INSTITUTO TECNOLOGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRÓNICA SEMESTRE Laboratorio de Estructuras de Microprocesadores

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1 INSTITUTO TECNOLOGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRÓNICA SEMESTRE Curso Laboratorio de Estructuras de Microprocesadores Código EL-4313 Tipo de curso Proyecto Créditos 2 Horas por semana 4 Requisitos EL-3310 Diseño de Sistemas Digitales Correquisitos EL-4311 Estructuras de Microprocesadores Suficiencia No Asistencia Obligatoria Profesores Ing. Carlos Badilla C. PROGRAMA DEL CURSO I. META DEL CURSO Lograr que el estudiante de Ingeniería en Electrónica desarrolle habilidades y competencias que le permitan hacer un adecuado uso de las técnicas y estrategias de diseño de sistemas digitales orientadas a la solución problemas, relacionados con industrias, instituciones o con proyectos de investigación, con base en el uso de microprocesadores y/o microcontroladores. II. OBJETIVO GENERAL DEL CURSO Diseñar y construir un prototipo funcional de un sistema electrónico, que utilice un microprocesador o un microcontrolador, y que permita simular a escala, la solución de un problema técnico, de naturaleza algorítmica, que involucre procesamiento de información física y de usuario. III. OBJETIVOS ESPECÍFICOS DEL CURSO El sistema electrónico por desarrollar mediante este proyecto, debe presentar las siguientes características: 1. Características del proyecto El proyecto por desarrollar, en principio, debe presentar las siguientes características: a. El problema por resolver debe ser de naturaleza algorítmica. b. El sistema desarrollado debe utilizar uno o más microcontroladores o microprocesadores. c. El proyecto no debe ser un proyecto basado en PLC s (Controladores Lógicos Programables) para la automatizar el manejo máquinas y equipos en procesos industriales. d. La solución al problema podría involucrar exclusivamente recursos de software. Sin embargo en lo posible, conviene que involucre aspectos de hardware y software 1

2 e. En lo posible, la solución debe tener carácter multidisciplinario. f. El proyecto no debe consistir en la solución de problemas de naturaleza exclusivamente analógica. 2. Variables de entrada El sistema debe estar en capacidad de recibir o aceptar los siguientes tipos de variables de entrada: a. Variables físicas (tales como temperatura, luminosidad, humedad, caudal, presión, etc.) cuyos valores provienen de sensores eléctricos específicos para medirlas. b. Datos e información de control ingresada por usuario mediante dispositivos tales como teclados, lectores de código de barras, lectores de banda magnética, etc. 3. Variables de salida El sistema debe estar en capacidad de producir o generar los siguientes tipos de variables de salida: a. Señales de control para gobernar diferentes dispositivos de salida (tales como válvulas, resistencias de calentamiento, motores, etc). b. Información dirigida al usuario mediante dispositivos tales como displays LCD, leds, etc. 4. Comunicación con otros sistemas computacionales El sistema debe tener capacidad de comunicarse con otros sistemas computacionales, con propósitos de monitoreo y control remoto, mediante interfases de comunicación tales como puerto USB, red Ethernet, etc. 5. Complejidad de procesamiento El sistema debe tener capacidad de procesamiento en los siguientes niveles a. A nivel de la unidad de control La programación de la unidad de control debe realizarse en un lenguaje de un nivel bajo o intermedio (ensamblador o C) y tener un grado de complejidad intermedio. Esto es, no debe ser corresponder a un problema trivial (tal como lectura y despliegue simple de variables) ni demasiado compleja pues ello atenta contra la finalización del proyecto en el plazo disponible. b. A nivel de la unidad de PC La programación del sistema computacional (PC) debe realizarse en algún lenguaje de alto nivel y no requiere tener un alto grado de complejidad: el necesario para desarrollar la interfaz de comunicación con el usuario y para realizar procesos básicos tales como control y monitoreo remoto de variables, y otros procesamientos básicos de tipo estadístico, gráfico, etc. IV. CONTENIDO, METODOLOGÍA Y CRONOGRAMA Definición, aprobación e implementación del proyecto industrial 2

