REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR DIRECCIÓN GENERAL SECTORIAL DE EDUCACIÓN INSTITUTO UNIVERSITARIO TECNOLÓGICO “DR. FEDERICO RIVERO PALACIO”
DEPARTAMENTO DE ELECTRICIDAD AREA DE TELECOMUNICACIONES TELECOMUNICACIONES TERCER AÑO
Profesor: José Muñoz
Integrantes: Greiby Farias Nathaline Rodriguez 0
Índice Introducción………………………………………………………………………………..2 Preparacion teorica: Controlador y microcontrolador ………………………………….3 ………………………………….3 Características ……………………………………………………………………………..4 Principales características del Pic 18F4550 …………………………………………....5 Programación del PIC …………………………………………………………………….6 Proceso de Desarrollo en microcontroladores, Programación del µC ……………....8 Conexión inalámbrica, bluetooth……………………………………………......………9 Módulo Bluetooth HC-05, conexión ……………………………………………………10 Pantalla LCD ……………………………………………………………………………..11 Conexión de la pantalla, Dispositivos móviles ………………………………………..12 Parte práctica: diseño del proyecto, fases del proyecto ……………………………..15 Programación en Compilador PIC C …………………………………………………..17 Simulación (proteus) ………………………………………………………………….…21 Montaje en físico ………………………………………………………………………... .22 Conclusión………………………………………………………………………………..24 Anexos…………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………. ……………………….25
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Introducción Los microcontroladores son circuitos integrados que incluyen en su interior las tres unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada y salida. El funcionamiento de los microcontroladores está determinado por el programa almacenado en su memoria. Este puede escribirse en distintos leguajes de programación. Además, en la actualidad pueden reprogramarse repetidas veces. Este informe tiene como objetivo principal diseñar e implementar un sistema de encendido de ocho (8) LED mediante el uso de un Microcontrolador, el cual se debe generar 8 patrones distintos de encendido de los leds. Objetivos Específicos:
Creación de un proyecto con el PIC C Compiler. Diseñar un programa en el compilador PIC C que permita conectarse de manera inalámbrica Bluetooth a un dispositivo móvil (teléfono o Tablet). El dispositivo móvil controlara cada una de las secuencias Simulación e Implementación en el protoboar.
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Preparación teórica: 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 dispone de un sensor que mide constantemente su temperatura interna y cuando traspasa los límites prefijados, genera las señales adecuadas que accionan los efectores que intentan llevar el valor de la temperatura dentro del rango estipulado. Aunque el concepto de controlador ha permanecido invariable a través del tiempo, su implementación física ha variado frecuentemente. Hace tres décadas, los controladores 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 chip, el cual recibe el nombre de microcontrolador. El cual, consiste en un sencillo pero completo computador contenido en el corazón (chip) de un circuito integrado. Un microcontrolador es un circuito integrado de alta escala de integración que incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador. Un microcontrolador dispone normalmente de los siguientes componentes:
Procesador o UCP (Unidad Central de Proceso). Memoria RAM para Contener los datos. Memoria para el programa tipo ROM/PROM/EPROM. Líneas de E/S para comunicarse con el exterior. Diversos módulos para el control de periféricos (temporizadores, Puertas Serie y Paralelo, CAD: Conversores Analógico/Digital, CDA: Conversores Digital/Analógico, etc.). Generador de impulsos de reloj que sincronizan el funcionamiento de todo el sistema.
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.
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Reducción del tamaño en el producto acabado: La integración del microcontrolador en un chip 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.
El microcontrolador es en definitiva un circuito integrado que incluye todos los componentes de un computador. Debido a su reducido tamaño es posible montar el controlador en el propio dispositivo al que gobierna. En este caso el controlador recibe el nombre de controlador empotrado (embedded controlle r).
