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Modelo didáctico para control de dispositivos en entrada / salida

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(1)
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II

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

CARÁTULA

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

INGENIERÍA INFORMÁTICA Y CIENCIAS DE LA

COMPUTACIÓN

TEMA:

MÓDULO DIDÁCTICO PARA CONTROL DE

DISPOTIVOS DE ENTRADA/SALIDA

TESIS PREVIA LA OBTENCIÓN DE TÍTULO DE

INGENIERO EN INFORMÁTICA Y CIENCIAS DE LA

COMPUTACIÓN

AUTOR:

Fernanda Guadalupe Mera Herrera

DIRECTOR DE TESIS:

Ing. Juan Carlos Rivera

(3)

III

Del contenido del presente trabajo se responsabiliza el autor

DECLARACIÓN

(4)

IV

Certifico que esta Tesis ha sido desarrollada en su totalidad por Fernanda Mera

CERTIFICACIÓN

(5)

V

AGRADECIMIENTOS

Agradezco, a todas las personas que de una u otra manera fueron participes del proceso y culminación de mi Tesis, a mi familia, a mis profesores de manera muy especial a mi director de tesis Ing. Juan Carlos Rivera quien me ha ayudado no solo con la dirección de mi tesis sino a lo largo de mi carrera.

A mis amigos que tuve la dicha de conocer en la UTE, con los cuales he formado una gran amistad: Dayana, Pamela, Marlon, Santiago, de manera muy especial a Frank, los cuales me ayudaron incondicionalmente.

Y principalmente al Señor mi Dios el ser que ha hecho posible que todas las cosas salgan con éxito y felicidad.

(6)

VI

DEDICATORIA

Mi dedicatoria es especialmente para mis padres que siempre han confiado en mí y me han apoyado en cada paso dado en mi vida.

A mis hermanos Alex y Diego, mi sobrino Zaid, quienes han llenado mi vida de seguridad, confianza y felicidad.

(7)

VII

ÍNDICE DE CONTENIDO

(8)

VIII

ÍNDICE GENERAL

CAPÍTULO I ... 1

ANÁLISIS ... 2

1 MÓDULO DIDÁCTICO PARA CONTROL DISPOSITIVOS DE ENTRADA/SALIDA ... 2

1.1 Planteamiento del Problema: ... 2

1.2 Objetivos ... 4

1.2.1 General ... 4

1.2.2 Específicos ... 4

1.3 Justificación ... 5

1.4 Hipótesis ... 6

1.5 Métodos y Técnicas ... 7

1.6 Factibilidad ... 8

1.6.1 Factibilidad Técnica... 8

1.6.2 Factibilidad Económica ... 8

CAPÍTULO II ... 10

2 VISUAL C# ... 11

2.1 La librería Inpout32.dll ... 11

2.2 Diseñando la Interfaz ... 12

2.3 Requerimientos de hardware y Software ... 12

2.4 Importando Librerías para el Puerto Paralelo en C# ... 13

2.5 Puerto Paralelo ... 14

2.6 Señales de la interfaz Centronics ... 17

2.6.1 El puerto de Datos (D): ... 20

2.6.2 El puerto de Estado (S): ... 21

(9)

IX

2.7 Definición del Modo de Configuración del puerto paralelo ... 23

2.8 Modos de Configuración del Puerto Paralelo ... 23

2.8.1 Modo de Salida ... 24

2.8.2 Modo Bidireccional (compatible PS/2) ... 24

2.8.3 Modo EPP (Enhanced Parallel Port) ... 25

2.8.4 Modo ECP (Enhanced Capability Port) ... 25

CAPÍTULO III ... 27

3 PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE ELECTRICIDAD. ... 28

3.1 Tensión Eléctrica (Voltaje) ... 28

3.2 Corriente Eléctrica ... 29

3.3 Resistencia Eléctrica ... 29

3.4 La Ley de Ohm ... 30

3.5 Potencia Eléctrica ... 31

3.6 Elementos Fundamentales de la Electrónica... 31

3.6.1 Capacitor ... 31

3.6.2 Diodos ... 33

3.6.3 Transistores ... 34

3.6.4 Resistencias: ... 34

3.6.5 Diodo emisor de luz (LED): ... 35

CAPÍTULO IV ... 36

4 DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDA ... 37

4.1 Transmisión Analógica y Digital ... 37

4.1.1 Señal Análoga ... 38

4.1.2 Señal Digital: ... 39

4.2 Circuito Conversor Análogo-digital: ... 39

4.2.1 Funcionamiento ... 40

4.2.2 Conversor Análogo Digital ADC0804: ... 43

(10)

X

4.3.1 Funcionamiento ... 47

4.4 Motores de Pasos: ... 47

4.4.1 Estator: ... 48

4.4.2 Rotor: ... 49

4.4.3 Características: ... 50

4.4.3.1 Grados por paso ó Resolución: ... 50

4.4.3.2 Frecuencia de funcionamiento: ... 50

4.4.3.3 Voltaje: ... 51

4.4.3.4 Resistencia por bobina: ... 51

4.4.3.5 Pull-in y Pull-out rate: ... 51

4.4.3.6 Resonancia:... 51

4.5 Tipos de Motores Paso a Paso ... 52

4.5.1 Motores de reluctancia variable ... 52

4.5.2 Motores de imán permanente ... 52

4.6 Motor Unipolar de Paso: ... 53

4.7 Motor Bipolar de Pasos: ... 53

4.8 Matriz de LED: ... 55

4.8.1 Funcionamiento ... 55

4.8.2 Configuración: ... 56

4.9 LCD (Display de Cristal Líquido): ... 57

4.9.1 Funcionamiento ... 57

4.10 Display de 7 Segmentos... 58

4.10.1 Funcionamiento ... 58

4.10.2 Integrado 74LS47 ... 59

4.10.3 Código BCD (Binary Code Decimal): ... 60

4.11 Circuito Integrador ... 62

4.11.1 Funcionamiento ... 62

CAPÍTULO V ... 63

(11)

XI

5 DISEÑO DE SOFTWARE Y HARDWARE ... 64

5.1 Diseño del Programa ... 64

5.1.1 Funcionamiento de BubleBar ... 66

5.1.2 Diagramas de Flujo ... 66

5.1.2.1 Diagrama de Flujo Del Circuito Conversor Análogo Digital ... 67

5.1.2.2 Diagrama De Flujo Del Circuito Conversor Digital Análogo ... 68

5.1.2.3 Diagrama de Flujo de Motores de Paso ... 69

5.1.2.4 Diagrama de Flujo del LCD ... 71

5.1.2.5 Diagrama de flujo de Matriz de LED... 73

5.1.2.6 Diagrama de Flujo de Display de 7 Segmentos ... 74

5.2 Diseño de Hadrware ... 76

5.2.1 Diseño del circuito Análogo/Digital ... 76

5.2.1.1 Elementos del circuito Análogo/Digital ... 76

5.2.1.2 Justificación del Diseño: ... 77

5.2.2 Diseño del Circuito Digital-Análogo ... 77

5.2.2.1 Elementos del Circuito Digital-Análogo ... 78

5.2.2.2 Justificación del Diseño ... 78

5.2.3 Diseño del Circuito Unipolar de pasos ... 81

5.2.3.1 Elementos del Circuito ... 82

5.2.3.2 Justificación del Diseño ... 82

5.2.3.3 Secuencia Wave Drive. ... 84

5.2.3.3.1 Secuencia Full Step. ... 85

5.2.3.3.2 Secuencia Half Step. ... 86

5.2.4 Diseño del Circuito Bipolar de Pasos ... 86

5.2.4.1 Elementos del Circuito ... 87

5.2.4.2 Justificación del Diseño ... 87

5.2.5 Diseño del circuito de Matriz de LED ... 89

5.2.5.1 Elementos del Circuito ... 90

5.2.5.2 Justificación del Diseño ... 90

5.2.6 Diseño del Circuito LCD ... 91

(12)

