SeC CIO NeS FI JAS
descarga de Cd: Todo Sobre Fuentes Conmutadas 16
ArTÍCulO de TApA
Montaje de una placa ArduINO para puerto Serial y uSB 3
KIT ArduINO onBOArd ATMeGA 328.
Construyendo un Arduino Sobre un protoboard 67
CurSO de eleCTrÓNICA etapa 5, lección 1:
Técnico de electrónica y Microcontroladores 17
¿Qué son los Microcontroladores? 20
MANuAleS TÉCNICOS
Generalidades y Características
de los Microcontroladores Atmel 33
MONTAJeS
Vúmetros. Instrumentos Medidores de potencia 49
Controles de Sonoridad 53
detector de electricidad estática 57
eleCTrÓNICA del AuTOMÓVIl
Más Sensores de posición del Sistema electrónico
de Control del motor 59
TeCNOlOGÍA de puNTA
evolución de la Telefonía Celular 77
Año 26 - Nº 299 23 de AGOSTO 2015
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EDICIÓNINTERNACIONAL-Nº299 Director
Ing. Ho ra cio D. Va lle jo Producción
Jo sé Ma ría Nie ves (Grupo Quark SRL) Columnistas:
Fe de ri co Pra do Luis Ho ra cio Ro drí guez
Pe ter Par ker Juan Pa blo Ma tu te
Internacionales:
Ing. Ismael Cervantes de Anda
EdI to rIal QUarK S.r.l.
Pro pie ta ria de los de re chos de la pu bli ca ción men sual Sa bEr ElEc tro nI ca
San Ricardo 2072 (1273) , Bs. As., Argentina T.E. 4301-8804
AdministraciónyNegocios Te re sa C. Ja ra (Grupo Quark SRL) Patricia Rivero Rivero (SISA SA de CV) Margarita Rivero Rivero (SISA SA de CV)
Staff Liliana Teresa Vallejo
Diego Vallejo
Luis Alberto Castro Regalado (SISA SA de CV) José Luis Paredes Flores (SISA SA de CV)
Sis te mas: Pau la Ma ria na Vi dal Red y Com pu ta do ras: Raúl Ro me ro Video y Animaciones: Fernando Fernández
Le ga les: Fer nan do Flo res Con ta du ría: Fer nan do Du cach Técnica y Desarrollo de Prototipos:
Alfredo Armando Flores AtenciónalCliente
Ale jan dro Va lle jo ate clien @we be lec tro ni ca .co m.ar
Publicidad: Rafael Morales [email protected] ClubSE: Grupo Quark SRL [email protected] EditorialQuarkSRL
San Ricardo 2072 (1273) - Ca pi tal Fe de ral - Argentina www .we be lec tro ni ca .co m.ar
La Edi to rial no se res pon sa bi li za por el con te ni do de las no tas fir -ma das. To dos los pro duc tos o -mar cas que se men cio nan son a los efec tos de pres tar un ser vi cio al lec tor, y no en tra ñan res pon sa bi li -dad de nues tra par te. Es tá pro hi bi da la re pro duc ción to tal o par cial del ma te rial con te ni do en es ta re vis ta, así co mo la in dus tria li za -ción y/o co mer cia li za -ción de los apa ra tos o ideas que apa re cen en los men cio na dos tex tos, ba jo pe na de san cio nes le ga les, sal vo me -dian te au to ri za ción por es cri to de la Edi to rial.
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elD
i rec torAl lec tor
F
alta un
P
asito
…
Bien, ami gos de Sa ber Elec tró ni ca, nos en con tra mos nue va men te en las pá gi nas de nues tra re vis ta pre di lec ta pa ra com par tir las no ve -da des del mun do de la elec tró ni ca.
Hemos cumplido 28 años de edición de nuestra querida revista y nos sentimos orgullo-sos de haber conseguido este logro, sobre to-do porque hace más de un año que no pode-mos imprimir en papel cada edición y, de todos modos, Ud. nos ha honrado adquiriendo un ejemplar ya circulado como el que tiene en es-tos momenes-tos en sus manos. Ya llegamos a
más de 13.000 descargas de nuestra revista en formato digital (es gratuita para socios del Club SE), sin embargo, muchos lectores aún prefieren contar con la edición impresa de Saber Electrónica y por ello seguimos trabajando para “normalizar la edición impresa en pa-pel”. Nos falta un pasito…
Una vez más les comento que no sólo el sector de distribución de Capital Federal y Gran Buenos Aires (en Argentina) está atrasado en los pagos, sino que la Distribuidora Bertrán (que es parte del mismo grupo que integran Editorial Atlántida y Editorial Televisa) no nos pa-ga lo que nos debe desde hace más de un año... Si, pese a que Sa-ber Electrónica es una revista EDUCATIVA sin subsidio de ningún ti-po, y que está vigente desde hace casi 3 décadas, NO PUEDE SER IMPRESA debido a que las autoridades de otros grupos editoriales di-cen que no nos pagan por problemas comerciales, mientras ellos si-guen editando sus publicaciones ¿no es una ironía?
Eso no es todo… en México “PERNAS nunca más nos ha pagado y su titular, “Jesús Pernas”, se conduce en un carro que cuesta más de 4 millones de pesos, pero dice estar mal y a punto de la quiebra…
Sabemos los tiempos de la justicia son lentos… por lo tanto, para poder seguir “vivos”, como todos los meses, le brindamos la oportuni-dad de descargar GRATIS la edición digital de Saber Electrónica co-rrespondiente a este mes y los siguientes productos:
Paquetes Educativos: 500 Fallas y Soluciones en Receptores de TV y 500 Fallas y Soluciones en Equipos de Audio
Para realizar la descarga diríjase a nuestra web: www.webelectro-nica.com.ar, ingrese en la web, haga clic en el ícono password y colo-que la clave dada en el VALE colo-que acompaña a esta edición. Recuer-de que seguiremos trabajando para que pueda “comprar la revista en papel” y también descargarla SIN CARGO desde nuestra web.
Bien, ya tiene material para todo el mes así que: ¡A disfrutarlo! ¡Hasta el mes próximo!
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Arduino es una plataforma de prototipos electrónica de código abierto (open-source) basada en hardware y software flexibles y fáciles de usar. Está pensado para artistas, diseñadores, como hobby y para cualquiera interesado en crear objetos o entornos interactivos. Las placas se pueden ensamblar a mano, comprarlas pre-ensambladas o listas para usar; el software se puede descargar gratuitamente. Los diseños de referencia del hardware (archivos CAD) están disponibles bajo licencia open-source, por lo que eres libre de adaptarlas a tus necesidades. Arduino puede “sentir” el entorno mediante la recepción de entradas desde una variedad de sensores y puede afectar a su alrededor mediante el control de luces, motores y otros artefac-tos. El microcontrolador de la placa se programa usando el “Arduino Programming Language” (basado en Wiring) y el “Arduino Development Environment” (basado en Processing). Los pro-yectos de Arduino pueden ser autónomos o se pueden comunicar con software en ejecución en un ordenador (por ejemplo con Flash, Processing, MaxMSP, etc.). En esta edición explica-remos cómo montar su propia placa ARDUINO.
Artículo
de tapa
¿Por quéArDuINo?
Hay muchos otros microcontroladores y plataformas microcontroladoras disponibles para computación física. Parallax Basic Stamp, Netmedia's BX-24, Phidgets, MIT's Handyboard, y muchas otras ofertas de funcionalidad similar. Todas estas herramientas toman los desordenados detalles de la programación de microcontrolador y la encierran en un paquete fácil de usar. Arduino también simplifica el proceso de trabajo con micro-controladores, pero ofrece algunas ventajas para profesores, estudiantes y aficionados interesados sobre otros sistemas:
Barato: Las placas Arduino son relativamente baratas comparadas con otras plataformas micro-controladoras. La versión menos cara del módulo Arduino puede ser ensamblada a mano, e incluso los módulos de Arduino pre-ensamblados cuestan menos de 40 dólares americanos.
Multiplataforma: El software de Arduino se eje-cuta en sistemas operativos Windows, Macintosh OSX y GNU/Linux. La mayoría de los sistemas microcontroladores están limitados a Windows.
Entorno de programación simple y claro: El entorno de programación de Arduino es fácil de usar para principiantes, pero suficientemente flexi-ble para que usuarios avanzados puedan aprovecharlo también. Para profesores, está con-venientemente basado en el entorno de progra-mación Processing, de manera que estudiantes aprendiendo a programar en ese entorno estarán familiarizados con el aspecto y la imagen de Arduino.