3 Para implementar el proyecto, cada equipo de trabajo deberá realizar las actividades indicadas a continuación: 1. Negociación del proyecto: Semanas 1-4 Objetivo: Definir, preferiblemente en coordinación con alguna organización, empresa o proyecto de investigación, un proyecto cuyo desarrollo satisfaga los requisitos establecidos en el curso (Ver objetivo general y objetivos específicos del curso). Metodología: Contactar y negociar, con investigadores universitarios o bien con alguna organización y/o empresa, la asignación de algún proyecto para desarrollar en el curso. Al negociar el proyecto debe aclararse al asesor externo al menos lo siguiente: a. La persona, empresa u organización que asigna el proyecto se compromete a financiar los costos de los componentes, software y otros materiales requeridos para el desarrollo del proyecto. b. Los estudiantes se comprometen a desarrollar un prototipo funcional de un sistema electrónico que permita simular, a escala, la solución del problema planteado por la organización o empresa. c. La Escuela de Ingeniería en Electrónica se compromete a brindar la asesoría técnica y metodológica necesaria para el logro de los objetivos planteados. 2. Aprobación de la Propuesta de proyecto : Semanas 1-4 Esta etapa tiene como propósito que el profesor apruebe a los estudiantes una iniciativa de proyecto por desarrollar para alguna organización o empresa. Para cada opción de proyecto negociada con la empresa, el estudiante debe preparar un documento escrito, en formato Word denominado Propuesta de proyecto, el cual resumidamente debe contener lo siguiente: i. NOMBRE PRELIMINAR O INICIAL DEL PROYECTO ii. Nombre de la organización o empresa en que se planea realizar iii. Función general del sistema iv. Lista de funciones principales que debe desempeñar el sistema v. Diagrama preliminar de bloques del sistema que muestre la unidad de control y los periféricos de entrada y los de salida de datos, así como las rutas de comunicación con la PC. 3. Definición de la meta y objetivos de proyecto: Semanas 3-4 Esta etapa tiene como propósito que el profesor apruebe la meta y los objetivos, general y específicos, del proyecto que los estudiantes planean desarrollar. El estudiante debe preparar un documento escrito, en formato Word, denominado Definición de meta y objetivos, el cual resumidamente debe contener lo siguiente: i. NOMBRE DEL PROYECTO ii. Nombre de la organización o empresa para la que se desarrolla el proyecto iii. Meta iv. Objetivo general 3

4 v. Objetivos específicos de hardware vi. Objetivos específicos de software A nivel de la unidad de control A nivel de la PC vii. Objetivos específicos de implementación viii. Objetivos específicos de documentación Una descripción de los conceptos relacionados con esta etapa se encuentra en la Guía para elaboración de informes, el cual se puede localizar en la página web cuya dirección es 4. Análisis del anteproyecto: Semanas 5-6 Esta etapa tiene como propósito que el profesor analice y apruebe el documento denominado Anteproyecto el cual describe en detalle las características técnicas del proyecto, el contexto en el que se desarrolla, los principales conceptos teóricos relacionados y la propuesta de solución del proyecto por desarrollar. El estudiante debe preparar un documento escrito, en formato Word, denominado Anteproyecto el cual debe contener todas las secciones del informe contempladas en la Guía para elaboración de informes, excepto la descripción detallada de la solución, conclusiones y recomendaciones. En esta etapa el profesor analizará con cada equipo de trabajo el documento presentado. 5. Diseño e implementación del sistema: Semanas 4-16 Realizar las actividades necesarias que conduzcan a obtener: a. Definición de un diseño completo, en hardware y software, que permita plantear una solución preliminar para la implementación del sistema. b. Diseño y montaje físico de los diferentes módulos del hardware requeridos para la captura de datos y generación de funciones de salida del sistema c. Programación de los diferentes programas y subprogramas necesarios para implementar las funciones que debe realizar el sistema. d. Ejecución de pruebas, de simulación y operación del sistema, conducentes a verificar el correcto funcionamiento del sistema. 6. Exposición del proyecto: Semanas 12 a 14. Consiste en una exposición formal ante todo el grupo, asistida de una presentación en Power Point (o programa similar), del proyecto en desarrollo. Incluye la elaboración de un póster ó afiche descriptivo del proyecto elaborado con propósitos de difusión que describe la función principal del proyecto, sus principales características. La asistencia a las presentaciones de proyectos es obligatoria para todos los estudiantes del curso. 4

