicación entre los datos y la

memoria propia del Microcontrolador.

Capítulo 2.- Se describen los módulos internos y externos de la Tarjeta Principal de Desarrollo. Desde los

puertos internos de control de entrada/salida hasta los módulos externos. Conoceremos los resultados

obtenidos las pruebas de funcionamiento del proyecto.

Capítulo 3.- Se refiere a la Justificación Económica, punto importante dentro de la realización de un

proyecto, con el cual se establece la factibilidad y nos permite asegurar la viabilidad ante el cliente.

Respecto a las conclusiones y recomendaciones que se obtuvieron durante el desarrollo del proyecto.

Al final del documento, encontramos los enlaces de las fuentes de información de donde se recopilaron los

datos más transcendentes, además de las hojas de especificaciones de los circuitos integrados que se

emplean.


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Introducción

Antecedentes

Los Microcontroladores PIC (Controlador de Interfaz Periférico) son una familia de Microcontroladores de

tipo RISC (Computadora con un Reducido Conjunto de Instrucciones), fabricados por Microchip

Technology Inc. y derivados del PIC1650, originalmente desarrollado por la división de microelectrónica

de General Instrument.

El Microcontrolador PIC original, se diseñó para ser usado con la nueva CPU (Unidad Central de

Procesamiento) de 16 bits CP16000. Siendo en general una buena CPU, ésta tenía malas prestaciones de

E/S (Entrada/Salida), y el PIC de 8 bits se desarrolló en 1975 para mejorar el rendimiento del sistema

quitando peso de E/S a la CPU. El PIC utilizaba micro-código simple almacenado en ROM (Memoria de

Solo Lectura) para realizar estas tareas; y aunque el término no se usaba por aquel entonces, se trata de

un diseño RISC que ejecuta una instrucción cada 4 ciclos del oscilador.

En 1985, la división de microelectrónica de General Instrument se separa como compañía independiente

que es incorporada como filial (el 14 de diciembre de 1987 cambia el nombre a Microchip Technology y

en 1989 es adquirida por un grupo de inversionistas) y el nuevo propietario canceló casi todos los

desarrollos, que para esas fechas la mayoría estaban obsoletos. El Microcontrolador PIC sin embargo, se

mejoró con EPROM (Memoria Borrable y Programable Electrónicamente de Solo Lectura) para conseguir

un controlador de canal programable. Hoy en día, multitud de Microcontroladores PIC vienen con varios

periféricos incluidos (módulos de comunicación serie, núcleos de control de motores, etc.) y con capacidad

en memoria de programa que va desde 512 a 32,000 palabras (una palabra corresponde a una instrucción

en ensamblador, y puede ser 12, 14 ó 16 bits, dependiendo de la familia específica de PICmicro).

http://es.wikipedia.org/wiki/Microcontrolador


http://es.wikipedia.org/wiki/Microchip_Technology_Inc.

http://es.wikipedia.org/wiki/Microchip_Technology_Inc.

http://es.wikipedia.org/wiki/Microelectr%C3%B3nica

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=General_Instrument&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/CPU

http://es.wikipedia.org/wiki/Bit

http://es.wikipedia.org/wiki/Dispositivo_de_entrada/salida

http://es.wikipedia.org/wiki/1975

http://es.wikipedia.org/wiki/Microc%C3%B3digo

http://es.wikipedia.org/wiki/ROM


http://es.wikipedia.org/wiki/Instrucci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo

http://es.wikipedia.org/wiki/Oscilador


http://es.wikipedia.org/wiki/Microelectr%C3%B3nica

http://es.wikipedia.org/wiki/14_de_diciembre


http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Microchip_Technology&action=edit&redlink=1


http://es.wikipedia.org/wiki/EPROM

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Controlador_de_canal&action=edit&redlink=1


7

Problema

Cuando se realiza un diseño de cierto circuito y se comprueba su correcto desempeño en Tarjetas de

Prototipos (protoboard), existe el problema que las conexiones no son lo suficientemente seguras para

mantenerse en buen estado y se requiere invertir demasiado tiempo para ello. Además, las Tarjetas de

Prototipos presentan capacitancias alrededor de los 10pF las cuales alteran el óptimo desempeño del

oscilador externo que necesita el Microcontrolador en aplicaciones a altas frecuencias.

Cuando se trata de conseguir alguna Tarjeta de Desarrollo en el mercado, la mayoría de éstas son

deficientes en cuanto a las facilidades que se quieren obtener. Uno de los problemas principales de estas

Tarjetas es la disposición de los conectores de los puertos del Microcontrolador, éstos solo pueden ser

conectados a otros dispositivos a través de cables individuales lo que hace difícil su manipulación, no

conforme con esto, los puertos se acomodan exactamente como se obtienen del dispositivo sin ser

correctamente ordenados, es por ello que no encontramos todos los bits de cada puerto en conjunto. Otra

desventajada es la falta de un conector que nos permita programar al Microcontrolador directamente en la

Tarjeta de Desarrollo, en las aplicaciones modernas no se extrae al Microcontrolador del circuito en el que

se encuentra para poder actualizar el software.

En ocasiones es necesario presentar algún trabajo con la Tarjeta y para poder trabajar en conjunto con

otros dispositivos como un Display Alfanumérico Inteligente para visualizar los datos y un Teclado Matricial

para introducirlos, éstos deben de conectarse por separado a través de los conectores de los puertos con

las desventajas previamente planteadas.


8

Análisis y Alcance

Con los problemas anteriormente planteados se diseñará una Tarjeta de Desarrollo para

Microcontroladores PIC, que incluya conectores dispuestos por orden alfabético, cada puerto tendrá un

conector único y exclusivo al que se accederá mediante cable plano de 10 hilos con conectores Jack 5x2.

La Tarjeta también contará con un conector simple de 16 terminales diseñado para colocar un Display

Alfanumérico Inteligente de 16x2 líneas. Cómo extra se añadirá un Teclado Matricial 4x4 conectado al

puerto B del Microcontrolador PIC.

La idea central de la Tarjeta de Desarrollo es la de una estructura modular, esto nos permitirá trabajar en

un espacio reducido y con los módulos que en el momento se requieran.

Se tiene contemplado la fabricación de la Tarjeta Principal que cuente con el Microcontrolador PIC, los

conectores Jack 5x2 de los puertos, el conector de 16 terminales del Display Alfanumérico Inteligente, el

Teclado Matricial 4x4 y el conector para la Programación Dentro del Circuito.

Además del módulo principal, se fabricarán varios módulos como:

Módulo de Display Gráfico con Pantalla Táctil

Módulo de LEDs en configuración Tri-Estado

Módulo serie de Displays de 7 Segmentos de 8 Dígitos

Módulo de conexión rápida a un protoboard

Módulo de resistencias de Empuje, Pulsadores y LEDs


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Justificación

Este proyecto tiene ventajas con respecto a otras Tarjetas para Microcontroladores PIC, e cuanto al precio,

el tamaño reducido al ser modular y su gran variedad de aplicaciones debido a que cuenta con módulos

externos con los que se robustece el prototipo.

Tabla 1 Comparación de características y precios

Comparación de Tarjetas de Desarrollo

No. Precio

(M.N.)

Tamaño

(cm) Características Ilustración

1 $200.00 5 x 5

Conector USB Hembra Tipo B

Conector DB9

Conector ICSP

Zócalo de 28 terminales

Área para soldar componentes externos

2 $150.00 7 X 5


Conector DB9

Fuente de voltaje integrada

Área para soldar componentes

3 $500.00 7 x 15

Conectores para Puertos

Conector USB Hembra Tipo B

Conector para LCD Alfanumérico


Pulsadores con resistores de Pull para puerto C

4 $250.00 5 x 10


Conector Header sencillo para puertos

LED de encendido

Conector ICSP

Las característica propias de la Tarjeta, como la de incluir un conector Header sencillo de 16 terminales

para un Display Alfanumérico Inteligente de 16x2 líneas además de un Teclado Matricial 4x4, un conector

para la Programación Dentro del Circuito (ICSP), la agrupación y ordenamiento de los puertos dispuestos

en conectores Jack 5x2, y el diseño de módulos externos que se conectan fácil y rápidamente a la Tarjeta

principal, hacen que el proyecto sea versátil, económico y de fácil empleo en diferentes aplicaciones.


10

Capítulo 1. Sistemas de Microcomputadoras

1.1 Inicio

El término microcomputadora se usa para describir un sistema que incluya como mínimo un

microprocesador, memoria de programa, datos de memoria y dispositivos de Entrada/Salida. Algunos

sistemas de microcomputadoras adicionalmente incluyen componentes tales como temporizadores,

contadores y convertidor analógico-digital. Así, un sistema de microcomputadora puede ser cualquiera

desde una gran computadora teniendo disco duro, disco flexible, e impresoras a un simple chip controlador

embebido (dentro del circuito).

1.2 Sistemas del Microcontrolador

Un Microcontrolador es una computadora de un solo chip. Micro se refiere a que el dispositivo es

pequeño y controlador se refiere a que es empleado en sistemas de control. Otro término de

Microcontrolador es controlador embebido, desde que la mayoría de los Microcontroladores son

fabricados dentro (o embebidos en) de los dispositivos que controlan.

Un Microprocesador difiere de un Microcontrolador en muchos aspectos. La principal distinción es que un

microprocesador requiere severos componentes externos para su operación, como memoria de

programa y memoria de datos, dispositivos de Entrada/Salida, y un circuito de reloj externo. Un

Microcontrolador, tiene todos los chips de soporte incorporados dentro del único chip. Todos los

Microcontroladores operan en un conjunto de instrucciones (o el programa de usuario) almacenada en la

memoria. Un Microcontrolador obtiene las instrucciones de su memoria de programa una por una,

decodifica estas instrucciones y luego lleva a cabo las operaciones requeridas.

Los Microcontroladores han sido tradicionalmente programados usando el lenguaje de ensamblador del

dispositivo de destino. A pesar de que el lenguaje ensamblador es rápido, tiene severas desventajas. Un

programa en ensamblador consiste en nemónicos (dato simbólico que identifica a un comando

http://es.wikipedia.org/wiki/Dato


11

generalmente numérico (binario, octal, hexadecimal) de una forma más sencilla que su numeración

original), lo cual hace que su aprendizaje y mantenimiento de programa escrito sea difícil. También, los

fabricantes de Microcontroladores de diferentes firmas tienen diferentes lenguajes de ensamblador, así el

usuario debe de aprender un nuevo lenguaje de programación por cada nuevo Microcontrolador que use.

Los Microcontroladores también pueden ser programados usando un lenguaje de alto nivel, como BASIC,

PASCAL, o C. Los lenguajes de alto nivel son mucho más fáciles de aprender que los lenguajes de

ensamblador. Estos también facilitan el desarrollo de programas largos y complejos. Para los ejemplos en

este trabajo, emplearemos el popular lenguaje C con el compilador C18 de MPLAB de Microchip

Technology Inc. mostrado en la Ilustración 1.2.1.

Ilustración 1 MPLAB de Microchip Technology

En teoría, un único chip es suficiente para tener un sistema de Microcontrolador operando. En

aplicaciones prácticas, componentes adicionales pueden ser requeridos para que la microcomputadora

pueda interactuar con su ambiente. Con la llegada de la familia de Microcontroladores PIC el tiempo de

desarrollo de un proyecto de electrónica se ha reducido a horas.


12

Básicamente, una microcomputadora ejecuta el programa de usuario que ha sido cargado en su memoria

de programa. Bajo el control de este programa, la información es recibida de dispositivos externos

(entradas), manipuladas y luego enviadas a dispositivos externos (salidas).

Un Microcontrolador, es una herramienta muy poderosa que permite al diseñador crear sofisticada

manipulación de datos de Entrada/Salida bajo un programa de control. Los Microcontroladores se clasifican

por el número de bits que procesan. Los Microcontroladores de 8 bits son los más populares y son

empleados en la mayoría de las aplicaciones. Los Microcontroladores de 16 y 32 bits son mucho más

poderosos, pero son usualmente más caros y no se requieren en la mayoría de las aplicaciones de

mediano y pequeño tamaño.

