8/17/2019 Introducción a Desarrollo de Prototipos v2014
1/10
©ATE-Universidad de Oviedo
Introducción
“Desarrollo de Prototipos”Introducción
©ATE-Universidad de Oviedo
Introducción
¿Qué es un prototipo?
Prototipo: (diccionario de la RAE)Ejemplar original o primer molde en que se fabrica una figura u otra cosa.Ejemplar perfecto y modelo de una virtud, vicio o cualidad
• Un prototipo también se puede referir a cualquier tipo de circuito, equipo,sistema o máquina diseñada para una demostración de funcionamiento o para
la realización de pruebas.
• En el mundo del software, un prototipo es una versión inicial que se utilizapara demostrar conceptos funcionales, probar opciones de diseño, validarlas especificaciones iniciales y determinar la reacción de los futuros usuarios.
En conclusión, un prototipoes una realización preliminar
de algo que pretende serun nuevo producto
8/17/2019 Introducción a Desarrollo de Prototipos v2014
2/10
©ATE-Universidad de Oviedo
Introducción
“Desarrollo de Prototipos”
Asignatura orientada a una metodología PBL ( Project Based Learning )
¿Con qué tipo de prototipos vamos a trabajar?
• Sistemas eléctricos, electrónicos y automáticos• Con parte hardware: diseño mixto (analógico y digital)• Con parte software: programación en C o ensamblador• Con sistemas embebidos o empotrados (embedded systems)
Sistemas microprocesadores (computadores) que forman parte desistemas físicos más grandes, con sensores y actuadores
• Son sistemas en tiempo realSistemas que tienen que cumplir restricciones de tiempo en susrespuestas, las exigen los sistema a gestionar para que “funcionen”
• Manejan procesos concurrentesVarias tareas en curso simultáneamente, tienen que estarsincronizadas y cumplir con los requerimientos de tiempo de todas
• Usaremos microcontroladores (computador en miniatura) como núcleosdel diseño
©ATE-Universidad de Oviedo
Introducción
Prototipos de Sistemas Empotrados
Sistema Empotrado: sistema computador con hardware y software específicos,diseñados y optimizados para conseguir el funcionamiento de un determinado sistema,de acuerdo con unas especificaciones de partida, todo ello de manera eficiente.
Opciones de diseño hardware para SE:
1. A nivel de chips, sobre una placa de circuito impreso (PCB), buscando el menornúmero de componentes y el menor tamaño posible para una aplicación particular.
2. A nivel de PCBs, utilizando placas comerciales, una o varias si fuera necesariointerconectadas entre sí. Se reduce el tiempo de diseño pero no se optimizani tamaño, ni número de componentes, ni coste unitario.
Versiones de Arduino ®
Single-Board Computers de la empresa Digi
8/17/2019 Introducción a Desarrollo de Prototipos v2014
3/10
©ATE-Universidad de Oviedo
Introducción
Hay un microprocesador comoparte integrante del conjuntopero transparente al usuario
Televisores, lavadoras,
alarmas, teléfonos,reproductores de DVD,relojes, calculadoras, equipos de música,
discos duros, ratones, impresoras, monitores, radio,GPS, frenos ABS, sistema de inyección de combustible, elevalunas,
retrovisor, airbag, dirección asistida, control de velocidad, asistencia activa deaparcamiento, apertura y cierre,…
Sistemas empotrados
©ATE-Universidad de Oviedo
Introducción
Diseño Hardware:• Identificación de señales de Entrada y Salida• Alimentación del sistema• Etapas de Adaptación/Acondicionamiento de Señales• Selección de componentes• Esquema• Prototipos básicos• Diseño de la Placa de Circuito Impreso – Diseño mecánico• Montaje y ensamblado
Diseño Software• Algoritmo y estructura de datos•
Escritura del código fuente (ensamblador o C)• Pruebas, verificación y modificación del código• Simulación del Programa (puro software, sin prototipo)• Depuración en el Circuito de Aplicación• Grabación de código máquina en la memoria de programa
Definición de especificaciones a cumplir
Concepción del sistema: diagrama funcional
Prueba y
Verificación
EL PROCESO DE DISEÑO
Producción
8/17/2019 Introducción a Desarrollo de Prototipos v2014
4/10
©ATE-Universidad de Oviedo
Introducción
Selección componentesCálculo de valores
Esquema
Prototipos básicos
Diseño PCBDiseño mecánico
Ficheros CAMImpresión de máscaras
Fabricación de PCB
Montaje y ensamblado
Diseño Hardware
12 3
4 5
6
Prototipos en PCB
©ATE-Universidad de Oviedo
Introducción
8
Simulación(sólo software)
Análisis de resultadossobre prototipo
(señales eléctricas)
AlgoritmoEstructura de datos
Diseño Software
Análisis de resultados(señales lógicas)
1
3
Edición Código FuenteGeneración código máquina
(ensamblar o compilar)
2
Depuración sobre hardware del prototipo(con Depurador o Emulador)
3
4
4
8/17/2019 Introducción a Desarrollo de Prototipos v2014
5/10
©ATE-Universidad de Oviedo
Introducción
¿Programar en lenguaje C o en ensamblador?
