UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

Transcripción

1 UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTADAD DE INGENIERÍAS SEDE QUITO-CAMPUS SUR CARRERA DE SISTEMAS DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE COMUNICACIÓN BASADO EN MICROCONTROLADORES PARA UNA AULA DE NIÑOS CON INSUFICIENCIA MOTRIZ CEREBRAL DE LA FUNDACIÓN FUDRINE TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO DE SISTEMAS MENCIÓN EN ROBÓTICA E INTELIGENCIA ARTIFICIAL CLAVIJO PLACENCIA LUIS FERNANDO QUILLUPANGUI VARGAS LUIS AUGUSTO DIRECTOR: Ing. CARLOS PILLAJO

2 DECLARACIÓN Nosotros, Luis Fernando Clavijo Placencia y Luis Augusto Quillupangui Vargas, declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría, que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional y que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este proyecto. A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos a propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Universidad Politécnica Salesiana, según lo establecido por la ley de propiedad intelectual, por su reglamento y por la normativa institucional vigente Luis Clavijo Placencia Luis Quillupangui Vargas

3 CERTIFICACIÓN Certifico que la presente tesis de ingeniería fue desarrollada por Luis Fernando Clavijo Placencia y Luis Augusto Quillupangui Vargas bajo mi dirección Ingeniero Carlos Pillajo Director de Tesis

4 DEDICATORIA A nuestros padres quienes con su amor y dedicación hicieron posible la culminación de nuestra carrera convirtiéndonos no solo en profesionales sino en personas con grandes valores y pensamientos, encaminándonos hacia una nueva etapa en nuestras vidas, con la predisposición de utilizar de forma correcta valores y conocimientos para el beneficio de la sociedad en que vivimos y nuestra.

5 TEMARIO Introducción CAPITULO I Generalidades 1.1 Insuficiencia motora de origen cerebral (IMOC) 1.2 Descripción de la IMOC CAPITULO II Fundamentos Teóricos 2.1 Video Señal de video Sistema PAL Sistema NTSC 2.2 Microcontroladores Introducción Historia de los PICs Elección del microcontrolador para nuestro sistema Descripción general CAPITULO III Teoría 3.1 Estudio de hardware y comunicación teclado computador Funcionamiento Conector del teclado Comunicación del teclado al computador 3.2 Como funciona la comunicación RS Introducción Norma RS Chip MAX 232

6 3.3 Diseño y construcción de hardware Creación de las placas del circuito impreso Diseño de la placa Impresión del circuito Preparación de la placa Planchado del diseño sobre la placa de cobre Ataque químico de la placa de cobre Recorte y perforado de la placa de cobre 3.4 Diseño y construcción del hardware para el teclado Esquemáticos teclados Esquemáticos video CAPITULO IV Software 4 Diseño y Construcción de Software 4.1 Compilador Pic C Compiler Introducción Elementos del software Operadores y expresiones Descripción de instrucciones 4.2 Manual WINPIC Configuración de hardware Escoger hardware Escoger microcontrolador Cargar el archivo Grabación del pic CAPITULO V Implementación y Resultados 5.1 Pruebas realizadas 5.2 Resultados obtenidos 5.3 Análisis de costos

7 5.3.1 Costos de fabricación Costos de mano de obra Producción en serie CAPITULO VI Conclusiones y Recomendaciones 6.1 Beneficio Social 6.2 Conclusiones Conclusiones del proyecto Conclusiones de la utilización del proyecto 6.3 Recomendaciones 6.4 Bibliografía Referencias de Internet ANEXOS