La arquitectura más simple de un Microcontrolador consiste en un Microprocesador, memoria y puertos de

Entrada/Salida. El Microprocesador consiste en una unidad central de procesamiento (CPU) y una unidad

de control (CU). La CPU es el cerebro del Microcontrolador, aquí es donde todas las operaciones

aritméticas y lógicas son efectuadas. La CU controla las operaciones internas del microprocesador y

envía señales a otras partes para llevar a cabo las instrucciones requeridas.

La memoria, una parte importante del sistema del Microcontrolador, puede ser clasificada en dos tipos:

memoria de programa y memoria de datos. La memoria de programa almacena el programa escrito por el

programador y usualmente es no volátil (esto es, los datos no se pierden después de apagar el

dispositivo). La memoria de datos almacena temporalmente datos usados en el programa y usualmente

es volátil (esto es, los datos se pierden después de apagar el dispositivo).

EEPROM (memoria borrable y programable eléctricamente de solo lectura), es una memoria no volátil que

puede borrarse y reprogramarse usando un adecuado dispositivo de programación. Las memorias

EEPROM se usan para guardar información de configuración, valores máximos y mínimos, información de

identificación, etc. Algunos Microcontroladores se han armado en memorias EEPROM. Por ejemplo, el

Microcontrolador PIC18F452 contiene una memoria EEPROM de 256 bytes donde cada byte puede ser

programado y borrado directamente por aplicaciones de software. Las memorias EEPROM son muy lentas

a menudo. Un chip EEPROM es más costeable que un chip EPROM.


13

Flash EEPROM una versión de la memoria EEPROM, se ha vuelto popular en aplicaciones de

Microcontroladores y se emplean para almacenar el programa de usuario. La memoria Flash EEPROM no

es volátil y es usualmente muy rápida. La información puede ser borrada y posteriormente reprogramada

con un dispositivo adecuado de programación. Algunos Microcontroladores tienen sólo 1K de memoria

Flash EEPROM mientras que otros tienen 32K o más. El Microcontrolador PIC18F452 tiene 32K bytes de

memoria flash.

1.3 Características del Microcontrolador PIC

Los Microcontroladores de distintos fabricantes tienen distintas arquitecturas y capacidades. Algunos se

pueden enfocar en aplicaciones particulares mientras que otros pueden ser totalmente inservibles para la

misma aplicación. Las características de hardware común a la mayoría de los Microcontroladores se

describen en esta sección.

Fuente de Voltaje.- Muchos Microcontroladores operan con el voltaje estándar lógico de +5V. Algunos

pueden operar a niveles bajos como +2.7 V y algunos toleran +6V sin ningún problema. La hoja de datos

del fabricante contiene la información de los límites de alimentación de la fuente de voltaje. El

Microcontrolador PIC18F452 puede operar con un rango de +2V a +5.5V.

El Reloj.- Todos los Microcontroladores necesitan un reloj (o un oscilador) para operar, usualmente

provisto por un dispositivo externo. En muchos casos, este dispositivo de sincronización externo es un

cristal mas dos pequeños capacitores. En algunos casos son resonadores o un arreglo

resistor/capacitor. Algunos Microcontroladores se fabricaron en circuitos de conteo y no requieren

componentes de conteo externo. Si una aplicación no es sensible a la temporización, componentes de

conteo a base de un capacitor y una resistencia son la mejor opción por su simplicidad y su bajo costo.

Una instrucción se ejecuta al buscarla en la memoria y luego decodificarla. Esto usualmente toma algunos

ciclos de reloj y se conoce como ciclo de instrucción. En los Microcontroladores PIC, un ciclo de instrucción

toma cuatro periodos de reloj. Esto es, el Microcontrolador opera a un ritmo de reloj que es un cuarto de la

frecuencia actual de oscilación. La serie 18F de Microcontroladores pueden operar con frecuencias de reloj

por encima de los 40MHz.


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Temporizadores.- Los temporizadores son parte importante de cualquier Microcontrolador. Un

temporizador es básicamente un contador que es conducido por un pulso de reloj externo o el oscilador

interno del Microcontrolador. Un temporizador puede ser de 8 bits o 16 bits de ancho. La información puede

ser cargada en un temporizador por el programa de control y también puede detenerlo o puede ponerlo en

marcha. Muchos temporizadores pueden configurarse para generar una interrupción cuando alcancen un

cierto valor de conteo (usualmente cuando se desbordan). El programa de usuario puede emplear una

interrupción para obtener tiempos de conteo exactos relacionados con la operación del Microcontrolador.

Los Microcontroladores de la serie PIC18F tienen al menos tres temporizadores.

Algunos Microcontroladores ofrecen facilidades de captura y comparación, donde un valor del

temporizador puede ser leído cuando un evento externo ocurra, o el valor del temporizador puede ser

comparado con un valor establecido y una interrupción se genera cuando este valor es alcanzado. Muchos

Microcontroladores de la seria 18F tienen al menos dos módulos de captura y comparación.

Perro Guardián.- Muchos Microcontroladores tienen al menos un perro guardián. El perro guardián es

básicamente un temporizador que se refresca por el programa de usuario. Siempre que el programa no

refresca al perro guardián, un reinicio ocurre. El temporizador de perro guardián se usa para detectar

problemas en el sistema, como un lazo infinito en el que el programa se ah metido. Esta propiedad de

seguridad previene que el programa se pierda y detiene el Microcontrolador de ejecutar código sin sentido

y no deseado. Las facilidades del perro guardián son comúnmente usadas en sistemas de tiempo real

donde la terminación exitosa de una o más actividades debe checarse con regularidad.

Entrada de Reinicio.- La entrada de reinicio se usa para reiniciar el Microcontrolador externamente.

Reiniciando al Microcontrolador lo coloca en un estado conocido tal que el programa en ejecución

comienza por la dirección 0 de la memoria de programa. Una acción de reinicio externo se logra

conectando un pulsador a la entrada de reinicio.

Interrupciones.- Las interrupciones son un concepto importante en Microcontroladores. Una interrupción

causa que el Microcontrolador responda a un evento externo o interno de forma muy rápida. Cuando una

interrupción ocurre, el Microcontrolador deja la tarea que estaba realizando y brinca a una parte especial

del programa conocida como Rutina de Servicio de Interrupción (ISR). El código de programa dentro de

la Rutina se ejecuta, y a su regreso el programa retoma su flujo normal de ejecución.


15

La Rutina de servicio de Interrupción comienza desde una dirección fija de la memoria de programa,

algunas veces nombrado como la dirección del vector de interrupción. Algunos Microcontroladores con

múltiples características de interrupción tienen sólo una dirección de vector de interrupción, mientras que

otros tienen direcciones de vectores únicos por cada fuente de interrupción. Otra importante característica

de la capacidad de múltiples interrupciones es que se le pueden asignar diferentes niveles de prioridad. Por

ejemplo, la serie de Microcontroladores PIC18F tienen ambos niveles de prioridad de interrupción, baja

prioridad y alta prioridad. Las interrupciones pueden ser anidadas tal que una interrupción de alta prioridad

puede suspender la rutina asociada a una interrupción de baja prioridad.

Detector de bajo nivel.- Los detectores der bajo nivel, los cuales son comunes en los Microcontroladores,

reinician al Microcontrolador si la fuente de voltaje cae por debajo del valor nominal. Esta característica de

seguridad puede ser empleada para prevenir operaciones impredecibles a bajos voltajes, especialmente

para proteger el contenido de las memorias de tipo EEPROM.

Convertidor Analógico-Digital.- Un convertidor Analógico-Digital (A/D) se emplea para convertir una

señal analógica, tal como voltaje, a formato digital de tal manera que un Microcontrolador pueda leerlo y

procesarlo. Convertidores A/D externos pueden también conectarse a un Microcontrolador. Los

convertidores A/D son usualmente de 8 a 10 bits, teniendo de 256 a 1024 niveles de cuantización. Muchos

Microcontroladores PIC con características A/D tienen convertidores multiplexados los cuales proveen más

de un canal de entrada analógico. Por ejemplo, el Microcontrolador PIC18F452 cuenta con 8 canales de

convertidores A/D de 10 bits.

La conversión A/D debe comenzar por el programa de usuario y puede tomar cientos de microsegundos

para ser completada. Los convertidores A/D usualmente generan interrupciones cuando una conversión se

ah completado, entonces el programa de usuario puede leer rápidamente la información procesada.

Los convertidores A/D son especialmente útiles en el control y monitoreo de aplicaciones, desde que

muchos sensores (así como, sensores de temperatura, sensores de presión, sensores de fuerza, etc.)

producen voltajes analógicos a su terminal salida.


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Entrada/Salida Serial.- La comunicación serial permite al Microcontrolador conectarse a otro

Microcontrolador o a una PC. Algunos Microcontroladores tienen un hardware llamado USART (transmisor

receptor síncrono asíncrono) para implementar una interface de comunicación serial. El programa de

usuario puede seleccionar la tasa de transmisión y el formato de la información. Si el Microcontrolador no

tiene hardware serial de entrada-salida, es fácil desarrollar software para implementar comunicación serial

usando cualquier terminal de Entrada/Salida del Microcontrolador. La serie de Microcontroladores PIC18F

tienen módulos USART.

Algunos Microcontroladores (así como la serie 18F) incorporan interfaces SPI (interface serial periférica) o

I2C (interconexión integrada). Esto permite al Microcontrolador conectarse con otros dispositivos

compatibles fácilmente, una desventaja importante de este protocolo de comunicación, es que no está

internacionalmente estandarizado lo que provoca discrepancias entre módulos con la misma interface.

Memoria EEPROM.- La memoria de datos tipo EEPROM es muy común en muchos Microcontroladores.

La ventaja de una memoria EEPROM es que el programador puede almacenar información que no es

volátil y modificarla cuando sea requerido. Por ejemplo, en una aplicación de monitoreo de temperatura, las

lecturas máximas y mínimas de temperatura pueden ser almacenadas en una memoria EEPROM. El

Microcontrolador PIC18F452 tiene 256 bytes de memoria EEPROM. Otros miembros de la familia PIC18F

tienen más memoria EEPROM (así como el PIC18F6680 que tiene 1024 bytes).

Controlador LCD.- El controlador de LCD permite al Microcontrolador conectarse a una LCD (pantalla de

cristal líquido) externo directamente. Estos controladores no son comunes desde que muchas de las

funciones que ejecutan pueden ser implementadas por software. Por ejemplo, el Microcontrolador

PIC18F6490 tiene un módulo de controlador para LCD.

Modo de Reposo.- Algunos Microcontroladores ofrecen modo de reposo incorporado, que al ejecutarse

detiene el oscilador interno y reduce el consumo de energía a un nivel extremadamente bajo. El principal

objetivo del modo de reposo es el de conservar la batería cuando el Microcontrolador no esté haciendo

nada útil. El Microcontrolador se despierta del modo de reposo por un reinicio externo o por el

desbordamiento del perro guardián o alguna interrupción.


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Reinicio de Encendido.- Algunos Microcontroladores tienen incorporados circuitos de reinicio de

encendido que mantienen al Microcontrolador en estado de reinicio mientras que la circuitería se ah

inicializado por completo.

El reinicio por encendido ocurre si se conecta el terminal MCLR del Microcontrolador a la terminal de

alimentación. El Microcontrolador detecta la aparición de tensión de alimentación provocando un reinicio

que garantiza el correcto inicio de trabajo del Microcontrolador.

Modo de Bajo Consumo.- En el modo o estado de bajo consumo es especialmente importante en

aplicaciones portátiles cuando equipos son operados por baterías. Algunos Microcontroladores pueden

operar con menos de 2mA con una fuente de 5V, y alrededor de 15uA con 3V. Otros Microcontroladores,

especialmente los que se basan en Microprocesadores con muchos chips, pueden consumir cientos de

miliampers o incluso más.