Código abierto y software extensible: El software Arduino está publicado como he-rramienta de código abierto, disponible para extensión por programadores experimenta-dos. El lenguaje puede ser expandido medi-ante librerías C++, y la gente que quiera entender los detalles técnicos pueden hacer el salto desde Arduino a la programación en lenguaje AVR C en el cual está basado. De forma similar, puedes añadir código AVR-C directamente en tus programas Arduino si quieres.
Código abierto y hardware extensible: El Arduino está basado en microcontroladores
ATMEGA8 y ATMEGA168 de Atmel. Los planos para los módulos están publicados bajo licencia Creative Commons, por lo que diseñadores experi-mentados de circuitos pueden hacer su propia ver-sión del módulo, extendiéndolo y mejorándolo. Incluso usuarios relativamente inexpertos pueden construir la versión de la placa del módulo para entender como funciona y ahorrar dinero.
LAsPLACAsArDuINo
Hay múltiples versiones de la placa Arduino. La mayoría usan el ATmega168 o el ATmega 328 de Atmel, mientras que las placas más antiguas usan el ATmega8.
Nota: Los diseños de referencia para Arduino
se distribuyen bajo licencia Creative Commons Attribution-ShareAlike 2.5.
Vamos a hacer una breve descripción de cada una de las placas más comunes bajo la plataforma ARDUINO.
Diecimila: Esta es la placa Arduino más popu-lar, figura 1. Se conecta al ordenador con un cable estándar USB y contiene todo lo que necesitas para programar y usar la placa. Hay una gran var-iedad de estas placas y, en general, son de doble faz, como la ARDUINO UNO.
Nano: Una placa compacta diseñada para uso como tabla de pruebas, el Nano se conecta al orde-nador usando un cable USB Mini-B, figura 2.
Montaje
de una placa
ArduINo
Bluetooth: El Arduino BT contiene un modulo bluetooth que permite comunicación y progra-mación sin cables, figura 3. Es compatible con los dispositivos Arduino.
LilyPad: Diseñada para “aplicaciones listas para llevar”, esta placa puede ser conectada en fábrica para múltiples aplicaciones, figura 4.
Mini: Esta es la placa más pequeña de Arduino, figura 5. Trabaja bien en tabla de pruebas o para aplicaciones en las que prima el espacio. Se conecta al ordenador usando el cable Mini USB.
serial: Es una placa básica que usa RS232 como un interfaz con el ordenador para progra-mación y comunicación, figura 6. Esta placa es fácil de ensamblar incluso como ejercicio de apren-dizaje.
serial single sided: Esta placa está diseñada para ser grabada y ensamblada a mano, figura 7. Es ligeramente más grande que la Diecimila, pero aun compatible con los dispositivos.
De más está decir que las mencionadas son las placas más comunes y que en el mercado existe una extensa lista de variantes.
Figura 2 - Arduino Nano.
Figura 3 - Arduino Bluetooth.
Figura 4 -
Arduino Lilly-Pad.
Figura 5 - Arduino Mini.
Artículo
de tapa
ArDuINoDIECIMILA
El Arduino Diecimila es una placa microcontro-ladora basada en el ATmega168. Tiene 14 pines de entrada/salida digital (de los cuales 6 pueden ser usados como salidas PWM), 6 entradas analógi-cas, un oscilador de cuarzo a 16MHz, una conexión USB, un conector para alimentación, una cabecera ICSP, y un botón de reset. Contiene todo lo nece-sario para soportar el microcontrolador; simple-mente conéctelo a una computadora con un cable USB o enchúfelo con un adaptador AC/DC o batería para comenzar.
Diecimila quiere decir 10000 en italiano y fue lla-mado así para resaltar el hecho de que más de 10000 placas Arduino han sido fabricadas.
En la tabla 1 se pueden apreciar las principales características de esta versión.
El Arduino Diecimila puede ser alimentado a través de la conexión USB o con un suministro de energía externo. La fuente de energía se selec-ciona mediante el jumper PWR_SEL: para alimen-tar a la placa
desde la conexión USB, colocarlo en los dos pines más cercanos al conec-tor USB, para un suministro de energía externo, en los dos pines más cercanos al conector de ali-mentación externa. La alimentación externa (no USB) puede venir o
desde un adaptador AC-a-DC (wall-wart) o desde una batería.
El adaptador puede ser conectado mediante un enchufe centro-positivo en el conector de ali-mentación de la placa. Los cables de la batería pueden insertarse en las cabeceras de los pines Gnd y Vin del conector POWER. Un regulador de bajo abandono proporciona eficiencia energética mejorada.
La placa puede operar con un suministro externo de 6 a 20 volt. Si es suministrada con menos de 7V, sin embargo, el pin de 5V puede suministrar menos de cinco voltios y la placa podría ser inestable. Si usa más de 12V, el regulador de tensión puede sobrecalentarse y dañar la placa. El rango recomendado es de 7 a 12 volt.
Los pines de alimentación son los siguientes:
VIN. La entrada de tensión a la placa Arduino
cuando está usando una fuente de alimentación externa (al contrario de los 5 voltios de la conexión USB u otra fuente de alimentaciónregulada). Puedes suministrar tensión a través de este pin, o, si suministra tensión a través
del conector de alimentación, acceder a él a través de este pin.
5V. El suministro regulado de energía usado
para alimentar al microcontrolador y otros compo-nentes de la placa. Este puede venir o desde VIN a través de un regulador en la placa, o ser sumin-istrado por USB u otro suministro regulado de 5 V.
3V3. Un suministro de 3.3V generado por el chip
FTDI de la placa. La corriente máxima es de 50 mA.
GND. Pines de Tierra.
Figura 7 - Arduino serie de una sóla capa.
Artículo
de tapa
LAMEMorIA DELATMEL
El ATmega168 tiene 16 KB de memoria Flash para almacenar código (de los cuales 2 KB se usa para el “bootloader”). Tiene 1 KB de SRAM y 512 bytes de EEPROM (que puede ser leída y escrita con la librería EEPROM1).
ENTrADAs ysALIDAs
Cada uno de los 14 pines digitales del Diecimila puede ser usado como entrada o salida, usando funciones pinMode(), digitalWrite() y digitalRead(). Operan a 5 volt. Cada pin puede proporcionar o recibir un máximo de 40 mA y tiene una resistencia interna “pull-up” (desconectada por defecto) de 20 a 50kΩ. Además, algunos pines tienen funciones especiales, como ser:
Serial: 0 (Rx) y 1 (Tx). Usados para recibir (Rx)
y transmitir (Tx) datos TTL en serie. Estos pines estan conectados a los pines correspondientes del chip FTDI USB-a-TTL Serie.
Interruptores externos: 2 y 3. Estos pines
pueden ser cofigurados para disparar un interruptor en un valor bajo, un margen creciente o decre-ciente, o un cambio de valor. Vea la función attachInterrupt().
PWM: 3, 5, 6, 9, 10 y 11. Proporcionan salida
PWM de 8 bits con la función analogWrite().
SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK).
Estos pines soportan comunicación SPI, la cual, aunque proporcionada por el hardware subya-cente, no está actualmente incluida en el lenguaje Arduino.
LED: 13. En la placa hay un LED conectado al pin digital 13. Cuando el pin está a valor HIGH, el LED está encendido, cuando el pin está a LOW, está apagado.
El Diecimila tiene 6 entradas analógicas, cada una de las cuales proporciona 10 bits de resolución (por ejemplo 1024 valores diferentes). Por defecto miden 5 voltios desde tierra, aunque es posible cambiar el valor más alto de su rango usando el pin ARF y algún código de bajo nivel.
Además, algunos pines tienen funcionalidad especializada:
I2C: 4 (SDA) y 5 (SCL). Soportan comunicación I2C (TWI) usando la librería Wire.
Hay otro par de pines en la placa:
AREF. Voltaje de referencia para las entradas
analógicas. Usado con la instrucción
analogReference().
Reset. Pone esta línea a LOW para resetear el
microcontrolador. Típicamente usada para añadir un botón de reset a dispositivos que bloquean a la placa principal.
CoMuNICACIóN
El Arduino Diecimila tiene un número de infraestructuras para comunicarse con un orde-nador, con otro Arduino, u otros microcontro-ladores.
