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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 309696 – MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA

GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO

309696 – MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES HÉCTOR URIEL VILLAMIL GONZÁLEZ (Director Nacional)

JAIRO LUIS GUTIERREZ TORRES Acreditador

CHIQUINQUIRÁ Enero de 2014

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2. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

La guía de componente práctico del curso de microprocesadores y microcontroladores en su versión 2009, 2011 y 2013 fue diseñada por el Ingeniero Héctor Uriel Villamil González, tutor de la UNAD. Revisado en estilo y contenidos por el Ingeniero Jairo Luis Gutiérrez Torres tutor de la UNAD. El Ingeniero Héctor Uriel Villamil es Ingeniero Electrónico y Especialista en Informática y Telemática y Especialista en Educación Superior a Distancia. Esta guía de componente práctico parte de la edición 2011 y 2013 con el planteamiento de tres prácticas de laboratorio fundamentales, las cuales contienen ejercicios propuestos relacionados con cada una de las unidades didácticas, microprocesadores, microcontroladores y sus aplicaciones, pero se estructura un nuevo contenido enfocado en lograr un aprendizaje en los conceptos básicos y fundamentales respecto a los microprocesadores, microcontroladores, sus principales familias y aplicaciones enmarcados en un aprendizaje efectivo y practico en la programación de microprocesadores y microcontroladores. Esta guía de prácticas de laboratorio ha sido desarrollada en el mes de Enero de 2014 por el Ingeniero y Especialista Héctor Uriel Villamil González. URIEL VILLAMIL, se ha desempeñado como tutor de la UNAD en el CEAD de CHIQUINQUIRA, desde el año 2007 y se desempeña actualmente como director nacional de curso. En esta versión de la guía de práctica de laboratorio el Ingeniero JAIRO LUIS GUTIÉRREZ TORRES, tutor de la cede nacional CEAD José Celestino Mutis, apoyó el proceso de revisión de estilo de esta guía de prácticas de laboratorio y dio aportes disciplinares, didácticos y pedagógicos en el proceso de acreditación de material desarrollado en el mes de ENERO de 2014.

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3. INDICE DE CONTENIDO

Pág. 5. CARACTERÍSTICAS GENERALES .................................................................... 9 Introducción ......................................................................................................... 9 Justificación ....................................................................................................... 11 Intencionalidades formativas ............................................................................. 11 Denominación de practicas................................................................................ 14 Número de horas ............................................................................................... 14 Porcentaje.......................................................................................................... 14 Curso Evaluado por proyecto ............................................................................ 14 Seguridad industrial ........................................................................................... 14 6. DESCRIPCIÓN DE PRÁCTICAS ...................................................................... 15 PRACTICA No. 01 – Programación de microprocesadores y microcontroladores con lenguaje ensamblador. ................................................................................... 16 Fundamentación Teórica ................................................................................... 18 Descripción de la práctica .................................................................................. 21 Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) ............................... 22 Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la práctica ..................................................................................................... 23 Seguridad Industrial ........................................................................................... 24 Metodología ....................................................................................................... 25 Sistema de Evaluación ...................................................................................... 31 Informe o productos a entregar.......................................................................... 31 Rúbrica de evaluación ....................................................................................... 32

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Retroalimentación .............................................................................................. 33 PRACTICA No. 02 – Programación básica de Microcontroladores Microchip PIC, Texas Instruments MSP430 y Motorola Freescale ................................................ 34 Fundamentación Teórica ................................................................................... 36 Descripción de la práctica .................................................................................. 38 Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) ............................... 40 Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la práctica ..................................................................................................... 40 Seguridad Industrial ........................................................................................... 41 Metodología ....................................................................................................... 41 Sistema de Evaluación ...................................................................................... 46 Informe o productos a entregar.......................................................................... 46 Rúbrica de evaluación ....................................................................................... 48 Retroalimentación .............................................................................................. 48 PRACTICA No. 03 – Programación avanzada de Microcontroladores Microchip PIC, Texas Instruments MSP430 y Motorola Freescale ........................................ 49 Fundamentación Teórica ................................................................................... 51 Descripción de la práctica .................................................................................. 53 Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) ............................... 54 Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la práctica ..................................................................................................... 54 Seguridad Industrial ........................................................................................... 55 Metodología ....................................................................................................... 55 Sistema de Evaluación ...................................................................................... 57 Informe o productos a entregar.......................................................................... 57 Rúbrica de evaluación ....................................................................................... 59

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Retroalimentación .............................................................................................. 59 7. FUENTES DOCUMENTALES ........................................................................... 60 DIRECCIONES DE SITIOS WEB ................................................................... 61

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4. LISTADO DE TABLAS

Tabla 1. Rúbrica de evaluación de la primera práctica de laboratorio. .................. 32 Tabla 2. Rúbrica de evaluación de la segunda práctica de laboratorio. ................ 48 Tabla 3. Rúbrica de evaluación de la tercera práctica de laboratorio. ................... 59

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4.1 LISTADO DE GRÁFICOS Y FIGURAS

Figura 1. Esquema general de conexiones y componentes Práctica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1. Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A. .......................................................... 28 Figura 2. Esquema general de conexiones y componentes Práctica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores. Ejercicio 1.2.2. Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A. .......................................................... 28 Figura 3. Esquema general de conexiones y componentes Práctica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores. Ejercicio 1.2.3. Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A. .......................................................... 29 Figura 4. Esquema general de conexiones y componentes Práctica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1. Propuesta con microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1. ........................................ 29 Figura 5. Esquema general de conexiones y componentes Práctica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores. Ejercicio 1.2.2. Propuesta con microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1. ........................................ 29 Figura 6. Esquema general de conexiones y componentes Práctica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores. Ejercicio 1.2.3. Propuesta con microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1. ........................................ 30 Figura 7. Esquema general de conexiones y componentes Práctica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1 y Ejercicio 1.2.2. Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430............................... 30 Figura 8. Esquema general de conexiones y componentes Práctica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores. Ejercicio 1.2.3. Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430....................................................... 30 Figura 9. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mínimo 2x16. Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A. ..................................................................................... 44 Figura 10. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control de un teclado matricial mínimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad. Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A. .................................. 44

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Figura 11. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mínimo 2x16. Propuesta con microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1.................................................................................... 45 Figura 12. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control de un teclado matricial mínimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad. Propuesta con microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1. ................ 45 Figura 13. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mínimo 2x16. Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430. ............................................................................................ 45 Figura 14. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control de un teclado matricial mínimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad. Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430............................... 46

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5. CARACTERÍSTICAS GENERALES Introducción

El desarrollo del componente práctico para un curso metodológico es esencial para un correcto aprendizaje de los conceptos, definiciones y técnicas, al igual que para un desarrollo de las habilidades y competencias básicas y especificas en el manejo, aplicación y posibles funciones que pueden ser implementadas con dispositivos programables como lo son los microprocesadores y microcontroladores. Esta guía de prácticas de laboratorio para el curso de Microprocesadores y Microcontroladores, presenta una serie de tres prácticas que corresponden a las tres unidades didácticas del curso, el desarrollo de cada una de las prácticas requiere realizar varios ejercicios vinculados a los temas tratados en los capítulos de cada unidad didáctica, están fundamentadas en el aprendizaje basado problemas y proyectos, de manera que complementan los conocimientos teóricos adquiridos y promueven el desarrollo de habilidades y competencias. La gran ventaja que presenta el componente práctico de este curso es la relativa accesibilidad a los componentes y facilidad en la implementación, programación y prueba de los circuitos. Lo que plantea poder desarrollar el componente práctico con la guía de un profesional en esta área de conocimiento e incluso de manera independiente y autónoma al tener los componentes para lograr la implementación, pero debe presentar y sustentar la totalidad de las prácticas junto con el respectivo informe al tutor encargado en cada centro para su correspondiente calificación. En cada centro donde se oferta el curso el estudiante debe solicitar información respecto a la programación y acompañamiento por parte de un tutor en el desarrollo de las prácticas de laboratorio del curso. El Tutor encargado en cada centro para el acompañamiento, apoyo y desarrollo del componente práctico una vez haya valorado la participación,

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implementación, sustentación e informe de los estudiantes a su cargo en las prácticas del curso, debe enviar al director nacional de curso un archivo Excel por medio del Foro de la red de curso, en el aplicativo OLDCONTENS al cual solo tienen acceso los tutores, antes de la fecha indicada en la agenda nacional para “Curso Metodológico de 3 créditos con 125 puntos asignados a laboratorio”. El reporte debe presentarse En formato de acta de calificaciones (ubicado en la página de calidad) junto con un cuadro Excel como soporte (ubicado para descarga en la red de curso OLDCONTENTS) con los datos necesarios y suficientes para reportar adecuadamente la calificación en el campus virtual, indicando Curso, Centro, Nombre del Tutor de práctica, Correo electrónico del Tutor de práctica, datos del estudiante con: código, grupo en campus virtual, nombres, apellidos, calificación de cada práctica, la calificación final, correo electrónico del estudiante, observaciones ó (realimentación).

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Justificación

El diseño de hardware y software electrónico exige del estudiante la interacción permanente con los dispositivos que le permitan realizar diversas tareas que comienzan con el planteamiento de la problemática, continúan con el diseño del algoritmo, los diagramas de flujo, la edición del programa, la depuración, simulación, implementación del circuito, implementación de programa, prueba de la solución y terminan con la implementación del prototipo. Todas estas tareas exigen un conocimiento previo y una guía que permita encaminar el conocimiento adecuadamente, por lo que la guía de práctica de laboratorio es un componente fundamental para el desarrollo del curso. El curso de Microprocesadores y Microcontroladores es un curso metodológico de tres (3) créditos académicos, por lo que el desarrollo del componente práctico además de ser obligatorio es parte fundamental e indispensable para el correcto entendimiento de los conceptos y principios básicos de la programación de estos dispositivos. La realización de la totalidad de los ejercicios aquí propuestos es OBLIGATORIA para los estudiantes del curso con lo que se garantiza el desarrollo de las competencias y habilidades necesarias para diseñar e implementar soluciones y proyectos con microprocesadores y microcontroladores.

Intencionalidades formativas

Propósitos • Integrar los conceptos y la teoria presentada en el curso en el desarrollo e implementación de soluciones y proyectos con Microprocesadores y Microcontroladores. • Lograr que los estudiantes puedan realizar prácticas acordes al contenido del curso en forma autónoma o con el apoyo y guía del tutor en cada centro.

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Objetivos • Aprender y desarrollar habilidades y conocimiento en el uso de lenguaje ensamblador en la programación de microprocesadores y microcontroladores de diferentes familias y fabricantes. • Desarrollar e implementar cada una de las practicas de laboratorio y sus correspondientes ejercicios. • Comprender la metodología que involucra el diseño e integración del algoritmo y circuito electrónico en proyectos con microprocesadores y microcontroladores. • Adquirir las habilidades y competencias básicas y específicas en el diseño, desarrollo e implementación de soluciones basadas en microprocesadores y microcontroladores. Metas • Diseñar los algoritmos necesarios realizacion de cada ejercicio.

para

la

• Aprender a utilizar el lenguaje ensamblador y de programación para cada dispositivo según su fabricante y familia. • Diseñar e implementar cada uno de los circuitos electrónicos en simulación y fisicamente, de manera que permitan la ejecucion adecuada de los programas. • Compilar, depurar y simular los programas de manera que cada ejercicio funcione adecuadamente. • Realizar cada una de las implementaciones e integracion de hardware y software para cada uno de los ejecicios.

