Diseño de Sistemas embebidos y comunicaciones: Aplicaciones de telefonía, RF y localización remota. Ing. José Oliden Martínez

Transcripción

1 Diseño de Sistemas embebidos y comunicaciones: Aplicaciones de telefonía, RF y localización remota

2 El controlador dentro de un sistema de Control DISPOSITIVO DE MEDICIÓN CONVERSOR ANÁLOGO DIGITAL CONTROLADOR Controlar Temperatura de un tanque CONVERSOR DIGITAL ANÁLOGO ACTUADOR

3 Sistema Electrónico Red de Control Computador Comunicación y Monitoreo Controlador de Presión Controlador de Temperatura Intranet / Internet

4 El Microcontrolador Desde el transistor, la tecnología ha ido integrando circuitos tanto analógicos como digitales en paquetes llamados CI s y la tendencia es reducir mas su tamaño. Esto ha permitido colocar todo un sistema digital basado en una unidad de proceso (CPU), memoria y puertas de entrada / salida en un solo encapsulado. Un C es un CI que incluye los componentes necesarios para tener un sistema de control completo.

5 Cómo se organizan los Microcontroladores Digitales? UNIDAD DE CONTROL UNIDAD DE ENTRADA - SALIDA DATOS MEMORIA INSTRUCCIONES ALU SEÑALES DE CONTROL

6 Partes de un uc Todo microcontrolador consta básicamente de: * CPU * RAM / ROM * I/O ( input/output). Además pueden contener de periféricos programables, como: * Temporizadores / Contadores * Controlador de interrupciones. * Comunicación Serial (RS232, I2C). * Conversores: A/D, D/A. Los modelos más potentes incluyen además: * Reloj de Tiempo Real. * Bus de comunicaciones CAN, USB * DTMF, PWM

7 El Microcontrolador (Partes) Memoria ROM Memoria RAM Programa a ejecutarse: Datos a trabajar: CPU A = 34 Ingresa A, B B = 15 Opera C=A+B I Visualiza C C = 49 O A, B... Microcontrolador Periféricos... C CP

8 Diferencia entre P y C MICROPROCESADOR BUS DE DIRECCIONES BUS DE DATOS P BUS DE CONTROL MEMORIA CONTROLADOR 1 CONTROLADOR 2 MICROCONTROLADOR PERIFÉRICOS PERIFÉRICOS PERIFÉRICOS PERIFÉRICOS C

9 En qué sistemas de control usar uc? Donde la potencia de procesamiento no es importante. Son pequeños y consumen muy poca energía, ideales para sistemas portátiles y autónomos. Aplicaciones de: - Aparatos electrodomésticos. - Equipos informáticos, comunicaciones. - Fábricas, Automóviles - Instrumentación, etc.

10 Auge de los uc Gran cantidad de módulos integrados: Buses de comunicación, USB, RS232, I2C, SPI, CAN, RF, ETHERNET, etc. Disponibilidad inmediata, soporte necesario: programadores, entorno de desarrollo (ensambladores o compiladores) Información necesaria que permite conocimiento del funcionamiento del C. un rápido

11 Herramientas de desarrollo Simuladores: Simula el comportamiento de un C en Software. Debuggers: Corre y muestra el programa en PC. Emuladores: Simula el comportamiento del microcontrolador en Hardware. Grabadores

12 Principales fabricantes INTEL: El 8051 es un microcontrolador de 8 bits con memoria externa y fácil de programar. NATIONAL: El COP800 es un microcontrolador de 8bits y de bajo consumo. MICROCHIP: Poseen 3 familias principales, son C de bajo consumo y de set reducido de instrucciones. MOTOROLA/FREESCALE: Fabrica microcontroladores de 8 (68HC08) y 16 bits. Actualmente están en un proceso de ingreso al mercado peruano.