5 7. Informe final: Semanas Esta etapa tiene como propósito que el profesor analice con cada equipo de trabajo el documento denominado Informe final. Este documento debe elaborarse a partir del Anteproyecto, el cual es replanteado con el fin de describir en detalle las características técnicas del proyecto, objetivos, metodología, etc. conforme fue finalmente implementado por el equipo de trabajo. Este documento debe contener un capítulo de conclusiones y recomendaciones. En particular, el capítulo de Solución proyectada incluido en el anteproyecto debe replantearse para formular el capítulo Descripción detallada de la solución. 8. Artículo para revista: Semanas Artículo orientado a su publicación en una revista técnica del área de la Ingeniería en Electrónica. Se elabora a partir del Informe final previamente revisado por el profesor. 9. Presentación final del proyecto: Semanas Exposición del sistema construido, demostración de funcionamiento y discusión de resultados y recomendaciones en fecha y lugar definidos de común acuerdo con el profesor, de ser posible en la empresa en que se realizó el proyecto. V. POLÍTICAS DE TRABAJO 1. Trabajo en equipo El proyecto del curso debe desarrollarse en un equipos de trabajo con la finalidad de promover la colaboración profesional. Los equipos de trabajo se integrarán en la primera lección del curso. Un equipo de trabajo debe contar con 2 ó 3 estudiantes. Solo excepcionalmente, mediante solicitud debidamente justificada y con la autorización del profesor, el proyecto podrá ser realizado en forma individual 2. Consultas y el seguimiento del proyecto Las consultas y el seguimiento del proyecto se realizarán mediante reuniones con el profesor fuera del horario lectivo del curso. La fecha, hora y lugar en que se realizarán las reuniones de seguimiento deberán ser pactadas por cada equipo de trabajo con el profesor. 3. Control de avance de los proyectos Para mostrar los avances logrados en la implementación del proyecto, cada equipo de trabajo debe presentar un documento en formato Word que describa, en forma de lista numerada, los siguientes aspectos: a. Avances del proyecto: Módulos del hardware cuya construcción y/o integración ha sido concluida. Etapas de la documentación que se han completado 5

6 b. Aspectos pendientes de solución. c. Actuales problemas que interfieren con el desarrollo del proyecto. En estas reuniones se debe presentar: a. Avances en la construcción y/o integración de los módulos del hardware b. Demostraciones de la operación de las rutinas del software de alto o bajo nivel. VI. EVALUACION El curso se evaluará tomando en cuenta los siguientes criterios: N Criterio Porcentaje 1 Informes (propuesta, anteproyecto e informe 30 % final, artículo técnico) 2 Exposición (basada en presentación Power 10 % Point + poster divulgativo) del proyecto 4 Evaluación de los avances del proyecto 20 % 5 Presentación final del proyecto funcionando (logro de objetivos del proyecto) 40 % Aunque el cumplimiento de la mayor parte de las responsabilidades del curso corresponde a cada equipo de trabajo en forma colectiva, a cada miembro del equipo se le podrá asignar una evaluación individual. VII. HORARIO DEL CURSO Grupo Día Horario Aula 2 Miércoles Viernes de 13:00 a 14:50 F2-08 VIII. Medios de contacto con el profesor: Telf: (Oficina en Escuela de Electrónica) Pag web: IX. BIBLIOGRAFÍA La bibliografía de este curso es muy amplia y varía según el tipo de proyecto por realizar. No obstante, en lo que concierne a información específicamente relacionada con microcontroladores, puede mencionarse la siguiente: 1. Gridling, Günther y Weiss, Bettina, Introduction to Microcontrollers, Vienna Institute of Technology, 2007, wwwold.ecs.tuwien.ac.at/lehre/microcontroller/docs/lecture/microcontroller.pdf 2. Intel, "Embedded Microcontrollers", Intel Corporation, Santa Clara, California,

7 3. Microchip, "Embedded control Handbook (Volume 1)", Microchip Technology Incorporated, Chandler, Arizona, Motorola, 68HC908GP32 Technical Data, Rev 2.0, Motorola Inc.;Austin, Texas. 5. Motorola, HC05 Understanding Small Microcontrollers, Motorola Inc.; Austin, Texas; NEC, K-Series Microcontrollers Data Book, NEC Electronics Inc.; Mountain View, California; Zworld, BL1600 Series C-Programmable Controller User s Manual, Revision 2.0, Z-World Inc.; California; CBC / Julio del

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