1.4 Arquitecturas Von Neumann y Harvard

En la memoria de un ordenador, un microcomputador o un Microcontrolador se almacenan instrucciones

y datos. Las instrucciones deben pasar secuencialmente a la CPU para su decodificación y ejecución, en

tanto que algunos datos en memoria son leídos por la CPU y otros son escritos en la memoria desde la

CPU. Puede intuirse que la organización de la memoria y su comunicación con la CPU son dos aspectos

que influyen en el nivel de prestaciones del ordenador.

Las arquitecturas von Neumann y Harvard son modelos generales del hardware de los ordenadores que

representan dos soluciones diferentes al problema de la conexión de la CPU con la memoria y la

organización de la memoria como almacén de instrucciones y datos.

La arquitectura von Newmann toma el nombre de John von Newman, matemático que propuso la idea de

un ordenador con el programa almacenado. J. von Newmann trabajó en el equipo de diseñadores de la

computadora ENIAC (Calculador e Integrador Numérico Electrónico) diseñada en la Universidad de

Pennsylvania durante la Segunda Guerra Mundial.


18

Los primeros ordenadores que utilizaron memorias separadas para instrucciones y datos, una idea

diferente al ordenador de programa almacenado, fueron los ordenadores Mark I, II, III y IV. Estos

ordenadores fueron diseñados en Harvard, es por ello que a la arquitectura de estos ordenadores se

nombra de la misma forma.

El Diagrama 1.4.1 muestra estos dos modelos de ordenadores. Con una memoria única para instrucciones

y datos tenemos la arquitectura von Newmann. Esto implica que con un solo bus de direcciones se

localizan (direccionan) tanto las instrucciones como los datos en el ordenador.

Para leer un dato y una instrucción se tiene la misma señal de control que emite la CPU, las señales de

control en ambos casos son las mismas. En este tipo de arquitectura la memoria ROM y la memoria RAM

forman un solo conjunto (memoria de lectura y escritura) para el cual es CPU emite señales de control, de

dirección y datos.

Como mencionamos anteriormente, la arquitectura Harvard maneja por separado la memoria para datos y

la memoria de instrucciones. Esto lleva a pensar que la memoria de programa (memoria de instrucciones)

tiene un bus de direcciones (de instrucciones), su bus de instrucciones y su bus de control. De la misma

forma, la memoria de datos tiene sus propios buses, el de direcciones, el de datos y el de control,

independientes de los buses de la memoria de programa. La memoria de programa es de solo lectura,

mientras que la de datos es de escritura y lectura.

Con menos líneas la conexión von Newmann es más sencilla, sin embargo, esto se refleja en una

velocidad de ejecución más lenta que en la arquitectura Harvard, ya que las instrucciones y los datos

deben manipularse alternadamente por sólo existir un bus. La velocidad de ejecución aumenta en la

estructura Harvard al manipularse instrucciones y datos simultáneamente.


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CPU

Memoria de programa y datos

BDIR

BDAT

BCON

CPU



BDIR-I BDIR-

D

BINS

T

BDAT

BCON-

I

BCON-D

a)

b)

En los microcomputadores, la CPU es un circuito integrado: el Microprocesador. Es obvio que la

arquitectura von Neumann requiere de menos terminales en el Microprocesador que la arquitectura

Harvard. Esta fue una de la razón decisiva para que desde sus inicios los microcomputadores basados en

un Microprocesador se hayan diseñado utilizando exclusivamente la arquitectura von Neumann. En los

Microcontroladores la situación es diferente.

Al estar todos los componentes del sistema dentro del circuito integrado, desaparece la necesidad de

minimizar el número de terminales de la CPU, de modo de que en ellos ha predominado la arquitectura

Harvard. Los Microcontroladores PIC son un ejemplo de sistemas con arquitectura Harvard.

Diagrama 1.4.1 Esquemas de las Arquitecturas a) von Newmann y b) Harvard


20

1.5 Arquitecturas CISC y RISC

CISC (computadora con conjunto de instrucciones complejo) y RISC (computadora con reducido conjunto

de instrucciones) son dos modelos generalmente de ordenadores, desde el punto de vista de la concepción

de su repertorio de instrucciones, lo cual repercute directamente sobre la arquitectura de la CPU.

Al aparecer los Microprocesadores y los Microcontroladores, la tendencia inicial fue proveerlos de un

repertorio de instrucciones lo más potente posible, dando por hecho de que su modelo fuera el de tipo

CISC. La complejidad de las instrucciones fue en aumento; en un mismo repertorio había instrucciones tan

simples como mover un dato desde la memoria la acumulador, al lado de otras que eran más complejas

como mover una cadena de dato de un lugar a otro en la memoria. La longitud de las instrucciones eran

diferentes una con respecto a otra haciendo que los modos de direccionamiento fuesen siendo más

elaborados. Toda esta dificultad en las instrucciones se reflejó directamente en la dificultad en el hardware

de la CPU, ya que era necesario un espacio considerable dentro del circuito para la descodificación y

ejecución de las instrucciones.

En la arquitectura RISC, la CPU dispone de un repertorio corto de instrucciones sencillas. Cada instrucción

puede realizar operaciones simples, tales como mover un dato entre la CPU a la memoria a alta velocidad.

Se puede lograr que todas las instrucciones tengan la misma longitud. Hay pocos modos de

direccionamiento de los datos y son aplicables a todas las celdas de la memoria de datos. Con esto,

disminuye sustancialmente la complejidad de la CPU, de modo que se puede aumentar la frecuencia del

oscilar sin el riesgo de la pérdida de información, con esto aumentamos la velocidad de las instrucciones.

Los Microcontroladores PIC son un ejemplo de dispositivos con arquitectura RISC.


21

Capítulo 2. Desarrollo del Prototipo

2.1 Zócalos

La Tarjeta cuenta con un zócalo de 40 terminales tipo DIP mostrado en la Ilustración 2.1.1, en él pueden

conectarse Microcontroladores con un número distinto de terminales menor a 40 (24, 16, 12, 8 y 6

terminales). La razón de esto es la reducción de tamaño de la Tarjeta, ya que es posible colocar un zócalo

para cada Microcontrolador con distinto número de terminales. En este proyecto solo se trabaja con el

PIC18F452 de 40 terminales.

Ilustración 2 Zócalo de 40 terminales de la Tarjeta de Desarrollo


22

2.2 Puertos de Entrada/Salida

Los Microcontroladores PIC de 40 terminales alcanzan un número máximo de 5 puertos de

Entrada/Salida. Los puertos en la tarjeta están dispuestos a un costado ordenados alfabéticamente, desde

el Puerto A al puerto E como se muestra en la Ilustración 2.2.1. El usuario accede a los puertos a través de

un conector Jack 5x2 para conectar algún módulo externo o para trabajar en un tablero para prototipos

(protoboard). Esto presenta grandes ventajas con respecto a otras Tarjetas de Desarrollo, ya que con esta

configuración, la conexión entre módulos y la Tarjeta es rápida y segura.

Ilustración 3 Conectores Header 5x2 para los puertos de E/S

Para comprobar el buen funcionamiento de los puertos y realizar experimentos con pulsadores, se diseñó y

fabricó un módulo con el diseño del Circuito 2.2.1. En él podemos encontrar resistores que pueden

configurarse en modo de Pull-Up o en modo de Pull-Down. En el módulo, estas configuraciones sirven para

establecer niveles lógicos de voltaje, y por medio de pulsadores se obliga a un nivel contrario que es

detectado por el Microcontrolador. Tomando como referencia el Circuito 2.2.1, el interruptor nombrado SR


23

selecciona la dirección de los resistores Pull, y el interruptor nombrado SE (Dipswitch de 8 interruptores)

habilita o deshabilita individualmente cada resistor para todos los bits del puerto en servicio.

Circuito 2.2.1 Circuito del módulo de los resistores Pull con Pulsadores y LEDs

En este módulo también se encuentran disponibles LED´s para cada bit del puerto en uso. La Ilustración

2.2.2 muestra el módulo.

Para el empleo de los LED´s tenemos un interruptor que habilita su operación, estando todos comunes a

tierra, lo que nos indica que debemos encenderlos con un estado alto en el bit de control elejido. Los LED´s

tienen un resistor limitador de corriente de 330 , esto obliga a una corriente circulante de

aproximadamente 20 mA.

El usuario debe de tomar la precaución de no encender los LED´s en todos los puertos del

Microcontrolador, ya que éste puede suministrar solamente 300 mA para todo el sistema. En aplicaciones

donde se requiere mayor corriente es necesario el acondicionamiento de señal con base en transistores o

algún otro dispositivo que nos permita relevar la fase de control a una fase de potencia sin exigir al

Microcontrolador mayor demanda de corriente a la que éste puede proveer.


24

Ilustración 4 Módulo de Resistores de Pull y LEDs

Este sistema de puertos de Entrada/Salida provee a la Tarjeta de Desarrollo de una versatilidad enorme, ya

que no se limita al uso compartido de módulos diseños específicamente para ella, si no que mediante sus

conectores Jack 5x2 es posible interactuar con módulos ajenos.

El Circuito 2.2.2 corresponde a los conectores de los Puertos de Entrada/Salida de la Tarjeta de Desarrollo

para Microcontroladores.


25

Circuito 2.2.2 Puertos de Entrada/Salida de la Tarjeta de Desarrollo


26

2.3 Display Alfanumérico Inteligente

La habilidad de los Displays Alfanuméricos Inteligentes no es solo la de mostrar números, sino también

letras, palabras y todo tipo de símbolos, los hacen más versátiles que los Displays de 7 Segmentos.

El Display Alfanumérico Inteligente se controla a través de un código introducido en paralelo a sus

terminales para datos. En la Tarjeta de Desarrollo se emplea el LCD Modelo LMB162AFC de la marca

Topway mostrado en la Ilustración. Para otros modelos el código puede variar.

Ilustración 5 Display Alfanumérico Inteligente modelo LMB162AFC

En el mercado podemos hallar Displays Alfanuméricos Inteligentes con diferentes longitudes de espacio

para caracteres, las hay de 8, 16, 20, 24, 32 y 40 caracteres, en versiones de 1, 2 y 4 líneas.


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El Display Alfanumérico Inteligente dispone de terminales para controlar la luz de fondo (BLA, BLK), una

terminal para controlar el contraste de los caracteres (V0), de 8 entradas de datos (DB0-DB7) y de tres

terminales de control (RS, R/W, E).

La Tabla 2.3.1 nos muestra las terminales para el Display LMB162AFC de Topway y sus conexiones dentro

de la Tarjeta de Desarrollo para Microcontroladores PIC.

Tabla 2.3.1 Terminales del Display Alfanumérico Inteligente LMB162AFC de Topway

Número de Terminal Nombre de Terminal Bit de puerto D

1 GND -

2 VDD -

3 V0 -

4 RS PD.0

5 R/W PD.1

6 E PD.2

7 DB0 -

8 DB1 -

9 DB2 -

10 DB3 -

11 DB4 PD.4

12 DB5 PD.5

13 DB6 PD.6

14 DB7 PD.7

15 BLA -

16 BLK -


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Ilustración 6 Conector de 16 terminales para conectar el Display Alfanumérico

Las entradas de datos o canal de datos se pueden configurar para recibir instrucciones en 8 o 4 bits, para

el último caso, solo se usan las líneas de datos superiores o más significativas (DB4-DB7). Este modo de

4-bits es útil cuando se requiere utilizar un reducido número de líneas.

La terminal RS (selección de registro) selecciona entre una entrada de comando (cero lógico) o una

entrada de carácter (uno lógico). La terminal R/W (lectura/escritura) tiene la función de seleccionar entre

escritura de comandos (cero lógico) y la lectura de caracteres o información del estado de sus registros

(uno lógico). La terminal E (habilitación) ejecuta la instrucción tanto de comando como de carácter en la

transición de estado alto a bajo.