XII

5.2.6.1 Justificación del diseño ... 92

5.2.6.1.1 Descripción del LCD... 92

5.2.7 Diseño del Circuito Display de 7 Segmentos ... 93

5.2.7.1 Elementos del Circuito ... 94

5.2.7.2 Justificación del Diseño ... 95

5.2.7.2.1 Display 334967 ... 95

5.2.8 Diseño del Circuito Integrador ... 97

5.2.8.1 Elementos del Circuito ... 98

5.2.8.2 Justificación del Diseño ... 98

CAPÍTULO VI ... 100

6 CONSTRUCCION DEL PROTOTIPO ... 101

6.1 Circuito Análogo Digital ... 101

6.2 Circuito Digital Análogo ... 102

6.3 Circuito Display de 7 Segmentos ... 102

6.4 Circuito LCD ... 104

6.5 Circuito Matriz de Leds ... 105

6.6 Circuito Bipolar de Pasos. ... 107

6.7 Circuito Unipolar de Pasos.- ... 108

6.8 Diseño de la Placa Física del Circuito ... 109

CAPÍTULO VII ... 111

7 DOCUMENTACION DE USUARIO Y TECNICA: ... 112

7.1 Manual Técnico: ... 112

7.1.1 Ventana LCD... 112

7.1.1.1 Controles. ... 113

7.1.1.2 Funciones de la clase control_lcd ... 113

7.1.2 Ventana Motor de Pasos Bipolar ... 114

7.1.2.1 Controles. ... 115

(13)

XIII

7.1.3 Ventana Display de 7 Segmentos ... 116

7.1.3.1 Controles. ... 117

7.1.3.2 Funciones de la clase control_display ... 117

7.1.4 Ventana Conversor A/D. ... 118

7.1.5 Ventana de Conversor D/A ... 119

7.1.5.1 ... 120

7.1.6 Ventana de Matriz de LEDS ... 120

7.2 Manual de Usuario ... 121

7.2.1 LCD ... 122

7.2.2 Motor Bipolar de pasos ... 123

7.2.3 Motor Unipolar de pasos ... 124

7.2.4 Display de 7 Segmentos ... 126

7.2.5 Conversor Análogo/ Digital ... 127

7.2.6 Conversor Digital /Análogo ... 128

7.2.7 Matriz de Lez ... 129

CAPÍTULO VIII ... 130

8 PRUEBAS ... 131

8.1 Circuito Conversor Análogo Digital ... 132

8.2 Circuito Conversor Digital Análogo ... 133

8.3 Circuito de Motor Unipolar de Pasos ... 134

8.4 Circuito de Motor Bipolar de Pasos ... 135

8.5 Circuito LCD ... 135

8.6 Circuito de Display de 7 Segmentos ... 136

8.7 Circuito Matriz de Leds ... 137

8.8 Circuito Integrador ... 137

CAPÍTULO IX ... 139

9 CONCLUSIONES Y RECOMENACIONES ... 140

(14)

XIV

9.2 Recomendaciones ... 141

9.3 Bibliografía ... 142

9.4 Glosario de Términos ... 145

(15)

XV

ÍNDICE DE FOTOS

FOTOGRAFÍA 1. CIRCUITO INTEGRADOR 132

FOTOGRAFÍA 2 CIRCUITO CONVERSOR DIGITAL ANÁLOGO 132

FOTOGRAFÍA 3 CIRCUITO DIGITAL ANÁLOGO 133

FOTOGRAFÍA 4 CIRCUITO MOTOR UNIPOLAR DE PASOS 134

FOTOGRAFÍA 5 CIRCUITO MOTOR BIPOLAR DE PASOS 135

FOTOGRAFÍA 6 CIRCUITO LCD 136

FOTOGRAFÍA 7 CIRCUITO DISPLAY DE 7 SEGMENTOS 136

FOTOGRAFÍA 8 CIRCUITO MATRIZ DE LEDS 137

(16)

XVI

ÍNDICE DE GRÁFICOS

ILUSTRACIÓN 1 PUERTO PARALELO 14

ILUSTRACIÓN 2 CONFIGURACIÓN DE LPT1 17

ILUSTRACIÓN 3 DISTRIBUCIÓN DE PINES PUERTO PARALELO 18

ILUSTRACIÓN 4 PUERTO PARALELO 19

ILUSTRACIÓN 5 DIODOS RETIFICADORES 33

ILUSTRACIÓN 6 TRANSISTORES 34

ILUSTRACIÓN 7 DIODOS 35

ILUSTRACIÓN 8 SEÑAL ANÁLOGA 38

ILUSTRACIÓN 9 SEÑAL DIGITAL 39

ILUSTRACIÓN 10 DIAGRAMA DE LECTURA DE DATOS 41

ILUSTRACIÓN 11 DIAGRAMA DE LECTURA DE DATOS 41

ILUSTRACIÓN 12 DISTRIBUCIÓN DE PINES ADC 0804 45

ILUSTRACIÓN 13 ESTATOR 48

ILUSTRACIÓN 14 ROTOR 49

ILUSTRACIÓN 15 MOTOR PAP BIPOLAR 54

ILUSTRACIÓN 16. MATRIZ DE LEDS 55

ILUSTRACIÓN 17 DISTRIBUCIÓN DE PINES DE MATRIZ 56

ILUSTRACIÓN 18. LCD 57

ILUSTRACIÓN 19. DISTRIBUCIÓN DE PINES LCD 58

ILUSTRACIÓN 20. DISPLAY DE 7 SEGMENTOS 59

ILUSTRACIÓN 21. INTEGRADO 74LS47 60

(17)

XVII

ILUSTRACIÓN 23. VENTANA DE CONTROL DE DISPOSITIVOS DE ENTRADA

Y SALIDA 65

ILUSTRACIÓN 24. CONTROL BUBBLE BAR 66

ILUSTRACIÓN NO.25. DISEÑO DE CIRCUITO A/D 76

ILUSTRACIÓN 26. DISEÑO CIRCUITO D/A 77

ILUSTRACIÓN 27. MOTOR UNIPOLAR DE PASOS 82

ILUSTRACIÓN 28. CIRCUITO BIPOLAR DE PASOS 87

ILUSTRACIÓN 29. DISEÑO DE CIRCUITO DE MATRIZ DE LEDS 90

ILUSTRACIÓN 30. DISEÑO DE CIRCUITO DE LCD 91

ILUSTRACIÓN 31. CONEXIÓN DE DISPLAY AL PUERTO 94

ILUSTRACIÓN 32. DISPLAY 334967 95

ILUSTRACIÓN 33. CIRCUITO INTEGRADOR 97

ILUSTRACIÓN 34. DISEÑO FÍSICO DEL CIRCUITO INTEGRADOR 110

ILUSTRACIÓN 35. VENTANA LCD 112

ILUSTRACIÓN 36. VENTANA MOTOR DE PASOS BIPOLAR 114

ILUSTRACIÓN 37. VENTANA DISPLAY DE 7 SEGMENTOS 116

ILUSTRACIÓN 38. VENTANA CONVERSOR A/D 118

ILUSTRACIÓN 39. VENTANA CONVERSOR D/A 119

ILUSTRACIÓN 40. VENTANA MATRIZ DE LEDS 120

ILUSTRACIÓN 41. VENTANA DE MENÚ 121

ILUSTRACIÓN 42. VENTANA LCD 122

ILUSTRACIÓN 43. MOTOR BIPOLAR DE PASOS 123

ILUSTRACIÓN 44. MOTOR UNIPOLAR DE PASOS 124

(18)

XVIII

ILUSTRACIÓN 46. CONVERSOR A/D 127

ILUSTRACIÓN 47. CONVERSOR D/A 128

(19)

XIX

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1 SEÑALES DEL PUERTO PARALELO 20

TABLA 2 SEÑAL DE DATOS 21

TABLA 3 SEÑAL DE ESTADO 21

TABLA 4 SEÑAL DE CONTROL 22

TABLA 5 COMBINACIONES DE DATOS BINARIOS 44

TABLA 6. GRADOS Y PASOS DE UN MOTOR PAP 50

TABLA 7: SECUENCIA DE BOBINA MOTOR UNIPOLAR 53

TABLA 8. SECUENCIA DE BOBINA BIPOLAR 54

TABLA 9 CARACTERÍSTICAS DE MATRIZ DE LEDS 55

TABLA 10. DISTRIBUCIÓN DE LEDS DE LA MATRIZ 56

TABLA 11. CONVERSIÓN DECIMAL BCD 61

TABLA 12 CONVERTIDOR D/A 80

TABLA 13. RESOLUCIÓN DE VOLTAJE D/A 81

TABLA 14 VOLTAJES DE MOTOR 84

TABLA 15 SECUENCIA WAVE DRIVE 85

TABLA 16 FULL STEP 85

TABLA 17 HALF STEP 86

TABLA 18. DISTRIBUCIÓN DE PINES L293 88

TABLA 19 LÓGICA DE L293 89

TABLA 20 DISTRIBUCIÓN DE PINES LCD 92

TABLA 21 DISTRIBUCIÓN DE PINES 334967 95

TABLA 22. HABILITACIÓN DE DISPOSITIVOS 99

(20)