Imagen 1. Microcontroladores
Características Son diseñados para disminuir el coste económico y el consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de la CPU, la cantidad de memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como una batidora, utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bit) por que sustituirá a un autómata finito. En cambio un reproductor de música y/o vídeo digital (mp3 o mp4) requerirá de un procesador de 32 bit o de 64 bit y de uno o más Códec de señal digital (audio y/o vídeo). El control de un sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se basa normalmente en un microcontrolador de 16 bit, al igual que el sistema de control electrónico del motor en un automóvil.
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Imagen 2. Esquema de un microcontrolador
Principales características del Pic 18F4550
Microcontrolador con módulo USB 2.0. Soporta Low speed 1.5Mb/s y full speed 12Mb/s. 1kB de memoria de doble acceso vía USB 35 pines I/O disponibles Memoria de programa flash de 32 kB RAM de 2048 Bytes EEPROM de datos de 256 Bytes Velocidad de la CPU 12 MIPS Oscilador externo de dos modos hasta 48 MHz Oscilador interno seleccionable entre 8 frecuencias desde 31kHz hasta 8MHz Oscilador secundario con Timer 1 de hasta 32kHz Opciones de oscilador dual permiten que la velocidad de la CPU y del módulo USB sean diferentes ADC de 10 bits y 13 canales Tecnología nanoWatt que brinda características y funciones de bajo consumo y ahorro de energía Voltaje de operación 4.2V a 5.5V 4 Timer(desde Timer0 a Timer3). Uno de 8 bits y 3 de 16 bits 5
2 módulos de captura/comparación/PWM EUSART, SPP, SPI, I²C. 20 fuentes de interrupciones (3 externas) Resistencias de pull-ups en el puerto B programables Función del pin MCLR opcional Brown-out Reset de valor programable Power-on Reset Power-up Timer y Oscillator Start-up Timer Soporta 100,000 ciclos de borrado/escritura en memoria flash Soporta 1,000,000 ciclos de borrado/escritura en memoria EEPROM Retención de datos mayor a 40 años Protección de código y datos programable Encapsulado DIP de 40 pines
Imagen 3. Pic 18F4550
Programación del PIC Para transferir el código de un ordenador al PIC normalmente se usa un dispositivo llamado programador. La mayoría de PIC Microchip se distribuye hoy en día incorporan ICSP (programación serie incorporada) o LVP (programación a bajo voltaje), lo que permite programar el PIC directamente en el circuito. Para la ICSP se usan los pines RB6 y RB7 (En algunos modelos pueden usarse otros pines como el GP0 y GP1 o el RA0 y RA1) como reloj y datos y el MCLR para activar el modo programación aplicando un voltaje de 13 voltios. Existen muchos programadores de PIC, desde los más simples que dejan al software los detalles de comunicaciones, a los más complejos, que pueden verificar el dispositivo a diversas tensiones de alimentación e implementan en hardware casi todas las 6
funcionalidades. Muchos de estos programadores complejos incluyen ellos mismos PIC preprogramados como interfaz para enviar las órdenes al PIC que se desea programar. Uno de los programadores más simples es el TE20, que utiliza la línea TX del puerto RS-232 como alimentación y las líneas DTR y CTS para mandar o recibir datos cuando el microcontrolador está en modo programación. El software de programación puede ser el ICprog, muy común entre la gente que utiliza este tipo de microcontroladores. Entornos de programación basados en intérpretes BASIC ponen al alcance de cualquiera proyectos que parecieran ser ambiciosos. El Pic 18F4550 posee una arquitectura tipo Hardvard, ya que dispone de diferentes buses para acceder a la memoria de programa o a la memoria de datos. Esto nos da la opción de acceder a la memoria de datos para ejecutar una instrucción, mientras se lee de la memoria de programa la siguiente instrucción. Es decir, podemos acceder de forma simultánea a ambas memorias. El Bus de memoria de programa: Está formado por 21 líneas de dirección,16 líneas para instrucciones y 8 líneas para datos. El Bus de memoria de datos: Compuesto por 12 líneas de dirección y 8 líneas de datos.