Dentro de la tarjeta de Desarrollo para Microcontroladores el módulo del Display Alfanumérico Inteligente

se encuentra conectado al puerto D del Microcontrolador, con las terminales asignadas a los bits de puerto

mostrados en la Tabla 2.3.1. El conector de 16 terminales destinado para el Display, está situado a un

costado del Microcontrolador, el diseño permite colocar al Display sobre el Microcontrolador, con esto se

gana espacio y se mejora la estética de la Tarjeta como se muestra en la Ilustración 2.3.2.


29

Ilustración 7 Montaje del Display sobre el Microcontrolador

Para inicializar el Teclado Alfanumérico Inteligente LMB162AFC de la marca Topway, se realiza la

secuencia de código de la Tabla 2.3.2.

Tabla 2.3.2 Código de Inicialización del Display Alfanumérico Inteligente

Función Valor Descripción

Comando 0x28 Inicializa en 4 bits

Comando 0x0F Reinicia el sistema

Comando 0x01 Habilita el sistema

Comando 0x84 Coloca el cursor en 1,1

Para mandarle una instrucción o un dato al Display Alfanumérico Inteligente debemos introducir códigos en

sus entradas de datos. Cada instrucción tiene un código distinto que en la mayoría de los Displays son los

mismos.


30

El conector Header sencillo de 16 terminales está conectado directamente al Puerto D del Microcontrolador

PIC, el modo de ingreso de datos será de 4 bits o nibbles. Si observamos la Tabla 2.3.3 nos daremos

cuenta que el código por instrucción o comando está formado por dos nibbles u 8 bits. Para ingresar el

código de 8 bits a través de un canal de 4 bits se introduce primero el nibble más significativo o el de

mayor peso y en seguida el nibble menos significativo o el de menor peso.

Cuando colocamos el nibble más significativo en las entradas de datos del Display debemos aplicar un

estado alto a la terminal E y regresarla posteriormente a su estado bajo normal, recordemos que la terminal

E (habilitación) ejecuta la instrucción tanto de comando como de carácter en la transición de estado alto a

bajo. Cuando esto sucede habremos ingresado el primer nibble a la memoria del Display, ahora debemos

de colocar el nibble menos significativo y ejecutarlo a través de la terminal E.

Lo anterior se efectúa para el ingreso de instrucciones y de datos de igual manera. Para obtener más

información de los códigos de manejo del Display Alfanumérico Inteligente diríjase al Anexo 3.1.

Como se mencionó con anterioridad, dentro de la Tarjeta de Desarrollo para Microcontroladores, el

conector par ale Display Alfanumérico 16x2 está ligado al Puerto D del Microcontrolador PIC.

El Display es controlado en modo de 4 bits, el circuito correspondiente se muestra en el Circuito 2.3.1.


31

Circuito 2.3.1 Circuito de la Conexión del Display Alfanumérico en modo de 4bits

Las terminales 15 y 16 son del LED de iluminación del Display Alfanumérico, es por ello que la corriente

que circule a través de éste debe de ser de 25mA.


32

2.4 Teclado Matricial 4x4

En la actualidad, la mayoría de las aplicaciones requieren de la interacción con el operador o usuario.

Existen interfaces sencillas, como pueden ser pulsadores conectados directamente a las terminales de

entrada de un Microcontrolador, esto requiere de un número considerable de terminales.

Esta configuración resulta inadecuada en aplicaciones con Microcontroladores con un reducido número de

terminales.

Lo anterior se resuelve con una configuración matricial de los pulsadores. Esto es interconectando en

coordenadas X-Y los pulsadores como se muestra en el Circuito 2.4.1.

Circuito 2.4.1 Circuito del Teclado Matricial de 16 Pulsadores

En el Circuito 2.4.1 se observa que se tienen 4 columnas que en la Tarjeta de Desarrollo para

Microcontroladores se encuentran conectadas al nibble (conjunto de 4-bits) bajo del puerto B y 4 filas

conectadas al nibble alto del puerto B, al presionar un pulsador dos terminales del teclado serán comunes,

coincidiendo con la fila y la columna en la que se encuentre el pulsador utilizado.


33

2.4.1 Técnica de Arrastre

Esta técnica consiste en configurar las filas como salidas y las columnas como entradas o viceversa.

En el nibble de salida se tiene que arrastrar un nivel lógico alto o bajo (esto a la elección del programador)

como se muestra en la Tabla 2.4.1, para este ejemplo se decidió recorrer un 0 lógico, y colocar el nibble

alto del puerto B como salida y el nibble bajo del puerto B como entrada.

Tabla 2.4.1.1 Recorrido del 0 lógico

Nibble de salida P.B4 P.B5 P.B6 P.B7

T1 0 1 1 1

T2 1 0 1 1

T3 1 1 0 1

T4 1 1 1 0

En la Tabla 2.4.1 se recorre un 0 lógico, esto ocasiona que cuando se presione algún pulsador el 0 lógico

se vea reflejado en alguna terminal de entrada del puerto en el nibble bajo. Para obtener las coordenadas

del pulsador ocupado, se procede a lo siguiente:

Efectuamos la acción T1 de la Tabla 2.4.1, en donde el bit PB4 es el que transmite el nivel bajo, hecho esto

mantenemos el nivel bajo en el bit mientras escaneamos las terminales de entrada en busca de un nivel

bajo.

Si no se encuentra el nivel bajo en ningún bit de entrada se prosigue a recorrer el nivel bajo a P.B5, y

realizamos en escaneo correspondiente. Lo anterior se repite hasta encontrar el nivel bajo buscado.

Note que con este método es necesario escanear todas las entradas haciendo un arrastre en todo el nibble

hasta encontrar en alguna entrada un nivel bajo. Lo anterior se necesita efectuarlo durante todo el

funcionamiento del Microcontrolador si no se cuenta con algún tipo de interrupción o función que mande

llamar este proceso cuando se requiera utilizar el Teclado Matricial.

Para evitar esto, podemos aprovechar el uso de la interrupción al cambio presente en algunos

Microcontroladores de la familia 18F en su puerto B.


34

2.4.2 Técnica de Entradas/Salidas

Esta técnica consta únicamente de dos pasos fundamentales, el primero es configurar el nibble bajo como

salidas y el alto como entradas, colocar ceros lógico en la salida y detectar en que bit de la entrada se

refleja. Posterior a esto se intercambian las entradas por salidas y las salidas por entradas, para nuestro

caso ahora el nibble bajo se configura como entrada y el nibble alto como salida y se busca que bit de

entrada refleja el nivel bajo de la salida.

El Teclado Matricial está incorporado dentro de la Tarjeta Central a un costado del Zócalo de 40 terminales

como se muestra en la Ilustración.

Ilustración 8 Teclado Matricial de 16 pulsadores integrado en la Tarjeta de Desarrollo


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Circuito 2.4.2 Circuito de Conexión del Teclado Matricial 4x4


36

2.5 Display Gráfico

En aplicaciones donde es necesario mostrar el comportamiento de alguna variable, por ejemplo, en el

monitoreo de la temperatura y no se cuenta con una PC, es necesario mostrar la gráfica dentro del

instrumento o de la Tarjeta de Desarrollo. Con un Display Alfanumérico Inteligente, esto resulta imposible.

Para esto se emplean Displays Gráficos, capaces de reproducir imágenes, limitados únicamente por el

número de pixeles que están en función del tamaño del Display. Tome nota que la resolución de las

imágenes depende del modelo de Display Gráfico que se adquiera, por lo general se encuentran de

128x64, 240x64 y 240x128 pixeles

La ilustración 2.5.1 muestra el Display Gráfico utilizado en el proyecto con la Pantalla Táctil Resistiva

integrada.

Ilustración 9 Display de Cristal Líquido Gráfico modelo GDM12864B


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El Bus de Control y de Datos del GLCD están conectados al puerto B y D de la Tarjeta de Desarrollo

respectivamente.

2.5.1 Instrucciones de Control

La inicialización del Display Gráfico se ejecuta con el conjunto de instrucciones mostrado en la Tabla 4. En

ella podemos encontrar el código para la operación del Display Gráfico modelo GDM12864B.

Tabla 2.5.1.1 Instrucciones de control para el GLCD GDM12864B

Instrucción RS RW DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 Función

Lectura 1 1 Lectura de Datos Lee datos (DB[7:0]) de la memoria RAM al bus de datos.

Escritura 1 0 Escritura de Datos Escribe datos (DB[7:0]) a la DDRAM. Después de escribir instrucciones, la dirección Y se acusa automáticamente con 1.

Lectura de Estado

0 1 Busy 0 ON/ OFF

Reset 0 0 0 0

Lee el estado interno BUSY 0: Listo 1: En operación ON/OFF 0: Display ON 1: Display OFF RESET 0: Normal 1: Reset

Coordenada Y

0 0 0 1 Coordenada Y (0 - 63) Establece la dirección Y en el contador de dirección de columna

Línea de partida

0 0 0 1 Despliegue de la línea de partida (0 - 63) Indica el dato de RAM desplegado

Coordenada X

0 0 1 0 1 1 1 Página (0 - 7) Establece la dirección de X en el registro de direcciones de X

Display On/Off

0 0 0 0 1 1 1 1 1 0/1

Controla el encendido y apagado del Display. El estado interno y los datos en la DDRAM no se ven afectados. 0: Apagado 1:Encendido


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Circuito 2.5.1Circuito de conexión para el Módulo del Display Gráfico

En el Circuito 2.5.1 se muestran las conexiones del Display Gráfico. El Bus de control está conectado al

conector Header 5x2 correspondiente al Puerto B del Microcontrolador. El Bus de Datos está conectado a

un conector Header 5x2 correspondiente al Puerto D del Microcontrolador.

El Display Gráfico tiene luz de fondo, controlada por un LED conectado a las terminales 19 y 20. Para su

correcto funcionamiento se le coloca un resistor de 200 para limitar la corriente a 25 mA.

2.6 Controlador para Pantalla Táctil Resistiva

Una pantalla táctil resistiva funciona al aplicar un voltaje a través de una red de resistores y midiendo el

cambio en resistencia en un punto dado en la matriz donde la pantalla es tocada. El cambio en el intervalo

resistivo señala la posición en la pantalla táctil.

Las 2 arquitecturas resistivas más populares emplean 4 o 5 hilos (como se muestra en el Circuito 2.6.1).

Los circuitos determinan la posición en dos coordenadas, de igual manera puede añadirse una tercer

coordenada para medir la presión aplicada a la pantalla táctil en la configuración de 4-hilos.


39

Circuito 2.6.1 Circuito de 4 y 5 hilos para pantallas táctiles

La pantalla táctil que se emplea para este proyecto es de 4-hilos. El Controlador para Pantalla Táctil se

encarga de obtener las coordenadas X-Y del punto de contacto.

Para el funcionamiento del Controlador para Pantalla Táctil se emplean medios puentes H con transistores

BJT 2N3904. Como se mencionó anteriormente es necesario energizar una red de resistores y medir en

cambio de resistencia indirectamente a través de un voltaje.

El Circuito 2.6.2 está formado por dos medios Puentes H. Los transistores que conforman a los medios

Puentes H trabajan en la región de corte y en la región de saturación.


40

Circuito 2.6.2 Circuito de control para pantalla táctil de 4 hilos

Para obtener la primera coordenada en “X”, tomando como referencia el Circuito 2.6.2, aplicamos un 1

lógico al punto de control “A” y un 0 lógico al punto de control “B”, hecho esto los transistores Q1 y Q2

permanecen en estado de saturación, mientras que Q3 y Q4 permanecen en estado de corte.

Lo anterior origina una red como la mostrada en el Diagrama 7, en donde se aprecia que la red horizontal

de transistores está energizada. Al momento de presionar la Pantalla Táctil el arreglo resistivo se modifica

(red de resistencias horizontal), entonces el punto “x.a” tiene un valor de voltaje diferente al original, que

está en relación de la posición del punto de contacto. En distintos puntos de contacto el voltaje tendrá

distintos valores. Ahora tenemos nuestro primer dato, la coordenada “X” del punto de contacto.