El ATmega168 provee comunicación serie UART TTL (5V), la cual está disponible en los pines digitales 0 (Rx) y 1 (Tx). Un FTDI FT232RL en la placa canaliza esta comunicación serie al USB y los drivers FTDI (incluidos con el software Arduino) proporcionan un puerto de comunicación virtual al software del ordenador.
El software Arduino incluye un monitor serie que permite a datos de texto simple ser enviados a y desde la placa Arduino.
Una librería SoftwareSerial permite comuni-cación serie en cualquiera de los pines digitales del Diecimila.
El ATmega168 también soporta comunicación I2C (TWI) y SPI. El software Arduino incluye una
librería Wire para simplificar el uso del bus 12C8. Para usar la comunicación SPI, consulte el dia-grama de pines del ATmega168.
ProgrAMACIóN
El Arduino Diecimila puede ser programado con el software IDE Arduino.
El ATmega168 del Arduino Diecimila viene con un bootloader pregrabado que te permite subirle nuevo código sin usar un hardware programador externo. Se comunica usando el protocolo original STK500.
También puede o usar el bootloader y progra-mar el ATmega168 a través de la estructura ICSP(In-Circuit Serial Programming).
Artículo
de tapa
rEsETEoAuToMáTICo(soFTwArE)
En lugar de tener que pulsar un botón de reset antes de programar algún código, el Arduino Diecimila está diseñado de forma que permite ser reseteado por software cuando se conecta la placa a una computadora. Una de las líneas de control de flujo de hardware (DTR) del FT232RL está conec-tada a la línea de reset del ATmega168 a través de un condensador de 100nF. Cuando esta línea toma el valor LOW, la línea reset se mantiene el tiempo suficiente para resetear el chip.
La versión 0009 del software Arduino usa esta capacidad para permitir la carga de un código sim-plemente presionando el botón upload en el entorno Arduino. Esto significa que el bootloader puede tener un tiempo de espera más corto, mien-tras la bajada del DTR puede ser coordinada cor-rectamente con el comienzo de la subida.
Esta configuración tiene otras repercusiones. Cuando el Diecimila está conectado a una com-putadora con sistema operativo Mac OS X o Linux, se resetea cada vez que se hace una conexión a él por software (a través de USB). Durante el sigu-iente medio segundo aproximadamente, el boot-loader se ejecutará en el Diecimila. Mientras esté programado para ignorar datos “malformados” (por
ejemplo, cualquiera excepto una subida de código nuevo), interceptará los primeros bytes de datos enviados a la placa después de abrir la conexión. Si una rutina que se ejecuta en la placa recibe una configuración una vez u otros datos cuando empieza, asegurarse de que el software con el que se comunica espera un segundo después de abrir la conexión y antes de enviar estos datos.
ProTECCIóN DEsoBrECArgA DELusB
El Arduino Diecimila tiene un fusible reseteable que protege los puertos USB de las computadoras, contra cortes y sobrecargas. Aunque la mayoría de las computadoras proporcionan su propia ción interna, el fusible entrega una capa de protec-ción extra. Si más de 500mA se aplican al puerto USB, el fusible automáticamente romperá la conex-ión hasta que el corte o la sobrecarga sean elimi-nados.
MoNTAjE DE LAPLACAArDuNIosErIAL yusB
Proponemos el armado de una placa Arduino, denominada “Severiano S3v3”, que puede ser
Montaje
de una placa
ArduINo
montada en una placa de circuito impreso de una sola cara (tal como la mostrada en la figura 7) y que puede emplearse con puerto USB mediante el empleo de un adaptador USB a RS232 conven-cional.
Obviamente, el ATmega que empleemos debe tener grabado el bootloader para que pueda traba-jar con el IDE de Arduino (tal como explicamos en la edición anterior). También explicaremos cómo hacer dicho proceso.
En la figura 9 podemos observar una vista “ampliada” de la placa en la que se destacan las siguientes partes:
X1: Conector serie DE -9
Se utiliza para conectar la placa a la computadora (u otros dispositivos) mediante un puerto RS -232 estándar o puerto COM (DB9). Necesita un cable serie, con un mínimo de 4 pines conectados: los terminales 2, 3, 4 y 5. Funciona sólo cuando JP0 se establece en la posición 2 - 3.
DC1: Conector de Alimentación de 2,1mm Se utiliza para conectar la fuente de ali-mentación externa (con entro positivo). Funciona con una tensión regulada de corriente continua de +7V a +20V (se recomienda de 9V a 12V).
También es posible conectar una tensión externa de 5V al pin correspondiente (ver PINOUT POWER)
ICsP: Header 2 x3
Se utiliza para programar el ATmega con boot-loader . El número 1 en ambos lados de la placa indica la posición del cable “pin1”.
jP0: 3 Pines para Hacer Puente (Habilitación del Puerto serie)
Cuando está en la posición 2 - 3, este puente permite la conexión en serie (a través de conector X1) con la computadora u otros dispositivos . Use ésta como posición predeterminada.
Cuando está en la posición 1 -2 , se desactiva la comunicación serie y permite la conexión de resistencias de pull-down externas en el pin0 (RX) y el pin 1 ( TX) . Esto se usa a veces, cuando el ATmega está corriendo un programa y se requiere evitar interferencias externas. En ocasiones, en aplicaciones de RF, si el puente no está en la posi-ción 1-2, el microcontrolador no arranca.
Al quitar este puente, la comunicación serie está desactivada , y tanto el pin 0 como el pin1 trabajan como pines digitales . Es útil cuando se necesitan
mas terminales digitales, pero sólo cuando la comunicación serial no es necesaria. Se requiere el uso de resistencias externas de pull-up.
jP4: 2 Pines para Hacer Puente (rEsET Automático)
Cuando está en la posición 1 - 2, este puente permite la función de restablecimiento automático, útil al cargar archivo en Arduino y restablecer elATmega automáticamente.
Se hace necesario presionar el botón de reinicio (S1) al cargar sketches .
Asegúrese de que la velocidad del puerto de la computadora (COM) esté en 19.200 bps, de otro modo el restablecimiento automático no funcionará correctamente.
Si se ha retirado el puente, se deshabilita la fun-ción de reinicio automático. Es muy útil para evitar el indeseado RESET del ATmega.
A veces Arduino detecta un pulso DTR al conec-tar X1 (conector serie) y algunos softwares envía un pulso DTR cuando se inicia o cuando se cierra, que hace que el ATmega se resetee cuando no se desee.
s1: Pulsador Táctil
Este botón restablece el ATmega, para preparar al Arduino para recibir un archivo a través del conector de serie (cuando el reinicio automático no está activo).
LEDs: LEDs Indicativos
LED de alimentación: Se enciende cuando Arduino se alimenta a través del pin DC1, 9V pin o el pin de 5V.
LED TX: Se enciende cuando se trans-miten datos desde la placa Arduino.
LED RX: Se enciende cuando se reciben datos en la placa.
LED L: Este LED está conectado a Pin13 digital con una resistencia de limitación de corriente (que no afecta a Pin13). Útil para proyectos de prueba. Es normal que parpadee cuando se está cargando el programa.
PINouT de Alimentación (PowEr)
Es un header o tira de 6 pines, cada pin cumple la siguiente función:
pin RST : Hace que el ATmega se resetee cuando se conecta a GND.
pin NC: Este pin no está conectado en Arduino S3v3. Arduino Diecimila tiene un pin de 3,3V en la misma posición.
Artículo
de tapa
Figura 9: Circuito del ArDuINode una sola capa por puerto serial y usB.
Montaje
de una placa
ArduINo
pin +9V: Cuando Arduino está alimentado (con la batería o el adaptador DC) , este pin se
uti-liza como Vout , con la misma tensión suministrada en DC1 (ver DC1 ), menos 0,7V. La corriente sum-inistrada depende de la capaci-dad total de fuente de ali-mentación externa.
Cuando Arduino DC1 no está conectado, el pin +9V se puede usar como pata de entrada de tensión (Vin). Entre este pin y GND se puede aplicar una fuente de 7V a 20V.
pin +5V: Cuando Arduino DC1 está alimentado (con la batería o el adaptador de CC ), se puede usa este pin como una fuente de alimentación que sum-inistra 5V, con una corriente máxima de 1A, que es la que suministra el reglador 7805. Cuando Arduino DC1 no está conectado, se puede alimentar la placa con una tensión regu-lada de 5V entre este pin y GND. PIN de 0V (GND): es el pin de referencia (AREF) que corre-sponde a un nivel de tierra. Patas IN / ouT Digitales Es una tira de 8 pines (x 2). Una tira (header) corresponde a la conexión del puerto D con sali-das D0 a D7. Recuerde que los pines Pin0 y Pin1 se pueden usar también como terminales de RX y TX respectivamente. Los pines Pin3, Pin5 y Pin6, en el ATmega168 se pueden emplear como terminales PWM La otra tira posee los 6 termi-nales de entrada / salida del puerto B (Pines 8 a 13)
Pin10 (SS), PIN11 (MOSI), PIN12 (MISO) y Pin13 (SCK) se puede utilizar como SPI ( Serial Peripheral Interface) .