13 Funciones Principales del uc en un sistema de control Inicialización del sistema Manejo de un teclado para el ingreso de información Control de una pantalla LCD para la visualización de mensajes Control de diversas variables. Digitalización de señales analógicas Transmisión de señales/datos con establecimiento de un protocolo de comunicaciones

14 Aplicación general Sensores Reset Xtal Entradas análogas C CP Pantalla LCD C RS F H E Teclado Relé Buzzer

15 Equipos con uc: partes que se deben tener en cuenta Entradas, acondicionadores de señal. Salidas, circuitos de potencia. Algoritmo de control (ASM,C). Monitor y registro Sensores M Algoritmo Actuadores Acondicionadores: Circuitos de Potencia: Amplificadores Sumadores Inversores Optoacopladores Amplificadores de I Amplificadores de V Optoacopladores Drivers en general

16 EDA - Electronic Design Automation CAD Computer Aided Design > > > Dibujo del Diagrama Eléctrico Creación de Librerías y documentación Elaboración y ruteamiento de la Tarjeta Impresa CAE Computer Aided Engineering > > Simulación del Circuito Análogo y Digital Co-Simulación de Micro-Controladores CAT Computer Aided Test > > > Simulación de la Tarjeta Impresa (Impedancia Z, XTalk, Delay Prop.) Análisis de Temperatura y Ruido Compatibilidad Electromagnética (EMC e EMI) CAM Computer Aided Manufacturing > > > Prototipo de Tarjeta de circuito Impreso (LPKF). Prueba y depuración (Debug). Fabricación en escala de la Tarjeta Impresa

17 EDA - Electronic Design Automation Ventajas del uso de herramientas EDA: Reducción del diseño. Desarrollo de proyectos en módulos. Reutilización de los diseños. Optimización de los circuitos.

18 Metodología y Proceso de Diseño Electrónico Construcción de un equipo electrocardiógrafo de 12 IDEA derivaciones con transmisión de las señales mediante línea telefónica. Búsqueda de información Descripción Modelado INICIO PRESENTACIÓN DEL PROGRAMA FORMULARIO: FrmInicio.frm Simulación y Prueba ESCOGER MODO DE CONEXIÓN MODEM o DIRECTO AL COM? FORMULARIO: FrmInicio.frm AL MODEM CONFIGURAR CONEXION VIA MODEM FORMULARIO: FrmModem.frm INGRESAR DATA DEL PACIENTE FOMULARIO: FrmDataPaciente.frm Acceso temporal CONFIGURAR CONEXION VIA COM DIRECTO FORMULARIO: FrmModem.frm PANTALLA PRINCIPAL DONDE SE MOSTRARAN LAS SEÑALES CARDIACAS FORMULARIO: FrmPrincipal Acceso temporal IMPRIMIR SEÑALES CARDIACAS FOMULARIO: FrmImprimir.frm Correcto? Síntesis, modelamiento final DIRECTO AL COM Acceso temporal AMPLIAR UNA SEÑAL FOMULARIO: FrmZoom.frm I +L R AI I A I + L+ I L I

19 Metodología y Proceso de Diseño Electrónico Funciona bien? Fabricación Prueba y Depuración Funciona bien? PRODUCTO FINAL

20 De la concepción al prototipo CAM MM

21 Herramientas disponibles GPS Radio Robots Servo Motores GSM Módulos

22 Ejemplos de Aplicaciones RED TELEFONICA PÚBLICA Señales del cuerpo del paciente Telecardio 12 Telecardio12 PC Remota con software Telecardio12

23 Telecardio12

24 Ejemplos de Aplicaciones

25 Zona Rural Telemedicina inalámbrica Comunicación Celular ECG uc Paciente Zona Urbana Bluetooth Médico

26 Ejemplos de Aplicaciones Seguridad y automatización

27 Seguridad y automatización X10

28 Ejemplos de Aplicaciones Correo Equipos Teletexto INTERNET Red Telefónica General Conmutada Terminales Teletexto

29 Línea Telefónica HIBRIDA MT8880 RS232 CONEXIÓN A PC PIC EEPROM MODEM Equipos Teletexto PANTALLA LCD (OPC)

30 Ejemplos de Aplicaciones Cardiocell

31 Cardiocell B138 RED TELEFONICA PÚBLICA

32 Esquema funcional del Cardiocell B138 Visualizar signos (Pantalla LCD) Cardiocell B138 Ingreso de signos vitales (Entradas analógicas) Energía (Batería recargable) Visualizar signos en hospital (Programa aplicativo para PC) Transmisión de signos (EIA 232) Emisión acústica (Buzzer)

33 Instituciones

34 Muchas gracias!!! Correo: Preguntas?

35 Demostración