41

Circuito 2.6.3 Circuito equivalente para la obtención de la coordenada en el eje “X”

Para obtener la segunda coordenada, en “Y”, invertimos los niveles lógicos de voltaje aplicados a las

terminales de control. Ahora el segundo medio puente H energiza a la red resistiva vertical, aplicando en

mismo procedimiento, ahora medimos el nivel de voltaje para el punto “y.a”.

Circuito 2.6.4 Circuito equivalente para la obtención de la coordenada en el eje “Y”

Recuerde que para que el Microcontrolador pueda obtener los valores de voltaje en los puntos “x.a” y “y.a”,

primero es necesario tener una referencia para poder hacer la comparación y poder determinar el punto

exacto de contacto. Es decir, debemos de caracterizar la Pantalla Táctil, hacer una tabla con las

coordenadas para diferentes puntos de contacto e introducirla al Microcontrolador PIC.


42

En la Ilustración 2.6.1 se muestra el módulo para el Display Gráfico y la Pantalla Táctil Resistiva.

Ilustración 10 Módulo del Display Gráfico y de la Pantalla Táctil Resistiva

Para poder conectar el Módulo a la Tarjeta Principal se necesitan tres Buses (o cables) de 8 bits. Éstos

están colocados en la parte superior de dicho módulo, incluye un potenciómetro para el ajuste del contraste

del Display Gráfico.

El Bus para la Pantalla Táctil Resistiva debe de ser conectado al Puerto A de la Tarjeta Principal, ya que

ese Puerto está provisto del Convertidor Analógico/Digital necesario para su manipulación.


43

2.7 Encoder Incremental

Al Encoder Incremental se le podría definir como un interruptor rotatorio sin fin. Dicho Encoder tiene 3

terminales, una de ellas es común a las laterales, A y B. También tiene integrado en algunos casos un

pulsador independiente a las tres terminales anteriores.

Ilustración 11 Encoder Incremental

La función del Encoder incremental es el de conmutar las terminales laterales con la central, de tal manera

que a la salida de las terminales laterales se obtengan las señales de la Gráfica 2.7.1.


44

Gráfica 2.7.1 Salida del Encoder Incremental

Como podemos observar en la Figura dos la señal de salida en las terminales A y B del Encoder

Incremental corresponden al código Gray, el cual es un código en el cual los cambios se hacen una sola

vez por transición en cualquier bit.

Para obtener la respuesta de la Gráfica 2.7.1 es necesaria la conexión del Circuito 2.7.1.

Circuito 2.7.1 Circuito equivalente de un Encoder Incremental

El Circuito 2.7.1 es un circuito equivalente del Encoder Incremental a excepción de las resistencias de Pull-

Up, nótese que hay dos pulsadores, que se van accionando uno a la vez, y dependiendo del sentido de

rotación es el orden en que se accionan los pulsadores. En la Gráfica 2.7.2 puede notar que si el Encoder

se rota en sentido horario, la señal de salida será de izquierda a derecha, en cambio, si el sentido de


45

rotación del Encoder es en sentido anti-horario, la señal de salida tendrá un recorrido de derecha a

izquierda, ambos casos anteriores obedecerán las señales mostradas en la Gráfica 2.7.1.

La manera más fácil de hacer interactuar al Microcontrolador PIC con el Encoder Incremental es mediante

interrupciones. Tomando como referencia una terminal de salida y un flanco para la interrupción.

Tomemos como referencia la terminal A del Encoder, y un flanco descendente para la interrupción. Para

que el Microcontrolador sepa cuál es el sentido de rotación, debemos de observar las señales antes y

después del flanco descendente de la terminal A.

Cuando el giro es en sentido horario, se observa que la señal en la terminal B en seguida del flanco

descendente de la terminal A corresponde a un nivel lógico alto, Gráfica 2.7.2.

Gráfica 2.7.2 Señal en la Terminal B después del flanco descendente en la terminal A en sentido horario de rotación

Cuando el giro es en sentido anti-horario, se observa que la señal en la terminal B en seguida del flanco

descendente de la terminal A corresponde a un nivel lógico bajo, Gráfica 2.7.3.

Con los datos anteriores podemos hacer la rutina que le permita al Microcontrolador conocer el sentido de

rotación del Encoder Incremental.

La rutina es simple, la interrupción se efectuará en el flanco descendente de la terminal A del Encoder,

cuando esto suceda, en la terminal B del Encoder sólo puede haber dos niveles lógicos presentes; si el

nivel presente es un nivel alto, entonces el sentido de giro del Encoder Incremental es horario; en cambio,


46

si el nivel presente en la terminal B es un nivel bajo, el sentido de rotación del Encoder Incremental será

anti-horario. Lo anterior se dedujo de las Gráficas 2.7.2 y 7 2.7.3.

Gráfica 2.7.3 Señal en la Terminal B después del flanco ascendente en la terminal A en sentido antihorario de rotación

Es necesario colocar en la rutina condiciones que eliminen cualquier mal funcionamiento del sistema

debido a rebotes en las señales. La primera recomendación es colocar un retardo antes de hacer la lectura

en la terminal B. La segundo recomendación elimina cualquier falla en el sistema, es colocar una condición

que involucre que la terminal A debe de tener un nivel lógico bajo; esto es, la terminal A debe de tener un

nivel bajo para que el Microcontrolador lea el nivel en la terminal B y pueda realizar la tarea que se le

asigne al sentido de rotación, cualquiera que éste sea.

El Encoder incremental puede utilizarse para aumentar o disminuir alguna variable dentro del programa,

con esto se aumenta o disminuye la velocidad de rotación de algún motor por ejemplo, o el usuario puede

emplearlo para la aplicación que crea más conveniente.


47

2.8 LED´s en Configuración Tri-Estado

Esta configuración nos permite emplear el tercer estado que pueden tener las salidas de un

Microcontrolador PIC, el estado de alta-impedancia.

La configuración TRI-Estado para LED´s se muestra en el Circuito 2.8.1.

Circuito 2.8.1 Circuito para la configuración TRI-Estado de LED´s

Del Circuito 2.8.1 podemos observar que el circuito en configuración TRI-Estado de LED´s está controlado

por 8 bits que nos permite controlar hasta 56 LED´s. Esto es permutando el número de bits de control por

el número de LED´s que se pueden conectar a cada bit. La manera más sencilla de controlar esta

configuración es encendiendo individualmente los LED´s.


48

Por ejemplo, si se requiere encender el LED 0, primeramente debemos de configurar el PB7 y PB6 como

salidas y los bits restantes como entradas o lo que es equivalente al tercer estado disponible en las

terminales de un Microcontrolador, los dos primeros dos estados son el nivel alto y el nivel bajo que se

emplean cuando las terminales del Microcontrolador se configuran como salidas. Después de haber hecho

lo anterior, note que si a PB7 le aplicamos un nivel alto y a PB6 un nivel bajo, encenderá el LED 1 del

circuito; si la polaridad de estas dos terminales se intercambia, entonces el LED que se encenderá será el

LED 2.. Lo anterior aplica para encender individualmente cualquier LED. Si el usuario requiere de

programar una animación, esto se logra encendiendo los LED´s uno por uno, pero a una frecuencia alta

para que el ojo humano perciba que el conjunto de LED´s están encendidos en el mismo instante.

La cantidad de LED´s se puede incrementar con el aumento de terminales de control. Si se emplea el doble

de terminales de control a 16 bits, el número de LED´s que se pueden controlar asciende a 240.

El módulo de LED´s en Configuración Tri-Estado se muestra en la Ilustración 2.8.1.

Ilustración 12 Módulo de LED´s en Configuración Tri-Estado


49

Como la forma de encender los LED´s es individualmente, la corriente circulante a través de ellos se define

en relación a PWM. La corriente máxima que podemos obtener por cada bit de los puertos de salida es de

25 mA. Teniendo en cuenta que son 56 LED´s como máximo dentro de nuestro arreglo, cuando queramos

encender todos, la corriente a través de cada uno será:

Para mantener la misma intensidad de brillo cuando encendamos menor cantidad de LED´s, debemos de

tener una relación de tiempo de apago a tiempo de encendido de 56:1 por cada LED.

Con todo lo anterior planteado, se puede concluir que la corriente máxima que consume el Módulo de

LED´s en configuración Tri-Estado es de 446 uA. Para aplicaciones portátiles este consumo de corriente

resulta muy adecuado.

Para que el ojo humano no perciba el parpadeo, la frecuencia de operación debe de ser mayor a 30 Hz,

esto debido a que el ojo humano captura 30 imágenes por segundo.


50

2.9 Módulo RS232

La comunicación Serial se realiza a través de un conector SUD-D de 9 terminales (DB-9) y el módulo

USART del Microcontrolador PIC. Para estables dicha comunicación, es necesario establecer una

conexión entre las líneas RX y TX y las terminales del Microcontrolador provistas con el módulo USART.

Las terminales del Microcontrolador que se emplean para este propósito están marcadas como a

continuación: TX – datos recibidos, TX - datos transmitidos, CTS – listo para enviar y RTS – solicitud de

envío. La velocidad de transmisión alcanza los 115 kbps.

Circuito 2.9.1 Circuito para el módulo de Comunicación RS232


51

El módulo USART es una de las formas más comunes para intercambiar datos entre la PC y componentes

periféricos. Para poder habilitar la recepción de datos del módulo USART del Microcontrolador con distintos

niveles de voltaje, es necesario proveer un convertidor de nivel de voltaje tal como el MAX-202C.

Circuito 2.9.2 Conector DB-9 para comunicación Serial con una PC

En el Diagrama 2.9.1 se encuentra conectado un circuito integrado MAX202, puede apreciarse la

existencia de capacitores de menor valor a los comúnmente empleados con el MAX232. Esto lo permite el

circuito integrado MAX202 ya que posee capacitores internos que facilitan la instalación de capacitores

de reducido valor y tamaño, con esto se puede reducir el espacio necesario para su colocación dentro de la

Tarjeta de Desarrollo para Microcontroladores PIC.


52

2.10 Interface Serial para Displays de 7 Segmentos de 8 Dígitos

La interfaz serial para controlar Displays de 7 segmentos tiene como cerebro el chip MAX7219 de la

compañía MAXIM. El MAX7219 es un controlador serial compacto de entrada-salida para Display de

Cátodo-Común, que enlaza Microcontroladores con Displays numéricos de LED´s de 7 segmentos hasta

de 8 dígitos, Displays de barras, o 64 LED´s individuales. Incluidos en el chip están un decodificador BCD,

circuitería de escaneo multiplexado, controladores de segmentos o dígitos, y una memoria RAM estática de

8x8 que almacena cada dígito. Solo se requiere de una resistencia externa para establecer la corriente de

segmento para todos los LED´s. Una interface conveniente es el serial de 4-hilos la cual conecta a todos

los Microcontroladores más comúnmente usados. Dígitos individuales pueden ser direccionados y

actualizados sin tener que reescribir el Display por completo. El MAX7219 también permite al usuario

seleccionar o habilitar la función de decodificación BCD para cada dígito. El dispositivo incluye un modo de

cierre de baja potencia de 15μA, control digital y analógico de brillo, un registro de escaneo que permite al

usuario desplegar de 1 a 8 dígitos, y un modo de prueba que enciende todos los LED´s.

Ilustración 12.10.1 Módulo de la Interface Serial para Displays de 7 Segmentos


53

La Ilustración 2.10.1 muestra el Módulo de la Interface Serial para Displays de 7 Segmentos. Este módulo

debe de conectarse al Puerto C del Microcontrolador dentro de la Tarjeta de Desarrollo. En este puerto se

encuentra el Módulo interno I2C.

El circuito completo del Módulo de la Interface Serial para Displays de 7 Segmentos se muestra en el

Circuito 2.10.2. En él se encuentran los 8 Displays, el Circuito Integrado MAS7219 y el conector Header

5x2 para acceder a la Tarjeta principal.