Imagen 4. Parámetros del Pic
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Proceso de Desarrollo en microcontroladores El proceso de desarrollo de una aplicación basada en microcontroladores se compone de las siguientes etapas principales, las cuales se explican en más detalle en las siguientes subsecciones.
Desarrollo de software: Esta etapa corresponde a la escritura y compilación/ensamblaje del programa que regirá las acciones del µC y los sistemas periféricos conectados a este. Programación del µC: En esta etapa el código de maquina correspondiente al programa desarrollado en la etapa anterior se descarga en la memoria del µC. Prueba y verificación: Por ´último, el µC debe conectarse al circuito base y someterse a pruebas para verificar el funcionamiento correcto del programa.
Programación del µC Este proceso corresponde a utilizar un programa en el PC que toma el código ensamblado (.hex, .o, .bin, .coff) para el µC específico, y lo envía mediante algún puerto (serial, paralelo, USB, etc.) a un dispositivo que lo escribe en la memoria del µC. Se acostumbra denominar programador tanto al sofware como al hardware involucrado para este propósito, lo cual puede prestarse a confusión. El software programador a veces recibe también el nombre de downloader, ya que su propósito es descargar o transferir desde el PC al µC el código ensamblado. Es importante mencionar que no deben confundirse los términos de desarrollo o programación del software y programación del µC, el primero se refiere a escribir el programa, mientras que el segundo se refiere transferir el código de maquina a la memoria del µC.
Imagen 5. Compilador PIC C 8
Conexión inalámbrica El término red inalámbrica (wireless network) se utiliza en informática para designar la conexión de nodos que se da por medio de ondas electromagnéticas, sin necesidad de una red cableada o alámbrica. La transmisión y la recepción se realizan a través de puertos. Una de sus principales ventajas es notable en los costos, ya que se elimina el cableado ethernet y conexiones físicas entre nodos, pero también tiene una desventaja considerable ya que para este tipo de red se debe tener una seguridad mucho más exigente y robusta para evitar a los intrusos.
Imagen 6. Red inalámbrica
Bluetooth Bluetooth es una especificación industrial para Redes Inalámbricas de Área Personal (WPAN) que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia en la banda ISM de los 2,4 GHz. Los principales objetivos que se pretenden conseguir con esta norma son:
Facilitar las comunicaciones entre equipos móviles. Eliminar los cables y conectores entre éstos. Ofrecer la posibilidad de crear pequeñas redes inalámbricas y facilitar la sincronización de datos entre equipos personales.
Los dispositivos que con mayor frecuencia utilizan esta tecnología pertenecen a sectores de las telecomunicaciones y la informática personal, como PDA, teléfonos móviles, computadoras portátiles, ordenadores personales, impresoras o cámaras digitales.
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Imagen 7. Bluetooth Los módulos de bluetooth HC-05 y HC-06 son módulos muy populares para aplicaciones con microcontroladores PIC y Arduino. Se trata de dispositivos relativamente económicos y que habitualmente se venden en un formato que permite insertarlos en un protoboard y cablearlo directamente a cualquier microcontrolador, incluso sin realizar soldaduras.
Módulo Bluetooth HC-05 El módulo de bluetooth HC-05 es el que ofrece una mejor relación de precio y características, ya que es un módulo Maestro-Esclavo, quiere decir que además de recibir conexiones desde una PC o tablet, también es capaz de generar conexiones hacia otros dispositivos bluetooth. Esto nos permite por ejemplo, conectar dos módulos de bluetooth y formar una conexión punto a punto para transmitir datos entre dos microcontroladores o dispositivos.
Conexión
Imagen 8. Módulo HC05
Para la configuración del módulo bluetooth HC05, con el arduino se debe realizar la siguiente conexión:
HC-05 HC-05 HC-05 HC-05
GND — Arduino GND Pin VCC (5V) — Arduino 5V TX — Arduino Pin 10 (soft RX) RX — Arduino Pin11 (soft TX) 10
HC-05 Key (PIN 34) — Arduino Pin 9
Imagen 9. Configuración del módulo bluetooth C05 El HC-05 tiene un modo de comandos AT que debe activarse mediante un estado alto en el PIN34 mientras se enciende (o se resetea) el módulo. En las versiones para protoboard este pin viene marcado como “Key” . Una vez que estamos en el modo de comandos AT, podemos configurar el módulo bluetooth y cambiar parámetros como el nombre del dispositivo, password, modo maestro/esclavo, etc.