XX

TABLA 24. FUNCIONES DE CLASE CONTROL_LCD 113

TABLA 25. CONTROLES MOTOR DE PASOS BIPOLAR 115

TABLA 26. FUNCIONES DE CLASE_MOTOR_PASO_B 115

TABLA 26. CONTROLES DE DISPLAY DE 7 SEGMENTOS 117

(21)

XXI

ÍNDICE DE ANEXOS

ANEXO 1: CIRCUITO INTEGRADO DAC0808... 147

ANEXO 2: CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS INTEGRADO DAC0808 ... 148

ANEXO 3: CIRCUITO INTEGRADO LF351 ... 149

ANEXO 4: CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS INTEGRADO LF351 ... 150

ANEXO 5: CIRCUITO INTEGRADO ADC 0804... 151

ANEXO 6: INTEGRADO ADC 0804 ... 152

ANEXO 7: CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS INTEGRADO ADC 0804 ... 153

ANEXO 8: CIRCUITO INTEGRADO L293 ... 154

ANEXO 9: CIRCUITO INTEGRADO 74LS138 ... 154

ANEXO 10: CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS INTEGRADO L293 ... 155

ANEXO 11: CIRCUITO INTEGRADO 74LS47 ... 156

ANEXO 12: CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS INTEGRADO 74LS47 ... 156

ANEXO 13: CIRCUITO INTEGRADO 74LS373 ... 157

ANEXO 14: DIAGRAMA LÓGICO INTEGRADO 74LS373 ... 157

ANEXO 15: CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS INTEGRADO 74LS373 ... 158

ANEXO 16: LCD ... 159

ANEXO 17: DISPLAY DE 7 SEGMENTOS ... 159

ANEXO 18: CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS, DISPLAY DE 7 SEGMENTOS ... 160

ANEXO 19: MATRIZ DE LEDS: ... 160

(22)

XXII

RESUMEN

La Tesis abarca el estudio del puerto paralelo (LTP), el mismo que contiene varios bits; de Datos, de Estado y de Control, que permiten el envío de ordenes que la impresora; los bits de Datos contienen 8 los cuales escriben los datos que se envían a la impresora, los Bits de estado, se usan 5 de los 8 bits los mismos que sirven para lectura de estado de las líneas de interfaz con la impresora.

Los bits de control son 8 bits que escriben diversas señales que reconoce la impresora como: validación de datos, inicialización, por ejemplo cuando se encuentra atascado el papel, la impresora ha caído en error, etc.

El modo de trabajar con el proyecto de tesis y la computadora, se configura desde la BIOS para que pueda funcionar correctamente, es decir, recibir y enviar órdenes desde y hacia la PC se la configura en modo Bidireccional.

La placa diseñada, contiene 7 dispositivos de Entrada y salida mediante el programa diseñado permite enviar órdenes a cada dispositivo como:

- Conversor Digital/Análogo.- Permite transformar las señales digitales que se envía desde la computadora y son mostrada en el osciloscopio.

- Conversor Análogo/Digital.- Permite Transformar las señales análogas que se envían desde la placa y son mostradas en la computadora

- LCD.- Permite mostrar el texto que se escribe en la PC en el LCD, se escribe 2*16 en 2 renglones 16 caracteres.

(23)

XXIII

- Motor Bipolar de Pasos.- Envía ordenes desde la computadora hasta el motor el mismo que funciona con giros por grados, pasos o tiempo.

- Motor Unipolar de Pasos.- Realiza la misma función del motor Bipolar de pasos.

- Matriz de Leds.- Muestra figuras mediante pulsos que se envía desde la computadora a la matriz.

Estos circuitos se encuentran en una placa impresa, integrados de tal manera que funcionan independientemente uno de otro enviando las ordenes desde la computadora y son habilitados y deshabilitados mediante un dip-switch, la placa funciona con voltaje des 0 a 5V, además funciona con voltajes externos para el motor Unipolar de pasos y el conversor Digital-Análogo.

Para definir las líneas del puerto y conectarlas a la placa fueron probadas mediante continuidad las líneas de datos, estado y control.

El programa diseñado para este proyecto de tesis es desarrollado en Visual Studio .Net, en C#, utiliza librerías ya desarrolladas en .Net. (input32.dll )

(24)

XXIV

SUMMARY

The Thesis ranges the study of the parallel port (LTP), the same that contains several bits; of Data, of State and of Control, that allow the sending of order that they realize the operation of the printer; the Data bits, contains eight bits which write the data that send to the printer, the Bits of state, use five of the eight bits the same that serve for reading of state of the lines of interface with the printer.

The bits of control of 8 bits that write diverse signals that recognizes the printer for example: data validation, when it finds obstruct paper, the printer has fallen in error, etc. The way to work with the project of thesis and the computer is configure in BIOS so that it can work properly, for receive and send orders from and to the PC configures it in two ways.

The plaque designed, contains seven devices of entrance and exit, throws designed program allows sending orders to each device for example:

- Digital/AnalogousConverter: Transform the digital signals that send from the computer and is showed in the osciloscopio.

- Analogous/Digital Converter: Transform the analogous signals that send from the plate and are showed in the computer.

- LCD: Allows showing the text that write in PC, in LCD, writes 2*16 in 2 lines sixteen characters.

- Display Of 7 Segments: Sample in the display, a counter of numbers of 0 to 99, two digits, upward counter and downward counter.

(25)

XXV

- Steps Unipolar Engine: Realizes the same function of the engine Bipolar of steps.

- Matrix of Leds: Shows figures, by pulses that send from the computer to the matrix.

These circuits find in a printed plaque, integrated of such way that work independently one of another, sending order them from the computer and are enabled and de by a dip-switch, the plaque works with voltage Give 0 to 5V, besides works with external voltages for the Unipolar steps engine and the Digital-Analogous converter.

To define the lines of the port and connect them to the plate were tested continuity for data lines, state and control.

The program designed for this project of thesis is developed in Visual Studio .Net, in C#, uses bookshops already developed in .Net. (input32.dll )

(26)

1

(27)

2

ANÁLISIS

CAPÍTULO I

1 MÓDULO DIDÁCTICO PARA CONTROL DISPOSITIVOS DE

ENTRADA/SALIDA

Diseñar un módulo didáctico de aprendizaje y práctica para controlar dispositivos de entrada y salida básicos los cuales van a ser controlados a través del puerto paralelo por donde se enviara las diferentes órdenes para que los respectivos dispositivos funcionen.

1.1 Planteamiento del Problema:

Con el fin de brindar un medio de desarrollo para prácticas de laboratorio para los estudiantes de la Universidad Tecnológica Equinoccial, se brinda un amplio conocimiento sobre el puerto paralelo (líneas de control, estado y datos) y su interactividad con dispositivos básicos de entrada y salida. (Motores paso a paso, display, LCD, matrices de leds, conversores A/D y D/A).

(28)

3 Los dispositivos a ser controlados son:

Motor de pasos bipolar Motor de pasos unipolar Display de 7 segmentos Display de cristal líquido Matriz de LED

(29)

4

1.2 Objetivos

1.2.1 General

Realizar un módulo didáctico que permita controlar los diferentes dispositivos de entrada y salida que se emplean para desarrollar prácticas de la materia de interfaces.

1.2.2 Específicos

- Integrar todos los circuitos necesarios en una placa impresa.

- Desarrollar un circuito que controle a todos los circuitos de entrada y salida. - Controlar a cada circuito desde un programa centralizado desde la

computadora.

- Desarrollar una aplicación que permita demostrar el funcionamiento de cada circuito que se encuentra integrado en la placa.

- Proporcionar un medio útil y necesario para que los estudiantes realicen sus prácticas de laboratorio.

(30)

5

1.3 Justificación

Esta tesis se enmarca en el amplio campo de los diferentes circuitos electrónicos, específicamente de los dispositivos de entrada y salida controlados desde la computadora.