8 Índice de contenido Introducción CAPITULO I Generalidades 1.1 INSUFICIENCIA MORIZ DE ORIGEN CEREBRAL (IMOC) DESCRIPCIÓN DE LA IMOC...2 CAPITULO II Fundamentos Teóricos 2.1 VIDEO SEÑAL DE VIDEO SISTEMA PAL SISTEMA NTSC MICROCONTROLADORES INTRODUCCION HISTORIA DE LOS PIC's ELECCIÓN DEL MICROCONTROLADOR PARA EL SISTEMA DESCRIPCIÓN GENERAL...57 CAPITULO III Teoría FUNCIONAMIENTO LOS CONECTORES DEL TECLADO COMUNICACIÓN DEL TECLADO AL COMPUTADOR COMO FUNCIONA LA COMUNICACIÓN RS INTRODUCCIÓN NORMA RS El CHIP MAX DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE HARDWARE CREACIÓN DE PLACAS DE CIRCUITO IMPRESO DISEÑO DE LA PLACA IMPRESIÓN DEL CIRCUITO...87

9 3.3.4 PREPARACIÓN DE LA PLACA PLANCHADO DEL DISEÑO SOBRE LA PLACA DE COBRE ATAQUE QUÍMICO DE LA PLACA DE COBRE PERFORADO DE LA PLACA DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL HARDWARE PARA EL TECLADO ESQUEMATICOS TECLADO ESQUEMATICO CONCENTRADOR ESQUEMATICO VIDEO EXPLICACACION DEL PROGRAMA DEL PROYECTO CAPITULO IV Software 4 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE SOFTWARE MANUAL PIC C COMPILER ELEMENTOS DEL SOFTWARE OPERADORES Y EXPRESIONES DESCRIPCIÓN DE INSTRUCCIONES MANUAL WINPIC OPERADORES Y EXPRESIONES CONFIGURACIÓN DE HARDWARE ESCOGER HARDWARE ESCOGER MICROCONTROLADOR CARGAR EL ARCHIVO (.HEX) GRABACIÓN DE PIC CAPITULO V Implementación y Resultados 5.1 PRUEBAS REALIZADAS RESULTADOS OBTENDIDOS ANÁLISIS DE COSTOS COSTOS DE FABRICACIÓN COSTOS DE MANO DE OBRA PRODUCCIÓN EN SERIE...170

10 CAPITULO VI Conclusiones y Recomendaciones 6.1 BENEFICIO SOCIAL CONCLUSIONES CONCLUSIONES DEL PROYECTO CONCLUSIONES DE LA UTILIZACIÓN DEL PROYECTO RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA REFERENCAS DE INTERNET ANEXOS

11 Índice de gráficos CAPITULO I Generalidades 1.1 Insuficiencia motriz de origen cerebral (IMOC) Figura Trastorno psicomotor...1 Figura Pruebas de desarrollo muscular en el cuello...9 Figura Pruebas de elasticidad sedente (sentado)...9 CAPITULO II Fundamentos Teóricos 2.1 Video Señal de video Figura Estructura interna de componentes de la pantalla...23 Figura Barrido entrelazado líneas impares...24 Figura Barrido entrelazado líneas pares...25 Figura Estructura interna del cañon de colores (RGB)...26 Figura Escaneo progresivo...27 Figura Tabla de generación de barra de colores...31 Figura Escaneo del haz de electrones de la pantalla...32 Figura Parámetros de transmisión de la señal de video...34 Figura Escaneo campo impar y par...35 Figura Barrido entrelazado...36 Figura Barrido no entrelazado...36 Figura Generador de líneas...37 Figura Generador de puntos...37 Figura Distribución mundial del sistema de televisión Sistema PAL Figura Diagrama de tiempos del sistema PAL...43

12 2.1.3 Sistema NTSC Figura Barrido impar...46 Figura Barrido par...46 Figura Combinación barrido progresivo...46 Figura Diagrama de tiempos del sistema NTSC...48 Figura Tiempos de escaneo de la imagen...50 Figura Diagrama de sincronismos Microcontroladores Historia de los PIC s Figura Arquitectura de la memoria interna del microcontrolador (pic) Elección del microcontrolador para nuestro sistema Figura Segmentación de la memoria interna para la ejecución de instruccciones DESCRIPCIÒN GENERAL Figura PIC 16F628A...57 Figura Distribución de pines PIC 16F628A...58 Figura PIC 18F Figura Distribución de pines PIC 18F CAPITULO III Teoría 3.1 Estudio de hardware y comunicación teclado computador Funcionamiento Figura Identificación fila y columna d la tecla pulsada...63 Figura Pulsador...64 Figura Pulsador de lámina de plástico...64 Figura Pulsador de bobedilla metálica...64 Figura Pulsador capacitivo...65