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Competencias Al finalizar el desarrollo de las actividades en la presente guía de practica de laboratorio el estudiante: • Desarrollará la habilidad para programar los microprocesadores y microcontroladores utilizando lenguaje ensamblador y de programación acorde al dispositivo, fabricante y familia. • Deberá tener la habilidad de transferir los conocimientos teóricos planteados a situaciones prácticas. • Será capaz de establecer las entradas, salidas y requerimientos de hardware, que le permitan determinar el Microprocesador o Microcontrolador adecuado para la implementación. • Tendra la capacidad y habilidad para diseñar el algoritmo, editar el programa en lenguaje ensamblador, compilarlo, depurarlo y simular el comportamiento del sistema. • Desarrollará las habilidades para implementar el circuito del prototipo y grabar el programa diseñado para integrar el software y hardware, logrando un sistema funcional. • Estará en capacidad de diseñar una solucion basada en microprocesadores y microcontroladores.

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Denominación practicas

Práctica 1: Programación de microprocesadores y de microcontroladores con lenguaje ensamblador. Practica 2: Programación básica de Microcontroladores Microchip PIC, Texas Instruments MSP430 y/o Motorola Freescale. Practica 3: Programación avanzada de Microcontroladores Microchip PIC, Texas Instruments MSP430 y/o Motorola Freescale

Número de horas Porcentaje Curso Evaluado por proyecto Seguridad industrial

18 33,3% (125 / 375 puntos. Correspondientes al 75% de la calificación total del curso) y equivalente al 25% del total del curso SI_X_ NO__

Para la realización del componente práctico del curso no se requiere seguridad especial, se recomienda tener cuidado en el uso y manipulación de los circuitos integrados especialmente los microprocesadores y microcontroladores, puesto que son sensibles a las cargas electrostáticas que almacena el cuerpo humano, de igual forma se debe tener cuidado en la manipulación de los equipos de medida, tarjetas de desarrollo y equipo de cómputo pues varios ejercicios pueden interferir con el funcionamiento de los programas pudiendo bloquear el sistema, reiniciarlo y perder la información guardada en la memoria RAM.

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6. DESCRIPCIÓN DE PRÁCTICAS

Para desarrollar las prácticas de laboratorio y los diferentes ejercicios que incluye cada una de ellas, se utiliza software de simulación como parte importante del proceso de diseño, desarrollo e implementación. Se aconseja tener como herramienta básica un computador y destinar el tiempo y espacio exclusivo para el desarrollo del componente practico, en caso de no estar seguro de la instalación del software o implementación de los ejercicios, es recomendable e imprescindible la asesoría y guía de un tutor local de apoyo a componente práctico o estar pendiente de las ayudas y recursos dispuestos en el aula virtual, las utilidades de software que se recomiendan se listan en cada una de las prácticas. Los paquetes de software de simulación cuentan con amplio soporte documental en las mismas páginas de descarga, lo aconsejable es instalar los programas y tener un primer encuentro con los ejemplos y/o tutoriales que incorporan. En el campo de la tecnología y sobre todo en los programas de ingeniería la mayoría de paquetes especializados de software están diseñados y documentados en el idioma Ingles, por lo que se hace necesario recordar lo aprendido en los diferentes cursos de inglés en sus correspondientes programas o contar con un buen traductor y un buen diccionario. Conscientes de la necesidad de tener evidencias del proceso respecto a la participación y desempeño de la actividad practica guiada, se solicita a los estudiantes y al tutor encargado de la practica la necesidad de la utilización del formato IEEE (www.ieee.org/documents/trans_jour.docx), este formato es utilizado para la presentación de informes o “papers” que evidencian el cumplimiento de las prácticas, facilitan la valoración de las mismas y la realimentación individual y para el pequeño grupo de trabajo colaborativo. La presentación de informes de laboratorio tiene gran valor como herramienta pedagógica, porque es un medio para evidenciar la comprensión de lo aprendido y el seguimiento al trabajo práctico, individual y de grupo. Los informes de laboratorio sirven a estudiante para compartir experiencias y resultados, a tutores para facilitar la evaluación de conocimientos y competencias y a la escuela para hacer seguimiento en el cumplimiento del compromiso de desarrollar adecuadamente los componentes prácticos siguiendo los lineamientos propuestos desde la dirección de curso.

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PRACTICA No. 01 – Programación de microprocesadores y microcontroladores con lenguaje ensamblador.

Tipo de practica Presencial X Autodirigida Otra ¿Cuál Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la práctica

X Remota

X

12 del 75% (9% del Total del curso) 6 UNIDAD 1: Microprocesadores • Microprocesadores y microcomputadores. • Familias de microprocesadores. • Lenguajes de programación assembler en los microprocesadores. Aspectos básicos y de reconocimiento herramientas de hardware y software:

Intencionalidades formativas

de

UNIDAD 2: MICROCONTROLADORES • Introducción a los microcontroladores • Microcontroladores PIC de microchip • Microcontroladores Motorola Freescale , Texas, Basic Stamp y Arduino Propósito(s) • Diseñar la solucion a los problemas prácticos propuestos que buscan aclarar dudas conceptuales. • Integrar las soluciones con el diseño algoritmos, flujo gramas y código fuente lenguaje ensamblador para desarrollar habilidades y competencias en programación de microprocesadores microcontroladores.

de en las la y

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Objetivo(s) • Diseñar un algoritmo para generar el código fuente en lenguaje ensamblador y de ahí compilarlo, depurarlo, guardarlo, cargarlo y ejecutarlo utilizando para ello el simulador SIMUPROC, el compilador MASM o el intérprete DEBUGGER. • Diseñar e implementar los algoritmos correspondientes a los ejemplos del módulo de manejo de LEDs de encendido / apagado, control de encendido por botón y control de secuencias por botón, para generar el código fuente en lenguaje ensamblador y de ahí compilarlo, depurarlo, guardarlo, cargarlo y ejecutarlo utilizando para ello el IDE MPLAB para Microchip, CCS o IAR para Texas Instruments MSP430, WINIDE o CodeWarrior para Motorola Freescale. • Implementar y sustentar el desarrollo de la práctica ante el tutor encargado de laboratorio. • Presentar el informe de laboratorio en formato IEEE para su calificación y reporte al director nacional de curso en campus virtual.

Meta(s) • Diseñar los algoritmo y diagramas de flujo de cada uno de los ejercicios propuestos. • Construir cada uno de los programas en lenguaje ensamblador para el microprocesador y microcontrolador, compilarlos, depurarlos, simularlos y ejecutarlos utilizando los programas de software sugeridos.

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• Sustentar y entregar el informe de práctica de laboratorio en formato IEEE. Competencia(s) Al finalizar el desarrollo de los ejercicios propuestos en esta práctica el estudiante: • Conocerá la lógica y metodología del funcionamiento de las instrucciones en lenguaje ensamblador y su efecto en cada una de las unidades y registros del microprocesador y microcontrolador. • Deberá estar en capacidad de diseñar un algoritmo con su correspondiente diagrama de flujo y convertirlo a programa de código fuente utilizando lenguaje ensamblador. • Tendrá la capacidad de realizar la simulación e implementación básica de hardware y software de microprocesadores y microcontroladores. • Será capaz de utilizar compiladores y simuladores para diseñar adecuadamente cada solución basada en microprocesadores y microcontroladores.

Fundamentación Teórica Microprocesadores: Los microprocesadores están constituidos internamente por unidades funcionales que cumplen tareas específicas en cada una de las microoperaciones que implica la ejecución de una instrucción. Para comprender el funcionamiento de cada una de estas unidades funcionales, como son la Unidad Aritmética y Lógica (ALU), la Unidad de Control (UC) y la Matriz de Registros, se debe comenzar por la utilización del lenguaje de bajo nivel, en este caso lenguaje ensamblador.

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Una solución basada en microprocesador comienza con el establecimiento de las variables, constantes y diseño de un algoritmo que inicia con un pseudocódigo, con el cual se diseña un diagrama de flujo que sirve para establecer las relaciones entre variables, constantes y procesos en una lógica de funcionamiento coherente con el algoritmo. El diagrama de flujo es utilizado para editar el programa en código fuente utilizando lenguaje ensamblador, con el que se plasma cada una de las instrucciones. El programador o diseñador del software, debe incluir la documentación que guíe al evaluador en el desarrollo y función de las líneas de programa. El lenguaje ensamblador utiliza instrucciones simples, específicas para cada microprocesador o familia de microprocesadores y que en conjunto forman programas, los cuales son compilados y depurados con ayuda de programas especializados para cada familia de microprocesadores. Se utilizan intérpretes como DEBUGGER que se encuentra en las versión profesionales de sistemas operativos Microsoft, como XP, Vista, Seven u 8, se utilizan compiladores como MASM o TASM que son editores profesionales para microprocesadores compatibles x86 y se utilizan simuladores como SIMUPROG que permiten editar, compilar, depurar y simular el funcionamiento de un procesador hipotético. SIMUPROG facilita la comprensión y análisis del funcionamiento interno de un procesador, de sus unidades funcionales y del trabajo con instrucciones en lenguaje ensamblador. SIMUPROG tiene un valor agregado que facilita el desarrollo auto dirigido de la práctica de laboratorio porque además de ser un software libre, tiene documentación y ejemplos de fácil acceso en el aula del curso virtual o en internet que permite el desarrollo auto dirigido de los ejercicios propuestos y evita la perdida de información o de ejecución de programas por bloqueo del sistema causado por la prueba de software mal diseñado, que es muy común en los estudiantes que comienzan a explorar y aprender este lenguaje de programación. Cuando el algoritmo y/o programa están mal diseñados y causan un ciclo o bucle infinito, normalmente ejecutado en DEBUGGER, MASM o TASM se bloquearía el sistema y tendría que reiniciar el equipo perdiendo las demás aplicaciones e información que se tenía abierta y en ejecución, con el uso de SIMUPROG solo basta con ir al administrador de tareas y terminar el proceso de SIMUPROG y no se corre riesgo de pérdida de datos, perdida de la ejecución de otros programas o

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reinicio del equipo. NOTA: Los estudiantes que realizan la práctica auto dirigida, deben utilizar Simuproc como herramienta de trabajo inicial, deben apoyarse en el contenido del curso con el módulo, material complementario y video tutoriales. Los estudiantes que son apoyados por el Tutor en el Centro pueden seleccionar la herramienta más adecuada para la práctica (Simuproc, Debugger, MASM, TASM, etc) según criterio del Tutor de práctica en el Centro.

