DISEÑO DE UNA TARJETA ELECTRÓNICA PARA LA VERIFICACION LA PROGRAMACIÓN DE PICS DE 40 PINES EN EL LABORATORIO DE

MICROCONTROLADORES DEL INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN MARACAY, EDO.

ARAGUA.

Autor: Tutor:

Asesora Metodológica:

Maracay, Junio 2.013

APROBACIÓN DEL TUTOR

INTRODUCCION

La electrónica es el campo de la ingeniería y de la física aplicada

relativo al diseño y aplicación de dispositivos, por lo general circuitos

electrónicos, cuyo funcionamiento depende del flujo de electrones para la

generación, transmisión, recepción, almacenamiento de información, entre

otros. Es una parte muy importante de la sociedad actual y nuestra sociedad

ha cambiado definitivamente desde que el uso de la electrónica llegó a ser

tan predominante. El diseño y la gran construcción de circuitos electrónicos

para resolver problemas prácticos forman parte de la electrónica y de los

campos de la ingeniería electrónica.

Su uso es tal que el campo de aplicación va desde tareas cotidianas

en el hogar, cocinar, lavar, hasta rígidos sistemas de seguridad, sensores

capta huellas, códigos de seguridad, biométrica, domótica, electromedicina

entre muchos otros, para realizar algunos de estos dispositivos muchas

veces es necesario contar con algún tipo de microcontrolador por lo que se

debe tener conocimiento y estar familiarizado con estos. El siguiente

proyecto plantea una herramienta encargada para trabajar con

microcontroladores y su programación partiendo de lo más básico,

permitiendo así la posibilidad de incursionar en el mundo de la programación

de pics y sus muchas aplicaciones.

Además también es conveniente acotar, que el presente proyecto se

desarrollo en tres (3) capítulos, de la siguiente manera:

En el capítulo I que plantea el problema partiendo de lo general a lo

específico. Esto conlleva a observar los aspectos importantes de sus

objetivos, y justifica la investigación y orienta su desarrollo

Le sigue el capítulo II donde se presenta la metodología utilizada, en el que

se especifica la modalidad y los procedimientos de la misma que permiten al

diseñador alcanzar los objetivos planteados, para así dar con la posible

solución de la problemática

Finalmente se presenta el capítulo III que Comprende el análisis e

interpretación de los Resultados donde se ejecutaron las fases de la

investigación, abordando la investigación necesaria para llevar a cabo la

propuesta

CAPITULO I

EL PROBLEMA

Contextualización del Problema

Actualmente y gracias a los avances de la tecnología el ser humano

es capaz de crear dispositivos y/o equipos diseñados para facilitar las tareas

diarias de las personas, esto claro esta gracias a investigaciones previas y

arduos estudios realizados con anterioridad. Es un hecho que para obtener

un buen aprendizaje se debe disponer de los instrumentos y herramientas

necesarias y adecuadas en función de las actividades que se quieren

aprender. Por definición se puede decir que el aprendizaje es el proceso a

través del cual se adquieren o modifican habilidades, destrezas, y

conocimientos como resultado del estudio, y la experiencia, además de la

organización del tiempo y los hábitos de estudio, un punto clave para un

buen aprendizaje son las herramientas o instrumentos vinculados a la tarea

que se desea aprender.

Ahora bien y en relación a lo anterior el portal virtual wikipedia

[http://es.wikipedia.org/wiki/Instrumento_cient] [2005] define: “Un instrumento

científico es un aparato o dispositivo que está específicamente diseñado,

construido y a menudo refinado a través del método de ensayo y error para

ayudar a la ciencia. No obstante el Instituto Universitario Politécnico

“Santiago Mariño” sede Maracay carece de algunas herramientas ó

instrumentos que sirven de apoyo y facilitan las actividades académicas de

los estudiantes de Ingeniería Electrónica, específicamente los que cursan

materias relacionas con el Laboratorio de Microcontroladores esto quizás

debido al alto costo de los mismos o a la difícil accesibilidad de los mismos.