Pantalla LCD Una pantalla de cristal líquido o LCD (liquid crystal display) es una pantalla delgada y plana formada por un número de píxeles en color o monocromos colocados delante de una fuente de luz o reflectora. A menudo se utiliza en dispositivos electrónicos de pilas, ya que utiliza cantidades muy pequeñas de energía eléctrica.
Imagen 10. Modelo LCD 11
Conexión de la pantalla
VSS que es el pin de negativo o masa o 0 volts o GND. VDD es la alimentación principal de la pantalla y el chip, lleva 5 voltios (recomendable ponerle en serie una resistencia para evitar daños, con una de 220 ohmnios es suficiente). VO es el contraste de la pantalla, debe conectarse con un potenciómetro de un 10k ohms o una resistencia fija una vez que encontremos el valor deseado de contraste. Tengan en cuenta que si no conectan esto, no verán nada. RS es el selector de registro (el microcontrolador le comunica a la LCD si quiere mostrar caracteres o si lo que quiere es enviar comandos de control, como cambiar posición del cursor o borrar la pantalla, por ejemplo). RW es el pin que comanda la lectura/escritura. En nuestro caso siempre estará en 0 (conectado a GND) para que escriba en todo momento. E es enable, habilita la pantalla para recibir información. D0~D3 no los vamos a utilizar. Como pueden ver la pantalla tiene un bus de datos de 8 bits, de D0 a D7. Para 4 bits, de D4 a D7, que nos servirán para establecer las líneas de comunicación por donde se transfieren los datos. A y K son los pines del led de la luz de fondo de la pantalla. A se conectará a 4 o 5 volts y K a Gnd.
Imagen 11. Pines de la pantalla
Dispositivos móviles Dispositivo móvil (mobile device), también conocido como computadora de bolsillo o computadora de mano (palmtop o handheld), es un tipo de computadora de tamaño pequeño, con capacidades de procesamiento, con conexión a Internet , 12
con memoria, diseñado específicamente para una función, pero que pueden llevar a cabo otras funciones más generales. Estrictamente hablando, muchos de los llamados dispositivos móviles no tienen la capacidad de moverse. Más bien son dispositivos que pueden ser fácilmente transportados por sus usuarios. Imagen 12. Dispositivos móviles Para el diseño de las 8 secuencias de leds, se trabajó con lógica binaria en las tablas siguientes se muestran cada uno de los patrones implementados:
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Parte práctica: Luego de conocer y estudiar cada uno de los componentees a trabajar se utilizo el esquema siguiente:
Fases del Proyecto: El sistema de comunicaciones propuesto se implementó en dos fases:
Primera fase: Diagrama lógico de la primera fase
En este sistema se implementó 8 diferentes secuencias de leds utilizando un microcontrolador PIC, que consiste en el encendido y apagado de 8 leds variando asi cada uno de los patrones visualizándose cada secuencia en una pantalla LCD.
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Segunda fase Diagrama lógico de la segunda fase
Para esta fase se realizó la conexión inalámbrica de un microcontrolador PIC a un dispositivo móvil a través de un módulo bluetooth, para el control de cada uno de los patrones.