Microcontroladores: Los microcontroladores son dispositivos que integran en un mismo chip una CPU, memoria de programa, memoria de datos y dispositivos de entrada/salida (I/O). La programación básica de estos dispositivos al igual que en el microprocesador necesita lograr una comprensión total de su funcionamiento, se utilizan instrucciones y el lenguaje ensamblador para diseñar soluciones o proyectos basados en microcontroladores. Una solución basada en microcontroladores comienza con el establecimiento de las entradas y salidas, lo que permite tener las primeras pautas para la selección del dispositivo más adecuado. Las variables, constantes y diseño del algoritmo inician con un pseudocódigo, prosigue con el diagrama de flujo para continuar con la edición del programa utilizando el set de instrucciones del microcontrolador seleccionado, el programador debe documentar el código fuente para permitir un seguimiento y evaluación del programa diseñado. La simulación es parte importante en el proceso de diseño y desarrollo, por lo que es conveniente utilizar los entornos de desarrollo integrado suministrados por el fabricante como MPLAB IDE de Microchip, WINIDE de Motorola Freescale, CCS v5 o IAR para Texas Instruments. Los proyectos desarrollados con microcontroladores además del software requieren el diseño del hardware, es decir, requiere determinar todos los periféricos externos al microcontrolador y su conexión coherente para que el sistema en conjunto funcione adecuadamente. En esta fase el diseñador puede hacer uso de simuladores en versión DEMO o evaluación como MULTISIM o PROTEUS para hacer las pruebas preliminares de hardware y software. Se debe recurrir a los conocimientos adquiridos en cursos como física electrónica, electrónica básica, circuitos digitales o la orientación del Tutor de práctica de laboratorio, entre otras estrategias para realizar la implementación del circuito

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(hardware). Con la utilización de las herramientas y sistemas de desarrollo, se debe programar la memoria del microcontrolador para incorporar la acción del software sobre el hardware y obtener la funcionalidad requerida.

NOTA: Los estudiantes que realizan la práctica auto dirigida, deben utilizar los entornos de desarrollo integrado IDE, al igual que los simuladores, dejar los montajes como parte final después de tener una certeza del 100% que funciona el programa en simulación, solicitar la asesoría del Tutor en el Centro o de forma virtual, deben apoyarse en el contenido del curso con el módulo, material complementario y video tutoriales. Los estudiantes que son apoyados por el Tutor en el Centro pueden trabajar a la par tanto software como hardware y utilizar el IDE y herramientas de desarrollo más adecuado para la práctica (PICKit, LaunchPad MSP430, etc) según criterio del Tutor de práctica en el Centro.

Descripción de la práctica Practica 1.1: Programación de microprocesadores con assembler: Como práctica inicial respecto a la primera unidad que trata los microprocesadores, se plantea el desarrollo de ejercicios previos antes del desarrollo de la solución al problema planteado, utilizando lenguaje ensamblador el cual es fácilmente accesible desde cualquier computador con sistema operativo Microsoft Windows XP, Vista, Seven u 8, en las versiones Profesionales mediante consola, con el DEBUG, con compiladores como MASM o TASM o con simuladores como SIMUPROG, el objetivo es integrar los conocimientos adquiridos en el curso de ALGORITMOS para hallar una solución a una situación práctica que permita adquirir habilidades en la programación de bajo nivel en lenguaje ensamblador. El laboratorio debe estar compuesto de al menos un Ejercicio que cumpla con la totalidad de parámetros solicitados: • Diseñar un programa que represente la solución matemática a un problema, por ejemplo, hallar el área, el volumen, o encontrar la solución a un sistema de ecuaciones lineales, puede optar por sistemas básicos 2x2, 3x3 o un programa que halle la solución a un sistema nxn. El programa debe presentar una interfaz agradable al usuario, con opciones para ingreso de variables, operaciones, resultados, salida del programa etc, de manera que se pueda visualizar correctamente el proceso, procedimiento y resultado.

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Practica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores: Con el planteamiento teórico de los contenidos del curso, se comienza el trabajo práctico partiendo de conceptos fundamentales de programación y de electrónica aplicada para implementar practicas básicas, similares a los primeros desarrollos de programación de software con el programa “Hola mundo” (Hello world). En nuestro campo y caso se exploran las funciones básicas de configuración de pines como entrada / salida (I/O), programación lineal y semi-estructurada con manejo de bifurcaciones, ciclos y llamado a subrutinas, en uno o en los tres dispositivos más representativos de las familias Microchip PIC con el PIC16F84/PIC16F628A, Texas Instruments con los MSP430G (14 pines o 20 pines) y Motorola Freescale con el JK1/JL1/JK3. El laboratorio debe estar compuesto de al menos 3 Ejercicios básicos los cuales se encuentran explicados y parcialmente desarrollados en el módulo de curso: Ejercicio 1.2.1: Encendido y apagado de un LED con intermitencia de aproximadamente 1 segundo. Ejercicio 1.2.2: Encendido de un LED por acción sobre un pulsador. Ejercicio 1.2.3: Implementación de al menos 5 secuencias diferentes sobre ocho (8) LEDs controladas en selección por dos pulsadores, uno para seleccionar la secuencia siguiente y otro para seleccionar la secuencia anterior. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) Practica 1.1: Programación de microprocesadores con assembler: Computador PC compatible con el sistema operativo Windows o que pueda instalarse los paquetes de software necesarios para realizar la práctica. Practica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores: Computador PC compatible con el sistema operativo Windows o que pueda instalarse los paquetes de software necesarios para realizar la práctica. Los Equipos e instrumentos necesarios para la práctica y que son recomendables que el estudiante los tenga para su propio beneficio y desarrollo profesional son: • Equipos de cómputo con puerto paralelo o puerto compatible con el programador (serie o USB). • Fuente de poder regulada DC a 5 voltios. • Programador Universal o el programador para PICs gama media (PICKit 2,

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PICKit 3, u otro compatible) y/o Tarjeta de desarrollo LaunchPad MSP430 y/o Programador para Motorola Freescale HC08. Los materiales necesarios para la práctica y que son recomendables que el estudiante los tenga para su propio beneficio y desarrollo profesional son: • Microcontroladores PIC16F84A/PIC16F628A y/o Microcontroladores MSP430Gxxxx y/o Motorola Freescale 68HC908JK3oJK1oJL1. • Protoboard, Multímetro, punta lógica. • Resistencias, condensadores, cristal 4MHz, pulsadores, LEDs, según esquemas de circuito. • Pinzas, pelacables, cable AWG22 (similar al de UTP) en varios colores. Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la práctica Practica 1.1: Programación de microprocesadores con assembler: Se utiliza principalmente herramientas de Software, estas pueden ser: • Interprete DEBUGGER utilizado para desarrollar pequeñas aplicaciones con lenguaje ensamblador, se accede mediante ventana de comandos digitando “debug” + enter. Ver módulo de curso donde se establecen más indicaciones y ejemplos. • Simulador SIMUPROC, que posee un conjunto de instrucciones fijo de un microprocesador hipotético, esta herramienta es la más aconsejable para estudiantes que auto dirigen su práctica o no tiene la posibilidad inmediata de obtener el acompañamiento y asesoría de un Tutor de práctica. SimuProc14, simulador hipotético de un microprocesador x86: descarga documentación (https://sites.google.com/site/simuproc/), (https://sites.google.com/site/simuproc/SimuProc14Setup.zip?attredirects=0). • Compilador MASM, TASM entre otros los cuales son compatibles con versiones Windows 2000 o superior, para trabajar con este compilador es necesario la asesoría y acompañamiento del Tutor de práctica, porque estos paquetes de software interactúan directamente con el microprocesador y los procesos internos del sistema. MASM32 DSK versión descarga 11: documentación (http://www.masm32.com/),

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(http://www.masm32.com/masmdl.htm).

Practica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores: Se utiliza principalmente herramientas de Software libre o gratuito limitado o versiones DEMO estas pueden ser: • Compilador (MPLABIDE para PIC o WINIDE/CodeWarrior para Motorola Freescale o CCS v5/IAR para Texas Instruments MSP430) • Simuladores e IDE para Microcontroladores: o MPLAB IDE: MPLAB IDE X: http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE &nodeId=1406&dDocName=en019469 , MPLAB IDE otras versiones: http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE &nodeId=1406&dDocName=en023073 o PicDeveloment Studio: http://sourceforge.net/projects/picdev/files/picdev/PicDevelopmentStu dio-1.1.exe/download o CCS V5 E IAR: http://processors.wiki.ti.com/index.php/Download_CCS , http://processors.wiki.ti.com/index.php/IAR_Embedded_Workbench_f or_TI_MSP430 o CodeWarrior (Motorola-Freescale): http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code= CW-MICROCONTROLLERS&fr=gtl • Software de simulación electrónico y digital (PROTEUS o MULTISIM) o PROTEUS: http://www.labcenter.com/download/prodemo_download.cfm o MULTISIM: http://www.ni.com/academic/esa/multisimse.htm Seguridad Industrial Para la realización del componente práctico del curso no se requiere seguridad especial, se recomienda tener cuidado en el uso y manipulación de los equipos de cómputo pues los ejercicios pueden interferir con el funcionamiento de los programas pudiendo bloquear el sistema, reiniciarlo y perder la información guardada en la memoria RAM. Se recomienda tener cuidado en el uso y manipulación de los circuitos integrados especialmente los microprocesadores y microcontroladores, puesto que son sensibles a las cargas electrostáticas que

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almacena el cuerpo humano, de igual forma se debe tener cuidado en la manipulación de los equipos de medida, la fuente de poder y el circuito electrónico implementado. Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica: Los estudiantes deben haber realizado lectura juiciosa y analítica de los contenidos del curso y material bibliográfico sugerido, de manera que tenga los fundamentos teóricos y los conocimientos necesarios para diseñar y desarrollar algoritmos, diagramas de flujo y programas en lenguaje ensamblador, simulación del sistema microcontrolado, programación de la memoria del microcontrolador e implementación del circuito electrónico. Para la práctica con Microprocesadores previo al encuentro tutorial práctico el estudiante debe de forma autónoma, hacer lectura previa de la guía de práctica del curso y utilizar el simulador SIMUPROG junto con su documentación y los ejemplos suministrados en el aula de curso en el recurso “Herramientas y sistemas de desarrollo” y en el módulo, para realizar una exploración preliminar y comprender el funcionamiento de cada una de las instrucciones y su relación con cada una de las unidades funcionales dentro del microprocesador. Para la práctica con Microcontroladores previo al encuentro tutorial práctico el estudiante debe de forma autónoma, hacer lectura previa de la guía de práctica del curso y utilizar la documentación y los ejemplos suministrados en el aula de curso, en el recurso “Herramientas y sistemas de desarrollo” y módulo de curso, para realizar los ejercicios de programación básica, de manera que el estudiante comprenda el funcionamiento interno de las instrucciones del microcontrolador seleccionado. Forma de trabajo: El estudiante debe tener en lo posible las herramientas y documentación necesaria, para la realización de la práctica de forma auto dirigida, el material de consulta necesario se encuentra en el aula de cursos virtual, en datateca, en internet en la página de cada fabricante, las herramientas de software se encuentran dispuestas en su mayoría en el aula de curso mediante enlaces directos a los fabricantes y desarrolladores, mucho del hardware son herramientas necesarias en la labor profesional y en su mayoría de fácil y accesible consecución. Todo lo anterior es para que de forma individual realice cada uno de los ejercicios de manera auto dirigida o con el acompañamiento y guía del Tutor de práctica de laboratorio en cada centro. En caso de dudas el Tutor de práctica se encarga de