Los pines Pin9, PIN10 y PIN11 se pueden utilizar como los patas PWM (tanto en el ATMEGA8 como en el Atmega168 ).
Esta tira de 8 contactos posee también los terminales AREF y GND o 0V.
Artículo
de tapa
Pines Analógicos de Entrada (ANALog IN)
Es una tira (header) de 6 terminales, correspondientes a las 6 entradas analóg-icas: 0 a 5, lo que corresponde a Port C.
Una vez que se haya familiarizado con las funciones de la placa, y luego de tener un real conocimiento de los que es Arduino y como se lo emplea, entonces puede fabricar la placa de circuito impreso y realizar el montaje del circuito. En la figura 10 tiene el diseño de la placa de cir-cuito impreso y en la tabla 2 la lista de
materiales. Debe tener en cuenta que el ATmega que coloque debe t e n e r grabado el b o o t l o a d e r para el IDE Arduino y que si quiere conectarlo a un puerto USB deberá colocar un adapta-dor USB a RS232 como el de la figura 11 o armarlo Ud. mismo siguiendo las instrucciones del montaje propuesto en Saber Electrónica Nº 240, cuyo circuito se muestra en la figura 12. Por motivos de espacio no podemos publicar cómo cargar el bootloader en el
microcontro-lador, si quiere la información puede dirigirse a nuestra web: www.webelectronica.com.ar,
haciendo clic en el ícono password e ingresando la clave: botarduino. J
Figura 12 - Circuito del adaptador rs232 a usB Figura 11 - Adaptador
Descarga de CD
editorial Quark srl, saber internacional s.a. de C.V., el Club se y la revista saber electrónica presentan este nuevo producto multimedia. Como lector de saber electrónica puede descargar este Cd desde nuestra página web, grabar la imagen en un disco virgen y realizar el curso que se propone. Para realizar la descarga tiene que tener esta revista al alcance de su mano, dado que se le harán preguntas sobre su contenido. Para realizar la descarga, vaya al sitio: www.webelectronica.com.ar, haga clic en el ícono password e ingrese la clave “Cd-1429”. deberá ingresar su dirección de correo electró-nico y, si ya está registrado, de inmediato podrá realizar la descarga siguiendo las ins-trucciones que se indiquen. si no está registrado, se le enviará a su casilla de correo la dirección de descarga (registrarse en webelectronica es gratuito y todos los socios poseen beneficios).
Módulo1: Teoría
1- Fuentes Conmutadas. Introducción. Configuraciones Básicas 2- Pasos para seguir la reparación de Fuentes Conmutadas en TV Color 3- Fuentes Reguladas. Reguladores. Fuentes Reguladas de Tensión 4- Operación y fallas en Fuentes Conmutadas
5- Principios de Diseño. Generalidades sobre las Fuentes de Alimentación Conmutadas (FAC)
6- Reparación de Fuentes de PC. Detección de fallas
7- Reparación de Fuentes Conmutadas, basado en un TV Noblex con chasis Samsung.
8- Teoría de operación de las Fuentes de Alimentación Conmutada. Principios de Operación Módulo2: diagraMas 1- Fuente Sony KV25 2- Fuente Telefunken VCR DV11 3- Fuente BECO-TVT 4- Fuente Daewo 2590/2895 5- Fuente Daewo C-50NA 6- Fuente Funai 2500 7- Fuente Funai MS14 8- Fuente Funai MS20 9- Fuente Genérica DMS14 10- Fuente Goldstar 2529CE 11- Fuente Goldstar 2122 12- Fuente Goldstar 2133 13- Fuente Goldstar PC33 14- Fuente JVC 140 15- Fuente JVC 2155 16- Fuente JVC AV20 17- Fuente JVC AVJ21 18- Fuente LG 1420/21 19- Fuente LG 2420/21 20- Fuente LG 2420 21- Fuente LG2529 22- Fuente Nokia 7164 23- Fuente Panasonic 1421S1 24- Fuente Panasonic 2170 25- Fuente Panasonic 25V70 26- Fuente Panasonic 2832 27- Fuente Panasonic 2150 28- Fuente Record 4029 29- Fuente Salora 2128 30- Fuente Samsung 5035 31- Fuente Samsung 5324/5062 32- Fuente Samsung 6202/7202 33- Fuente Sharp 21Tfn1 34- Fuente Sony 21M111 35- Fuente Sony 1431 36- Fuente Sony 2155 37- Fuente Sony KV14M 38- Fuente Sony 1431CD 39- Fuente Sony 2161/62/63 etc.
Módulo3: PrograMas einsTruMenTosVirTuales
GENERADORES:
BIP Electronics Labs 3.0 Sine Wave Generator BIP FreeWare Fun ANALIZADORES LF SPECTRUM ANALYSER OSCILOSCOPIOS PBD Scope, Xilscope Módulo4: Videos
Funcionamiento de las Fuentes Conmutadas Necesidad de las Fuentes Conmutadas Tips para la Reparación de Fuentes Conmutadas Cómo Saber si Una Fuente está Oscilando Mediciones en Fuentes Conmutadas
Reparación de Fuentes de Consolas de Videojuegos
Todo Sobre
Todo Sobre
Fuentes Conmutadas
Fuentes Conmutadas
T
ÉCNICO
S
UPERIOR EN
E
LECTRÓNICA
CONSTITUCIÓN DE LA CARRERA Y FORMA DE ESTUDIO
En febrero de 2012, en Saber Electrónica Nº 295, comenzamos el dictado de la carrera de “Técnico Superior en Electrónica”, con una extensión de 3 años, dividida en 6 etapas, de 6 lecciones mensuales cada etapa.
Se trata de un sistema de estudio que se basa en guías de estudio impresas en papel y CDs Multimedia Interactivos.
El alumno puede estudiar a razón de una lección por mes y “no podrá rendir exámenes libres” lo que significa que sin importar los estudios previos que posea, el alumno podrá rendir un examen por mes como máximo y 6 exámenes por año como mínimo. Esto significa que el tiempo mínimo para completar la carrera es de 3 años y el tiempo máximo queda fijo en 6 años.
Para realizar el estudio la mecánica es la siguiente:
1) El alumno debe descargar gratuitamente el CD correspondiente a la primera lección de la primera etapa desde nuestra web: www.webelectronica.com.ar, hacien-do clic en el ícono password e ingresanhacien-do la clave CURSOE1L1.
2) El alumno deberá explorar el contenido del CD y si desea realizar los estudios de la carrera debe inscribirse gratuitamente como alumno regular siguiendo los pasos sugeridos en el CD.
3) El alumno estudiará todas las secciones correspondientes a cada lección y podrá realizar consultas por Internet, asistir a videoconferencias y a las clases de apoyo que se programen.
4) A partir del momento en que se inscribe como alumno, tiene un tiempo máximo de 3 meses para rendir el primer Test de Evaluación por Internet. En caso de no hacer-lo será dado de baja y no podrá retomar hacer-los estudios hasta que transcurra un período mínimo de 6 meses, luego del cual deberá volver a inscribirse como alumno regular.
5) El Test se aprueba con 7 puntos y en caso de reprobar se le enviará un nuevo examen que deberá realizar luego de transcurrido un tiempo mínimo de un mes, con un máximo de 3 meses. Si vuelve a reprobar deberá solicitar un nuevo Test, el cual tendrá un costo equivalente a $25.
Teoría
C
URSO DET
ÉCNICOS
UPERIOR ENE
LECTRÓNICATécnico en Electrónica
y Microcontroladores
Damos comienzo a la quinta etapa de la carrera de Técnico Superior en Electrónica, dedicada a la electrónica digital com-pleja, en la que se estudia todo lo correspondiente a los micro-controladores y su aplicación en Sistemas Electrónicos.
Para poder abordar este módulo de estudio es preciso que el alumno haya estudiado y aprobado las cuatro etapas anterio-res, cuya constitución mencionamos a continuación.