(31)

6

1.4 Hipótesis

A través de una aplicación desarrollada en C#.Net que proporcionará una interfaz gráfica, se podrá controlar todos los circuitos impresos e integrados en una placa y se demostrará el funcionamiento de cada uno de éstos a través de un puerto paralelo el cual conectará la placa de circuitos con la computadora y permitirá al usuario interactuar con el programa y el circuito escogido, de tal modo que el usuario podrá controlar desde la aplicación cada circuito.

Todos los circuitos estarán integrados en la misma placa y serán controlados mediante un circuito principal, para que cada circuito funcione independientemente.

(32)

7

1.5 Métodos y Técnicas

Se implementará la metodología de Prototipos. Prototipos:

Los prototipos son modelos (no necesariamente SW) que permiten estudiar y probar aspectos específicos del producto final (en este caso el producto de software). Bajo este modelo, se planifica la aplicación de las diferentes herramientas, para producir elementos de pruebas específicas (interfaz de usuario, mantenedores, procesos) que deberán ser presentados al usuario y confirmados por éste.

Esta metodología proporciona un ciclo de vida de los sistemas de información que se desarrollan bajo el concepto de prototipos y posee las siguientes fases:

 Análisis

 Diseño

 Construcción del prototipo

 Documentación de usuario y técnica

 Pruebas

(33)

8

1.6 Factibilidad

1.6.1 Factibilidad Técnica

Para la elaboración de este proyecto se ha visto necesario utilizar una serie de circuitos electrónicos y elementos electrónicos básicos, fáciles de encontrar, es por ello que se ha visto factible el proyecto.

1.6.2 Factibilidad Económica

Los elementos que integran el circuito son económicos, y los dispositivos de entrada y salida de igual manera es por ello que también se ha visto factible para el desarrollo del proyecto.

Presupuesto

Material:

motor bipolar 25

motor unipolar 30

Lcd 16

display de 7 segmentos 5

matriz de leds 9

conversor análogo/digital 4

conversor digital/análogo 5

Fuente 150

Cables 2

Resistencias 5

Leds 5

Transistores 3

Diodos 2,5

Potenciómetro 2

dip-switch 3

cable de puerto paralelo 6

placa integradora de circuito 125

Otros 10

(34)

9

Humano:

738 USD por 246 horas empleadas

Software:

(35)

10

(36)

11

CAPÍTULO II

2 VISUAL C#

Visual C# es un lenguaje de programación que está diseñado para crear diversas aplicaciones que se ejecutan en .NET Framework. C# es un lenguaje de programación bastante eficaz. Además permite un desarrollo muy simple y rápido, ya que posee varias herramientas e innovaciones que lo hacen la mejor opción para desarrollar la aplicación.

“Visual Studio admite Visual C# con un editor de código completo, plantillas de proyecto, diseñadores, asistentes para código, un depurador eficaz y fácil de usar, además de otras herramientas. La biblioteca de clases .NET Framework ofrece acceso a una amplia gama de servicios de sistema operativo y a otras clases útiles y adecuadamente diseñadas que aceleran el ciclo de desarrollo de manera significativa.” 1

2.1 La librería Inpout32.dll

La librería Inpout32 es una librería desarrollada en visual Basic, es por eso que puede ser importada a C#.net, (la cual contiene las funciones de acceso a las direcciones del puerto), es decir aquí se encuentran todas las instrucciones para el manejo de los puertos paralelos.

1Visual C#. (16 de Septiembre, 2008) Inicio de Visual C# [on line]. Disponible en:

(37)

12

2.2 Diseñando la Interfaz

El Visor de Imágenes es una aplicación para Windows, que tiene el conjunto completo de controles de interfaz gráfica disponibles dentro de un cuadro de herramientas. Esto significa que se puede generar una interfaz medianamente elaborada.

En C#.net existe un sinnúmero de elementos disponibles para la realización de una interfaz gráfica completa y totalmente amigable con el usuario.

En la aplicación se ha implementado una máscara de menú que visualiza gráficamente cada proyecto en una sola ventana, llamada BubleBar2, totalmente desarrollada para .Net el mismo que simula un menú como los de Aple para Windows.

Gracias a este control como ya es código desarrollado, funciona como un Button que no necesita escribir código sino importar la dll.

2.3 Requerimientos de hardware y Software

Los requerimientos mínimos que se necesita para que la aplicación funcione son:

Sistema Operativo:

o Windows XP Service Pack 2

Software necesario:

o Windows Installer 3.0 o Framework 2

2 BubleBar. (2001-2008) GUI design software to create custom skin for Windows Aplication [on

(38)

13

o IE 5.01 o versión posterior: en todas las instalaciones de .NET

Framework se debe ejecutar Microsoft Internet Explorer 5.01 o una versión posterior.

o Requisitos de espacio en disco: 280 MB (x86), 610 MB (64 bits).

Hardware Necesario:

o Pentium III, 1.5 (256 Ram)

2.4 Importando Librerías para el Puerto Paralelo en C#

Se ha usado para interactuar con la computadora y los circuitos, la librería inpout32.dll en el app del programa.

Así se ha agregado en el debug o en el directorio de la aplicación, importar el inpout32.dll.

Debe destacarse que la dll debe estar copiada en el directorio del sistema específicamente en: c:/windows/system32 para Win xp (para el caso del presente trabajo).

Los comandos que usa la librería puerto=378 son: 1.- Comando para leer

Lectura = Str(Inp(Val("&H" + puerto))) 2.- Comando para escribir

(39)

14 Out Val("&H" + puerto), Val(valor)

De la misma manera en la parte inicial del programa la función PortAccess.Output toma los valores de las direcciones del puerto, es decir se escribirá 888 (decimal) cuando se necesite trabajar con la dirección 378 en hexadecimal que corresponde al puerto por omisión LPT1. Si se toma el puerto LTP2 para la dirección 278H se debe escribir la dirección 632 en decimal.

2.5 Puerto Paralelo

Los computadores personales (PC) han estandarizado un tipo de interfaz para la comunicación con la impresora, conocida normalmente como CENTRONICS. Esta interfaz es capaz de enviar caracteres a la impresora de forma paralela. Cada carácter está codificado en un byte, del cual cada bit se transmite por un Terminal diferente. Existen otros terminales que conectan el computador y la impresora, que sirven para intercambiar información de control y de estado, a fin de implementar un protocolo sencillo.

Ilustración 1 Puerto Paralelo

S4 S5 S7 S6 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 C0

G7 G6 G5 G4 G3 G2 G1 G0 C3 C2 S3 C1

13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14

Codeproject. (13 Sep 2003). Free source code and programming help [on line] Fuente: http://www.codeproject.com/KB/cs/csppleds.aspx

(40)

15

Para realizar esta interfaz, los PC disponen de unos elementos hardware específicos, denominados puertos de impresora o también puerto paralelo.

En un PC pueden instalarse varios de estos puertos que se distinguen entre sí con los nombres LPT1, LPT2 y LPT3 (en algunos casos también LPT4). Todos ellos son idénticos, salvo que tienen asignadas diferentes direcciones en el mapa de entrada/salida.

La ROM-BIOS de los PC contiene programas elementales para el manejo de estos puertos. En primer lugar, durante el proceso de arranque del computador, se detecta su presencia y se almacenan sus direcciones base en una zona de variables situada en el segmento 0040H (zona de variables del BIOS). En esta zona se pueden encontrar los siguientes datos:

Printer_Base: En las direcciones base (offset) 0008H, 000AH, 000CH y 000EH, con 2 bytes cada uno de ellos, están las direcciones de E/S en las que se encuentran los puertos base de LPT1, LPT2, LPT3 y LPT4 respectivamente.

(41)

16

Print_Tim_Out: En las direcciones base (offset) 0078H, 0079H, 007AH y 007BH se encuentran los valores de TIME_OUT asociados a cada puerto. Se trata de valores que se van a utilizar para establecer cuánto tiempo se va a esperar para determinar que la impresora no está disponible (está apagada, no tiene papel, etc.).