Esto trae como consecuencia debilidades en cuanto al desarrollo de

las practicas y el aprendizaje que se pueda obtener gracias a estas. Por otra

parte y dejando claro que para un óptimo aprendizaje es necesario contar

con las herramientas e instrumentos adecuados y con la finalidad de mejorar

la calidad del aprendizaje es importante brindar y abastecer de herramientas

y/o equipos a los laboratorios de la instuticion para de esta forma fortalecer y

evitar el empobrecimiento de las deztresas técnicas que puedan adquirir los

estudiantes de Ingeniería Electrónica del Instituto Universitario Politécnico

“Santiago Mariño” extensión Maracay, el presente proyecto busca ayudar o

posiblemente dar solución a la situación actual por lo que se plantearon las

siguientes interrogantes

¿Cuál es la situación actual en cuanto a los equipos y herramientas para las

practicas con pics en el laboratorio de Microcontroladores del Instituto

Universitario Politécnico “Santiago Mariño” extensión Maracay?

¿Cuales pudieran ser las variables adecuadas para iniciar prácticas con

pics?

¿Cuáles son los dispositivos ideales para el diseño de una tarjeta electrónica

para la verificación de la programación de los pics?

¿Es necesario una tarjeta electrónica para el aprendizaje de programación

de pics en el laboratorio de Microcontroladores en el Instituto Universitario

Politécnico “Santiago Mariño” extensión Maracay?

Objetivos de la investigación

Objetivo General

Diseñar de una tarjeta electrónica para la verificación la programación

de pics de 40 pines en el laboratorio de Microcontroladores del Instituto

Universitario Politécnico “Santiago Mariño” extensión Maracay, Edo. Aragua

Objetivos Específicos

Diagnosticar la situación actual en cuanto las herramientas y

dispositivos disponibles para las practicas con pics en el laboratorio de

Microcontroladores del Instituto universitario Politécnico “Santiago Mariño”

extensión Maracay

Determinar las características de las variables más comunes

trabajadas en la carrera de Ingeniería Electrónica, en el Instituto Universitario

Politécnico “Santiago Mariño” extensión Maracay, Edo. Aragua.

Seleccionar los dispositivos electrónicos para el diseño de la tarjeta

electrónica verificadora de la programación de los pic de 40 pines

Desarrollar una tarjeta electrónica que verifique la programación de los

pics de 40 pines

Justificación de la Investigación

El presente proyecto fue realizado como requisito indispensable para

optar por el título de Ingeniería Electrónica en el Instituto Universitario

Politécnico “Santiago Mariño” extensión Maracay, en el cual el alumno pudo

poner en práctica los conocimientos adquiridos durante la carrera cursada.

Ahora bien es un hecho la importancia de contar con los equipos adecuados

para el aprendizaje de cualquier oficio, la familiarización con las distintas

herramientas y/o instrumentos ayuda y facilitan a las personas a adquirir las

destrezas que en un futuro puedan ser indispensables para sus actividades

laborales, la presente investigación busca satisfacer una necesidad en

cuanto a las debilidades presente en el laboratorio de microcontroladores de

Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” extensión Maracay,

donde hacen falta herramientas o equipos electrónicos que ayuden a

fortalecer el aprendizaje en relación a la programación de

microcontroladores.

La tarjeta electrónica propuesta sirve como guía en el inicio de la

programación de microcontroladores, más conocidos como “pic”, además

también por ser una tarjeta electrónica diseñada para pruebas le permitirá

ahorrar a los estudiantes el tiempo que toma el montar o acoplar todos los

dispositivos que interactúan con algunas de las variables que se consideran

básicas de acuerdo a los proyectos o montajes realizados en la institución,

sin embargo y a pesar de que la tarjeta esta ensamblada con los dispositivos

(Pantalla LCD, Teclado Matricial, entre otros) se mostrara el diagrama

eléctrico que sirve como guía al estudiante, permitiendo así conocer una

forma de ensamblar los dispositivos. Adicional a esto el presente proyecto

presenta algunos ejemplos sencillos de programación de pics, con esto se

busca ayudar y reforzar el método de enseñanza de la institución y a su vez

facilitar el aprendizaje por parte del estudiantado.

CAPITULO IIMetodológica

Modalidad de la Investigación

Toda investigación sigue algunos parámetros que hacen más eficiente

su desarrollo, dichos parámetros enmarcan la investigación en un área

específica. Según manual de trabajo especial de grado del Instituto

Universitario Politécnico “Santiago Mariño” IUPSM (2006):

“La modalidad que adopte el Trabajo Especial de Grado (TEG) se relaciona directamente con el tipo de Investigación que el estudiante desarrollará para darle solución a una determinada situación problema. Desde esta perspectiva el TEG puede adoptar las siguientes modalidades: (a) de Campo, (b) Documental, (c) de Proyecto Factible”

De acuerdo a lo establecido por el manual de grado del IUPSM (2006),

a los objetivos planteados y requerimientos del proyecto se pudo ubicar el

Proyecto de Investigación dentro de la modalidad de Proyecto factible

apoyada en una Investigación de Campo, ya que busca analizar un

problema con el objeto de describirlo, explicar sus causas, efectos y

elementos que lo conforman, a su vez esta investigación se complementa en

una investigación de campo ya que fue sustentado por información

proveniente de entrevistas y observaciones, en la que se obtuvo información

directamente en la realidad.