13 3.1.2 Conectores de teclado Figura Descripción del conector Din de 5 pines AT...86 Figura Descripción del conector Mini Din de 6 pines PS/ Conectores de teclado Figura Descripción del conector Din de 5 pines AT...65 Figura Descripción del conector Mini Din de 6 pines PS/ Figura Código de escaneo interno del teclado...89 Figura Códigos de caracteres imprimibles y no imprimibles por el teclado Comunicación teclado computador Figura Diagrama de sincronismos reloj y dato del teclado al host (computador)...66 Figura Teclao PS/ Figura Código de escaneo interno del teclado...68 Figura Códigos de caracteres imprimibles y no imprimibles por el teclado Como funciona la comunicación RS Introducción Figura Formato de envío de datos vía RS Figura Visualización del envío de la trama de datos Norma RS232 Figura Conexión ordenador móden...72 Figura Esquema ilustrativo conexión pc y microcontrolador...73 Figura Distribución de pines conector DB9 hembra...73 Figura Distribución de pines conector DB9 Macho...73

14 3.2.3 Chip MAX 232 Figura Conexión de pines chip Max Figura Distribución de pines y conexión pc a pic...75 Figura Cable de conexión DB9 macho...76 Figura Conector DB9 hembra...76 Figura Construcción cable plano con conector DB Figura Cable de conexión telefónico RJ11 macho...77 Figura Conector telefónico RJ11 hembra...77 Figura Esquema de ponchado cable telefónico RJ Figura Esquema de conexión conector RJ11 y conector DB Figura Distribución de pines conector DB Figura Conector RJ Figura Distribución de pines conector RJ Diseño y construcción de Hardware Creación de placas de circuito impreso Figura Placa de cobre...80 Figura Papel térmico...80 Figura Ácido cloruro férrico...81 Figura Recipiente de plástico...81 Figura Pinzas plásticas...81 Figura Impresora láser...82 Figura Plancha...82 Figura Lana de acero...82 Figura Lima de acero...83 Figura Taladro...83 Figura Marcador indeleble...83 Figura Disolvente Diseño de la placa Figura Visualización diagrama en Proteus (ISIS)...85 Figura Visualización esquema componentes en Proteus (ARES)...85 Figura Placa sin relleno de cobre...86

15 Figura Placa con relleno de cobre Impresión del circuto Figura Impresión soldadura (I) y Componentes (D) Preparación de la placa Figura Lijado de la placa de cobre...88 Figura Placa sin lijar...88 Figura Placa lijada...88 Figura Limpiar placa con tiñer Planchado del diseño sobe la placa de cobre Figura Colocar papel térmico impreso sobre la placa de cobre...89 Figura Planchar el papel sobre la placa de cobre...90 Figura El papel se pegara sobre el cobre...90 Figura Visualización de zonas no brillantes...91 Figura Planchado totalmente terminado...91 Figura Dejar enfriar la placa en agua...91 Figura Retirar el papel de la placa de cobre...91 Figura Retirar los restos de papel con unasponja...92 Figura Placa totalmente sin papel Ataque químico a la placa de cobre Figura Recortar la placa...92 Figura Lijar los bordes de la placa...92 Figura Introducir la placa de cobre en el recipiente con ácido...93 Figura Lavar la placa con agua...94 Figura Retira toner con disolvente...94 Figura Lista la placa para la perforación Perforado de la placa de cobre Figura Perforado de pad de la placa...95 Figura Placa terminada...95 Figura Montaje de elementos impresos...96