Circuito 2.10.1 Circuito de conexiones para el Módulo de la Interface Serial para Displays de 7 Segmentos


54

A continuación se muestra el Diagrama a Bloques del Circuito Integrado MAX7219.

Diagrama 2.10.1Diagrama a Bloques del Circuito Integrado MAX7219

En el Diagrama 2.10.1 observamos que el Circuito Integrado MAX7219 está integrado por bloques que

ejecutan funciones específicas. Todo el funcionamiento del sistema comienza con la entrada serial con

protocolo SPI, en donde se requieren de tres terminales para establecer la comunicación. La dirección de

las direcciones se guardan en el registro de direcciones y los datos se guardan en el puerto dual.

Dependiendo de la dirección y de los datos ingresados se configura el modo de codificación de los

Displays, el registro de intensidad luminosa, el registro de escaneo, el registro de modo de prueba y el

registro de modo de bajo consumo. Cuando se configura el registro de codificación de los Displays, el

registro de código BCD (Binary-coded decimal) controla a los Displays por medio de software. Cuando

configuramos el registro de intensidad luminosa, éste controla un modulador de ancho de pulso, que va

desde 1/32 para el mínimo brillo hasta un 31/32 para un máximo. Cuando configuramos el registro de

escaneo, éste controla un multiplexor que establece el número de dígitos habilitados por software, el

programador puede elegir entre 1 a 8 dígitos para visualizar. El registro de modo de bajo consumo

deshabilita todo el sistema, en este modo no se visualiza ningún dígito.


55

2.11 Módulo RFID

El circuito integrado empleado para la estación de lectura/escritura de RFID (Identificación por

Radiofrecuencia) es el chip de tecnología CMOS EM4095 de la compañía EM MICROELECTRONIC.

El EM4095 está destino para ser utilizado con un circuito de antena y un Microcontrolador. Se necesitan

pocos componentes externos para lograr el filtrado de DC y de RF, sensar la corriente y desacoplar la

fuente de voltaje.

La operación del circuito se controla por las entradas lógicas SHD y MOD. Cuando SHD se encuentra en

un nivel lógico alto, el chip EM4095 se encuentra en modo sleep, con ello el consumo de corriente se

minimiza. Al encender el módulo la entrada SHD debe de estar en alto para habilitar una correcta

inicialización. Cuando la entrada SHD se encuentra en bajo el circuito se habilita para emitir campo de RF,

comienza a demodular cualquier señal modulada en amplitud (AM) captada por la antena. Esta señal digital

proveniente del bloque de demodulación es provista a través de la terminal DEMOD_OUT al

Microcontrolador para su decodificación y procesamiento.

Un alto nivel en la terminal MOD forza a los controladores de la antena principal en tres estados de forma

síncrona con la portadora de RF. Mientras la terminal MOD se encuentre en alto VCO y la cadena de

demodulación en AM se mantienen en estado antes de que MOD estuviese en alto. Esto asegura una

recuperación rápida después de liberar a la terminal MOD. La conmutación de encendido de VCO y la

demodulación de AM es retrasada por 41 relojes de RF después del flanco de bajada en la terminal MOD.

De esta manera los puntos de operación de VCO y de la demodulación de AM no son perturbados por la

puesta en marcha del circuito resonante de la antena.

El circuito desarrolla las dos funciones de una estación base de RFID, llamadas: transmisión y recepción.

La transmisión involucra el manejo de la antena y la modulación en amplitud (AM) del campo de RF. Los

controladores de la antena suministran una corriente a la antena externa para generar un campo

magnético.


56

La recepción involucra la demodulación de AM de la modulación de la señal de la antena inducida por el

tag. Esto se logra al sensar la absorción de modulación aplicado por el tag.

Refiriéndonos al diagrama a bloques, la transmisión se logra gracias a un PLL (Lazo de Enganche de

Fase) y a los controladores de la antena.

Los controladores de la antena alimentan a la antena de la estación base de lectura con la energía

apropiada. Estos controladores suministran corriente a la frecuencia de resonancia que típicamente es de

125kHz. La corriente suministrada por los controladores depende del factor de calidad (Q) del circuito

resonante externo.

Se recomienda fuertemente que el diseño de la antena se efectúe de tal manera que no se sobrepase la

corriente pico máximo que es de 250 mA. Otro factor limitante para la corriente de la antena es la

convección térmica del encapsulado. La corriente pico máxima debe de ser diseñado de tal manera que la

temperatura de la unión interna no exceda la temperatura máxima en una aplicación con una temperatura

ambiente máxima. 100% de modulación (campo detenido) se logra desconectando los controladores de la

antena. Los controladores de la antena están protegidos contra corto circuito de DC de la antena a las

fuentes de voltaje. Cuando es detectado un corto circuito la terminal RDY/CLK es orillada a un nivel bajo

mientras que el controlador principal es forzado en tres estados. El circuito puede ser reiniciado activando

la terminal SHD. El PLL está conformado por los bloques del filtro de bucle, los cuales son: el oscilador

controlado por voltaje, y del comparador de fase. Usando un divisor capacitivo, la terminal DEMOD_IN

obtiene información acerca de la señal actual de alto voltaje en la antena.

Se compara la fase de estas señales con la señal de control de la antena. Por consiguiente el PLL es

capaz de bloquear la frecuencia de portadora a la frecuencia de resonancia de la antena. Dependiendo del

tipo de antena que se tenga, la frecuencia de resonancia del sistema puede estar dentro del rango de

100kHz a 150kHz. Donde quiera que esté la frecuencia de resonancia dentro de este rango, ésta será

mantenida por el PLL. La señal demoduladora de entrada para el bloque de recepción es el voltaje

sensado en la antena. La terminal DEMOD_IN también es usada como entrada para recibir la cadena. El

nivel de señal en la entrada DEMOD_IN debe de ser menor que VDD-0.5V y mayor a VSS+0.5V. El nivel

de entrada es ajustado con el uso de un divisor capacitivo externo. Capacitancia adicional del divisor debe

de ser compensada en consecuencia de un capacitor de resonancia menor. El esquema de demodulación


57

en amplitud (AM) se basa en la técnica de “Demodulación Síncrona de AM”. La cadena recibida se

compone de muestra, de cancelación de nivel de CD, de un filtro pasa-banda y de un comparador. El

voltaje de DC de la señal en la terminal DEMOD_IN se aplica a AGND a través de un resistor interno. La

señal de AM es muestreada. El muestreo está sincronizado por un reloj de VCO. Cualquier componente de

DC es suprimida de esta señal por el capacitor CDEC. Un filtrado adicional para remover la señal portadora

remanente, ruido de baja y alta frecuencia se efectúa por un filtro pasa-banda de segundo orden y CDC2.

La señal recibida filtrada y amplificada alimenta a un comparador asíncrono. La salida del comparador es

amortiguado a la salida de la terminal DEMOD_OUT.

Circuito 2.11.1 Circuito del módulo de RFID

La señal RDY/CLK provee al Microcontrolador externo una señal de reloj la cual está sincronizada con la

señal en la terminal ANT1 y con la información acerca del estado interno del chip EM4095. La señal

sincronizada con ANT1 indica que el PLL está en bloqueo y que el punto de operación de recepción de

cadena está establecido. Cuando SHD está en alto forza a RDY/CLK a un nivel bajo. Después de la

transición de alto a bajo en SHD el PLL se pone en marcha, y la cadena de recepción es encendida.

Después del tiempo TSET el PLL es atado y el punto de operación de la cadena de recepción se establece.

En este momento la misma señal que está siendo transmitida a ANT1 es puesta en la terminal RDY/CLK

indicándole al Microcontrolador que puede comenzar a observar la señal en la terminal DEMOD_OUT y

dando al mismo tiempo una señal de reloj de referencia. El reloj en la terminal RDY/CLK es continuo,


58

también está presente durante el tiempo en que los controladores de la antena están apagados debido al

alto nivel en la terminal MOD. Durante el tiempo TSET de la transición de un nivel alto a bajo en la terminal

SHD la terminal RDY/CLK es arrastrada a un nivel bajo por un resistor de 10k . La razón para esto está en

una función adicional de la terminal RDY/CLK en el caso de la modulación de AM con índice menor al

100%. En ese caso se emplea como un controlador auxiliar el cual mantiene una amplitud menor en la

bobina durante el proceso de modulación. El circuito de la tarjeta de RFID empleada en la Tarjeta de

Desarrollo para Microcontroladores PIC es el que el fabricante propone en su hoja de especificaciones y se

muestra en el circuito del Circuito 2.11.1.

En la Ilustración se muestra el Módulo de RFID usado en el proyecto.

Ilustración 13 Módulo de RFid de mikroE


59

Capítulo 3. Justificación Económica

El desarrollo de cualquier proyecto implica el gasto y/o la inversión de capital que deben de llevar un

seguimiento para que se pueda tener un adecuado control. Esto se hace con el fin de evaluar la viabilidad y

factibilidad del proyecto.

3.1 Cronograma de Actividades

En el cronograma se establecieron las actividades que se realizaron para el desarrollo del proyecto durante

el periodo enero 2009 a diciembre 2009.

Tabla 3.1.1 Cronograma de Actividades

Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Zacatenco Jefatura: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica

Especialidad: Ingeniería en Electrónica Periodo: enero 2006- diciembre2009 Proyecto: Tarjeta de Desarrollo para Microcontroladores PIC

Unidad 1: Introducción

No. Actividad Inicio Término Responsable

E F M A M J J A S O N D F.J.G.F. J.M.C.C. J.L.G. N.M.H.

1.1 Investigación de Antecedentes de los Microcontroladores PIC

27/01/09 6/02/09 10

1.2

Detectar problemas presentes en el diseño de Aplicaciones con Microcontroladores y de otras Tarjetas de Desarrollo existentes en el mercado

9/0209 20/02/09 5

1.3 Definir el alcance del Proyecto 23/02/09 2/03/09 5

1.4 Desarrollar la Justificación del porqué del Proyecto

9/03/09 20/03/09 10

1.5 Consultar la información obtenida con los Asesores Técnicos

23/03/09 3/03/09 4 5 10

1.6 Consultar el formato para la documentación con el Asesor Metodológico

6/03/09 17/03/09 7 5

1.7 Documentación de los primeros cuatro puntos anteriores

20/03/09 1/04/09 10

1.8 Consultar con el Asesor Metodológico el documento elaborado

4/04/09 15/04/09 8 5


60

Unidad 2: Capítulo 1.- Sistemas de Microcomputadoras



2.1

Consultar en el libro “The PIC Microcontroller Your Personal Introductory Course” los Sistemas del Microcontrolador

18/04/09 22/04/09 5

2.2 Investigar las Características de los Microcontroladores

25/04/09 29/04/09 15

2.3 Analizar las Arquitecturas von Newmann y Harvard

1/05/09 5/05/09 5

2.4 Definir las Arquitecturas CISC y RISC

8/05/09 12/05/09 5

2.5 Consultar la información obtenida con los Asesores Técnicos

15/05/09 19/05/09 4 10 10


22/05/09 26/05/09 5 5

2.7 Documenta toda la información recopilada en la Unidad 2.

29/05/09 3/06/09 15


6/06/09 10/06/09 13 15

Unidad 3: Capítulo 2.- Desarrollo del Prototipo



3.1 Diseñar de la estructura de la Tarjeta de Desarrollo

13/06/09 24/06/09 30

3.2 Consultar el diseño con los Asesores Técnicos

27/06/09 31/06/09 2 10 15

3.3 Diseñar la Placa de Circuito Impreso para la Tarjeta de Desarrollo

1/07/09 21/08/09 40

3.4 Fabricación de la Tarjeta de Desarrollo

24/08/09 28/08/09 25

3.5 Comprobar el buen funcionamiento de la Placa de Circuito Impreso

28/08/09 28/08/09 5

3.6

Determinar los módulos externos más importantes quede deben formar parte de la Tarjeta de Desarrollo