6) Una vez aprobado el test de evaluación podrá solicitar la descarga del CD Multimedia correspondiente a la segunda lección. A partir de la segunda lección, cada CD multimedia tiene costo.
7) La mecánica para el estudio de cada lección de las diferentes etapas es el mismo que lo ya explicado en los puntos (2) a (6).
8) Cuando culmine los estudios de cada etapa el alumno recibirá un Título Intermedio”. Otorgándosele un Diploma que acredita los logros obtenidos. Al culmi-nar los estudios de cada etapa, el título obtenido es el siguiente:
8.1) Etapa 1: Idóneo en Electrónica 8.2) Etapa 2: Técnico en Semiconductores 8.3) Etapa 3: Técnico en Electrónica Digital 8.4) Etapa 4: Técnico en Sistemas de Audio
8.5) Etapa 5: Técnico en Electrónica y Microcontroladores 8.6) Etapa 6: Técnico en Telecomunicaciones
9) Al obtener el título de la sexta etapa automáticamente se graduará como Técnico Superior en Electrónica.
SOBRE EL ESTUDIO DE CADA LECCIÓN
Cada lección o guía de estudio se compone de 3 secciones: teoría, práctica y taller. Con la teoría aprende los fundamentos de cada tema que luego fija con la práctica. En la sección “taller” se brindan sugerencias y ejercicios técnicos. Para que nadie tenga problemas en el estudio, los CDs multimedia del Curso en CD están con-feccionados de forma tal que Ud. pueda realizar un curso en forma interactiva, respetando el orden, es decir estudiar primero el módulo teórico y luego realizar las prácticas propuestas.
Por razones de espacio, en la revista Saber Electrónica sólo se edita una parte de la guía de estudio, razón por la cual puede descargarlas de nuestra web, sin cargo, ingresando a www.webelectronica.com.ar, haciendo clic en el ícono password e ingresando la clave dada en cada revista. La guía está en formato pdf, por lo cual al descargarla podrá imprimirla sin ningún inconveniente para que tenga la lección completa.
El CD de la lección 1, de la etapa 1, lo puede descargar GRATIS y así podrá com-probar la calidad de esta CARRERA de Técnico Superior en Electrónica. A partir de la lección 2, el CD de cada lección tiene un costo de $25, Ud. lo abona por diferentes medios de pago y le enviamos las instrucciones para que Ud. lo descargue desde la web con su número de serie. Con las instrucciones dadas en el CD podrá hacer pre-guntas a su "profesor virtual" - Robot Quark- (es un sistema de animación contenido en los CDs que lo ayuda a estudiar en forma amena) o aprender con las dudas de su compañero virtual - Saberito- donde los profesores lo guían paso a paso a través de archivos de voz, videos, animaciones electrónicas y un sin fin de recursos prácticos que le permitirán estudiar y realizar autoevaluaciones (Test de Evaluaciones) per-iódicas para que sepa cuánto ha aprendido. Puede solicitar las instrucciones de descarga del CD que corresponde a esta lección, es decir, el CD Nº1 de la Cuarta Etapa y/o los CDs de las lecciones tanto de la Primera Etapa como de la Segunda Etapa de este Curso enviando un mail a [email protected] o lla-mando al teléfono de Buenos Aires (11) 4301-8804.
SOBRE EL RECONOCIMIENTO DE LA UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL
En la medida que vamos completando la edición de cada etapa, presentamos el plan de estudio realizado ante las autoridades competentes de la Universidad Tecnológica Nacional de la República Argentina con el objeto de que los títulos que
Lección 1, Etapa 5
Esta es la primera lección de la quinta etapa del Cur so de Elec tró ni ca Mul ti me dia, In te rac ti vo, de en se ñan za a dis tan cia y por me dio de In ter net que presentamos en Saber Electrónica Nº 295. El Cur so se com po ne de 6 ETA PAS y ca da una de ellas po see 6 lec cio nes con teo ría, prác ti -cas, ta ller y Test de Eva lua ción. La es truc tu ra del cur so es sim ple de mo do que cual quier per so na con es tu dios pri ma rios com ple tos pue da es tu diar una lec ción por mes si le de di ca 8 ho ras se ma na les pa ra su to tal com pren sión. Al ca bo de 3 años de es tu dios cons tan tes po drá te ner los co no ci mien tos que lo acre -di ten co mo Téc ni co Su pe rior en Elec tró ni ca. Ca da lec ción se com po ne de una guía de es -tu dio y un CD mul ti me dia in te rac ti vo. El alum no tie ne la po si bi li dad de ad qui rir un CD Mul ti me dia por ca da lec ción, lo que lo ha -bi li ta a rea li zar con sul tas por In ter net so bre las du das que se le va yan pre sen tan do. Tan to en Ar gen ti na co mo en Mé xi co y en va -rios paí ses de Amé ri ca La ti na al mo men to de es tar cir cu lan do es ta edi ción se pon drán en ven ta los CDs del “Curso Multimedia de Electrónica en CD”, el vo lu men 1 de la primera etapa co rres pon de al es tu dio de la lec -ción Nº 1 de es te cur so (aclaramos que en Saber Electrónica Nº 295 publicamos la guía impresa de la lección 1), el vo lu men 6 de di -cho Curso en CD co rres pon de al es tu dio de la lec ción Nº 6.
Ud. está leyendo la parte teórica de la primera lección de la quinta etapa y el CD correspon-diente es el de la Etapa 5, Lección 1. Para adquirir el CD correspondiente a cada lección debe enviar un mail a:
[email protected]. El CD correspondiente a la lección 1 es GRATIS, y en la edición Nº 295 dimos las instrucciones de descarga. Si no poee la revista, solicite dichas instrucciones de des-carga gratuita a:
A partir de la lección Nº 2 de la primera eta-pas, cuya guía de estudio fue publicada en Saber Electrónica Nº 296, el CD (de cada lec-ción) tiene un costo de $25 (en Argentina) y puede solicitarlo enviando un mail a
Teoría
entregamos sean reconocidos por la mencionada Alta Casa de Estudio. A junio de 2013 la UTN reconocía los estudios correspondientes a las etapas 1 y 2 (Idóneo en Electrónica y Técnico en Semiconductores) y el Club Saber Electrónica comenzaba las acciones para el reconocimiento de la tercera etapa. Ya hemos presentado el plan de estudio y las lecciones correspondientes a la TERCERA ETAPA y el mes próx-imo haremos lo propio con la CUARTA ETAPA. Los alumnos que poseen los Diplomas otorgados por el Club Saber Electrónica pueden solicitar el Reconocimiento de la UTN sin tener que rendir ningún examen adicional, abonando un canon por gastos administrativos que a junio de 2013 eran de $200 por etapa.
SOBRE LA QUINTA ETAPA:
“TÉCNICO EN ELECTRÓNICA Y MICROCONTROLADORES”
EL estudiante ya tiene todos los conocimientos necesarios como para desem-peñarse como Técnico en Electrónica en empresas, fábricas, industrias, etc. y es hora de especializarse.
Al comenzar los estudios de esta etapa el alumno ya posee conocimiento sobre las leyes fundamentales de la electrónica y estudió el comportamiento de los semi-conductores, habiendo realizado prácticas con instrumental básico de taller. También estudió las familias lógicas, el comportamiento de las principales com-puertas, conoce las leyes fundamentales de la electrónica digital, sabe realizar sín-tesis de funciones y se capacitó en el funcionamiento de programas simuladores que le permiten tomar experiencia con circuitos integrados complejos. Está capacitado en el manejo de las técnicas digitales y su interacción con las diferentes tecnologías electrónicas. Es por eso que en esta etapa se especializa en una de las ramas más importantes de la electrónica digital: “Los Microcontroladores”.
En la primera lección se estudia qué son los microcontroladores, cuáles son sus características, las diferentes estructuras, dónde se los emplea, cómo fueron evolu-cionando y cuáles son los bloques que los integran.
La segunda lección está destinada a explicar la estructura interna de los micro-controladores de Microchip, nos referimos a los PICs, quizá los más conocidos del mercado. El alumno aprenderá a programar en lenguaje Assembler y hará prácticas con dichos componentes.
La tercera lección trata sobre una familia basada en los PICs de Microchip; nos referimos a los microcontroladores PICXE, quienes poseen un entorno de desarrollo bastante amigable con el que el alumno aprenderá a manejarlos en forma intuitiva, mediante diagramas de flujo y la conversión de programas a lenguaje Basic.