Materiales o Equipos de la Investigación

Para realizar el presente proyecto fue necesario contar con una serie

de materiales y disponer de algunos equipos los cuales se muestran en el

siguiente cuadro:

Caudro N°1. Materiales y Equipos de la Investigación

Materiales Equipos

Pantalla LCD 16x2, Potenciómetro,

Resistencias Varias, Cristal, Zócalo

de 40 pines, Baquelita, Teclado

Matricial 3x4, Regulador de Voltaje

7805, Espadines, Ácido cloruro

ferrico, Estaño

Caustin, Computadora, Impresora,

Quemador de Pic, Multimetro

Procedimientos de la Investigación

Con el fin de simplificar el desarrollo del proyecto, la idea principal se

desglosó dando como resultados cuatro objetivos representados en las

siguientes fases:

Fase I. Diagnostico de la situación actual en cuanto las herramientas y

dispositivos disponibles para las prácticas con pics en el laboratorio de

Microcontroladores del Instituto universitario Politécnico “Santiago Mariño”

extensión Maracay:

En la presente fase se entrevisto a la directora de Escuela de

Ingeniería Electrónica del Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”

extensión Maracay, Ing. Rhina Castillo, donde se hablo sobre las debilidades

presente en el laboratorio de Microcontroladores de la institución,

concluyendo que si hacían falta algunas herramientas que apoyan a las

practicas que se realizan en dicho laboratorio, en este caso se hablo

específicamente sobre el diseño de una tarjeta electrónica que ayude en la

prácticas con microcontroladores. Se utilizo un guion de entrevista no

estructura para sintetizar la información obtenida de la entrevista.

Fase II. Determinacion de las características de las variables más comunes

trabajadas en la carrera de Ingeniería Electrónica, en el Instituto Universitario

Politécnico “Santiago Mariño” extensión Maracay, Edo. Aragua:

A continuación se estudio las principales variables con las que

trabajan durante la carrera de ingeniería electrónica en la institución,

llamando variables a las magnitudes físicas de la materia (temperatura,

húmeda, intensidad luminosa, distancia, fuerza, entre otras) y por

consiguiente a los sensores encargados de sensarlas, además también se

incluyen como variables a las señales de salida(alarmas luminosas, sonoras,

entre otras) así como también al encendido de dispositivos como motores,

selenoides, bombas etc. Sabiendo esto y de la gran variedad de sensores

que existen en el mercado se prefirió trabajar en función de las señales

básicas para la activación de los mismos (entradas analógicas, digitales y

salidas digitales).

Las entradas analógicas están conectadas a un potenciómetro el cual

emula algún sensor analógico, como por ejemplo un LM35 (sensor de

temperatura) o algún otro sensor que trabaje de esta forma. En cuanto a las

entradas digitales son destinadas a sensores digitales, entiéndase a los que

trabajan en función a unos (1) y ceros (0) en lenguaje digital, un sensor

infrarrojo por ejemplo, respecto a las salidas digitales fueron pensadas para

dispositivos de indicación (leds, buzzers, etc.) en donde también pudieran

adicionar algún relé para trabajar con otros dispositivos que exijan mayor

voltaje.

Cabe destacar que la tarjeta fue diseñada para trabajar con pics de 40

pines tipo Dual in-line package (DIP), ya que se consideraron los más

comunes y adecuados para trabajar, (ver anexo ##) específicamente los

16F874/74A, 16F877/77A, 18F458/448, elegidos estos debido a la facilidad

de adquisición tanto por precio y disponibilidad con respecto a otros de

similares características.

Fase III. Selección de los dispositivos electrónicos para el diseño de la tarjeta

electrónica verificadora de la programación de los pic de 40 pines:

En esta fase se seleccionaron los dispositivos que se consideraron

adecuados para la construcción de la tarjeta electrónica. Primeramente se

eligió una pantalla LCD 16x2 por ser la más común y de fácil adquisición,

cuyas características se muestran a continuación:

Pantalla de caracteres ASCII, además de los caracteres Kanji y Griegos.