16 Figura Visualizción a contra luz Diseño y construcción de hardware para teclado Esquemático teclado Figura Diagrama esquemático de hardware de teclado...97 Figura Diagrama de bloque...98 Figura Diagrama por módulo...99 Figura Disposición de elementos Figura Disposición de soldadura Esquemático concentrador Figura Diagrama esquemático de red Figura Diagrama de bloque Figura Diagrama por módulo Figura Disposición de elementos de red Figura Diagrama esquemático de la fuente Esquemático video Figura Diagrama esquemático de video Figura Diagrama de bloque Figura Diagrama por módulo Figura Disposición de elementos de video, red y fuente Figura Disposición de soldadura de video, red y fuente Explicación del hardware de proyecto Figura Tabla de imagen del carácter A Figura Tabla de almacenamiento de la imagen del carácter A en Uc.114 Figura Diagrama de variables y funciones Figura Diagrama de actividades Figura Diagrama de secuencias Figura Diagrama de funciones Figura Diagrama de actividades...138

17 Figura Diagrama de secuencias CAPITULO IV Software 4 Diseño y construcción de software 4.1 Manual compilador Pic C Compiler Introducción Figura Pantalla inicial compilador Pic C Compiler Elementos de software Figura Barra de herramientas Figura Creación de un nuevo proyecto Figura Escoger donde guardar el proyecto Figura Configuración de parámetros internos del código Figura Pestañas de configuración de parámetros Figura Visualización de parámetros seteados Figura Proceso de compilación de código Operadores y expresiones Figura Cuadro de asignación de operación Figura Descripción de los operadores Figura Cuadro de operadores de relación Figura Cuadro de operadores lógicos Figura Cuadro de operadores de bit Figura Cuadro de operadores de incremento, decremento Figura Cuadro de desplazamiento de bit Figura Cuadro de representación de formatos Descripción de instrucciones Figura Instrucción es en assembler Figura Opciones de la instrucción Interrupción Figura Opciones de la instrucción #USE RS Figura Opciones de la instrucción PRINTF Figura Barra de herramientas...165

18 Figura Creación de un nuevo proyecto Figura Escoger donde guardar el proyecto Figura Configuración de parámetros internos del código Figura Pestañas de configuración de parámetros Figura Visualización de parámetros seteados Figura Proceso de compilación de código Manual WINPIC 800 Figura Pantalla de presentación Configuración de hardware Figura Configurar el programador Escoger hardware Figura Escoger el programador Escoger el microcontrolador Figura Selección del pic Cargar el archivo (.hex) Figura Barra de herramientas Grabación de Pic Figura Grabación del código.hex...165

19 INTRODUCCIÓN La necesidad de adquirir habilidades para desempeñar un papel útil en la sociedad actual, pone en relieve las dificultades que padece una proporción significativamente grande de niños en edad escolar, una de estas dificultades es la IMOC (Insuficiencia motora de origen cerebral). El niño con IMOC puede ser crónicamente propenso a accidentes, y también puede ser de movimientos motores muy pobres, al niño se le puede dificultar mucho tomar un lápiz entre sus dedos y batallar tremendamente con la escritura, además con el continuo avance tecnológico los niños deben ir familiarizándose con herramientas que se hacen indispensables en la cotidianidad de la sociedad, un claro ejemplo es el continuo uso de un instrumento como lo es el computador. Hemos visto la necesidad de diseñar un teclado que supla las necesidades autónomas de educación del niño con IMOC y que a su vez al ser producido en nuestro país disminuya notablemente su precio, este teclado podrá ser utilizado y adaptado según la necesidad que el niño con IMOC presente. Las herramientas de tecnología que se encuentran actualmente en el mercado presentan un alto costo y sus características nos muestran que tratan de ser de propósito general, sin embargo esta característica impide explotar las capacidades de los niños con IMOC para utilizar el computador como herramienta para con su entorno. Por tal razón decidimos crear e implementar el presente proyecto: El dispositivo que se implementará es una herramienta diseñada para los niños con IMOC, este dispositivo les facilitará acceder a las funciones de teclado permitiendo al niño aprovechar las características del computador como una herramienta de comunicación con su entorno.