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guiar el proceso de instalación del software a utilizar y de dar las indicaciones generales de utilización del mismo para que el estudiante pueda compilar, depurar, simular y ejecutar el programa que debe diseñar. Procedimiento: Para la realización de los ejercicios, los estudiantes deben diseñar individualmente sus algoritmos hacer la compilación, depuración, simulación y/o ejecución del programa. Cada estudiante individualmente debe seguir el siguiente procedimiento:

Practica 1.1: Programación de microprocesadores con assembler: 1. Leer detenidamente el ejercicio o problema a resolver, para determinar las variables, constantes y proceso que debe realizar el programa. 2. Generar el pseudocódigo que relacione las variables y constantes con el proceso a implementar en la forma de una secuencia de pasos que describen la operación a realizar, los operandos sobre los que se realiza y las bifurcaciones que se requieren. 3. Editar el código fuente utilizando instrucciones del lenguaje ensamblador según el microprocesador utilizado y la documentación de soporte. La edición del código la puede hacer en el editor de texto del blog de notas y guardar el archivo como .ASM o en el editor que viene con el compilador o simulador. 4. Realizar la compilación, depuración y prueba o simulación del programa siguiendo las indicaciones del Tutor encargado de la práctica. 5. Realizar los ajustes y modificaciones que garanticen el correcto funcionamiento y cumplimiento de lo solicitado en cada ejercicio. 6. Sustentar el trabajo realizado de cada ejercicio al Tutor junto con el archivo fuente, ejecutable e informe correspondiente en formato IEEE. Practica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores: 1. Establecer las variables, constantes y entradas y/o salidas necesarias. 2. Establecer los elementos componentes principalmente el microcontrolador y los componentes o periféricos que estarán conectados al microcontrolador.

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3. Diseñar el esquema general de conexiones y su correspondiente circuito electrónico. 4. Establecer los registros y configuración de registros, que servirán de interfaz entre el programa de control y los puertos. 5. Diseñar el algoritmo y diagrama de flujo solución del problema planteado. 6. Generar el código fuente, producto del algoritmo diseñado. 7. Guardar el código fuente en .ASM o el archivo que solicite el fabricante del micro y su IDE. 8. Compilar, depurar y ejecutar el programa, hacer uso del simulador IDE u otro software de uso libre, evaluación o gratuito para realizar una simulación previa y garantizar el funcionamiento de la fase de diseño de software. 9. Guardar los cambios realizados. 10. Grabar el programa en la memoria del microcontrolador físico. 11. Realizar la implementación del montaje electrónico, siguiendo los esquemas generales y de conexión de circuito electrónico, propuestos en el paso (2), tomar las precauciones de establecer la correcta continuidad entre componentes, su distribución y montaje correcto en protoboard o tabla de prototipos. 12. Incorporar el microcontrolador en el montaje, probar su conexión antes de energizar. 13. Energizar y probar el funcionamiento del programa, si hay fallas o correcciones regresar al paso 3 para reevaluar el algoritmo proseguir con los pasos siguientes hasta obtener la solución al problema planteado. Ejercicios a desarrollar en la Practica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores: Ejercicio 1.2.1: Encendido y apagado de un LED con intermitencia de aproximadamente 1 segundo. Ejercicio 1.2.2: Encendido de un LED por acción sobre un pulsador. Ejercicio 1.2.3: Implementación de al menos 5 secuencias diferentes sobre ocho (8) LEDs controladas en selección por dos pulsadores, uno para seleccionar la secuencia siguiente y otro para seleccionar la secuencia anterior.

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Esquemas generales de conexión propuesta para realizar los ejercicios de la Practica 1.2: Primeros pasos con la programación de Microcontroladores Figura 1. Esquema general de conexiones y componentes Práctica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1. Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A.

Figura 2. Esquema general de conexiones y componentes Práctica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores. Ejercicio 1.2.2. Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A.

En la Figura se aprecia pulsador con circuito eliminador de rebote y resistencias en caso de no utilizar las resistencias “pull-ups” de los puertos I/O del microcontrolador.

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 309696 – MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES Figura 3. Esquema general de conexiones y componentes Práctica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores. Ejercicio 1.2.3. Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A.

Figura 4. Esquema general de conexiones y componentes Práctica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1. Propuesta con microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1.

Figura 5. Esquema general de conexiones y componentes Práctica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores. Ejercicio 1.2.2. Propuesta con microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1.

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Figura 7. Esquema general de conexiones y componentes Práctica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1 y Ejercicio 1.2.2. Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430.

Figura 8. Esquema general de conexiones y componentes Práctica 1.2: Primeros pasos con la programación de microcontroladores. Ejercicio 1.2.3. Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430.

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Sistema de Evaluación El tutor encargado del acompañamiento y calificación del componente práctico, evaluara individualmente a cada estudiante teniendo en cuenta el desempeño en la práctica y la rúbrica de evaluación. La calificación de la práctica se realizará en escala de 0.0 a 45.0, siendo esta última la valoración más alta y que se sumara con las otras dos prácticas para obtener una calificación final que será la que se reporte en el aula de curso entre 0 y 125 puntos. Informe o productos a entregar Es necesario presentar un informe que evidencie el proceso de realización de la práctica. El informe de laboratorio debe presentarse en formato IEEE (www.ieee.org/documents/trans_jour.docx), entre otros aspectos incluidos en el formato IEEE, debe contener: • Resumen en español, Abstract, Palabras Clave (Index Terms) • Introducción, relacionada con la práctica realizada y los aspectos relevantes tratados en el informe presentado. • Objetivos, relacionar los objetivos general y específicos en relación a la realización de la práctica. • Metodología, Presenta los aspectos metodológicos y procedimentales realizados en el ejercicio práctico, desde la lectura de la guía de laboratorio hasta la implementación satisfactoria y funcional de los ejercicios propuestos. • Algoritmos (Pseudocódigo, diagrama de flujo), Síntesis del procedimiento. • Implementación, Evidencias de la implementación (pantallazos, imágenes, fotografías, etc), del proceso de diseño de software con la edición, compilación, depuración y simulación, junto con el proceso de diseño de hardware con la implementación del circuito (simulado, aunque preferible y necesariamente físico) y su correspondiente funcionamiento. • Análisis de resultados, se analizan los resultados obtenidos en la experiencia de laboratorio, desde el diseño del algoritmo hasta el funcionamiento interno del micro y su relación funcional con los periféricos. • Conclusiones y Recomendaciones, después de establecer un análisis de

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los resultados obtenidos y de un ejercicio individual y grupal de reflexión sobre la práctica realizada, se debe plasmar las conclusiones y recomendaciones, como producto intelectual del ejercicio teórico – práctico. • Referencias, el trabajo realizado en la práctica, debe contar con soportes teóricos o prácticos de tipo documental físico o electrónico, que el estudiante debió consultar desde la preparación de la práctica con la lectura de la guía hasta la terminación de la misma y la realización del informe, estas fuentes se constituyen en la referencia documental del informe, la cual debe seguir el formato IEEE. • Código fuente documentado (comentarios del programador) y programa ejecutable, como archivos anexos al informe IEEE.

Rúbrica de evaluación Tabla 1. Rúbrica de evaluación de la primera práctica de laboratorio. Ítem Evaluado Asistencia y participación en la Práctica

Desempeño individual del estudiante en la práctica.

Informe Final de la práctica.

TOTAL

Valoración Baja

Valoración Media

Valoración Alta

Máximo Puntaje

El estudiante no asistió o no participo en las prácticas de laboratorio. (Puntos= 0)

El estudiante asistió a las prácticas pero no participó activamente en el desarrollo de los ejercicios. (Puntos= 5)

El estudiante asiste y participa de manera activa en el desarrollo de la práctica de laboratorio. (Puntos= 10)

10

El estudiante no dio solución a los problemas planteados, no realizó el algoritmo y no presenta ninguno de los programas e implementaciones requeridos. (Puntos= 0)

El estudiante dio solución a los ejercicios planteados, presentó los programas pero presentan errores de compilación o ejecución. (Puntos= 10)

El estudiante realizó la totalidad de los ejercicios solicitados y presento los programas sin errores de compilación ni ejecución, presenta los archivos ejecutables y las implementaciones solicitadas. (Puntos= 20)

20

El estudiante no presenta informe final de la práctica de laboratorio en formato IEEE. (Puntos= 0)

El estudiante presenta informe de laboratorio en formato IEEE, pero no incluye todos los productos a entregar (Puntos= 7)

El estudiante entrega el informe de laboratorio en formato IEEE con todos los productos solicitados. (Puntos= 15)

15

45

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Retroalimentación La retroalimentación de la práctica individual de laboratorio la realiza el Tutor encargado en cada centro, la cual será publicada por el Tutor virtual previo reporte de la misma antes de la fecha de finalización, publicada en la agenda de curso. La calificación y realimentación será publicada en el aula de curso dentro de los ocho (8) días siguientes a la realización del reporte por parte del Tutor encargado de las prácticas en el centro.