En la cuarta lección se estudian los microcontroladores AVR de Atmel, mostran-do la diferencia existente con los PIC de Microchip y cuáles son sus ventajas. Comienza a programar en lenguaje C y empieza a desarrollar sistemas microproce-sados.
Llega el momento de conocer a la plataforma Arduino, tema excluyente de la quinta lección de esta quinta etapa y, quizá, la más importante desde el punto de vista de su formación como “Técnico en Microcontroladores” ya que combina las diferentes plataformas, incorporando la conocida “Basic Stamp” para el desarrollo de sistemas complejos con microcontroladores.
La última lección de la quinta etapa está destinada al estudio de microcontro-ladores específicos, comenzando por los MCH de Motorola, siguiendo con los TDA de Phillips, los COP de National, etc.
Al término de esta lección, y luego de rendir los Test de Evaluación Correspondientes, tendrá el Título de “Técnico en Electrónica y Microcontroladores”. A continuación, damos comienzo a esta etapa, estudiando la “parte teórica” de la primera lección, en la que aprenderemos “qué son los microcontroladores”.
INTRODUCCIÓN
Se pretende explicar conceptos cuya vigencia se mantendrá en un periodo mas o menos largo, centrándose en una familia de microcontroladores tradicional.
La forma de estructurar el tema responde a la experiencia de que, para quien por primera vez estudia microcontroladores, resulta más sencillo aprender primero lo referente a la construcción interna del dispositivo y la arquitectura general de los microcontroladores y una vez entendido pasar entonces a los detalles.
QUÉ ES UN MICROCONTROLADOR
Los microcontroladores están conquistando el mundo. Están presentes en nues-tro trabajo, en nuestra casa y en nuestra vida, en general. Se pueden encontrar con-trolando el funcionamiento de los ratones y teclados de los computadoras, en los teléfonos, en los hornos microondas y los televisores de nuestro hogar. Pero la inva-sión acaba de comenzar y el siglo XXI será testigo de la conquista masiva de estos diminutos computadores, que gobernarán la mayor parte de los aparatos que fabri-quemos y usaremos los humanos.
CONTROLADOR Y MICROCONTROLADOR
Recibe el nombre de controlador el dispositivo que se emplea para el gobierno de uno o varios procesos. Por ejemplo, el controlador que regula el funcionamiento de un horno eléctrico dispone de un sensor que mide constantemente su tempera-tura interna y actúa sobre las resistencias para mantener la temperatempera-tura dentro del rango establecido.
Aunque el concepto de controlador ha permanecido invariable a través del tiem-po, su implementación física ha variado frecuentemente. Hace tres décadas, los con-troladores electrónicos se construían exclusivamente con componentes de lógica discreta, posteriormente se emplearon los microprocesadores, que se rodeaban con chips de memoria y E/S sobre una tarjeta de circuito impreso. En la actualidad, todos los elementos del controlador se han podido incluir en un solo circuito integrado, el cual recibe el nombre de microcontrolador. Realmente consiste en un sencillo pero completo ordenador contenido en un circuito integrado.
Un microcontrolador es un circuito integrado de alta escala de integración que
Lección 1, Etapa 5
Desde la invención del circuito integrado, el desarrollo constan-te de la electrónica digital ha dado lugar a dispositivos cada vez más complejos. Entre ellos los microprocesadores y los micro-controladores. El objetivo principal de esta lección es que el alumno logre un entendimiento básico de los microcontrolado-res y obtenga los conocimientos necesarios para la programa-ción de estos dispositivos y para el diseño de sistemas digitales y/o analógicos basados en ellos.
ETAPA 5 - LECCIÓN Nº 1
Teoría
incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador y que con-tiene todos los componentes fundamentales de un ordenador, aunque de limitadas prestaciones y que se suele destinar a gobernar una sola tarea.
En su memoria sólo reside un programa que controla en funcionamiento de una tarea determinada, sus líneas de entrada/salida se conectan a los sensores y actua-dores del dispositivo a controlar y, debido a su pequeño tamaño, suele ir integrado en el propio dispositivo al que gobierna.
Un microcontrolador dispone normalmente de los siguientes componentes:
Procesador o CPU (Unidad Central de Proceso). Memoria RAM para contener los datos.
Memoria para el programa tipo ROM/EPROM/EEPROM/Flash. Líneas de E/S para comunicarse con el exterior.
Diversos módulos para el control de periféricos (temporizadores, puertos serie y paralelo, CAD: Conversores Analógico/Digital, CDA: Conversores Digital/Analógico, etc.).
Generador de impulsos de reloj que sincronizan el funcionamiento de todo el sis-tema.
Los productos que para su regulación incorporan un microcontrolador disponen de las siguientes ventajas:
Aumento de prestaciones: un mayor control sobre un determinado elemento representa una mejora considerable en el mismo.
Aumento de la fiabilidad: al reemplazar el microcontrolador por un elevado número de elementos disminuye el riesgo de averías y se precisan menos ajustes.
Reducción del tamaño en el producto acabado: La integración del microcontro-lador en un circuito integrado disminuye el volumen, la mano de obra y los stocks.
Mayor flexibilidad: las características de control están programadas por lo que su modificación sólo necesita cambios en el programa de instrucciones.
Debido a su reducido tamaño es posible montar el controlador en el propio dis-positivo al que gobierna. En este caso el controlador recibe el nombre de controla-dor empotrado (embedded controller).
APLICACIONES DE LOS MICROCONTROLADORES
Si sólo se dispusiese de un modelo de microcontrolador, éste debería tener muy potenciados todos sus recursos para poderse adaptar a las exigencias de las dife-rentes aplicaciones. Esta potenciación supondría en muchos casos un despilfarro. En la práctica cada fabricante de microcontroladores oferta un elevado número de modelos diferentes, desde los más sencillos hasta los más poderosos. Es posible seleccionar la capacidad de las memorias, el número de líneas de E/S, la cantidad y potencia de los elementos auxiliares, la velocidad de funcionamiento, etc. Por todo ello, un aspecto muy destacado del diseño es la selección del microcontrolador a uti-lizar.
Cada vez existen más productos que incorporan un microcontrolador con el fin de aumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir su tamaño y costo, mejorar su fiabilidad y disminuir el consumo.
Algunos fabricantes de microcontroladores superan el millón de unidades de un modelo determinado producidas en una semana. Este dato puede dar una idea de la masiva utilización de estos componentes.
Los microcontroladores están siendo empleados en multitud de sistemas pre-sentes en nuestra vida diaria, como pueden ser juguetes, horno microondas, frigorí-ficos, televisores, ordenadores, impresoras, módems, el sistema de arranque de nuestro coche, etc. Y otras aplicaciones con las que seguramente no estaremos tan familiarizados como instrumentación electrónica, control de sistemas en una nave espacial, etc. Una aplicación típica podría emplear varios microcontroladores para controlar pequeñas partes del sistema. Estos pequeños controladores podrían comunicarse entre ellos y con un procesador central, probablemente más potente, para compartir la información y coordinar sus acciones, como, de hecho, ocurre ya habitualmente en cualquier PC.
Los microcontroladores se encuentran por todas partes:
Sistemas de comunicación: en grandes automatismos como centrales y en telé-fonos fijos, móviles, fax, etc.
Electrodomésticos: lavadoras, hornos, frigoríficos, lavavajillas, batidoras, televi-sores, vídeos, reproductores DVD, equipos de música, mandos a distancia, consolas, etc.
Industria informática: Se encuentran en casi todos los periféricos; ratones, tecla-dos, impresoras, escáner, etc.
Automoción: climatización, seguridad, ABS, etc. Industria: Autómatas, control de procesos, etc.
Sistemas de supervisión, vigilancia y alarma: ascensores, calefacción, aire acon-dicionado, alarmas de incendio, robo, etc.
Otros: Instrumentación, electromedicina, tarjetas (smartcard), sistemas de nave-gación, etc.
La distribución de las ventas según su aplicación es la siguiente, figura 1. Una tercera parte se absorbe en las aplicaciones relacionadas con los ordenadores y sus periféricos. La cuarta parte se utiliza en las aplicaciones de consumo (electrodo-mésticos, juegos, TV, vídeo, etc.) El 16% de las ventas mundiales se destinó al área de las comunicaciones. Otro 16% fue empleado en aplicaciones industriales. El resto de los microcontroladores vendidos en el mundo, aproximadamente un 10% fueron adquiridos por las industrias de automo-ción.
