GUIA DE PRÁCTICAS DEL LABORATORIO DE DISEÑO DIGITAL CON MICROCONTROLADORES

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Facultad de Ingeniería

Proyecto Curricular de Ingeniería Electrónica

GUIA DE PRÁCTICAS DEL LABORATORIO DE DISEÑO DIGITAL CON MICROCONTROLADORES

Profesor: Ing. Julián R. Camargo

Bogotá, D.C., Septiembre de 2014

Tabla de Contenido

Introducción 1

Metodología de trabajo 1 Desarrollo del Laboratorio 4

1. Conociendo las Herramientas de Trabajo 6

1.1 Objetivos 6

1.2 Introducción 6

1.3 Conclusiones 16

1.4 Ejercicios 17

2. Manejo de los Puertos de E/S estándar 18

2.1 Objetivo 18

2.2 Introducción 18

2.3 Ejercicio 19

3. Introducción a las Interrupciones y Manejo del módulo de Teclado 20

3.1 Objetivo 20

3.2 Introducción a las interrupciones 20

3.3 Interrupción externa IRQ 21

3.4 Módulo de Teclado (KBI) 21

3.4 Ejercicio 22

4. Manejo de los Temporizadores del Microcontrolador 23

4.1 Objetivo 23

4.2 Introducción 23

4.3 Ejercicio 24

5. PWM 25

5.1 Objetivo 25

5.2 Introducción 25

5.3 Ejercicio 26

6. Uso del PLL como oscilador principal 27

6.1 Objetivos 27

6.2 Introducción 27

6.3 Motor Paso a Paso (Stepper Motor) 28

6.4 Ejercicio 29

7. El Conversor Analógico-Digital (ADC) del Microcontrolador y el

Módulo de Comunicaciones Seriales Asincrónicas (SCI) 30

7.1 Objetivo 30

7.2 Introducción a la Conversión DAC y ADC 31

7.3 Introducción a la comunicación serial asincrónica 32

7.4 Ejercicio 33

Introducción

El curso Laboratorio de Diseño Digital con Microcontroladores está orientado a confirmar los conocimientos adquiridos en teoría, en primera instancia, y a aplicarlos en algunos ejercicios, en segunda instancia. Estará encaminado a la ejecución y a la elaboración de pequeños proyectos de aplicación de los microcontroladores, puesto que el valor de estos está en su aplicabilidad.

La metodología de desarrollo de cada uno de los ejercicios de este curso no se centra exclusivamente en confrontar la teoría con la práctica, sino que incluye todo el proceso desde el momento mismo en que se plantea el "problema". En realidad, no existe una única solución sino que puede haber varias y muy diversas en su concepción, dada esta característica, el laboratorio consiste en lograr una solución satisfactoria. El curso busca, de alguna manera, evaluar la metodología adoptada para afrontar problemas que pueden ser resueltos con microcontroladores.

Dadas estas condiciones la evaluación de los resultados requiere de la elaboración de algunos documentos que conformen un informe del trabajo realizado. Aunque cada una de las etapas, dentro del proceso de búsqueda de la solución a algún problema dado, requieren ser documentas, algunos de ellos revisten mayor importancia para los objetivos del curso. De hecho cuando se necesite tomar elementos de trabajos ya realizados, la documentación creada en el momento de su desarrollo será la base para su nueva utilización. Para nadie es conocido que repetir un trabajo es una pérdida de tiempo y dinero innecesario. La documentación bien elaborada permitirá utilizar los elementos ya creados con una mayor eficiencia.

I. Metodología de trabajo

Aunque los métodos de desarrollo pueden llegar a ser tan diversos como aquellos que se adoptan empíricamente (basados fundamentalmente en la experiencia) hasta aquellos formales que tiene bases en la lógica y la matemática, todos tienen en común una secuencia que lleva al prototipo. Después que se tiene un problema y se desea resolver, se analiza. Este análisis aclara cuál es el problema y cuáles parámetros son los más importantes o los que se deben tener en cuenta en las etapas siguientes. Posteriormente, habiéndose modelado el problema, se modela la solución, es decir se entra en la etapa de diseño. Dependiendo de los elementos con que se cuente para diseñar, se sigue un método particular. Cuando se involucra un microcontrolador se debe tener en cuenta que la solución está repartida en dos partes complementarias: los circuitos y los programas. Entonces, será necesario "repartir" el diseño en unos circuitos (comúnmente conocidos como hardware) y unos programas (conocidos como software) que están incluidos y manejados por el microcontrolador. Luego al tener un diseño completo, se hace el montaje del prototipo de la solución en este caso de los circuitos y los programas que se encargarán de resolver el problema. En la medida que se avanza se hacen las correcciones que haya lugar. Este proceso se conoce como depuración y continúa hasta cuando el prototipo cumple con las condiciones impuestas a la solución