Las direcciones del mapa de memoria de E/S en las que se suelen colocar los puertos de la impresora son:

Tabla 1 Mapa de Memoria

Impresora Puerto de Datos Puerto de Estado Puerto de Control

LPT1 0378h 0379h 037Ah

LPT2 0278h 0279h 027Ah

LPT3 03BCh 03BDh 03BEh

Francisco Pantano Rubiño. (05 de Enero, 2008) Aeromodelismo: Valeros y Eléctricos. Fuente: http://www.infolaser.net/franpr/tecnica/porpar/lpt.htm

Elaborado por: Fernanda Mera

(42)

17

Ilustración 2 Configuración de LPT1

Gráfico tomado de la dirección del puerto configurado en LTP1. Microsoft Windows Fuente: Imagen tomada de configuración de puertos de Windows

Elaborado por Fernanda Mera

2.6 Señales de la interfaz Centronics

(43)

18

Ilustración 3 Distribución de Pines Puerto Paralelo

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 15 14 13 12 19 18 17 16 23 22 21 20 25 24 STROBE D0 D3 D2 D1 D7 D6 D5 D4 PE BUSY ACK ONLINE AUTO ERROR INIT SELECT GND Fuente: http://cfievalladolid2.net/tecno/cyr_01/control/puerto_paralelo.htm#reg_datos Elaborado por Fernanda Mera

DATA PORT "Salida del proyecto" Pin 2 - D0

Pin 3 - D1 Pin 4 - D2 Pin 5 - D3 Pin 6 - D4 Pin 7 - D5 Pin 8 - D6 Pin 9 - D7

STATUS PORT "Entradas en el proyecto" Pin 10 - ACK

Pin 11 - BUSY Pin 12 - PAPER END Pin 13 - SELECT IN Pin 15 - ERROR CONTROL PORT: Pin 1 - STROBE Pin 14 - AUTO FEED Pin 16 - INIT

(44)

19

La referencia (Ground, GND), son los pines del 18 al 25 para reconocer los pines, en el puerto paralelo está escrito en cada terminal su número, tener cuidado a la hora de conectar al revés el puerto ya que podría causar un daño irremediable al puerto paralelo.

Ilustración 4 Puerto Paralelo

Fuente: http://cfievalladolid2.net/tecno/cyr_01/control/puerto_paralelo.htm#reg_datos Elaborado por: Fernanda Mera

El puerto paralelo, utilizado en general para el control de la impresión, maneja las señales que se muestran en la tabla siguiente. De todas ellas, las que normalmente intervienen en el protocolo de comunicación entre el PC y los dispositivo de entrada y salida y son BUSY y STROBE#.

(45)

20

Tabla 1 Señales del Puerto Paralelo

PUERTO NOMBRE Dir Pin

DB25 DESCRIPCIÓN

DATOS D0..D7 S 2-9 8 terminales de datos. Desde D0 a D7.

ESTADO BUSY E 11 Un nivel alto indica que la impresora está

ocupada y no puede recibir datos nuevos. También se pone a 1 en situaciones de error. ACK# E 10 Un nivel bajo indica que la impresora ha

recibido un dato y está disponible para recibir uno nuevo.

PE E 12 Un nivel alto indica que la impresora no tiene papel.

SLCT IN E 13 Un nivel alto indica que la impresora está on-line.

ERROR# E 15 Un nivel bajo indica que se ha producido un error en la impresora. No hay papel, mal funcionamiento, etc.

CONTROL IRQEN - -- Flag que habilita o inhibe la generación de la

interrupción IRQ7 cuando se activa la señal ACK#.

SELECT# S 17 Activa a nivel bajo. Indica a la impresora que se ha seleccionado la impresora.

INIT# S 16 A nivel bajo, envía un RESET a la impresora.

AUTOFD# S 14 A nivel bajo, la impresora se encarga de hacer un salto de línea al recibir el carácter “retorno de carro”.

STROBE# S 1 Validación de datos. Cuando la impresora detecta un nivel bajo, acepta el dato.

El puerto paralelo. El puerto de Impresora [on line]. Fuente: http://arantxa.ii.uam.es/~gdrivera/varios/notas_lpt.htm

Elaborado por Fernanda Mera

Nota: El carácter # indica que la señal es activa a nivel bajo

2.6.1 El puerto de Datos (D):

(46)

21

Generalmente es sólo de salida, ya que se diseñó para enviar caracteres a la impresora. Actualmente este puerto es bidireccional es decir que también puede recibir caracteres. La correspondencia entre los bits del registro de datos y las señales presentes en el conector DB25 del exterior es:

Tabla 2 Señal de Datos

BIT 7 6 5 4 3 2 1 0

FUNCIÓN D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

Fuente: http://arantxa.ii.uam.es/~gdrivera/varios/notas_lpt.htm Elaborado por Fernanda Mera

2.6.2 El puerto de Estado (S):

Registro de 8 bits de donde la CPU puede conocer diversos aspectos del estado de la impresora (apagada, sin papel, etc.). Se usan sólo 5 de los 8 bits.

Es un puerto de entrada. Sirve para la lectura del estado de las líneas de interfaz con la impresora. La señal BUSY es invertida antes de llegar al registro. La correspondencia entre los bits del registro de estado y las señales presentes en el conector DB25 del exterior es:

Tabla 3 Señal de Estado

BIT 7 6 5 4 3 2 1 0

FUNCIÓN BUSY

(inv.)

ACK# PE SLCT IN ERROR# -- -- --

(47)

22

2.6.3 El puerto de Control (C):

Registro de 8 bits donde la CPU puede escribir diversas señales que reconoce la impresora (validación de datos, inicialización, etc.). Se usan 4 bits.

Estos tres registros ocupan posiciones consecutivas, por lo que basta con especificar la primera de ellas. El puerto de datos será el puerto base.

Es un puerto de salida destinado a la escritura de comandos sobre la impresora. Las señales SLCT#, AUTOFD# y STROB# son invertidas antes de llegar a los correspondientes terminales de conector externo. El bit 4 (IRQEN) no es una señal que corresponda a alguno de los terminales de la interfaz Centronics. Se trata de una bandera (flag) que habilita o prohíbe la generación de la interrupción IRQ7 cuando se activa la señal ACK#. Las rutinas del BIOS que se ocupan de la impresora no utilizan esta interrupción. La correspondencia entre los bits del registro de control y las señales presentes en el conector DB25 del exterior es:

Tabla 4 Señal de Control

BIT 7 6 5 4 3 2 1 0

FUNCIÓN -- -- -- IRQEN SELECT#

(inv.)

INIT# AUTOFD# (inv.)

STROBE# (inv.)

(48)

23

2.7 Definición del Modo de Configuración del puerto paralelo

La definición incorrecta del modo de puerto paralelo podría causar que una impresora o un escáner se ejecuten de forma lenta o que no funcione del todo. El modo de puerto paralelo tiene 4 opciones: sólo salida, bidireccional, EPP y ECP. Estos ajustes determinan las capacidades de velocidad y transmisión de la conexión de puerto paralelo.

En la elaboración del circuito se necesita el modo de mayor velocidad y transmisión y que también nos permita enviar y recibir datos, que en este caso el modo indicado es el Bidireccional.

Se ha definido el modo del puerto paralelo de la siguiente manera:

1. Se va a la configuración del BIOS por medio de [F2] durante el arranque. 2. Luego al menú Advanced > Peripheral Configuration.

3. Se define la opción Mode en Bidireccional(o en el ajuste correspondiente al dispositivo).

4. Y se guarda los cambios.

2.8 Modos de Configuración del Puerto Paralelo

(49)

24 - Salida

- Bidireccional - EPP

- ECP

2.8.1 Modo de Salida

Es el puerto por omisión (default), en el cual el buffer de datos es solo de salida, lo cual permite que al leer el puerto, lea el estado del buffer de salida de datos.

2.8.2 Modo Bidireccional (compatible PS/2)

El puerto paralelo bidireccional fue una ampliación que hizo IBM a su puerto estándar original. Para ello utilizó un bit reservado del registro de control (C5). Si C5=1, el buffer de los datos de salida se pone en alta impedancia, "desconectando" dicho buffer de los pines 2 a 9 del conector del puerto (D0 a D7). Si se escribe en el registro de datos, se escribe en el buffer pero no en la salida. Esto permite que al leer el puerto se lea el estado de las entradas y no lo que hay en buffer. Cuando C5=0 el puerto retorna al modo salida, su estado por omisión.

En las computadoras IBM PS/2, para habilitar el puerto paralelo bidireccional, además, de lo antes descrito, se debe poner en 1L el bit 7 del registro del puerto 102h (opciones de configuración).