20 La realización del presente proyecto se hace con el fin de brindarles a los niños que padezcan de algún problema de movimientos motrices y comunicación (lenguaje) denominado en el campo medico como Insuficiencia motora de origen cerebral (IMOC), una herramienta de autoaprendizaje que les permita una adquisición de conocimientos por medio de un instrumento tecnológico e informático como lo es el televisión y el teclado. Esta herramienta consistirá en un teclado común y corriente, un televisor con entrada de video que le permitirá al niño un fácil acceso a las opciones creadas, puesto que por su deficiencia en la coordinación de movimientos motrices y lenguaje le es muy complicado acceder a esta herramienta informática sin la ayuda de una persona que no presente este tipo de problema. Para tal fin se ha propuesto el diseño y la implementación de un teclado especialmente diseñado para niños que presenten una deficiencia en los movimientos de sus extremidades superiores, este teclado contará con la capacidad de generar por la presión que el niño realice sobre una tecla va a ser transmitida a un microcontrolador que se encargara de convertir la señal de interrupción en un código de exploración que enviará a un concentrador el que se encargará en reconocer que tecla se presionó y posteriormente enviarlo a la señal de video del televisor, y este a su vez visualizará el carácter oprimido en la pantalla del televisor. Además del teclado (que son 4 en total), el niño podrá contar con líneas de texto independientes que le ayudará a llevar de una mejor forma su complejo proceso de aprendizaje, este software será enfocado en el área de la escritura (abecedario), matemáticas (las opciones básicas), que serán presentadas de una manera didáctica para provocar un mayor grado de atención del infante, con esto se generará un agradable ambiente educativo y un aprendizaje más lúdico en el niño.

21 Por último, el diseño del teclado va a presentar características tales como la opción de dejar la tecla Shift activada o desactivada, es decir solo minúsculas o mayúsculas dependiendo de la necesidad para que el niño tenga la facilidad de escribir sin tener que estar oprimida mecánicamente la tecla anteriormente mencionada para cambiar el estilo de letra, esto para aquellas personas que no puedan mantener oprimida más de una tecla al mismo tiempo. Otra característica especial va a ser el control de la velocidad de repetición del teclado desde este mismo, esto va a facilitar el correcto uso del teclado para personas que se les dificulten el movimiento o el entorno dentro del sistema.

22 CAPÍTULO I Generalidades

23 CAPITULO I GENERALIDADES 1.1 INSUFICIENCIA MOTORA DE ORIGEN CEREBRAL (IMOC) Figura Trastorno psicomotor Los trastornos del desarrollo psicomotor son muy difíciles de definir, reflejan siempre alteraciones en las que se ven afectados varios aspectos del desarrollo del niño; de ahí la importancia de intervenir cuanto antes, pues el trastorno puede ir repercutiendo negativamente en otras áreas del niño, agravando y comprometiendo el desarrollo del niño. Podemos decir que, de modo general, los trastornos psicomotrices están muy ligados al mundo afectivo de la persona; de ahí, que en la valoración se deba contemplar la globalidad del individuo. Definiciones Es un defecto o una lesión del cerebro inmaduro (0 5 años). No es una enfermedad, sino, que es considerada como un conjunto de síntomas; no es progresiva, no es genética, no ocasiona la muerte. Enfermedad psico-neuromuscular, causada por una lesión motora cerebral y ocurrida antes, durante o inmediatamente después del parto. Incluye aislada o conjuntamente espasticidad, debilidad, incoordinación, 1

24 atetosis o temblor, con frecuencia asociado con retraso mental, trastornos sensoriales, crisis convulsivas y trastornos visuales, auditivos y del lenguaje. La American Academy of Cerebral Palsy, la define como cualquier alteración anormal del movimiento o de la función motora por defecto, lesión o enfermedad del tejido nervioso contenido en la cavidad craneal, pero esto es muy limitado para la gran complejidad etiopatogénica y sintomatológica de este proceso DESCRIPCIÓN DE LA IMOC Debilidad motriz Básicamente, estos niños siempre presentan tres características: Torpeza de movimientos (movimientos pobres y dificultad en su realización). Paratonía: el niño no puede relajar el tono de sus músculos de forma voluntaria; incluso en vez de relajarlos, los contrae exageradamente. Este rasgo es el más característico de este trastorno. Sincinesias: A veces, también presentan inestabilidad motriz, tics, tartamudeo. Este trastorno afecta a diferentes áreas del niño: al afectivo, la sensorial, al psíquico y al motor Rehabilitación Médica. Rafael González Mas. Editorial Masson, S.A.. 2