También los modernos microcon-troladores de 32 bits van afianzando sus posiciones en el mer-cado, siendo las áreas de más interés el pro-cesamiento de imáge-nes, las comunicacio-nes, las aplicaciones militares, los procesos industriales y el con-trol de los dispositivos de almacenamiento masivo de datos.
Lección 1, Etapa 5
Teoría
La figura 2 muestra un ejemplo de aplicación de un microcontrolador en el automóvil.
EL MERCADO DE
LOS MICROCONTROLADORES Aunque en el mercado de la microin-formática la mayor atención la acaparan los desarrollos de los microprocesadores, lo cierto es que se venden cientos de microcontroladores por cada uno de aquéllos.
La figura 3 muestra la producción mundial de microcontroladores por año.
Existe una gran diversidad de micro-controladores. Quizá la clasificación más
importante sea entre microcontroladores de 4, 8, 16 ó 32 bits. Aunque las presta-ciones de los microcontroladores de 16 y 32 bits son superiores a los de 4 y 8 bits, la realidad es que los microcontroladores de 8 bits dominan el mercado y los de 4 bits se resisten a desaparecer. La razón de esta tendencia es que los microcontrola-dores de 4 y 8 bits son apropiados para la gran mayoría de las aplicaciones, lo que hace absurdo emplear micros más potentes y consecuentemente más caros. Uno de los sectores que más tira del mercado del microcontrolador es el mercado automo-vilístico. De hecho, algunas de las familias de microcontroladores actuales se desa-rrollaron pensando en este sector, siendo modificadas posteriormente para adap-tarse a sistemas más genéricos. El mercado del automóvil es además uno de los más exigentes: los componentes
electrónicos deben operar bajo con-diciones extremas de vibraciones, choques, ruido, etc. y seguir siendo fiables. El fallo de cualquier compo-nente en un automóvil puede ser el origen de un accidente.
En cuanto a las técnicas de fabri-cación, cabe decir que prácticamen-te la totalidad de los microcontrola-dores actuales se fabrican con tec-nología CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Esta tecnología supera a las técnicas anteriores por su bajo consumo y alta inmunidad al ruido.
RECURSOS EN UN SOLO CHIP Al estar todos los microcontrola-dores en un solo circuito integrado, su estructura fundamental y sus características básicas son muy parecidas. Todos deben disponer de
Figura 2
los bloques esenciales Procesador, memoria de datos y de instrucciones, líneas de E/S, oscilador de reloj y módulos controladores de periféricos. Sin embargo, cada fabricante intenta enfatizar los recursos más idóneos para las aplicaciones a las que se destinan preferentemente.
ARQUITECTURA VON NEUMANN
La arquitectura tradicional de computadoras y microcontroladores se basa en el esquema propuesto por John Von Neumann, en el cual la unidad central de proceso, o CPU, esta conectada a una memoria única que contiene las instrucciones del progra-ma y los datos, figura 4. El taprogra-maño de la unidad de datos o instrucciones esta fijado por el ancho del bus de la memo-ria. Las dos principales limitaciones de esta arquitectura tradicional son :
a) Que la longitud de las instrucciones esta limitada por la unidad de longitud de los datos, por lo tanto el micropro-cesador debe hacer varios accesos a memoria para buscar instrucciones complejas.
b) La velocidad de operación (o ancho de banda de operación) esta limitada por el efecto de cuello de botella que significa un bus único para datos e instrucciones que impide superponer ambos tiempos de acceso.
La arquitectura von Neumann permite el diseño de programas con código auto-modificable, práctica bastante usada en las antiguas computadoras que solo tenían acumulador y pocos modos de direccionamiento, pero innecesaria, en las computa-doras modernas.
LA ARQUITECTURA HARVARD
La arquitectura conocida como Harvard, consiste simplemente en un esquema en el que el CPU esta conectado a dos memorias por intermedio de dos buses sepa-rados. Una de las memorias contiene solamente las instrucciones del programa, y es llamada Memoria de Programa, figura 5 . La otra memoria solo almacena los datos y es llamada Memoria de Datos. Ambos buses son totalmente independientes y pue-den ser de distintos anchos. Para un procesador de Set de Instrucciones Reducido, o RISC (Reduced Instrucción Set Computer), el set de instrucciones y el bus de la memoria de programa pueden diseñarse de manera tal que todas las instrucciones tengan una sola posición de memoria de programa de longitud. Además, como los
Lección 1, Etapa 5
Figura 4
Teoría
buses son independientes, el CPU puede estar accediendo a los datos para comple-tar la ejecución de una instrucción, y al mismo tiempo escomple-tar leyendo la próxima ins-trucción a ejecutar. Podemos observar claramente que las principales ventajas de esta arquitectura son:
a) El tamaño de las instrucciones no esta relacionado con el de los datos, y por lo tanto puede ser optimizado para que cualquier instrucción ocupe una sola posi-ción de memoria de programa, logrando así mayor velocidad y menor longitud de programa.
b) El tiempo de acceso a las instrucciones puede superponerse con el de los datos, logrando una mayor velocidad de operación.
Una pequeña desventaja de los procesadores con arquitectura Harvard, es que deben poseer instrucciones especiales para acceder a tablas de valores constantes que pueda ser necesario incluir en los programas, ya que estas tablas se encontra-ran físicamente en la memoria de programa (por ejemplo en la EPROM de un micro-procesador).
EL PROCESADOR O CPU
Es el elemento más importante del microcontrolador y determina sus principales características, tanto a nivel hardware como software. Se encarga de direccionar la memoria de instrucciones, recibir el código OP de la instrucción en curso, su deco-dificación y la ejecución de la operación que implica la instrucción, así como la bús-queda de los operandos y el almacenamiento del resultado.
Existen tres orientaciones en cuanto a la arquitectura y funcionalidad de los procesadores actuales, figura 6.
CISC: Un gran número de procesadores usados en los microcontroladores están basados en la filosofía CISC (Computadores de Juego de Instrucciones Complejo). Disponen de más de 80 instrucciones máquina en su reper-torio, algunas de las cuales son muy sofisticadas y potentes, requiriendo muchos ciclos para su ejecución. Una ventaja de los procesadores CISC es que ofrecen al programador ins-trucciones complejas que actúan como macros.
RISC: En este caso la idea es que el microcontrolador reconoce y ejecuta sólo operaciones básicas (sumar, restar, copiar etc.). Las operaciones más complicadas se realizan al combinar éstas (por ejemplo, multiplicación se lleva a cabo al realizar adición sucesiva). Es como intentar explicarle a
alguien con pocas palabras cómo llegar al aeropuerto en una nueva ciudad. Sin embargo, no todo es tan oscuro. Además, el microcontrolador es muy rápido así que no es posible ver todas las “acrobacias” aritméticas que realiza. El usuario sólo puede ver el resultado final de todas las operaciones. Por último, no es tan difícil explicar dónde está el aeropuerto si se utilizan las palabras adecuadas tales como: a la derecha, a la izquierda, el kilómetro etc.
SISC: En los microcontroladores destinados a aplicaciones muy concretas, el juego de instrucciones, además de ser reducido, es “específico”, o sea, las instruc-ciones se adaptan a las necesidades de la aplicación prevista. Esta filosofía se ha bautizado con el nombre de SISC (Computadores de Juego de Instrucciones Específico).
En la figura 7 podemos observar la estructura típica de un microcontrolador con todos los elementos que lo componen.
MEMORIA
En los microcontroladores la memoria de instrucciones y datos está integrada en el propio circuito integrado. Una parte debe ser no volátil, tipo ROM, y se destina a contener el programa de instrucciones que gobierna la aplicación. Otra parte de memoria será tipo RAM, volátil, y se destina a guardar las variables y los datos.
Hay dos peculiaridades que diferencian a los microcontroladores de las compu-tadoras tipo PC:
No existen sistemas de almacenamiento masivo como disco duro o disquetes. Como el microcontrolador sólo se destina a una tarea en la memoria de progra-ma, sólo hay que almacenar un único programa de trabajo.
La memoria de datos (RAM) en estos dispositivos es de poca capacidad pues sólo debe contener las variables y los cambios de información que se produzcan en el transcurso del programa. Por otra parte, como sólo existe un programa activo, no se requiere guardar una copia del mismo en la RAM pues se ejecuta directamente desde la memoria de programa (ROM).
El usuario de PC está habituado a manejar Megabytes de memoria, pero los dise-ñadores con microcontroladores trabajan con capacidades de memoria de programa de 512 bytes, 1K, 2K (hasta unos 64K) y de RAM de 20 bytes, 68 bytes, 512 bytes (hasta unos 4K).