• La ventaja del C frente al ensamblador es la rapidez en el desarrollo de lasaplicaciones y la comodidad a la hora de utilizar las funciones de manejo delos módulos internos (la diferencia entre 2 ó 3 días y 1 ó 2 semanas con
aplicaciones para el manejo de un LCD por ejemplo).• Las ventajas del ensamblador sobre el C residen en la eficiencia y lo compactoque resulta el código (entorno a un 80% menor en tamaño). En el ensambladorde los microcontroladores PIC, una instrucción ocupa una única posición de lamemoria de programa. Una simple instrucción en C que nos ocupa una única líneade nuestro código fuente puede traducirse en varias posiciones de memoria deprograma (como ejemplo se pueden probar unas cuantas condiciones en un “if ...).
• Además, cuando uno utiliza la programación en ensamblador, se tiene un
control total sobre el tiempo de ejecución de las instrucciones, lo que puederesultar especialmente importante en aplicaciones en tiempo real.
• En cualquier caso, es posible combinar ambos (parte ensamblador, parte en C)
©ATE-Universidad de Oviedo
Introducción
10
Diseño Hardware: prototipos básicos
Stripboards, veroboards®
Para pruebas iniciales de funcionamientoNo es necesario diseñar la PCBEn una de las caras existen tiras de cobre paralelasLos agujeros están distanciados 0,1 pulgadas (C.I.)
Las conexiones se hacen con cables y soldadurasNo están pensadas para su reutilización (es difícil)Perfboard es una variante con los huecos rodeadospor cobre pero no están interconectados entre sí, lasconexiones se hacen con caminos de soldadura
Perfboards
Stripboard
8/17/2019 Introducción a Desarrollo de Prototipos v2014
6/10
©ATE-Universidad de Oviedo
Introducción
Diseño Hardware: prototipos básicos
Breadboards, protoboards, plugboards
Para pruebas iniciales de funcionamientoNo es necesario diseñar la PCB
Hay que utilizar componentes de inserción (no SMD)Agujeros en soporte plástico conectados en filas o columnasNo se requieren soldadurasFácil modificaciónFácil reutilización de la placa y los componentes
©ATE-Universidad de Oviedo
Introducción
Diseño Hardware: prototipos en PCB
PCB (Printed Circuit Boards)
Proporciona soporte mecánico a los componentesPrototipos con mayor fiabilidad en las conexiones eléctricasPistas conductoras sobre sustrato no conductorDiseño con herramientas CAD en un PC para situar
componentes y trazar las pistasEscasa capacidad de modificación tras construcciónComponentes de inserción y montaje superficial (SMD)Eliminación de cobre con atacado químico o físico (fresadoo láser)En el laboratorio se pueden hacer de doble capaRealización industrial: 1 a 16 capas conductoras (pegadas)Máscara verde antisoldante (solder mask ) protección a la corrosión
8/17/2019 Introducción a Desarrollo de Prototipos v2014
7/10
©ATE-Universidad de Oviedo
Introducción
IDEA
Captura deesquemas
Esquemaeléctrico
Simulaciónen
condicionesvarias
Simulación
Tarjeta decircuitoimpreso(PCB)
Diseño de placas decircuito impreso
Extracción de parásitos en pistas (R-L-C)
Resultados
CAD electrónico