31/08/09 4/09/09 15

3.7 Consultar con los Asesores Técnicos los módulos tomados en cuenta

7/09/09 7/09/09 2 15 15

3.8

Diseño de las Placas de Circuito Impreso de los módulos que formarán parte de la Tarjeta de Desarrollo

8/09/09 18/09/09 40

3.9 Fabricar los Módulos externos 21/09/09 25/09/09 25

3.10

Comprobar el buen funcionamiento de las Placas de Circuito Impreso de los módulos externos

25/09/09 25/09/09 5

3.11

Consultar con los Asesores Técnicos el acabado final y el funcionamiento de la Tarjeta de Desarrollo y de sus módulos externos

26/09/09 26/09/09 1 5 5


27/09/09 27/09/09 4 5

3.13 Documentación de los diseños de la Tarjeta principal y de los módulos externos

28/09/09 30/09/09 30


30/09/09 30/09/09 20 20


61

Unidad 4: Capítulo 3.- Justificación Económica



4.1

Investigar los costos de los diferentes materiales empleados para la fabricación de la Tarjeta de Desarrollo

1/10/09 4/10/09 10

4.2 Documentar los costos obtenidos

4/10/09 4/10/09 5

4.3

Investigar los costos de los diferentes equipos utilizados para la fabricación de la Tarjeta de Desarrollo

5/10/09 7/10/09 15


7/10/09 7/10/09 5

4.5

Investigar los costos de la infraestructura utilizada para la fabricación de la Tarjeta de Desarrollo

11/10/09 14/10/09 10


14/10/09 14/10/09 5

4.7

Investigar los costos del factor humano que intervino en el diseño y la fabricación de la Tarjeta de Desarrollo

15/10/09 18/10/09 5


18/10/09 18/10/09 5


19/10/09 23/10/09 4 5

4.10

Documentación de todos los costos presentes en la fabricación de la Tarjeta principal y de los módulos externos

24/10/09 30/10/09 25


30/10/09 30/10/09 20 20

Unidad 5: Capítulo 3.- Justificación Económica



5.1 Documentar las Conclusiones obtenidas durante la elaboración del Proyecto

2/11/09 6/11/09 5

5.2

Documentar las recomendaciones que deben de tomarse en cuenta para el manejo de la Tarjeta de Desarrollo para Microcontroladores

7/11/09 10/11/09 10


11/11/09 11/11/09 8 10

Unidad 6: Terminación del Proyecto y Presentación ante Jurado



6.1 Revisar a fondo todo el documento elaborado y corregir errores

12/11/09 20/11/09 5 5 30 50

6.2 Presentar el Proyecto ante el Jurado asignado

7/12/09 7/12/09 2 2 2 5

________________________________________

Elaboró

________________________________________

Revisó

________________________________________

Autorizó


62

3.2 Insumos

Para documentar los costos de los insumos, se ordenaron por módulos. Se deben de tomar en cuenta

todos los componentes empleados, desde lo resistores hasta los circuitos integrados presentes en los

módulos.

Tabla 3.2.1 Costos del módulo de los Puertos de E/S

Módulo de los Puertos de E/S

No. Descripción Unidad Cantidad Precio Unitario

MN Subtotal

1 Conector Header 5x2 Piezas 1 $5.00 $5.00

2 Resistores de Montaje Superficial de 10K Piezas 8 $1.50 $12.00

3 Resistores de Montaje Superficial de 330 Piezas 8 $1.50 $12.00

4 Interruptor Dipswitch de 8 unidades Piezas 1 $8.50 $8.50

5 Interruptores 1 Polo/2 Tiros Piezas 3 $3.00 $9.00

6 LEDs de montaje superficial rojos Piezas 8 $2.00 $16.00

7 Pulsadores de 4 terminales Piezas 8 $1.50 $12.00

Subtotal $74.50

Tabla 3.2.2 Costos de módulo de la Interface Serial para Displays de 7 Segmento

Interface Serial para Displays de 7 Segmentos


MN Subtotal


2 Header torneado Piezas 4 $15.00 $60.00

3 Displays de 7 Segmentos deCátodo Común Piezas 8 $12.50 $100.00

4 Circuito Integrado MAX7219 Piezas 1 $165.50 $165.50

Subtotal $340.50


63

Tabla 3.2.3 Costo del módulo de LED´s en Configuración Tri-Estado

LED´s en Configuración Tri-Estado


MN Subtotal


2 LEDs de montaje superficial rojos Piezas 56 $2.00 $120.00

Subtotal $125.00

Tabla 3.2.4 Costos del módulo del Display Gráfico con Pantalla Táctil

Display Gráfico con Pantalla Táctil


MN Subtotal



3 Conector para Pantalla Táctil Piezas 1 $5.00 $5.00

4 Preset de 10K Piezas 1 $2.50 $2.50

5 Resistor de 10 Piezas 1 $0.20 $0.20

6 Resistor de 1K Piezas 8 $0.20 $0.20


8 Capacitor cerámico de 100nF Piezas 2 $2.00 $2.00

9 Transistor bipolar NPN BC547 Piezas 3 $3.00 $9.00

10 Transistor bipolar PNP BC557 Piezas 2 $3.00 $6.00

11 Display Gráfico con Pantalla Táctil integrada Piezas 1 $450.00 $450.00

Subtotal $495.10


64

Tabla 3.2.6 Costos de la Tarjeta Principal

Tarjeta de Desarrollo para Microcontroladores PIC


MN $

Subtotal



3 Conector Header torneado Piezas 2 $15.00 $30.00

4 Regulador de voltaje 7805 Piezas 1 $10.00 $10.00






10 Preset de 10K Piezas 1 $3.50 $3.50

11 Capacitor 22pF de montaje superficial Piezas 2 $3.50 $7.00

12 Capacitor cerámico de 100nF Piezas 1 $2.00 $2.00

13 Capacitor electrolítico de 1000uF Piezas 1 $3.50 $3.50

14 Capacitor electrolítico de 10uF Piezas 1 $3.00 $3.00

15 Conector Jack Invertido Piezas 1 $5.00 $5.00

16 Puente de diodos Piezas 1 $5.00 $5.00

17 LED bicolor de 3.5mm Piezas 1 $5.00 $5.00

18 Interruptor 1 Polo / 2 Tiros Piezas 1 $3.50 $3.50

19 Cristal de 12MHz de montaje superficial Piezas 1 $10.00 $10.00

20 Pulsadores de 4 terminales Piezas 17 $1.50 $25.5

21 Conectores Jack 5x2 para cable plano Piezas 20 $3.00 $60.00

22 Cable Plano calibre 28AWG Metros 1 $25.00 $25.00

23 Display Alfanumérico Inteligente Piezas 1 $120.00 $120.00

24 Microcontrolador PIC 18F452 Piezas 1 $150.00 $150.00

25 Header para Jack invertido Piezas 1 $5.00 $5.00

26 Transformador 12Vrms/1A Piezas 1 $50.00 $50.00

27 Placa fenólica 30x30cm Piezas 10 $150.00 $1,500.00

28 Cloruro férico Litros 5 $20.00 $100.00

29 Alcohol isopropílico Litros 5 $25.00 $125.00

30 Estopa Kilos 1 $35.00 $35.00

31 Pintura Negra Litros 1 $50.00 $50.00

32 Pintura Blanca Litros 1 $50.00 $50.00

Subtotal $2,389.00


65

3.3 Equipos

Para el desarrollo de cualquier proyecto se requieren equipos para la manufactura del mimo.

Tabla 3.3.1 Costos del equpio empleado

Equipo Empleado


MN Subtotal

1 Estación para soldar Weller Modelo 1G10 Piezas 1 $1,550.00 $1,550.00

2 Taladro de bando de ½ HP Piezas 1 $2,350.00 $2,350.00

3 Rehilete de 5” de 1HP Piezas 1 $1,500.00 $1,500.00

4 Sierra de Cinta de 1.5HP Piezas 1 $2,300.00 $2,300.00

5 Multímetro Fluke modelo 170 Piezas 1 $5,560.00 $5,560.00

6 Osciloscopio Tektronix modelo 1012B Piezas 1 $23,280.00 $23,280.00

7 Ordenador portátil ACER Ferrari 5000 Piezas 1 $30,560.00 $30,560.00

8 Compresora de 50lt. Piezas 1 $2,500.00 2,500.00

9 Pistola de presión de 1ltro Piezas 1 $1000.00 $1000.00

Subtotal $70,600.00

3.4 Infraestructura

Un lugar de trabajo es de vital importancia para el buen desarrollo y manufactura de productos.

Tabla 3.4.1 Costos de la Infraestructura

Infraestructura

No. Descripción Unidad Cantidad Precio

Unitario MN

Subtotal

1 Luz Mensualidad 12 $200.00 $2,400.00

2 Agua Mensualidad 12 $50.00 $600.00

3 Matenimiento Mensualidad 12 $250.00 $3,000.00

4 Renta Mensualidad 12 $1,500.00 $18,000.00

5 Limpieza Mensualidad 12 $200.00 $2,400.00

6 Electricidad Mensualidad 12 $500.00 $6,000.00

7 Personal Mensualidad 12 $1000.00 $12,000.00

Subtotal $44,400.00


66

3.5 Factor Humano

El desarrollo de algún proyecto requiere la intervención de un grupo de trabajo. Para este proyecto se

necesitó la ayuda de dos asesores técnicos y un asesor metodológico. En la Tabla 3.5.1 se muestra el

costo del factor humano requerido para el proyecto.

Tabla 3.5.1 Costos por el Factor Humano

Factor Humano

No. Descripción Unidad Cantidad Precio

Unitario MN

Subtotal

1 Ing. Julio Lara García (Asesor Metodológico) Horas 122 $150.00 $18,300.00

2 Ing. Juan Manuel Cobilt Catana (Asesor Técnico) Horas 52 $200.00 $10,400.00

3 Dr. Francisco Javier Gallegos Funes (Asesor Técnico)

Horas 20 $300.00 $6,000.00

4 Natanael Melchor Hernández (Proyectista) Horas 605 $100.00 $60,500.00

Subtotal $95,200.00

3.6 Resumen de Costos

El costo total del proyecto abarca todos los puntos que se tomaron en cuenta para su elaboración.

Debemos de tomar en cuenta desde los insumos para la fabricación de la Tarjeta de Desarrollo para

Microcontroladores PIC hasta el factor humano que intervino en su diseño, los cuales son los Asesores

Técnicos, el Asesor Metodológico y el Proyectista. Algunos datos se tomaron en base al cronograma de

actividades mostrado en las páginas siguientes.

Tabla 3.6.1 Costos de la Infraestructura

Infraestructura

No. Concepto Subtotal

1.1 I n s u m o s

Tarjeta de Desarrollo para Microcontroladores PIC $2,389.00

1.2 Puertos de E/S $74.00

1.3 Módulo de LED´s en Configuración Tri-Estado $125.00

1.4 Display Gráfico con Pantalla Táctil $495.10

1.5 Interface Serial para Displays de 7 Segmentos $340.50

1.6 Módulo RFID $350.00

2 Equipos $70,600.00

3 Infraestructura $44,400.00

4 Factor Humano $95,200

Total $213,974.10


67

Conclusiones

Una de las de los puntos principales del desarrollo de algún Proyecto es el cumplimiento de los Objetivos

planteados al inicio del documento. Dado esto podemos establecer entonces que el Objetivo General se

cumplió con éxito, la Tarjeta Principal y los módulos externos se fabricaron cumpliendo los objetivos

específicos. En cuanto al diseño y la fabricación de la Tarjeta de Desarrollo para Microcontroladores, se

precisó que deben de tener una coherencia entre los módulos necesarios, la estética de la Tarjeta y el

menor tamaño posible de los módulos, ya que esto en su conjunto responden a la versatilidad del sistema,

el cual influye directamente cuando la Tarjeta debe de ser empleada en aplicaciones de distinta índole.

El tener una Tarjeta modular incrementa significativamente su consumo, ya que solo es necesario adquirir

sólo los sistemas externos requeridos en una aplicación específica, lo que implica un incremento

circunstancial de la demanda y entra en juego la relación oferta-demanda en el establecimiento de los

precios.