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PRACTICA No. 02 – Programación básica de Microcontroladores Microchip PIC, Texas Instruments MSP430 y Motorola Freescale Tipo de practica Presencial Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la práctica

X Autodirigida

X Remota

X

12 del 75% (9% del Total del curso) 6 UNIDAD 2: MICROCONTROLADORES • Introducción a los microcontroladores • Microcontroladores PIC de microchip • Microcontroladores Motorola Freescale , Texas, Basic Stamp y Arduino. Aspectos básicos y de reconocimiento herramientas de hardware y software:

Intencionalidades formativas

de

UNIDAD 3 PROGRAMACION Y DESARROLLO DE PROYECTOS CON MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES • Diseño y desarrollo de proyectos con microcontroladores y microprocesadores • Programación básica • Programación avanzada Propósitos • Diseñar la solucion a los problemas prácticos propuestos que buscan aclarar dudas conceptuales. • Integrar las soluciones con el diseño algoritmos, flujo gramas y código fuente lenguaje ensamblador para desarrollar habilidades y competencias en programación de microcontroladores.

de en las la

• Implementar las simulaciones y realizar los montajes electrónicos que permitan profundizar en el aprendizaje de la

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programación, simulación, implementación y ejecución de programas de control basados en Microcontroladores. Objetivos • Diseñar un algoritmo para generar el código fuente en lenguaje ensamblador y de ahí compilarlo, depurarlo, guardarlo, cargarlo y ejecutarlo utilizando para ello el Entorno de Desarrollo Integrado MPLAB-IDE o WINIDE o CCS v5 o IAR o CodeWarrior o WinIDE, dependiendo del microcontrolador seleccionado. • Implementar y demostrar a través de circuitos funcionales las capacidades básicas de los Microcontroladores, desarrollando una solución acertada a los problemas planteados • Sustentar el desarrollo de la práctica ante el Tutor encargado de laboratorio. • Presentar el informe de laboratorio en formato IEEE para su calificación y reporte al director nacional de curso en campus virtual. Metas • Diseñar los algoritmo y diagramas de flujo de cada uno de los ejercicios propuestos. • Construir cada uno de los programas en lenguaje ensamblador para el microcontrolador, compilarlos, depurarlos, simularlos y ejecutarlos utilizando los programas de software sugeridos. • Implemetar los circuitos tanto en simulador como en físcico para integrar el hardware y el software demostrando su funcionalidad total. • Sustentar y entregar el informe de práctica de

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laboratorio en formto IEEE. Competencias Al finalizar el desarrollo de los ejercicios propuestos en esta práctica el estudiante: • Conocerá la lógica y metodología del funcionamiento de las instrucciones en lenguaje ensamblador y su efecto en cada una de las unidades y registros del microcontrolador. • Deberá estar en capacidad de diseñar un algoritmo con su correspondiente diagrama de flujo y convertirlo a programa de código fuente utilizando lenguaje ensamblador. • Será capaz de utilizar compiladores, IDE y simuladores para diseñar adecuadamente cada solución basada en microcontroladores. • Estará en capacidad de implementar el circuito electrónico e integrar el software y el hardware logrando un sistema funcional basado en microcontroladores.

Fundamentación Teórica Los microcontroladores son dispositivos que integran en un mismo chip una CPU, memoria de programa, memoria de datos y dispositivos de entrada/salida. La programación básica de estos dispositivos al igual que en el microprocesador necesita lograr una comprensión total de su funcionamiento, se utilizan instrucciones y el lenguaje ensamblador para diseñar soluciones o proyectos basados en microcontroladores. Se tiene como prioridad en el curso el aprendizaje del lenguaje ensamblador, por ser una técnica de aprendizaje del funcionamiento de cada una de las unidades o módulos que integran el microcontrolador y sus periféricos, el lenguaje ensamblador permite al estudiante de Ingeniería o Tecnología en el área de

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Electrónica, Telecomunicaciones y Sistemas, realizar verdaderos sistemas operativos para microprocesadores y microcontroladores, el objetivo es adquirir la suficiencia en el manejo, manipulación y control del lenguaje ensamblador como herramienta que explota al máximo el potencial de cada microcontrolador. Los lenguajes de más alto nivel generalmente basados en C, se dejan como alternativa a la programación en futuras prácticas con módulos microcontrolados como lenguaje de programación secundario, puesto que estos se utilizan cuando el estudiante no requiere conocimiento avanzado en el funcionamiento del microcontrolador o electrónica digital, que para el caso no aplicaría para este curso. Una solución basada en microcontroladores comienza con el establecimiento de las entradas y salidas, lo que permite tener las primeras pautas para la selección del dispositivo y periféricos más adecuados. Las variables, constantes y diseño del algoritmo inician con un pseudocódigo, prosigue con el diagrama de flujo para continuar con la edición del programa utilizando el set de instrucciones del microcontrolador seleccionado, el programador debe documentar el código fuente para permitir un seguimiento y evaluación del programa diseñado. La simulación es parte importante en el proceso de diseño y desarrollo, por lo que es conveniente utilizar los entornos de desarrollo integrado (IDE) suministrados por el fabricante Microchip PIC, Motorola Freescale JK1/JK3/JL1 y Texas Instruments MSP430. Los proyectos desarrollados con microcontroladores además de la solución de software requieren el diseño de la solución de hardware, es decir, requiere determinar todos los periféricos externos al microcontrolador y su conexión coherente, integrarlo en una solución de hardware y software para que el sistema en conjunto funcione adecuadamente. En esta fase el diseñador puede hacer uso de simuladores dentro de los mismos IDE del fabricante o en versiones demo o evaluación como MULTISIM o PROTEUS para hacer las pruebas preliminares de hardware y software. Se debe recurrir a los conocimientos adquiridos en cursos como física electrónica, electrónica básica, circuitos digitales o la orientación del Tutor de práctica de laboratorio, entre otras estrategias para realizar la implementación del circuito (hardware). Con la utilización de las herramientas y sistemas de desarrollo se debe programar la memoria del microcontrolador para incorporar la acción del software sobre el hardware y obtener la funcionalidad requerida. NOTA: Los estudiantes que realizan la práctica auto dirigida, deben utilizar los entornos de desarrollo integrado IDE, al igual que los simuladores, dejar los montajes como parte final después de tener una certeza del 100% que funciona el

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programa en simulación, solicitar la asesoría del Tutor en un centro o de forma virtual, deben apoyarse en el contenido del curso con el módulo, material complementario y video tutoriales. Los estudiantes que son apoyados por el Tutor en el Centro pueden trabajar a la par tanto software como hardware y utilizar el IDE y herramientas de desarrollo más adecuado para la práctica (PICKit, LaunchPad MSP430, etc) según criterio del Tutor de práctica en el Centro. Descripción de la práctica Con el planteamiento teórico expuesto en la Unidad 1 “Microprocesadores”, Unidad 2 “Microcontroladores” y sus correspondientes capítulos y lecciones, se comienza el trabajo práctico partiendo de conceptos fundamentales de programación y de electrónica aplicada para implementar practicas esenciales que exploran las funciones básicas de configuración de pines como I/O (entrada / salida), utilización de macros, utilización de Timers, interrupciones y demás módulos internos al micro, implementando una programación lineal y semiestructurada con manejo de bifurcaciones, ciclos y llamado a subrutinas, servicios a interrupción, generación de tablas, administración de la PILA y vectores de interrupción, en uno o en los tres dispositivos más representativos de las familias Microchip PIC con el PIC16F84, Texas Instruments con los MSP430G (14 pines o 20 pines) y Motorola Freescale con el JK1/JL1/JK3. El laboratorio debe estar compuesto de 2 Ejercicios básicos los cuales se encuentran parcialmente explicados y desarrollados en el módulo de curso: Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mínimo 2x16, se debe presentar un programa que despliegue los siguientes mensajes controlados por la acción de un pulsador. Evento 1: Mensaje por defecto - Línea 1: mensaje “Microprocesadores y Microcontroladores” en desplazamiento a la izquierda o derecha, terminar con el mensaje “309696-Mp&Mc” centrado. Línea 2: mensaje colocando el semestre y año actual, ejemplo, “I semestre 2014” centrado. Evento 2: Mensaje al oprimir el pulsador - Línea 1: mensaje “Integrantes:” centrado. Línea 2: mensaje con el primer nombre y primer apellido de los integrantes del grupo en desplazamiento a la izquierda o derecha. Evento 3: Mensaje al oprimir el pulsador – Línea 1: mensaje “CEAD”. Línea 2: mensaje con el nombre del CEAD. Ejercicio 1.2.2: Control de un teclado matricial mínimo 4x3 (comercialmente como teclado telefónico) o 4x4 y control de acceso por clave de seguridad de cuatro (4)

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dígitos, ver apartado de acciones que debe ejecutarse en la práctica, el teclado en el caso del 4x3 debe contener: • Los diez (10) dígitos (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9). • Una tecla “#” (en teclados comerciales) se tomara como acción de ingreso de clave para ser evaluada por el sistema microcontrolado. • Una tecla “*” (en teclados comerciales) se tomara como acción de borrado de clave y regreso a estado inicial, para recibir un nuevo intento de clave. Los indicadores que deben tenerse son del tipo LED, solo uno de ellos debe encender a la vez y su función se describe como: • LED Amarillo o Azul, indica que el sistema y teclado está listo para recibir una nueva clave. • LED Verde, indica que el usuario a digitado una clave correcta. • LED Rojo, indica que el usuario a digitado una clave incorrecta. Las acciones que debe cumplir la práctica son: • Grabar una clave de 4 dígitos en la memoria no volátil del micro o EEPROM, para el ejercicio la clave debe ser semestre/año, por ejemplo para el primer semestre de 2014 seria (0114). • La digitación correcta de la clave de debe incurrir en el encendido de un LED Verde, conectado a un pin del puerto. • La digitación incorrecta de la clave, debe incurrir en el encendido de un LED Rojo conectado a un pin del puerto. • Un LED Amarillo o Azul debe indicar que el sistema está listo para recibir una nueva clave. • Los LED deben estar apagados al inicio del programa como condición inicial, en el momento de estar listo para recibir datos por el teclado debe encender el LED Amarillo o Azul. • Al oprimir la tecla “#” debe aceptar la clave digitada y realizar la comparación con la clave interna grabada y de ahí tomar una decisión con la acción correspondiente sobre el LED. • Al oprimir la tecla “*” debe permitir el ingreso de una nueva clave, apagando

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los LED Verde o LED Rojo y encendiendo nuevamente el LED Amarillo o Azul autorizando un nuevo intento de ingreso. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) Computador PC compatible con el sistema operativo Windows o que pueda instalarse los paquetes de software necesarios para realizar la práctica. Los Equipos e instrumentos necesarios para la práctica y que son recomendables que el estudiante los tenga para su propio beneficio y desarrollo profesional son: • Equipos de cómputo con puerto paralelo o puerto compatible con el programador (serie o USB). • Fuente de poder regulada DC a 5 voltios. • Programador Universal o el programador para PICs gama media (PICKit 2, PICKit 3, u otro compatible) y/o Tarjeta de desarrollo LaunchPad MSP430 y/o Programador para Motorola Freescale HC08. Los materiales necesarios para la práctica y que son recomendables que el estudiante los tenga para su propio beneficio y desarrollo profesional son: • Microcontroladores PIC16F84A/PIC16F628A y/o Microcontroladores MSP430Gxxxx y/o Motorola Freescale 68HC908JK3oJK1oJL1. • Protoboard, Multímetro, punta lógica. • Resistencias, condensadores, cristal 4MHz, pulsadores, LEDs, teclado matricial (3x4 o 4x4), display LCD, según esquemas de circuito. • Pinzas, pelacables, cable AWG22 (similar al de UTP) en varios colores. Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la práctica Se utiliza principalmente herramientas de Software libre o gratuito limitado o versiones DEMO estas pueden ser: • Compilador (MPLABIDE para PIC o WINIDE/CodeWarrior para Motorola Freescale o CCS v5/IAR para Texas Instruments MSP430) • Simuladores e IDE para Microcontroladores: o MPLAB IDE: MPLAB IDE X:

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http://www.microchip.com/pagehandler/en-us/family/mplabx/ , MPLAB IDE otras versiones: http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE &nodeId=1406&dDocName=en023073 o PicDeveloment Studio: http://sourceforge.net/projects/picdev/files/picdev/PicDevelopmentStu dio-1.1.exe/download o CCS V5 E IAR: http://processors.wiki.ti.com/index.php/Download_CCS , http://processors.wiki.ti.com/index.php/IAR_Embedded_Workbench_f or_TI_MSP430 o CodeWarrior (Motorola-Freescale): http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code= CW-MICROCONTROLLERS&fr=gtl • Software de simulación electrónico y digital (PROTEUS o MULTISIM) o PROTEUS: http://www.labcenter.com/download/prodemo_download.cfm o MULTISIM: http://www.ni.com/academic/esa/multisimse.htm Seguridad Industrial Para la realización del componente práctico del curso no se requiere seguridad especial, se recomienda tener cuidado en el uso y manipulación de los equipos de cómputo pues los ejercicios pueden interferir con el funcionamiento de los programas pudiendo bloquear el sistema, reiniciarlo y perder la información guardada en la memoria RAM. Se recomienda tener cuidado en el uso y manipulación de los circuitos integrados especialmente los microcontroladores, puesto que son sensibles a las cargas electrostáticas que almacena el cuerpo humano, de igual forma se debe tener cuidado en la manipulación de los equipos de medida, la fuente de poder y el circuito electrónico implementado. Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica: Los estudiantes deben haber realizado lectura juiciosa y analítica de los contenidos del curso y material bibliográfico sugerido, de manera que tenga los fundamentos teóricos y los conocimientos necesarios para diseñar y desarrollar algoritmos, diagramas de flujo y programas en lenguaje ensamblador, simulación del sistema microcontrolado, programación de la memoria del microcontrolador e implementación del circuito electrónico. Para la práctica con Microcontroladores, previo al encuentro tutorial práctico el estudiante debe de forma autónoma, hacer lectura previa de la guía de práctica

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del curso y utilizar la documentación y los ejemplos suministrados en el aula de curso, en el recurso “Herramientas y sistemas de desarrollo” y módulo de curso, para realizar los ejercicios de programación básica, de manera que el estudiante comprenda el funcionamiento interno de las instrucciones del microcontrolador seleccionado. Forma de trabajo: El estudiante debe tener en lo posible las herramientas y documentación necesaria, para la realización de la práctica de forma auto dirigida, el material de consulta necesario se encuentra en el aula de cursos virtual, en datateca, en internet en la página de cada fabricante, las herramientas de software se encuentran dispuestas en su mayoría en el aula de curso mediante enlaces directos a los fabricantes y desarrolladores, mucho del hardware son herramientas necesarias en la labor profesional y en su mayoría de fácil y accesible consecución. Todo lo anterior es para que de forma individual realice cada uno de los ejercicios de manera auto dirigida o con el acompañamiento y guía del Tutor de práctica de laboratorio en cada centro. En caso de dudas el Tutor de práctica se encarga de guiar el proceso de instalación del software a utilizar y de dar las indicaciones generales de utilización del mismo para que el estudiante pueda compilar, depurar, simular y ejecutar el programa que debe diseñar. Procedimiento: Para la realización de los ejercicios, los estudiantes deben diseñar individualmente sus algoritmos hacer la compilación, depuración y ejecución del programa. Cada estudiante individualmente debe seguir el siguiente procedimiento: Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mínimo 2x16 y Ejercicio 1.2.2: Control de un teclado matricial mínimo 4x3 1. Establecer las variables, constantes y entradas y/o salidas necesarias. 2. Establecer los elementos componentes principalmente el microcontrolador y los componentes o periféricos que estarán conectados al microcontrolador. 3. Diseñar el esquema general de conexiones y su correspondiente circuito electrónico. 4. Establecer los registros y configuración de registros, que servirán de interfaz entre el programa de control y los puertos. 5. Diseñar el algoritmo y diagrama de flujo solución del problema planteado. 6. Generar el código fuente, producto del algoritmo diseñado.

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7. Guardar el código fuente en .ASM o el archivo que solicite el fabricante del micro y su IDE. 8. Compilar, depurar y ejecutar el programa, hacer uso del simulador IDE u otro software de uso libre, evaluación o gratuito para realizar una simulación previa y garantizar el funcionamiento de la fase de diseño de software. 9. Guardar los cambios realizados. 10. Grabar el programa en la memoria del microcontrolador físico. 11. Realizar la implementación del montaje electrónico, siguiendo los esquemas generales y de conexión de circuito electrónico, propuestos en el paso (3), tomar las precauciones de establecer la correcta continuidad entre componentes, su distribución y montaje correcto en protoboard o tabla de prototipos. 12. Incorporar el microcontrolador en el montaje, probar su conexión antes de energizar. 13. Energizar y probar el funcionamiento del programa, si hay fallas o correcciones regresar al paso 4 y 5 para reevaluar el algoritmo proseguir con los pasos siguientes hasta obtener la solución al problema planteado. En los siguientes apartados se encuentra esquemas de conexión general, como guía para los estudiantes que realizan práctica auto dirigida o para los estudiantes en general que realizan la práctica con la guía del Tutor de práctica en el Centro. Teniendo en cuenta la disponibilidad del chip microcontrolador, junto con su sistema de desarrollo, incluyendo el programador, es posible realizar uno o los tres montajes propuestos con los dispositivos relacionados.

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Figura 9. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mínimo 2x16. Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A.

Figura 10. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control de un teclado matricial mínimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad. Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A.

Las resistencias en los puertos como salida pueden sustituirse por “pull-ups” internos.

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 309696 – MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES Figura 11. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mínimo 2x16. Propuesta con microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1.

Figura 12. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control de un teclado matricial mínimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad. Propuesta con microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1.

Figura 13. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mínimo 2x16. Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430.

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 309696 – MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES Figura 14. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control de un teclado matricial mínimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad. Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430.

Sistema de Evaluación El tutor encargado del acompañamiento y calificación del componente práctico, evaluara individualmente a cada estudiante teniendo en cuenta el desempeño en la práctica y la rúbrica de evaluación. La calificación de la práctica se realizará en escala de 0.0 a 45.0 siendo esta última la valoración más alta y que se sumara con las otras dos prácticas para obtener una calificación final que será la que se reporte en el aula de curso entre 0 y 125 puntos. Informe o productos a entregar Es necesario presentar un informe que evidencie el proceso de realización de la práctica. El informe de laboratorio debe presentarse en formato IEEE (www.ieee.org/documents/trans_jour.docx), entre otros aspectos incluidos en el formato IEEE, debe contener: • Resumen en español, Abstract, Palabras Clave (Index Terms) • Introducción, relacionada con la práctica realizada y los aspectos relevantes tratados en el informe presentado.

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• Objetivos, relacionar los objetivos general y específicos en relación a la realización de la práctica. • Metodología, Presenta los aspectos metodológicos y procedimentales realizados en el ejercicio práctico, desde la lectura de la guía de laboratorio hasta la implementación satisfactoria y funcional de los ejercicios propuestos. • Algoritmos (Pseudocódigo, diagrama de flujo), Síntesis del procedimiento. • Implementación, Evidencias de la implementación (pantallazos, imágenes, fotografías, etc), del proceso de diseño de software con la edición, compilación, depuración y simulación, junto con el proceso de diseño de hardware con la implementación del circuito (simulado, aunque preferible y necesariamente físico) y su correspondiente funcionamiento. • Análisis de resultados, se analizan los resultados obtenidos en la experiencia de laboratorio, desde el diseño del algoritmo hasta el funcionamiento interno del micro y su relación funcional con los periféricos. • Conclusiones y Recomendaciones, después de establecer un análisis de los resultados obtenidos y de un ejercicio individual y grupal de reflexión sobre la práctica realizada, se debe plasmar las conclusiones y recomendaciones, como producto intelectual del ejercicio teórico – práctico. • Referencias, el trabajo realizado en la práctica, debe contar con soportes teóricos o prácticos de tipo documental físico o electrónico, que el estudiante debió consultar desde la preparación de la práctica con la lectura de la guía hasta la terminación de la misma y la realización del informe, estas fuentes se constituyen en la referencia documental del informe, la cual debe seguir el formato IEEE. • Código fuente documentado (comentarios del programador) y programa ejecutable, como archivos anexos al informe IEEE.

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Rúbrica de evaluación Tabla 2. Rúbrica de evaluación de la segunda práctica de laboratorio. Ítem Evaluado Asistencia y participación en la Práctica

Desempeño individual del estudiante en la práctica.

Informe Final de la práctica.

Valoración Baja

Valoración Media

Valoración Alta

Máximo Puntaje

El estudiante no asistió o no participo en las prácticas de laboratorio. (Puntos= 0)

El estudiante asistió a las prácticas pero no participó activamente en el desarrollo de los ejercicios. (Puntos= 5)

El estudiante asiste y participa de manera activa en el desarrollo de la práctica de laboratorio. (Puntos= 10)

10

El estudiante no dio solución a los problemas planteados, no realizó el algoritmo y no presenta ninguno de los programas e implementaciones requeridos. (Puntos= 0)

El estudiante dio solución a los ejercicios planteados, presentó los programas pero presentan errores de compilación o ejecución. (Puntos= 10)

El estudiante realizó la totalidad de los ejercicios solicitados y presento los programas sin errores de compilación ni ejecución, presenta los archivos ejecutables y las implementaciones solicitadas. (Puntos= 20)

20

El estudiante no presenta informe final de la práctica de laboratorio en formato IEEE. (Puntos= 0)

El estudiante presenta informe de laboratorio en formato IEEE, pero no incluye todos los productos a entregar (Puntos= 7)

El estudiante entrega el informe de laboratorio en formato IEEE con todos los productos solicitados. (Puntos= 15)

TOTAL

15

45

Retroalimentación La retroalimentación de la práctica individual de laboratorio la realiza el Tutor encargado en cada centro, la cual será publicada por el Tutor virtual previo reporte de la misma antes de la fecha de finalización, publicada en la agenda de curso. La calificación y realimentación será publicada en el aula de curso dentro de los ocho (8) días siguientes a la realización del reporte por parte del Tutor encargado de las prácticas en el centro.