Lección 1, Etapa 5
Figura 7
Celda de memoria de una ROM con máscara
Práctica
Según el tipo de memoria de programa que dispongan los micro-controladores, la aplicación y utilización de los mismos es diferente. Se describen las cinco versiones de memoria no volátil que se pueden encontrar en los microcontroladores del mercado:
1º. ROM con Máscara
Es una memoria no volátil de sólo lectura cuyo contenido se graba durante la fabricación del chip.
Máscara viene de la forma cómo se fabrican los circuitos integra-dos. Estos se fabrican en obleas que contienen varias decenas de chips. Estas obleas se obtienen a partir de procesos fotoquímicos, donde se impregnan capas de silicio y oxido de silicio, y según conven-ga, se erosionan al exponerlos a la luz. Como no todos los puntos han de ser erosionados, se sitúa entre la luz y la oblea una máscara con agujeros, de manera que donde deba incidir la luz, esta pasará. Con varios procesos similares pero más complicados se consigue fabricar los transistores y diodos que componen un circuito integrado.
El elevado costo del diseño de la máscara sólo hace aconsejable el
empleo de los microcontroladores con este tipo de memoria cuando se precisan can-tidades superiores a varios miles de unidades.
2ª. OTP
El microcontrolador contiene una memoria no volátil de sólo lectura “programa-ble una sola vez” por el usuario. OTP (One Time Programma“programa-ble). Es el usuario quien puede escribir el programa en el chip mediante un sencillo grabador controlado por un programa desde un PC. La versión OTP es recomendable cuando es muy corto el ciclo de diseño del producto, o bien, en la construcción de prototipos y series muy pequeñas.
Tanto en este tipo de memoria como en la EPROM, se suele usar la encriptación mediante fusibles para proteger el código contenido.
3ª EPROM
Los microcontroladores que disponen de memoria EPROM (Erasable Programmable Read OnIy Memory) pueden borrarse y grabarse muchas veces. La grabación se realiza, como en el caso de los OTP, con un grabador gobernado desde un PC. Si, posteriormente, se desea borrar el contenido, disponen de una ventana de cristal en su superficie por la que se somete a la EPROM a rayos ultravioleta duran-te varios minutos. Las cápsulas son de maduran-terial cerámico y son más caros que los microcontroladores con memoria OTP que están hechos con material plástico. Hoy día se utilizan poco, siendo sustituidas por memorias EEPROM o Flash.
4ª EEPROM
Se trata de memorias de sólo lectura, programables y borrables eléctricamente EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read OnIy Memory). Tanto la programa-ción como el borrado, se realizan eléctricamente desde el propio grabador y bajo el control programado de un PC. Es muy cómoda y rápida la operación de grabado y la de borrado. No disponen de ventana de cristal en la superficie.
Los microcontroladores dotados de memoria EEPROM, una vez instalados en el circuito integrado, pueden grabarse y borrarse cuantas veces se quiera sin ser reti-rados de dicho circuito. Para ello se usan “grabadores en circuito” que confieren una gran flexibilidad y rapidez a la hora de realizar modificaciones en el programa de tra-bajo.
Organización interna de una memoria ROM
Celda de memoria de una EPROM
El número de veces que puede grabarse y borrarse una memoria EEPROM es fini-to, por lo que no es recomendable una reprogramación continua. Hoy día están sien-do sustituidas por memorias de tipo Flash.
Se va extendiendo en los fabricantes la tendencia de incluir una pequeña zona de memoria EEPROM en los circuitos programables para guardar y modificar cómo-damente una serie de parámetros que adecuan el dispositivo a las condiciones del entorno. Este tipo de memoria es relativamente lenta.
5ª FLASH
Se trata de una memoria no volátil, de bajo consumo, que se puede escribir y borrar. Funciona como una ROM y una RAM pero consume menos y es más peque-ña. A diferencia de la ROM, la memoria FLASH es programable en el circuito. Es más rápida y de mayor densidad que la EEPROM.
La alternativa FLASH está recomendada frente a la EEPROM cuando se precisa gran cantidad de memoria de programa no volátil. Es más veloz y tolera más ciclos de escritura/borrado. Son idóneas para la enseñanza y la Ingeniería de diseño.
Las celdas de memoria se encuentran constituidas por un transistor MOS de puerta apilada, el cual se forma con una puerta de control y una puerta aislada. La compuerta aislada almacena carga eléctrica cuando se aplica una tensión lo sufi-cientemente alta en la puerta de control. De la misma manera que la memoria EPROM, cuando hay carga eléctrica en la compuerta aislada, se almacena un 0, de lo contrario se almacena un 1.
Las memorias EEPROM y FLASH son muy útiles al permitir que los microcontro-ladores que las incorporan puedan ser reprogramados “en circuito”, es decir, sin tener que sacar el circuito integrado de la tarjeta. Así, un dispositivo con este tipo de memoria incorporado al control del motor de un automóvil permite que pueda modi-ficarse el programa durante la rutina de mantenimiento periódico, compensando los desgastes y otros factores tales como la compresión, la instalación de nuevas pie-zas, etc. La reprogramación del microcontrolador puede convertirse en una labor rutinaria dentro de la puesta a punto.
PUERTOS DE ENTRADA Y SALIDA
La principal utilidad de las patillas que posee la cápsula que contiene un micro-controlador es soportar las líneas de E/S que comunican al computador interno con los periféricos exteriores y según los controladores de periféricos que posea cada modelo de microcontrolador, se destinan a proporcionar el soporte a las señales de entrada, salida y control.
Todos los microcontroladores destinan algunas de sus patillas a soportar líneas de E/S de tipo digital, esto es, todo o nada. Por lo general, estas líneas se agrupan de ocho en ocho formando Puertos. Las líneas digitales de los Puertos pueden con-figurarse como Entrada o como Salida cargando un 1 ó un 0 en el bit correspon-diente de un registro destinado a su configuración.
RELOJ PRINCIPAL
Todos los microcontroladores disponen de un circuito oscilador que genera una onda cuadrada de alta frecuencia, que configura los impulsos de reloj usados en la sincronización de todas las operaciones del sistema. Esta señal del reloj es el motor
Lección 1, Etapa 5
Celda de memoria de una FLASH
Cómo se carga una memoria FLASH
Práctica
del sistema y la que hace que el programa y los contadores avancen. Generalmente, el circuito de reloj está incorporado en el microcontrolador y sólo se necesitan unos pocos componentes exteriores para seleccionar y estabilizar la frecuencia de traba-jo. Dichos componentes suelen consistir en un cristal de cuarzo junto a elementos pasivos o bien un resonador cerámico o una red R-C.
Aumentar la frecuencia de reloj supone disminuir el tiempo en que se ejecutan las instrucciones pero lleva aparejado un incremento del consumo de energía y de calor generado.
RECURSOS ESPECIALES
Cada fabricante oferta numerosas versiones de una arquitectura básica de microcontrolador. En algunas amplía las capacidades de las memorias, en otras incorpora nuevos recursos, en otras reduce las prestaciones al mínimo para aplica-ciones muy simples, etc. La labor del diseñador es encontrar el modelo mínimo que satisfaga todos los requerimientos de su aplicación. De esta forma, minimizará el costo, el hardware y el software.
Los principales recursos específicos que incorporan los microcontroladores son:
Temporizadores o “Timers”. Perro guardián o “Watchdog”.
Protección ante fallo de alimentación o “Brownout”. Estado de reposo o de bajo consumo.
Conversor A/D. Conversor D/A. Comparador analógico.
Modulador de anchura de impulsos o PWM. Puertos de comunicación.
Temporizadores o “Timers”
Se emplean para controlar periodos de tiempo (temporizadores) y para llevar la cuenta de acontecimientos que suceden en el exterior (contadores).
Para la medida de tiempos se carga un registro con el valor adecuado y a con-tinuación dicho valor se va incrementan-do o decrementanincrementan-do al ritmo de los impulsos de reloj o algún múltiplo hasta que se desborde y llegue a 0, momento en el que se produce un aviso. Cuando se desean contar acontecimientos que se materializan por cambios de nivel o flan-cos en alguna de las patillas del micro-controlador, el mencionado registro se va incrementando o decrementando al ritmo de dichos impulsos.
Perro Guardián o “Watchdog” Cuando un ordenador personal se bloquea por un fallo del software u otra causa, se pulsa el botón del reset y se rei-nicializa el sistema.