El tener una Tarjeta didáctica disminuye el tiempo de diseño de aplicaciones, el usuario sólo estará

enfocado en el diseño de un software que permita obtener el mayor rendimiento.

El costo obtenido en la Justificación Económica puede parecer muy grande, sobrepasando los límites de

poder adquisitivo que cualquier empresa puede tener para iniciar algún proyecto. El costo sólo muestra un

dato que se tendrá al inicio del proyecto. El costo neto por unidad será menor que el costo de cualquier

Tarjeta de Desarrollo con características semejantes a las que nuestro proyecto plantea.

Para disminuir el costo por unidad no debemos de buscar materiales de menor costo o menor calidad, lo

que se hace en este caso es la disminución de los costos de producción.


68

Índice de Diagramas

Diagrama 1.4.1 Esquemas de las Arquitecturas a) von Newmann y b) Harvard .......................................... 19

Diagrama 2.10.1Diagrama a Bloques del Circuito Integrado MAX7219 ....................................................... 54

Índice de Ilustraciones

Ilustración 1 MPLAB de Microchip Technology ............................................................................................. 11

Ilustración 2 Zócalo de 40 terminales de la Tarjeta de Desarrollo ................................................................ 21

Ilustración 3 Conectores Header 5x2 para los puertos de E/S...................................................................... 22

Ilustración 4 Módulo de Resistores de Pull y LEDs ....................................................................................... 24

Ilustración 5 Display Alfanumérico Inteligente modelo LMB162AFC ............................................................ 26

Ilustración 6 Conector de 16 terminales para conectar el Display Alfanumérico ........................................... 28

Ilustración 7 Montaje del Display sobre el Microcontrolador ......................................................................... 29

Ilustración 8 Teclado Matricial de 16 pulsadores integrado en la Tarjeta de Desarrollo ............................... 34

Ilustración 9 Display de Cristal Líquido Gráfico modelo GDM12864B .......................................................... 36

Ilustración 10 Módulo del Display Gráfico y de la Pantalla Táctil Resistiva................................................... 42

Ilustración 2.7.1 Encoder Incremental ........................................................................................................... 43

Ilustración 12 Módulo de LED´s en Configuración Tri-Estado....................................................................... 48

Ilustración 14 Módulo de RFid de mikroE ..................................................................................................... 58


69

Índice de Tablas

Tabla 1 Comparación de características y precios ......................................................................................... 9

Tabla 2.3.1 Terminales del Display Alfanumérico Inteligente LMB162AFC de Topway ................................ 27

Tabla 2.3.2 Código de Inicialización del Display Alfanumérico Inteligente .................................................... 29

Tabla 2.4.1.1 Recorrido del 0 lógico ............................................................................................................. 33

Tabla 2.5.1.1 Instrucciones de control para el GLCD GDM12864B .............................................................. 37

Tabla 3.1.1 Cronograma de Actividades ....................................................................................................... 59

Tabla 3.2.1 Costos del módulo de los Puertos de E/S .................................................................................. 62

Tabla 3.2.2 Costos de módulo de la Interface Serial para Displays de 7 Segmento ..................................... 62

Tabla 3.2.3 Costo del módulo de LED´s en Configuración Tri-Estado ......................................................... 63

Tabla 3.2.4 Costos del módulo del Display Gráfico con Pantalla Táctil ........................................................ 63

Tabla 3.3.1 Costos del equpio empleado ...................................................................................................... 65

Tabla 3.4.1 Costos de la Infraestructura ....................................................................................................... 65

Tabla 3.5.1 Costos por el Factor Humano .................................................................................................... 66

Tabla 3.6.1 Costos de la Infraestructura ....................................................................................................... 66


70

Índice de Circuitos

Circuito 2.2.1 Circuito del módulo de los resistores Pull con Pulsadores y LEDs ......................................... 23

Circuito 2.2.2 Puertos de Entrada/Salida de la Tarjeta de Desarrollo ........................................................... 25

Circuito 2.3.1 Circuito de la Conexión del Display Alfanumérico en modo de 4bits ...................................... 31

Circuito 2.4.1 Circuito del Teclado Matricial de 16 Pulsadores ..................................................................... 32

Circuito 2.4.2 Circuito de Conexión del Teclado Matricial 4x4 ...................................................................... 35

Circuito 2.5.1Circuito de conexión para el Módulo del Display Gráfico ......................................................... 38

Circuito 2.6.1 Circuito de 4 y 5 hilos para pantallas táctiles .......................................................................... 39

Circuito 2.6.2 Circuito de control para pantalla táctil de 4 hilos ..................................................................... 40

Circuito 2.6.3 Circuito equivalente para la obtención de la coordenada en el eje “X” ................................... 41

Circuito 2.6.4 Circuito equivalente para la obtención de la coordenada en el eje “Y” ................................... 41

Circuito 2.7.1 Circuito equivalente de un Encoder Incremental ..................................................................... 44

Circuito 2.8.1 Circuito para la configuración TRI-Estado de LED´s ............................................................... 47

Circuito 2.9.1 Circuito para el módulo de Comunicación RS232 ................................................................... 50

Circuito 2.9.2 Conector DB-9 para comunicación Serial con una PC ........................................................... 51

Circuito 2.11.1 Circuito del módulo de RFID ................................................................................................. 57


71

Fuentes de Información

1. +5V, RS-232 Transceivers with 0.1uF External Capacitors [Informe] : Datasheet / aut. MAXIM. -

2009.

2. Advanced PIC Microcontroller Projects in C From USB to RTOS with the PIC18F Series

[Libro] / aut. Ibrahim Dogan. - Jordan Hill, Oxford : Newnes, 2008.

3. EM4095 Read/Write analog front end for 125kHz RFID Basestation [Report] : Datasheet / auth.

MICROELECTRONIC EM. - 2007.

4. Graphip Liquid Cristal Display GDM12864B [Informe] : Datasheet / aut. Ocular Xiamen. - 2009.

5. How to use Intelligent LCD´s Part I [Publicación periódica] / aut. Illet Julyan // Everyday Practical

Electronics Magazine. - 1997.

6. How to use Intelligent LCD´s Part II [Publicación periódica] / aut. Illet Julyan // Everyday Practical

Electronics Magazine. - 1997.

7. Incremental Encoder PEC11 Series [Informe] : Datasheet / aut. Bourns. - 2008.

8. Interfacing PIC Microcontrollers Embedded Design by Interactive Simulation [Libro] / aut.

Bates Martin. - Jordan Hill, Oxford : Newnes, 2006.

9. LMB162AFC LCD Module User Manual Shenzhen [Informe] : Datasheet / aut. TOPWAY

Technology Co. Ltd.. - 2009.

10. PIC Microcontroller An Introduction to Microelectronics [Libro] / aut. Bates Martin. - Jordan Hill,

Oxford : Newnes, 2004.

11. Principles of Transistor Circuits Introduction to the Design of Amplifiers, Receivers and

Digital Circuits [Libro] / aut. James Stan Amos & Mike. - Jordan Hill, Oxford : Newnes, 2000.

12. RFid Applied [Journal] / auth. Jerry Banks Manuel Pachano, Les Thompson, David Hanny.

13. Serially Interfaced, 8 Digit LED Display Drivers [Informe] : Datasheet / aut. MAXIM. - 2005.

14. The PIC Microcontroller Your Personal Introductory Course [Libro] / aut. Morton John. - Jordan

Hill, Oxford : Newnes, 2005.

15. Touch Screen Controller Tips [Informe] : Application Bulletin / aut. Skip Osgoog CK Ong, & Rick

Downs. - 2007.


72

Anexo 1. Consumo de energía de la Tarjeta de

Desarrollo para Microcontroladores

Tarjeta Principal

La Tarjeta de Desarrollo Principal tiene integrada una fuente de voltaje regulada de 5 Vcd con una

disposición de 1 Acd. La fuente de voltaje está integrada por Capacitores de desacoplo de 10uF que el

fabricante recomienda para eliminar los picos de corriente que aparecen cuando el Microcontrolador trabaja

a frecuencias mayores a 1MHz.

El Microcontrolador en funcionamiento normal consume una corriente promedio de 5 mA. Cada terminal de

los puertos de salida puede entregar una corriente de 20 mA, y en total el Microcontrolador PIC no puede

entregar más allá de 300mA en todo su sistema.

Los conectores del Microcontrolador PIC disponen de la alimentación de la fuente de voltaje de la Tarjeta

Principal. Con esto se pueden energizar los módulos externos con una misma fuente.

El Display Alfanumérico consume una corriente de 5 mA mas los 25 mA de su LED de Luz Trasera.

El Teclado Matricial consume una corriente máxima de 2 mA cuando se tienen presionados todos los

pulsadores, recuerde que tenemos 4 resistores de Pull-Up de 10K .

El consumo promedio de la Tarjeta Principal es de aproximadamente 50 mA.

Módulo de LED´s en Configuración Tri-Estado

Como se mencionó en la sección que desarrolla este módulo, los LED´s se encienden individualmente.

Esto lleva a decir que la corriente promedio del sistema es de 446 uA.


73

Módulo de la Interface Serial de Displays de 7 Segmentos

El fabricante dentro de la hoja de datos del circuito integrado nos proporciona la fórmula para encontrar el

consumo de energía en Watts.

PD = (V + x 8mA) + (V+ - VLED)(DUTY x ISEG x N)

donde:

V+ = fuente de voltaje

DUTY = ciclo útil establecido por el registro de intensidad de brillo

N = número de dígitos empleados (8 en el peor de los casos)

VLED = voltaje directo de losLED´s

ISEG = corriente por dígito

De la formula anterior podemos obtener el mayor gasto de energía si establecemos el número máximo de

dígitos empleados (8), el máximo ciclo útil (31/32) y la corriente máxima por dígito que puede suministrar el

circuito integrado (40 mA).

PD=1.11 W

Display Gráfico

El Display Gráfico consume una corriente promedio de 20 mA.

Encoder Incremental

El módulo del Encoder incremental sólo tiene un consumo de corriente 1mA que es absorbida por los

resistores de Pull-Up de 10K .


74

Anexo 2. Aplicación de Control de un Brazo

Robótico

Una de las aplicaciones de control que pueden realizarse con la Tarjeta de Desarrollo para

Microcontroladores es la manipulación de un Brazo Robótico de 6 Grados de Libertad.

El control se realiza a través de Puentes-H a partir del circuito integrado L298, el Microcontrolador generará

las señales necesarias para dar movimiento al Brazo, éste control puede ser directamente a través de

pulsadores, una pantalla táctil o el usuario puede generar una rutina que automatice su movimiento.

Ilustración 3 Brazo Robótico de 6 Grados de Libertad

Los drives para los moto-reductores son los Circuitos Integrados L298 de la compañía ST. Se

seleccionaron estos driver por su economía y principalmente por sus prestaciones. Estos drivers pueden

manejar una corriente de hasta 4 A.


75

2 Circuito del Módulo de puentes H

En el Circuito podemos ver que colocamos Diodos de protección. Estos diodos se colocan cuando tenemos

cargas altamente inductivas como es el caso de motores. Las cargas inductivas se cargan de corriente que

se descargan cuando se des-energiza el motor o cuando le invertimos la polaridad de alimentación. Si no

existieran estos diodos de protección dicha corriente al tener una polaridad inversa, regresaría a nuestro

circuito dañándolo permanentemente.

Cuando están presentes estos diodos, la corriente remanente se descarga hacia tierra o hacia VCC de la

fuente, evitando dañar el circuito de control. Cuando tenemos aplicaciones a altas frecuencia, es crucial el

empleo de diodos con alta velocidad de recuperación.

Es importante recalcar que el Factor de Arranque de los moto reductores empleados en el Brazo Robótico

es de 1.5. Su corriente nominal es de 50 mA, siendo su corriente de Arranque de 75 mA trabajando a un

voltaje de 24 Vcd.

capítulo 1. sistemas de microcomputadoras

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