(50)

25

2.8.3 Modo EPP (Enhanced Parallel Port)

Puede leer y escribir datos a la velocidad del bus ISA. Este tipo de puerto se define por el estándar EPP 1.7. Es tan rápido como el bus del sistema y puede alcanzar transferencias por encima de 1 Mbps.

El EPP fue desarrollado por Intel, Xircom y Zenith. Otros fabricantes comenzaron a introducir EPP no del todo compatibles con el introducido por Intel. De ahí que se formara un comité para estandarizar el puerto, formando el estándar EPP 1.7. Más tarde se mezcló con el estándar IEEE 1284, que describe puertos bidireccionales de alta velocidad para impresoras. Pero no se adoptó el EPP 1.7 original, por lo que se modificó y ahora se llama IEEE 1284 EPP, existiendo ahora dos estándar. Un puerto paralelo estilo IEEE 1284 es multimodo. Es decir, en un único puerto se tienen los modos salida(SPP), bidireccional PS/2, EPP (versión 1.7 y/o 1284) y ECP.

El EPP se mapea por encima de las direcciones estándar, en cinco registros, desde LPT_BASE+3h hasta LPT_BASE+7h. No hay EPP en la dirección estándar 03BCh (ya que se solapa con las direcciones dedicadas a video):

2.8.4 Modo ECP (Enhanced Capability Port)

(51)

26

poder configurarlo como EPP. El uso externo del ECP está definido en IEEE 1284 como el modo ECP de 1284.

(52)

27

(53)

28

CAPÍTULO III

3 PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE ELECTRICIDAD.

Una parte del proyecto es hardware en donde se diseña y construye los circuitos; para ello es necesario poseer conocimientos básicos sobre la electricidad tales como: el voltaje o tensión, corriente, intensidad, resistencia, potencia, etc. A continuación se describe brevemente cada uno de estos términos.

3.1 Tensión Eléctrica (Voltaje)

La tensión eléctrica es aquella que experimentan las cargas eléctricas, y por ende los cuerpos cargados eléctricamente. Siempre que entre dos cuerpos exista un desequilibrio eléctrico estará presente una tensión de tipo eléctrico conocida como tensión eléctrica, es decir, existirán unas fuerzas que tratarán de establecer un equilibrio eléctrico para lograr esto es necesario igualar las cargas eléctricas.

La unidad de medida de la tensión eléctrica es el voltio (V). Así, cuanto más grande sea la tensión eléctrica existente entre dos cuerpos, zonas o partes de un circuito, mayor será la fuerza que las cargas eléctricas experimentarán, y por tanto mayor la tendencia a que se produzca una reordenación de dichas cargas eléctricas para reducir la tensión a la que están sometidas. La tensión eléctrica puede tener signo positivo o negativo, dependiendo el signo de las cargas eléctricas implicadas. 3

3Tensión, corriente y resistencia eléctrica. Ley de Ohm (17 de Marzo, 2008), La

(54)

29

3.2 Corriente Eléctrica

La corriente eléctrica no es más que el flujo de cargas eléctricas usualmente electrones, que atraviesa un material más o menos conductor. Un concepto íntimamente relacionado con el de corriente eléctrica es el de intensidad de la corriente eléctrica, o simplemente intensidad.

El concepto de intensidad viene a cuantificar es decir, a medir cuán grande o pequeña es una determinada corriente eléctrica. Cuanto más grande sea el número indicado por la intensidad mayor será la corriente eléctrica, es decir, el flujo de cargas por el conductor.

La intensidad tiene su propia unidad de medida. Se trata del Amperio, que se denota por A. Una intensidad de 1 A equivale a unos 6.242 x 1018 electrones por segundo circulando por la sección de un conductor.

3.3 Resistencia Eléctrica

Las dos cantidades fundamentales; el voltaje y la corriente, están relacionadas por una tercera que es la resistencia.

En cualquier sistema eléctrico la tensión es el voltaje aplicado, y el resultado o efecto es la carga o corriente. La resistencia del sistema controla el nivel de corriente resultante. Mientras mayor es la resistencia, menor es la corriente y viceversa.4

(55)

30

La unidad de medida de la resistencia es llamada ohmio, que se denota por la letra griega omega (Ω). El ohmio se define como el valor de una resistencia eléctrica tal que al aplicarle una tensión de 1 V se produzca una circulación de una corriente eléctrica de 1 A. 5

Evidentemente, cuanto mayor sea la resistencia para un valor determinado de tensión, más pequeño será el valor de la intensidad de la corriente eléctrica que circulará por ella.

3.4 La Ley de Ohm

La relación existente entre la tensión, la intensidad y la resistencia para un valor determinado de resistencia y la relación inversa entre resistencia e intensidad para un valor determinado de tensión. Así pues, la intensidad es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia.6

Más exactamente, la relación es la siguiente:

Fórmula de la Intensidad

Fuente: Roldan, José (1995), Manual del Electricista de Taller, Madrid: Paraninfo Elaborado por: Fernanda Mera

5 Roldan, José (1995), Manual del Electricista de Taller, Madrid: Paraninfo

(56)

31

Esta es la conocida Ley de Ohm, con esta importante ley es posible calcular circuitos con resistencias, tales como los circuitos de polarización de transistores.

3.5 Potencia Eléctrica

La potencia eléctrica es la velocidad a la que se consume la energía, se define como la cantidad de trabajo realizado por una corriente eléctrica.

La potencia eléctrica se mide en Joule por segundo (J/s) y se representa con la letra P.

Un J/s equivale a 1 watt (W), por tanto, la unidad de medida de la potencia eléctrica P es el watt, y se representa con la letra W.

3.6 Elementos Fundamentales de la Electrónica

A continuación se describen los elementos fundamentales que se emplean en la elaboración de los circuitos.

3.6.1 Capacitor

(57)

32

actúa como aislante) o por el vacío, que sometidos a una diferencia de potencial (d.d.p.) adquieren una determinada carga eléctrica.7

Se denomina capacidad o capacitancia a la propiedad de almacenamiento. Se mide en Faradios como se lo conoce en el Sistema Internacional de Unidades.

La capacidad de 1 faradio es mucho más grande que la de la mayoría de los capacitores, por lo que en la práctica se suele indicar la capacidad en microfaradio µF = 10-6, nano- F = 10-9 o pico- F = 10-12 -faradios.

El valor de la capacidad viene definido por la fórmula siguiente:

Fórmula de Capacitancia

Fuente: Manual del Electricista de Taller Elaborado por: Fernanda Mera

En donde:

C: Capacidad

Q: Carga eléctrica

V: Diferencia de potencial

(58)

33

3.6.2 Diodos

Un diodo (del griego "dos caminos") es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un cortocircuito con muy pequeña resistencia eléctrica.

Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua.8

Ilustración 5 Diodos Retificadores

Diodos Retifcadores. (12 de Abril, 2008) [on line] Fuente: www.gbcomponentes.com

Elaborado por: Fernanda Mera

8Diodo- Wikipedia. (14 mar 2009). La Enciclopedia Libre [On line]. Disponible en:

(59)

34

3.6.3 Transistores

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los enseres domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y vídeo, hornos de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, celulares, etc.9

Ilustración 6 Transistores

Transistor-Wikipedia. (9 Marzo, 2009), La Enciclopedia Libre. [On line] Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor

Elaborado por: Fernanda Mera

3.6.4 Resistencias:

Se denomina resistencia eléctrica, R, de una sustancia, a la oposición que encuentra la corriente eléctrica para circular a través de dicha sustancia. Su valor viene dado en ohmios, se designa con la letra griega omega mayúscula (Ω), y se mide con el óhmetro.

9 Transistor- Wikipedia (9 mar 2009), La Enciclopedia Libre. [on line] Disponible en:

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35

Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el nombre de impedancia.10

3.6.5 Diodo emisor de luz (LED):

Diodo emisor de luz, también conocido como LED (acrónimo del inglés de Light-Emitting Diode) es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz coherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por él una corriente eléctrica.

Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia. El color (longitud de onda), depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede variar desde el ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo. Los diodos emisores de luz que emiten luz ultravioleta también reciben el nombre de UV LED (UltraV'iolet Light-Emitting Diode) y los que emiten luz infrarroja suelen recibir la denominación de IRED (Infra-Red Emitting Diode).11

Ilustración 7 Diodos

Diodo emisor de luz -Wikipedia. (9 mar 2009), La Enciclopedia Libre. [on line] Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_LED

Elaborado por: Fernanda Mera

10 Resistencia Eléctrica-Wikipedia. (2009, Marzo 9) , La enciclopedia Libre [on line]

Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencias

11 Diodo emisor de luz -Wikipedia. (9 mar 2009), La Enciclopedia Libre. [on line]

(61)

36

(62)

37

CAPÍTULO IV

4 DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDA

A continuación se describe el funcionamiento de cada uno de los dispositivos de entrada y salida.

4.1 Transmisión Analógica y Digital

En las redes de computadores, los datos a intercambiar siempre están disponibles en forma de señal digital. No obstante, para su transmisión se optará por la utilización de señales digitales o analógicas. La elección no será, casi nunca, una decisión del usuario, sino que vendrá determinada por el medio de transmisión a emplear.

No todos los medios de transmisión permiten señales analógicas ni todos permiten señales digitales.

Para que se transmita una señal análoga/digital o digital/análoga debe estar configurado el puerto en modo bidireccional, para que el puerto pueda tanto enviar como recibir datos.

(63)

38

Tiempo después se agregaron funciones o mejor dicho modos de trabajo que permiten la transmisión bidireccional, de la cual se hace uso ahora.

4.1.1 Señal Análoga

Ilustración 8 Señal Análoga

Fuente: Osciloscopio digital Elaborado por Fernanda Mera

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39

4.1.2 Señal Digital:

Ilustración 9 Señal Digital

Fuente: Osciloscopio Elaborado por Fernanda Mera

Una señal es digital cuando sus valores se representan con variables discretas en lugar de continuas. En el caso de la informática se utilizan ceros y unos.

4.2 Circuito Conversor Análogo-digital:

(Analog-to-digital converter, ADC, A/D). Circuito electrónico que convierte señales continuas, a números digitales discretos (ADC). La operación contraría es realizada por un conversor digital-análogo (DAC).

(65)

40

De todas maneras, algunos dispositivos no eléctricos o parcialmente eléctricos pueden ser considerados como conversores analógico-digital.12

4.2.1 Funcionamiento

A partir del código desarrollado en la interfaz se desarrollará una aplicación que permita la captura de datos a través del puerto paralelo del computador y lo presente en pantalla de forma digital.

Dicho circuito se alimenta a 5v y convierte señales analógicas en un rango entre 0 y 5v. Como conversor análogo digital se utiliza el circuito integrado ADC0804 cuya configuración se la encuentra mas adelante. La señal analógica a convertir proviene del potenciómetro (resistencia variable) R2, variando este se modifica la señal entre 0 y 5 voltios. Dicha señal se introduce en el conversor ADC0804. Una vez convertida, el valor digital es presentado en las líneas D0 a D7 y deberá ser leído a través del puerto paralelo.

Para el correcto funcionamiento de la conversión se debe respetar un protocolo entre el PC y el conversor, explicado en detalle en las hojas de datos del conversor. Básicamente es el siguiente:

El PC envía una petición de comienzo de conversión al ADC. Para ello activar la señal #CS (poner a nivel bajo) y dentro del periodo de activación activar la señal #WR durante un mínimo de 100ns. El conversor activará la línea #INTR (el símbolo # indica que la señal es activa a nivel bajo) para indicar que ha terminado la conversión. A partir de ese momento el PC puede leer el dato. Ilustraciones 10 y 11.

12Diccionario Informático. Definición del Conversor Análogo-Digital [on line], Disponible en:

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Ilustración 10 Diagrama de Lectura de Datos

Diagrama de Tiempo para lectura de Datos [on line] Fuente: http://www.globu.net/pp/ES/adc0804_puerto_paralelo.htm

Elaborado por: Fernanda Mera

Ilustración 11 Diagrama de lectura de Datos

Diagrama de Tiempo para lectura de Datos [on line] Fuente: http://www.globu.net/pp/ES/adc0804_puerto_paralelo.htm

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En el proceso de lectura se selecciona el conversor a través de la línea #CS y se envía un pulso negativo por la línea #RD (nivel bajo), tras unos 200 ns (tACC: tiempo de acceso) el dato ya se puede leer.

Estos ciclos se repetirán tantas veces como datos se quieran leer.

En este caso el proceso de conversión a realizarse se lo hará de forma continua, es decir que, RD y CS se encuentran conectados a nivel bajo directamente, de este modo el proceso de lectura de los datos será constante, mientras que el proceso de escritura será activado mediante un pulso el cual indica al puerto el momento en el que empieza a mostrar los datos en la pantalla.

Para el desarrollo de esta práctica es necesario conocer el funcionamiento y manejo del puerto paralelo.

NOTA IMPORTANTE: Para el correcto funcionamiento las líneas de datos del puerto paralelo deberá estar configurado en modo bidireccional, es decir, en el set-up del PC configurar el puerto en modo PS/2 (los otros modos posibles son SPP o AT, EPP y ECP). Para controlar la dirección que llevan los datos se utiliza el bit de peso 5 (el 6º bit empezando por el menos significativo) del puerto de control. Si este bit está a cero el puerto de datos es de salida y si está a uno el puerto de datos será de entrada. En el caso de este trabajo, este bit se puede poner a uno inicialmente. Hay que tener cierta precaución, pues la escritura en el puerto de datos modifica este bit a cero.

(68)

43

 Enviar una petición de comienzo de conversión al ADC

 Mediante una espera activa esperar a que el conversor entregue un nuevo dato. Si transcurren más de 110ms sin entregar un dato nuevo detener la ejecución y presentar un mensaje de error.

 Entregar el dato leído.

4.2.2 Conversor Análogo Digital ADC0804:

Un conversor analógico/digital convierte magnitudes analógicas en datos binarios (0 y 1). En este caso, la magnitud es la tensión sobre uno de los elementos que se quiere examinar.

El ADC0804LCN es capaz de convertir una muestra de 0V a 5V, a un valor binario de 8 bits. Para conocer la resolución o precisión que se tiene en la lectura se debe saber el valor máximo de medición y el tamaño máximo de salida en bits.

Fórmulas de resolución del Conversor

Fuente: http://www.monografias.com/trabajos32/circuito-tres-elementos/circuito-tres-elementos.shtml, Elaborado por: Fernanda Mera

Fuente: http://www.monografias.com/trabajos32/circuito-tres-elementos/circuito-tres-elementos.shtml, Elaborado por: Fernanda Mera

(69)

44

de señal analógica, en la conversión se obtendrán saltos discretos cada 19.5mV como muestra la siguiente tabla:

Tabla 5 Combinaciones de Datos Binarios

Tensión Valor Binario Decimal

0,01953 00000000 0

0,03906 00000001 1

0,05859 00000010 2

0,07813 00000011 3

0,09766 00000100 4

. . .

. . .

. . .

Tensión Valor Binario Decimal

4,94141 11111100 252

4,96094 11111101 253

4,98047 11111110 254

5,00000 11111111 255

Alejandro Ariel Terrado. (2008, Enero 26). Adquisición de Datos; Respuesta de circuitos con tres elementos pasivos [on line]. Fuente:

http://www.monografias.com/trabajos32/circuito-tres-elementos/circuito-tres-elementos.shtml, Elaborado por: Fernanda Mera

(70)

45

Ilustración 12 Distribución de Pines ADC 0804

#INRT GND GND VREF/2 IN -IN + CLK IN ACD 0804 1 2 3 5 11 12 13 14 15 16 17 18 10 8 6 9 19 4 20 7 DB7 DB6 DB5 DB4 DB0 DB2 DB1 DB3 #CS #RD #WR CLK R VCC +5V

Jameco electronics. (16 de Marzo, 2008). Datasheet adc080x [on line]. Fuente: www.jameco.com

Elaborado por: Fernanda Mera

Este conversor utiliza el método de aproximaciones sucesivas y contiene un valor fijo en el tiempo de conversión. Simplificadamente lo que hace es verificar qué bit necesita en alto (1L) para mostrar el valor binario de la magnitud analógica en la entrada. Comienza desde el bit más significativo para luego continuar con los 7 restantes y así dejar en nivel alto el bit correspondiente. Por esta razón el tiempo de conversión es siempre el mismo y esta dado por una configuración R C en la entrada de reloj.