Programación en Compilador PIC C En este programa se trabajó con códigos binarios y hexadecimales para declarar cada una de las variables, utilizando un microcontrolador PIC 18F4550, agregando a nuestro programa los siguientes fuses: XT, NOWDT, NODEBUG, NOPROTECT, MCLR, NOVREGEN, USBDIV, PLL1, CPUDIV1, cada uno de ellos nos permitieron el manejo y protección del PIC. XT: cristal de 4Mhz, MCLR: significa que el pin 1 cumplirá la función de Master CLear, USBDIV: significa que el Clock del Usb se tomará del PLL/2. PLL1: significa que el PLL dividirá en número que se indique la frecuencia del cristal, si uso el cristal de 4 Mhz a 20MHZ no habrá falta dividir por lo que se usará PLL, CPUDIV1: el PLL decide la división en 2 de la frecuencia de salida del PLL de 96MHZ. NOVREGEN: no habilita el regulador de 3.3 volts que usa el módulo USB. Se utilizó un oscilador de cristal de 4Mhz, una pantalla LCD 16x4 utilizando solo 4 datos para las líneas de comunicación. Estas líneas se utilizaron para mostrar las secuencias de los leds, 16
Por otra parte, al agregar el modulo bluetooth se conectó al microcontrolador PIC en los pines 25 para la transmisión y 26 para la recepción
Programación en PIC C:
Datos de cada patrón para los arreglos
Datos de los leds que encienden en cada patrón
Interrupción, imprime en la línea 4 de la LCD el dato recibido
Declaración de los uertos
Imprime en pantalla
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Al recibir ‘1’ ejecuta “PATRON 1”
Al recibir ‘2’ ejecuta “PATRON 2”
Al recibir ‘3’ ejecuta “PATRON 3”
Al recibir ‘4’ ejecuta “PATRON 4”
Al recibir ‘5’ ejecuta “PATRON 5”
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Al recibir ‘6’ ejecuta “PATRON 6”
Al recibir ‘7’ ejecuta “PATRON 7”
Al recibir ‘8’ ejecuta “PATRON 8”
Al recibir ‘X’ ejecuta todos los patrones del “1 al 8”
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Simulación (proteus):
Con módulo bluetooth:
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Para el montaje en físico se requirió de la aplicación bluetooth pro, la cual nos permitió la conexión inalámbrica a través de un dispositivo móvil, que al presionar los números del 1 al 8 se ejecutaba la secuencia correspondiente y al presionar la letra X se ejecuta cada uno de los patrones.
Montaje en físico: Primera fase:
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Segunda fase:
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Conclusión Se puede decir, que se cumplió con los objetivos planteados, ya que se logró realizar el diseño de ocho patrones diferentes del encendido de ochos leds, programando en pic C compiler cada patrón, así como también se programó la pantalla lcd de 16x4 para que mostrara en la línea 1 el patrón que se estaba ejecutando, en la línea dos los respectivos leds que encendían y en las líneas tres y cuatro de maneja fija Proyecto 1 junto con nuestros nombres, cabe destacar que la secuencia a ejecutar se controlaba con el modulo bluetooth HC05 en conjunto con la aplicación Bluetooth pro, la cual permitió enviar números del uno hasta el ocho para que se mostrara el patrón correspondiente. De tal manera, se realizó la simulación en proteus para verificar el correcto funcionamiento, posteriormente se implementó en físico acoplando todo el sistema. Para finalizar, este proyecto ayudo a comprender como funcionan los microcontroladores, en específico el pic 18f4550, además de destacar la gran utilidad de estos microcontroladores ya que, son utilizados como el cerebro de sistemas controladores de máquinas, componentes de sistemas complejos, aplicaciones industriales de automatización y robótica, equipos médicos, sistemas aeroespaciales, e incluso dispositivos de la vida diaria como automóviles, hornos de microondas, teléfonos y televisores.
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Anexos
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Dmcdm
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Referencias http://www.geekfactory.mx/tutoriales/bluetooth-hc-05-y-hc-06-tutorial-deconfiguracion/ http://www.werwerf.net/docs/Tecnologia_LCD.pdf http://mtorrest.sitios.ing.uc.cl/downloads/pic/tutorial_pic.pdf http://users.salleurl.edu/~tl13960/tutorial_hi_tech.pdf http://www.fca.unl.edu.ar/informaticabasica/Redes.pdf http://openaccess.uoc.edu/webapps/o2/bitstream/10609/9164/1/dispositivos_movil es_y_multimedia.pdf
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