• Proteus• Cadence-OrCAD• Altium• DesignSpark PCB (esquema + diseño de placas)• Eagle (esquema + diseño de placas)• QUCs (esquema + simulación analógica y digital)• PSIM (esquema + simulación de sistemas electrónicos de potencia)
©ATE-Universidad de Oviedo
IntroducciónNuestras herramientas
CAD Electrónico: PROTEUSCAD convencional
Proceso de diseño de sistemas basados en micros con PROTEUS
¿Qué tiene Proteus que no tienen los demás ?Se puede probar el programa del microcontrolador antes de disponer del prototipo,
A partir del esquema ya se puede probar Software y Hardware(VSM integrable en el entorno MPLAB de Microchip)
8/17/2019 Introducción a Desarrollo de Prototipos v2014
8/10
©ATE-Universidad de Oviedo
Introducción
15
PICDEM Mechatronics
La placa dispone de un microcontrolador PIC16F917 con oscilador interno de 8 MHztambién dispone de un zócalo de 20 pines para otro PIC alternativo
Herramientas Hardware: Placas de entrenamiento de Microchip
©ATE-Universidad de Oviedo
Introducción
16
PICDEM 2 PlusLa placa dispone de un microcontrolador PIC16F877A
también dispone de un zócalo de 28 pines para otro PIC
Herramientas Hardware: Placas de entrenamiento de Microchip
PICDEM 2 plus
1.- Zócalos 18, 28 y 40 pinespara microcontroladores2.- Alimentación3.- Con. RS232 y adaptación4.- Conector Debugger5.- Pot. entrada analógica
6.- Pulsadores7.- Led indicación alim.8.- 4 leds rojos9.- Jumper para desconectar leds rojos10.- Zócalo para oscilador11.- Hueco para cristal12.- Cristal de 32,768kHz para Timer 113.- Jumper para desconectaroscilador RC externo (2MHz aprox.)14.- I2C EEPROM de 256K x 815.- Display LCD16.- Zumbador piezoeléctrico17.- Área libre para conexiones
18.- Sensor de Temperatura I2C
8/17/2019 Introducción a Desarrollo de Prototipos v2014
9/10
©ATE-Universidad de Oviedo
IntroducciónNuestras herramientas
Hardware: PICDEM LAB Development Board
Placa de prototipos Protoboard con microcontroladores PIC
Componentes:resistencias, leds,
condensadores,pulsadores,
potenciómetros,diodos,
transistores,motor CC,
PIC10F206 (DIP8)PIC12F615 (DIP8)PIC16F616 (DIP14)
PIC16F88 (DIP18)PIC16F690 (DIP
©ATE-Universidad de Oviedo
IntroducciónNuestras herramientas: Desarrollo software
Entorno de Desarrollo Integrado MPLAB X IDE de Microchip
Compilador de C para microcontroladores PIC
“Otros” compiladores:
MPLAB XCHI-TECH
IAR CMikroC…
8/17/2019 Introducción a Desarrollo de Prototipos v2014
10/10
©ATE-Universidad de Oviedo
Introducción
Planificación de la docencia de la “parte electrónica”
• CAD Electrónico: simulación con Proteus
• CAD Electrónico: realización de PCBs con Proteus
•
Herramientas para microcontroladores PIC : entorno MPLAB X y hardware
• Compilador C de CCS
o Desarrollo de programaso Puertos, temporizadores e interrupciones en Co Gestión de módulos internos del microcontrolador
• Interfaces de entrada/salida
o Control de Motores: CC de escobillas, BLDC, Paso a paso, servomotoreso
Displays de cuarzo líquido (LCD)o Teclados matricialeso Comunicación serie asíncronao Comunicación serie síncrona: bus I2C y bus SPI
Top Related