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PRACTICA No. 03 – Programación avanzada de Microcontroladores Microchip PIC, Texas Instruments MSP430 y Motorola Freescale Tipo de practica Presencial Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la práctica

Intencionalidades formativas

X Autodirigida

X Remota

X

9,3 del 75% (7% del Total del curso) 6 UNIDAD 3 PROGRAMACION Y DESARROLLO DE PROYECTOS CON MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES • Diseño y desarrollo de proyectos con microcontroladores y microprocesadores • Programación básica • Programación avanzada Propósitos • Diseñar la solucion a los problemas prácticos propuestos que buscan aclarar dudas conceptuales. • Integrar las soluciones con el diseño algoritmos, flujo gramas y código fuente lenguaje ensamblador para desarrollar habilidades y competencias en programación avanzada microcontroladores y microcontroladores.

de en las la de

• Implementar circuitos electrónicos basados en Microcontroladores o microprocesadores con capacidad

de

interacción

con

otros

componentes que permiten ampliar la gama de aplicaciones y soluciones que puede brindar

estos

profesional.

dispositivos

en

la

vida

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Objetivos • Diseñar el algoritmo, generar el código fuente en lenguaje ensamblador, compilarlo, depurarlo, guardarlo, cargarlo, ejecutarlo y simularlo, utilizando para ello el Entorno de Desarrollo Integrado MPLAB-IDE o WINIDE o CodeWarrior o CCS v5 / IAR según el microcontrolador utilizado. • Implementar y ser capaz de configurar un Microcontrolador para controlar dispositivos externos formando esquemas de control más complejos y funcionales. • Sustentar el desarrollo de la práctica ante el Tutor encargado de laboratorio. • Presentar el informe de laboratorio en formato IEEE para su calificación y reporte al director nacional de curso en campus virtual. Metas • Diseñar los algoritmo y diagramas de flujo requeridos en el diseño propuesto. • Construir cada uno de los programas en lenguaje ensamblador para el microprocesador o microcontrolador, compilarlos, depurarlos, ejecutarlos y simularlos, utilizando los programas de software sugeridos. • Implementar el circuito electrónico funional, en simulación y físico, sustentar y entregar el informe de práctica de laboratorio en formato IEEE. Competencias Al finalizar el desarrollo de los ejercicios propuestos en esta práctica el estudiante:

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• Conocerá la lógica y metodología del funcionamiento de las instrucciones en lenguaje ensamblador y su efecto en cada una de las unidades funcionales y registros del microcontrolador o microprocesador y sus periféricos externos. • Deberá estar en capacidad de diseñar un algoritmo con su correspondiente diagrama de flujo y convertirlo a programa de código fuente utilizando lenguaje ensamblador. • Será capaz de utilizar compiladores y simuladores para diseñar adecuadamente cada solución de software y hardware, basada en microcontroladores o microprocesadores. • Estará en capacidad de implementar el circuito electrónico físico e integrar el software y el hardware logrando un sistema funcional basado en microcontroladores o microprocesadores.

Fundamentación Teórica El diseño, desarrollo e implementación de soluciones basadas en microprocesadores y microcontroladores requieren que el estudiante realice ejercicios previos básicos que le permiten lograr una comprensión total de la lógica de funcionamiento de estos dispositivos. Se debe considerar que para cada familia de microprocesadores o microcontroladores e incluso para cada micro en particular, se tiene un conjunto de instrucciones y unas características particulares que definen las capacidades y funcionalidades del dispositivo lo que requiere desarrollar la habilidad para seleccionar el dispositivo adecuado. Esta habilidad se desarrolla con la implementación de los ejercicios propuestos en anteriores prácticas de laboratorio y dentro del material didáctico. Es fundamental recurrir a las especificaciones técnicas de cada dispositivo o “datasheet” para tener seguridad de los niveles de alimentación, señales de entrada o salida y configuración de pines, en el diseño del circuito electrónico que

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debe comenzar con ayuda de los simuladores en los IDE (Entorno de Desarrollo Integrado), de cada una de los fabricantes, familias y micros, o con ayuda de versiones de evaluación, gratuitas o demos de simuladores más avanzados de circuitos electrónicos como MULTISIM o PROTEUS o ORCAD, etc. La implementación del circuito electrónico requiere especial atención en la disposición de los componentes siguiendo los diagramas de circuito, la verificación de continuidad eléctrica, la utilización de dispositivos de medida, la medición de tensiones y los niveles de alimentación eléctrica para garantizar el correcto funcionamiento y evitar la destrucción de algún componente. Nuevamente se resalta la importancia y prioridad en el curso del lenguaje ensamblador, por ser una técnica de aprendizaje del funcionamiento de cada una de las unidades o módulos que integran el microcontrolador y sus periféricos, el lenguaje ensamblador permite al estudiante de Ingeniería o Tecnología en el área de Electrónica, Telecomunicaciones y Sistemas, realizar verdaderos sistemas operativos para microprocesadores y microcontroladores, el objetivo es adquirir la suficiencia en el manejo, manipulación y control del lenguaje ensamblador como herramienta que explota al máximo el potencial de cada microcontrolador. Los lenguajes de más alto nivel generalmente basados en C, se dejan como alternativa a la programación en futuras prácticas con módulos microcontrolados como lenguaje de programación secundario, puesto que estos se utilizan cuando el estudiante no requiere conocimiento avanzado en el funcionamiento del microcontrolador o electrónica digital, que para el caso no aplicaría para este curso. Se debe recurrir a los conocimientos adquiridos en la realización de los ejercicios y prácticas de laboratorio anteriores, a los contenidos del curso y la literatura de cursos relacionados con temas de electrónica básica, circuitos digitales y medidas eléctricas. Es importante contar con la orientación del Tutor de práctica de laboratorio, recursos de video tutoriales o ayuda del grupo colaborativo de estudiantes con mayor conocimiento, entre otras estrategias para realizar la implementación del circuito (hardware) y diseño del software. Las herramientas y sistemas de desarrollo integrado IDE, permiten la programación de la memoria del microcontrolador para incorporar la acción del software sobre el hardware y obtener la funcionalidad requerida, para este punto en el curso y en la web de los fabricantes existe mucha literatura, tutoriales y manuales que pueden apoyar el conocimiento para el desarrollo del ejercicio. NOTA: Los estudiantes que realizan la práctica auto dirigida, deben utilizar los entornos de desarrollo integrado IDE, al igual que los simuladores, dejar los montajes como parte final después de tener una certeza del 100% que funciona el

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programa en simulación, solicitar la asesoría del Tutor en un centro o de forma virtual, deben apoyarse en el contenido del curso con el módulo, material complementario y video tutoriales. Los estudiantes que son apoyados por el Tutor en el Centro pueden trabajar a la par tanto software como hardware y utilizar el IDE y herramientas de desarrollo más adecuado para la práctica (PICKit, LaunchPad MSP430, etc) según criterio del estudiante y su grupo colaborativo de campus para realizar la solución planteada. Descripción de la práctica Desde el Trabajo Colaborativo 1, el grupo colaborativo de estudiantes en campus debía haber planteado una propuesta como solución a una problemática, que cumpliera con parámetros prestablecidos de manejo de módulos internos, pines I/O y periféricos al micro. Propuesta que ha debido evolucionar y ser desarrollada por el grupo colaborativo de estudiantes en campus, que ya debe estar muy avanzada en el diseño de la solución de software y en proceso de terminación de la implementación de la solución de hardware. En este punto el grupo colaborativo de estudiantes en campus, debe ya tener integrada la solución de software y hardware y cada uno de sus integrantes debe mostrar al Tutor de práctica en cada Centro los avances de diseño, desarrollo e implementación, como desarrollo de la práctica tres del curso. Con las prácticas realizadas en los laboratorios anteriores, el alumno está en capacidad de diseñar soluciones basadas en microprocesadores o microcontroladores y estudiar como interactúa el Microcontrolador de cualquier fabricante y familia con otros dispositivos. La solución o aplicación debe evidenciar el manejo de dispositivos periféricos destinados a servir como interfaz humana para visualización o introducir estados, recibir señales de sensores y enviar señales a actuadores. Ejemplos como seguidores de línea, sistemas de alarma, controles de temperatura, entre otros, se encuentran en material bibliográfico o internet, por lo que se permiten al estudiante tomarlos como guía pero se exige que el diseño del algoritmo, desarrollo de la solución e implementación sean de autoría propia del estudiante y grupo colaborativo de estudiantes en campus virtual. El desarrollo de este ejercicio final debe involucrar aspectos como: • Manejo de periféricos externos al micro como puede ser teclados matriciales, display 7-segmentos, display LCD, display GLCD, memorias, ADC, transistores, relevos o indicadores, etc. • Manejo de módulos internos al micro como, manejo de interrupciones,

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Timers, Conversores A/D, módulos PWM, módulos de comunicación UART/USART, USB, RJ45, entre otros. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) Computador PC compatible con el sistema operativo Windows o que pueda instalarse los paquetes de software necesarios para realizar la práctica. Los Equipos e instrumentos necesarios para la práctica y que son recomendables que el estudiante los tenga para su propio beneficio y desarrollo profesional son: • Equipos de cómputo con puerto paralelo o puerto compatible con el programador (serie o USB). • Fuente de poder regulada DC a 5 voltios. • Programador Universal o el programador para PICs gama media (PICKit 2, PICKit 3, u otro compatible) y/o Tarjeta de desarrollo LaunchPad MSP430 y/o Programador para Motorola Freescale HC08. Los materiales necesarios para la práctica y que son recomendables que el estudiante los tenga para su propio beneficio y desarrollo profesional son: • Microcontroladores PIC16F84A/PIC16F628A y/o Microcontroladores MSP430Gxxxx y/o Motorola Freescale 68HC908JK3oJK1oJL1. • Protoboard, Multímetro, punta lógica. • Resistencias, condensadores, cristal 4MHz, pulsadores, LEDs, teclado matricial (3x4 o 4x4), display LCD, etc, según esquemas de circuito diseñado como solución por parte del grupo colaborativo de estudiantes en campus virtual. • Pinzas, pelacables, cable AWG22 (similar al de UTP) en varios colores. Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la práctica Se utiliza principalmente herramientas de Software libre o gratuito limitado o versiones DEMO estas pueden ser: • Compilador (MPLABIDE para PIC o WINIDE/CodeWarrior para Motorola Freescale o CCS v5/IAR para Texas Instruments MSP430)

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• Simuladores e IDE para Microcontroladores: o MPLAB IDE: MPLAB IDE X: http://www.microchip.com/pagehandler/en-us/family/mplabx/ , MPLAB IDE otras versiones: http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE &nodeId=2115 o PicDeveloment Studio: http://sourceforge.net/projects/picdev/files/picdev/PicDevelopmentStu dio-1.1.exe/download o CCS V5 E IAR: http://processors.wiki.ti.com/index.php/Download_CCS , http://processors.wiki.ti.com/index.php/IAR_Embedded_Workbench_f or_TI_MSP430 o CodeWarrior (Motorola-Freescale): http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code= CW-MICROCONTROLLERS&fr=gtl • Software de simulación electrónico y digital (PROTEUS o MULTISIM) o PROTEUS: http://www.labcenter.com/download/prodemo_download.cfm o MULTISIM: http://www.ni.com/academic/esa/multisimse.htm Seguridad Industrial Para la realización del componente práctico del curso no se requiere seguridad especial, se recomienda tener cuidado en el uso y manipulación de los equipos de cómputo pues los ejercicios pueden interferir con el funcionamiento de los programas pudiendo bloquear el sistema, reiniciarlo y perder la información guardada en la memoria RAM. Se recomienda tener cuidado en el uso y manipulación de los circuitos integrados especialmente los microcontroladores, puesto que son sensibles a las cargas electrostáticas que almacena el cuerpo humano, de igual forma se debe tener cuidado en la manipulación de los equipos de medida, la fuente de poder y el circuito electrónico implementado. Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica: Los estudiantes deben haber realizado lectura juiciosa y analítica de los contenidos del curso y material bibliográfico sugerido, de manera que tenga los fundamentos teóricos y los conocimientos necesarios para diseñar y desarrollar algoritmos, diagramas de flujo y programas en lenguaje ensamblador, simulación del sistema microcontrolado, programación de la memoria del microcontrolador e implementación del circuito electrónico.