Desplazamiento de los caracteres hacia la izquierda o la derecha.

Proporciona la dirección de la posición absoluta o relativa del carácter.

Memoria de 40 caracteres por línea de pantalla.

Movimiento del cursor y cambio de su aspecto.

Permite que el usuario pueda programar 8 caracteres.

Conexión a un procesador usando un interfaz de 4 u 8 bits.

También se eligió un teclado matricial estos vienen generalmente en

dos presentaciones: 3x4 y 4x4. Donde el primer número indica las cantidades

de columnas y el segundo las cantidades de filas. Por ejemplo 3x4 significa 3

columnas por 4 filas, para un total de 12 teclas, eligiéndose este ultimo

debido a que al igual que la pantalla su uso es muy común en los proyectos

realizados en la institución y también es de fácil adquisición. Ver Figura Nº1

Figura Nº1. Teclado Matricial 3x4

Como se ve en la figura, el teclado cuenta con 7 pines de control. Por

ejemplo cuando aprietas la tecla numero 1 se conectan los pines 2 y 3, para

la tecla 5 se conectan los pines 7 y 1.

Además también se escogieron dos potenciómetros de 5K que no es

más que un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera,

indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un

circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en

serie debido a que Los potenciómetros proporcionan transiciones suaves de

los niveles de tensión, en este proyecto se utilizo para simular los posibles

sensores analógicos que puedan usar. Además también se escogió un cristal

(oscilador de frecuencia) de 4Mhz esto debido a presenta una frecuencia

media donde el microcontrolador trabaja de una forma cómoda y efectiva.

Cabe destacar que el uso del cristal es obligatorio ya que este brinda

la frecuencia en que trabajará el microcontrolador, sometido a un estímulo

eléctrico puede vibrar a una cierta frecuencia, si se mantiene el estímulo de

manera periódica y sincronizada, se tendrá una señal a una frecuencia

precisa la cual se aprovecha para generar la señal de reloj que es necesaria

en todos los circuitos digitales. Adicional a esto se utilizaron algunos leds

para visualizar la activación de las señales de salida de igual forma se utilizó

una base o zócalo para pics de 40 pines el cual permite colocar y remover

los pics.

Fase IV. Desarrollo de la tarjeta electrónica que verifique la programación de

los pics de 40 pines:

Luego de llevar a cabo los pasos necesarios planteados en las fases

anteriores, se procedió al diseño de del diagrama electrónico, el layado y la

selección de los componentes considerados ideales para llevar a cabo el

diseño y ensamble del dispositivo.

CAPITULO III

Propuesta

El presente proyecto busca brindar una herramienta didáctica que

facilite las practicas de los estudiantes en el laboratorio de

Microcontroladores del Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”

Extensión Maracay, esto con el fin de ayudar en cuanto al método de

enseñanza y por consiguiente fortalecer el aprendizaje en relación con las

practicas y trabajos con Pics, esto gracias a una tarjeta electrónica que

permitirá verificar la programación de los Pics. Sin la necesidad de

ensamblar algunos de los dispositivos electrónicos que son necesarios para

ver el resultado de la programación.

Objetivos de la propuesta

Objetivo General

Elaborar el diseño de una tarjeta electrónica para la verificación de la

programación de pics de 40 pines para el laboratorio de Microcontroladores

del Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” Extensión Maracay,

Edo. Aragua

Objetivos Específicos

Realizar el diagrama de la Tarjeta Electrónica para la verificación de la

programación de pics de 40 pines para el Laboratorio de Microcontroladores.

Diseñar el layado para la Tarjeta Electrónica

Ensamblar los dispositivos y componentes de la Tarjeta Electrónica.

Desarrollo o Estructura

El presente proyecto se desarrolló principalmente para la elaboración

de una tarjeta electrónica para la verificación de la programación de Pics de

40 pines, para llevarlo a cabo se debió realizar el diagrama electrónico de la

tarjeta, de igual forma diseño y elaboró el layado para la misma, para

posteriormente proceder a ensamblar la tarjeta.