Los pines presentan las funciones que se detallan a continuación: Vcc: voltaje positivo de alimentación

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46 Vin(+): terminal positivo del voltaje de entrada Vin(-): terminal negativo del voltaje de entrada DB7-DB0: salidas de la conversión digital CLKin: entrada de reloj

CLKr: salida del reloj cuya frecuencia depende de un resistor y un capacitor externos CS: chip select, para que el ACD0804 funciones debe estar en 0L (Low)

RD: cuando este pin esta en 0L (Low), las salidas tristate están activas y se puede leer el dato.

WR: cuando va a 0L (Low), el proceso de conversión se inicia

INTR: genera una interrupción de nivel bajo (0L=Low) cuando finaliza el proceso de conversión.

Vref/2: este pin debe ser alimentado con la mitad del rango de voltaje analógico máximo que va a recibir el ADC0804 por el pin Vin(+).

Ejemplo: para un rango de entrada entre 0,5v y 3,5v el valor de Vref/2 será igual a: (3,5 – 0,5)/2 o sea 1,5v.

D0-D7: Salida de conversión de los datos

4.3 Circuito Conversor Digital-análogo (DAC):

(72)

47

Se utilizan profusamente en los reproductores de discos compactos, en los reproductores de sonido y de cintas de vídeo digitales, y en los equipos de procesamiento de señales digitales de sonido y vídeo.

La mayoría de los DAC utilizan alguna forma reostática. Los datos digitales se aplican a los reóstatos en grupos de bits. Las resistencias varían en proporciones definidas y el flujo de corriente de cada uno está directamente relacionado con el valor binario del bit recibido.

4.3.1 Funcionamiento

Un conversor digital análogo (DAC) contiene normalmente una red resistiva divisora de tensión, que tiene una tensión de referencia estable y fija como entrada.

Hay que definir que tan exacta será la conversión entre la señal analógica y la digital, para lo cual se define la resolución que tendrá.

Un convertidor Digital - Analógico de 8 bits. Cada entrada digital puede ser sólo un "0" o un "1". D0 es el bit menos significativo (LSB) y D7 es el más significativo (MSB). El voltaje de salida analógica tendrá uno de 256 posibles valores dados por una de las 256 combinaciones de la entrada digital.

4.4 Motores de Pasos:

(73)

48

La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso a la vez por cada pulso que se le aplique. Este paso puede variar desde 90° hasta pequeños movimientos de tan solo 1.8°, es decir, que se necesitarán 4 pasos en el primer caso (90°) y 200 para el segundo caso (1.8°), para completar un giro completo de 360°.

Los motores paso a paso son utilizados en computadoras para (CD- ROM, Impresoras, Discos Duros).

Estos motores están constituidos por dos partes esenciales:

4.4.1 Estator:

Cavidad fija en la que van depositadas una serie de bobinas, las cuáles, excitadas convenientemente, crean un campo magnético giratorio.

Ilustración 13 Estator

Tutorial sobre Motores de paso a paso. (5 Octubre, 2008). Imagen de un estator de 4 bobinas [on line].

(74)

49

4.4.2 Rotor:

Parte móvil fabricada con un imán permanente o una pieza dentada de material magnético con polaridad constante.

Ilustración 14 Rotor

Tutorial sobre Motores de paso a paso. (5 Octubre, 2008). Imagen del rotor [on line]. Fuente: http://www.todorobot.com.ar/informacion/tutorial%20stepper/stepper-tutorial.htm

Elaborado por: Fernanda Mera

El rotor va montado sobre un eje, que soportado por dos cojinetes, gira libremente en el interior del estator. Excitando las bobinas del estator de forma adecuada se crean los polos magnéticos N-S; en respuesta a dicho campo el rotor seguirá el movimiento con sus respectivos polos, produciéndose el giro.

A diferencia del resto de motores eléctricos éstos emplean corriente continua, debido a esto su ventaja es de mayor precisión en su velocidad, enclavamiento, movimientos y giros ya que recibe una señal digital.

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50

Tabla 6. Grados y Pasos de un Motor PAP

Grados que gira por impulso Nº De pasos para llegar a 360º

0.72º 500

1,8º 200

3,75º 96

7,5º 48

15º 24

90º 4

Reyes, Carlos A. (2006), Microcontroladores PIC: Tabla de un motor de pasos que debe dar un motor PAP para llegar a dar una vuelta completa, según el giro de su ángulo de giro, Quito: Rispergraf.

Elaborada por: Fernanda Mera

4.4.3 Características:

4.4.3.1 Grados por paso ó Resolución:

Especifica el número de grados que el rotor girará por cada paso. Hay motores de 0.72°, 1.8°,3.6°, 7.5°, 15°, y hasta 90° por paso. El ángulo de paso en grados para cualquier motor imán permanente o de reluctancia variable es: nP.

a = 360º

n: número de fases o grupo fase del estator P: número de polos o dientes del rotor

4.4.3.2 Frecuencia de funcionamiento:

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campo magnético, provocando una pérdida de sincronización y quedando frenado en estado de vibración. La máxima frecuencia admisible está alrededor de los 625 Hz.

4.4.3.3 Voltaje:

Va indicado en el mismo motor o en las hojas de datos. A veces es necesario exceder el rango de voltaje para obtener el torque deseado de un motor dado, pero esto puede sobrecalentar y/o disminuir el tiempo de vida del motor.

4.4.3.4 Resistencia por bobina:

Determinará la corriente que pase por el motor, también la curva de torque del motor y la máxima velocidad de operación.

4.4.3.5 Pull-in y Pull-out rate:

Máximas velocidades a las cuales puede arrancar y operar un motor con carga sin perder pasos.

El Pull in rate es siempre menor al Pull out rate, ya que si se quiere que el motor rinda a su máxima velocidad sin perder pasos es necesario acelerar desde una velocidad menor.

4.4.3.6 Resonancia:

A ciertas frecuencias de funcionamiento el motor sufre una pérdida de pasos, por lo que deben ser evitadas.

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imán permanente son menos inestables que los de reluctancia variable, pues tienen mayor inercia en el rotor y un torque de arranque más elevado.

4.5 Tipos de Motores Paso a Paso

Existen dos tipos: los de “imán permanente” y los de “reluctancia variable”. Los primeros muestran resistencia cuando se intenta girar el eje con los dedos, mientras que los de reluctancia variable casi siempre giran libremente o con menor dificultad.

4.5.1 Motores de reluctancia variable

Para la fabricación del rotor se emplea una aleación de hierro dulce o suave. El par del rotor se desarrolla como resultado de que éste se mueve hacia aquella posición en la cual se reduce al mínimo la reluctancia Son los más simples de controlar. La secuencia de control que mueve el motor se reduce a alimentar las bobinas secuencialmente. Tiene un cable por cada bobina y uno más que es común a uno de los extremos de cada bobina y va a la fuente de alimentación positiva.13

4.5.2 Motores de imán permanente

El rotor de estos motores tiene un número par de polos y está fabricado en aleación de acero de alta retentividad (Álnico).

Según la construcción de las bobinas del estator, se puede diferenciar entre motores "bipolares" y motores "unipolares". En los primeros las bobinas están formadas por un arrollamiento único, mientras que en los segundos las bobinas están compuestas por dos arrollamientos separados por un “tap” central. En los motores unipolares cada bobina

13Departamento de Electrónica. (12 Octubre, 2008) Motores de reluctancia Variable. [on line]. Disponible

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del estator tendrán menos vueltas y se producirá una disminución de la relación de amperios/vuelta. Es por esto que a igualdad de tamaño los motores bipolares ofrecen un mayor par.

4.6 Motor Unipolar de Paso:

Los motores unipolares PAP de pasos tienen desde 5 hasta 8 alambres y dos bobinas y su funcionamiento es mucho más fácil que el motor bipolar de pasos.

Tabla 7: Secuencia de Bobina Motor Unipolar

BOBINA P1 P2 P3 P4

A V Gnd Gnd Gnd

C Gnd V Gnd Gnd

B Gnd Gnd V Gnd

D Gnd Gnd Gnd V

Reyes Carlos A, (2006), Microcontroladores PIC: Tabla de secuencia de energizado de bobinas para un motor PAP unipolar para que este gire en sentido antihorario, Quito: Rispergraf.

Elaborado por Fernanda Mera

4.7 Motor Bipolar de Pasos:

Este tipo de motores necesitan hacer uso de la inversión de la corriente que circula en sus bobinas en una secuencia determinada.

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