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Para la práctica con Microprocesadores previo al encuentro tutorial práctico el estudiante debe de forma autónoma, hacer lectura previa de la guía de práctica del curso y utilizar los IDE y simuladores junto con la documentación y los ejemplos suministrados en el aula de curso en el recurso “Herramientas y sistemas de desarrollo”, en el módulo de curso y los aportes del grupo colaborativo de estudiantes en campus, para realizar la presentación de los avances de software y hardware realizados en la solución propuesta por el grupo colaborativo de estudiantes de campus virtual. Forma de trabajo: El estudiante debe tener en lo posible las herramientas y documentación necesaria, para la realización de la práctica de forma auto dirigida, el material de consulta necesario se encuentra en el aula de cursos virtual, en datateca, en internet en la página de cada fabricante, las herramientas de software se encuentran dispuestas en su mayoría en el aula de curso mediante enlaces directos a los fabricantes y desarrolladores, mucho del hardware son herramientas necesarias en la labor profesional y en su mayoría de fácil y accesible consecución. Todo lo anterior es para que de forma individual y autónoma, realice las implementaciones y desarrollo de la solución de manera auto dirigida o con el acompañamiento y guía del Tutor de práctica de laboratorio en cada centro. En caso de dudas el Tutor de práctica se encarga de guiar el proceso de instalación del software o implementación de hardware a utilizar y de dar las indicaciones generales de utilización del software IDE para que el estudiante pueda compilar, depurar, ejecutar y simular el programa que debe diseñar. Procedimiento: Para la realización de la práctica el estudiante debe presentar al Tutor de práctica en el centro: • Avance de la solución de software, incluye esquemas generales, algoritmos, diagramas de flujo, código fuente completamente documentado, archivos de simulación o proyecto IDE. • Avance de la solución de hardware, incluye el esquema de circuito electrónico y digital, hojas técnicas o “datasheet” y documentación de soporte de la solución planteada, archivos de simulación electrónica y/o implementación en protoboard del circuito para su revisión.

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• Archivo con el avance del consolidado en formato IEEE, con el proyecto o solución propuesta y desarrollada hasta la fecha por parte del grupo colaborativo de estudiantes en campus virtual. El Tutor de práctica encargado en el Centro, valora el trabajo individual del estudiante en la solución planteada y acordada por el grupo colaborativo de estudiantes en campus virtual, de esta manera el estudiantes tiene un apoyo sustancial para comprender aspectos importantes que contribuyan al desarrollo de la solución y el Tutor podrá valorar el conocimiento, habilidad y competencia del estudiante en la solución de proyectos basados en microprocesadores y microcontroladores. Sistema de Evaluación El tutor encargado del acompañamiento y calificación del componente práctico, evaluara individualmente a cada estudiante teniendo en cuenta el desempeño en la práctica y la rúbrica de evaluación. La calificación de la práctica se realizará en escala de 0.0 a 35.0 siendo esta última la valoración más alta y que se sumara con las otras dos prácticas para obtener una calificación final que será la que se reporte en el aula de curso entre 0 y 125 puntos. Informe o productos a entregar Es necesario presentar un informe que evidencie el proceso de realización de la práctica. El informe de laboratorio debe presentarse en formato IEEE (www.ieee.org/documents/trans_jour.docx), entre otros aspectos incluidos en el formato IEEE, debe contener: • Resumen en español, Abstract, Palabras Clave (Index Terms) • Introducción, relacionada con la práctica realizada y los aspectos relevantes tratados en el informe presentado. • Objetivos, relacionar los objetivos general y específicos en relación a la realización de la práctica. • Metodología, Presenta los aspectos metodológicos y procedimentales realizados en el ejercicio práctico, desde la lectura de la guía de laboratorio hasta la implementación satisfactoria y funcional de los ejercicios propuestos. • Algoritmos (Pseudocódigo, diagrama de flujo), Síntesis del procedimiento.

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• Implementación, Evidencias de la implementación (pantallazos, imágenes, fotografías, etc), del proceso de diseño de software con la edición, compilación, depuración y simulación, junto con el proceso de diseño de hardware con la implementación del circuito (simulado, aunque preferible y necesariamente físico) y su correspondiente funcionamiento. • Análisis de resultados, se analizan los resultados obtenidos en la experiencia de laboratorio, desde el diseño del algoritmo hasta el funcionamiento interno del micro y su relación funcional con los periféricos. • Conclusiones y Recomendaciones, después de establecer un análisis de los resultados obtenidos y de un ejercicio individual y grupal de reflexión sobre la práctica realizada, se debe plasmar las conclusiones y recomendaciones, como producto intelectual del ejercicio teórico – práctico. • Referencias, el trabajo realizado en la práctica, debe contar con soportes teóricos o prácticos de tipo documental físico o electrónico, que el estudiante debió consultar desde la preparación de la práctica con la lectura de la guía hasta la terminación de la misma y la realización del informe, estas fuentes se constituyen en la referencia documental del informe, la cual debe seguir el formato IEEE. • Código fuente documentado (comentarios del programador) y programa ejecutable, como archivos anexos al informe IEEE.

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Rúbrica de evaluación Tabla 3. Rúbrica de evaluación de la tercera práctica de laboratorio. Ítem Evaluado

Asistencia y participación en la Práctica

Desempeño individual del estudiante en la práctica.

Informe Final de la práctica.

Valoración Baja

Valoración Media

Valoración Alta

El estudiante no asistió o no participo en las prácticas de laboratorio. (Puntos= 0)

El estudiante asistió a las prácticas pero no participó activamente en el desarrollo de los ejercicios que contribuyan a la solución plateada. (Puntos= 5)

El estudiante asiste y participa de manera activa en el desarrollo de la práctica de laboratorio. (Puntos= 10)

El estudiante no dio solución a los problemas planteados, no se presenta el algoritmo y no presenta ninguno de los programas e implementaciones requeridos. (Puntos= 0)

El estudiante contribuye a la solución del problema, presentó los algoritmos, programas e implementación pero presentan errores de compilación o ejecución. (Puntos= 9)

El estudiante realizó la totalidad de los ejercicios solicitados, presento los programas sin errores de compilación ni ejecución, presenta los archivos y las implementaciones solicitadas. (Puntos= 15)

El estudiante no presenta informe final de la práctica de laboratorio en formato IEEE. (Puntos= 0)

El estudiante presenta informe de laboratorio en formato IEEE, pero no incluye todos los productos a entregar (Puntos= 5)

El estudiante entrega el informe de laboratorio en formato IEEE con todos los productos solicitados. (Puntos= 10)

TOTAL

Máximo Puntaje

10

15

10

35

Retroalimentación La retroalimentación de la práctica individual de laboratorio la realiza el Tutor encargado en cada centro, la cual será publicada por el Tutor virtual previo reporte de la misma antes de la fecha de finalización, publicada en la agenda de curso. La calificación y realimentación será publicada en el aula de curso dentro de los ocho (8) días siguientes a la realización del reporte por parte del Tutor encargado de las prácticas en el centro.

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 309696 – MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES

7. FUENTES DOCUMENTALES

Stallings, William. “Organización y Arquitectura de Computadores”. ( 5ª edición ). Editorial Prentice-Hall. Madrid, 2000. González, Vásquez José Adolfo. (1992). Introducción a los microcontroladores: hardware, software y aplicaciones. Editorial McGraw-Hill. Rojas, Ponce Alberto. (1997). “Ensamblador Básico”. Editorial Computec. AlfaOmega Santafé de Bogotá. Uruñuela, José Mª. “Microprocesadores: Programación e Interconexión”. ( 2ª edición ). Editorial Mc Graw Hill. España, 1995. Tokheim, Roger. “Fundamentos de los Microprocesadores”. ( 2ª edición ). Editorial Mc Graw Hill. México, 1985. Vesga, Ferreira Juan Carlos. (2007). Microcontroladores Motorola – Freescale: Programación, familias y sus distintas aplicaciones en la industria. CEKIT. (2002). Curso Práctico de Microcontroladores: Teoría, Programación, Diseño, Prácticas Proyectos completos. Editorial Cekit. Pereira-Colombia. Ureña, López Alfonso, Sanchez, Solano Antonio Miguel, Martin, Valdivia María Teresa & MANTAS, Ruiz Jose Miguel. (1999). Fundamentos de informática. Editorial Alfaomega & ra-ma. Santafé de Bogotá. Barry B. B. (1995).Los microprocesadores Intel 8086/8088, 80186, 80286, 80386 y 80486, Arquitectura, programación e interfaces. ( 3ª edición ). Prentice Hall Hispanoamerica, S.A. Téllez, Acuña Freddy Reynaldo. (2007). Módulo de Microprocesadores y Microcontroladores. UNAD. Angulo. (n.d). Microcontroladores PIC, la solución en un chip. Sección 5.1 Valdivia, Miranda Carlos. (n. d). Arquitectura de equipos y sistemas informáticos. Editorial Paraninfo. Angulo, Usategui José María. (n. d). Microcontroladores PIC. Diseño practico de aplicaciones.

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Dorf, C. Richard. (1997). “Circuitos Eléctricos. Introducción al análisis y diseño”. ( 2ª edición ). Editorial AlfaOmega S.A. Santafé de Bogotá. Savant. J, Roden. S. Martin & Carpenter. L. Gordon. (1992). “Diseño Electrónico. Circutos y sistemas”. ( 2ª edición ). Editorial Addison-Wesley Iberoamericana. E.U.A.

DIRECCIONES DE SITIOS WEB Simuproc, extraído el 23 de Julio de 2013 desde https://sities.google.com/site/simuproc/home MASM32, extraído el 23 de Julio de 2013 desde http://www.masm32.com Dispositivos lógicos microprogramables, extraído el 11 de Julio de 2011 desde http://perso.wanadoo.es/pictob/indicemicroprg.htm Herrera. R. Lucelly. (n.d.). Microcontroladores. Sistemas WinIDE. Extraído el 29 de Julio desde. http://fisica.udea.edu.co/~labgicm/Curso_Microcontroladores/Micros_2012_WIN_IDE.pdf Aparicio. O. H. (n.d). Todomcu. Extraído el 20 de Junio de 2013 desde. http:/todomcu.scienceontheweb.net Teoría de computadores. Extraído el 10 de Julio de 2009 desde http://www.computacion.geozona.net/teoria.html Dispositivos lógicos microprogramables, extraído el 10 de Julio de 2009 desde http://perso.wanadoo.es/pictob/indicemicroprg.htm Curso de Microcontroladores Motorola, extraído el 10 de Julio de 2009 desde http://www.geocities.com/moto_hc08/index.html