En los párrafos siguientes se hace una breve descripción de lo que significa cada una de las etapas de la secuencia planteada arriba, orientado fundamentalmente a la realización de los ejercicios del curso. Esta secuencia se puede definir en cinco etapas, a saber:

• Planteamiento del problema

• Análisis y modelamiento

• Diseño

• Montaje y Depuración

• Implantación y Elaboración de Documentos

Planteamiento del problema. Es la única etapa ya realizada dentro del curso. Los ejercicios de las prácticas plantean algún problema que debe ser resuelto con un microcontrolador. Un conocimiento preciso de cuál es el problema a resolver es conveniente para poder realizar las siguientes etapas con éxito. Si no es así, la probabilidad de fracasar es alta.

El planteamiento del problema debe producir un documento que defina, en forma precisa, cuál es el problema que se debe resolver. En muchos casos, es una labor que debe realizar quien tiene a su cargo encontrar la solución. Es posible que este documento incluya especificaciones de elementos o dispositivos con los cuales se va a trabajar; por ejemplo, es el caso del control de máquinas que ya tienen algunas características técnicas fijas e inmodificables. En otros casos serán 1as condiciones mínimas o máximas que requiere la solución.

Análisis y Modelamiento. Después de tener claro cuál es el problema, se estudia el o los procesos que están involucrados con el problema mismo. Este estudio, que se debe realizar con un alto grado de formalismo debe producir un modelo abstracto del problema, con el cual se trabajará posteriormente para encontrar la solución. El modelo debe ser lo suficientemente elocuente como para saber que el problema está ahí y no en otra parte. El nivel de formalidad con que el modelo describe el problema permitirá saltar con mayor facilidad los obstáculos encontrados en las siguientes etapas. Además, hay una gran diversidad de métodos que conducen a producir modelos formales, lo que implica que siempre habrá cierta libertad en la selección de alguno.

Junto con el modelamiento del problema también se va realizando el modelo de la solución. Es evidente que si se tiene un conocimiento más claro del problema a resolver, también se tiene idea de la solución más apropiada. El resultado es un modelo de la solución con una total especificación de las características que debe cumplir. Este modelo se puede decir que es el documento inicial para el proceso de diseño aunque, en sí mismo, es un diseño preliminar. Digamos que el modelo es la "idea" pero escrita en una forma técnica.

Cuando un problema es muy complejo (por sus dimensiones o por las leyes que lo rigen), es conveniente dividir el problema en unos más pequeños. Este proceso se conoce como desagregación y actualmente es recomendado en todas las metodologías de desarrollo. Su beneficio salta a la vista; el problema dividido se convierte en unos pequeños que permiten una mejor comprensión, además de tener tamaños razonables; se puede concentrar mejor la atención sobre cada uno de los componentes en que se ha desagregado; el nivel de abstracción se acomoda mejor; etc. Todo esto también es válido para el modelo de solución ya que también se puede desagregar en módulos que cumplan tareas específicas. Es bien conocido que en la actualidad todo proceso electrónico se divide en módulos que, generalmente, representan "tarjetas” y se piensan en ellas como partes del proceso mismo. En resumen, la desagregación del problema y de la solución permitirán un mejor desempeño en el modelamiento de ambos.

Diseño. Cuando ya se tiene una descripción técnica completa de lo que se desea realizar se pasa a la etapa de diseño. En el caso de los microcontroladores se compone de dos partes: los circuitos y los programas. Para los circuitos se cuenta con dispositivos muy elaborados que permiten funciones complejas que interactúan tanto interna (periféricos internos) como externamente (circuitos adicionales) con el microcontrolador. Además, se cuenta con dispositivos de propósito general que permiten

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