En cuanto al diseño del diagrama eléctrico (Ver Anexo) se considero la

configuración más sencilla a continuación se describe dicha configuración:

El pin uno (1) corresponde al reset del pic, este al aplicarse un tensión

reinicia la programación, en la tarjeta se coloco un pulsador en serie con una

resistencia, y alimentado por 5v para cumplir precisamente la función de

reset, los pines del dos (2) hasta el diez (10) Puertos RA y RE, fueron

configurados para entradas analógicas, dejando los pines dos (2) y tres (3)

RA0 y RA1 respectivamente, configurados con unos potenciómetros que

simulan ser sensores analógicos, los pines trece (13) y catorce (14)

corresponden a la entrada y salida del oscilador de cristal, los pines quince

(15) hasta el dieciocho (18) y del veintitrés (23) hasta el veintiséis (26) que

comprenden el puerto RC fueron configurados como entradas para el teclado

matricial, los pines desde el diecinueve (19) hasta el veintidós (22) y desde el

veintisiete (27) hasta el treinta (30) que corresponden con el puerto RD se

destinaron a la pantalla LCD, finalmente los pines que conforman el puerto

RB fueron configurados desde treinta y tres (33) hasta el treinta y seis (36)

como entradas digitales y desde la treinta y siete (37) hasta el cuarenta (40)

configurados como salidas conectadas a unos leds cada una, que sirven

para visualizar la activación de la misma. Cabe destacar que en cada una de

las entradas incluyendo las del teclado cuentan con una resistencia de 10k

conectada a tierra, que sirven para filtrar las señales de entradas para

facilitar la correcta lectura de las señales.

Estudio de Factibilidad

Factibilidad técnica

Siendo el proyecto una tarjeta electrónica diseñada para pruebas, se

considera fiable en cuanto a los elementos que la constituyen esto quiere

decir que de respetar los parámetros de su configuración los alumnos

pueden estar seguros que si se presentan fallas en cuanto el circuito que

pretenden ensamblar, específicamente en la programación de dicho circuito

la falla se encuentra en la programación y no en el montaje del circuito

debido a que los componentes fueron previamente probados y se garantiza

su correcto funcionamiento, debido a esto el alumno puede disponer de más

tiempo para la programación y despreocuparse un poco de la tarea de

ensamblar los dispositivos electrónicos, para ver el correcto funcionamiento

de la programación.

Factibilidad Económica:

Los estudios de factibilidad económica incluyen análisis de costos y

beneficios asociados con cada alternativa del proyecto a continuación se

presente un valor estimado para la construcción de la tarjeta:

Cuadro N°2. Lista de Precios

Materiales Precio Unidad Precio Total

Pantalla LCD 16x2 170Bs 170Bs

Potenciómetro 10Bs 20Bs

Resistencias Varias 1Bs 40Bs

Cristal 7Bs 7Bs

Zócalo de 40 pines 30bs 30bs

Baquelita 70Bs 70Bs

Teclado Matricial 3x4 100Bs 100Bs

Regulador de Voltaje

7805

15bs 15bs

Espadines 20Bs 40Bs

Ácido cloruro ferrico 50Bs 50Bs

Estaño 65Bs 65Bs

Precio neto total

607Bs

Con un valor aproximado de 600Bs la Tarjeta puede ser construida por los

estudiantes de la institución y realizar un gasto casi único y duradero a largo

plazo, debido a su funcionalidad. Otra ventaja que puede considerarse es el

evitar gastos en asesoramientos iniciales respecto a la programación y

montaje del circuito.

CONCLUSION

Al realizar la investigación se puedo conocer la importancia de contar

con los instrumentos adecuados a la hora de aprender cualquier oficio, en

este caso en los primeros pasos para el aprendizaje de programación de

Pics. Y el tiempo que se pueden ahorrar al disponer de la información

adecuada que permita agilizar el proceso de aprendizaje. Por lo tanto la

presente investigación se encargo de diseñar una tarjeta Electrónica para la

verificación de la programación de pic de 40 pines para el Laboratorio de

Microcontroladores del Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”

Extensión Maracay, Edo. Aragua. Esto se llevo a cabo determinado las

características de las variables mas trabajadas en la carrera de Ingeniería

Electrónica en el Instituto, para posteriormente seleccionar los dispositivos

electrónicos, diseñar tanto el diagrama electrónico como el layado y

finalmente se ensamblo la Tarjeta Electrónica, para ser donada a la

institución

ANEXOS

Anexo ADatasheet Pantalla LCD 16x2

Anexo BDatasheet Familia Pics 18fxx8

Anexo C Datasheet Famila Pics 16F8xx