25 Inestabilidad motriz El niño con inestabilidad motriz es incapaz de inhibir sus movimientos, así como la emotividad que va ligada a éstos. Es incapaz de mantener un esfuerzo de forma constante; se muestra muy disperso. Suele predominar la hiperactividad y las alteraciones en los movimientos de coordinación motriz. Hay una constante agitación motriz. Incidencia Depende de la clase de cuidados prenatales, condiciones socioeconómicas de los padres, peculiaridades del entorno y el tipo de asistencia obstétrica y pediátrica recibida por la madre y el niño. Es 27 veces más frecuente en niños con menos de 1500 grs. En el nacimiento, que en los que pesan más de 2500 grs. Etiología: (Estudio de las causas de las enfermedades) 1. Prenatales: 30% según Perlstein y Hood. Infección materna: cuando padecen rubéola o infecciones víricas al comienzo del embarazo (defectos congénitos cerebrales). Anoxia prenatal: por intoxicación, anemia, hipotensión, asfixia, hemorragia, entre otros. Trastornos metabólicos: la toxicoadicción de la madre o el padecimiento de trastornos metabólicos como DM (Diabetes Mellitus) o trastornos de tiroideos. Embarazos múltiples: mayor incidencia. Gemelos (6%). Prematuridad: en un tercio. Edad de la madre: a mayor edad mayor riesgo según Yannet. 3

26 Sexo: mayor porcentaje en niños que en niñas. El 57% son niños según Illingworth. Raza: mayor en blancos. 2. Perinatales (Que precede o sigue inmediatamente al nacimiento): 60% según Perlstein y Hood. Anoxia: una tercera y la media parte nacen con signos anóxicos, llegando al 13% los que no respiran espontáneamente durante 6 minutos o más; por obstrucción mecánica respiratoria, atelectasias, anestésicos y drogas, placenta previa, parto de nalgas, entre otros. Traumatismos y hemorragias: en el 60% de los casos son partos complicados (aplicaciones incorrectas de forceps, inductores químicos del parto sin suficiente control y partos prolongados. Prematuridad: porque el cerebro del niño es altamente sensible a la asfixia, lo mismo que el aparato respiratorio no es capaz de asimilar bien el oxígeno, lo cual lleva a depresión respiratoria y ésto, a lesión del cerebro. 3. Postnatales: 10% según Perlstein y Hood. Traumatismos craneales. Infecciones: meningitis tuberculosa o piógena y encefalitis (víricas). Intoxicaciones: con degeneración nerviosa. Accidentes vasculares: encefalopatía hipertensiva, embolias y trombosis. Anoxia: por estrangulamiento, hipoglucemia, grandes alturas, entre otros. Clasificación: 1. Según la localización (topografía) Diplejía simétrica congénita. 4

27 Paraplejía congénita. Tetraplejía o hemiplejía bilateral. Triplejía. Hemiplejía. 2. Según el tipo de trastorno (fisiológica tono muscular) Espástica: daño en área 4, 4s, 5 y 6 (piramidal). Reflejos patológicos (Hoffman, Clonus, Babinsky). ROT (Reflejos osteotendinosos) aumentados. Signo de navaja. Dedo cortical. Contracción excesiva de agonistas. Sobreexcitación de alfa. Rigidez: alteración del sistema extrapiramidal. No reflejos patológicos. ROT normales o disminuidos. Signo de rueda dentada o caño de plomo. Coocontracción de agonistas y antagonistas. Sobreexcitación de gamma y en menor grado de alfa. Flácido: agenesia del cuerpo calloso. Disminución de la función del sistema inmunológico. Dura máximo 1 año (incompatible con la vida, mueren por complicaciones respiratorias y procesos infecciosos). Corea: sistema extrapiramidal (putamen y caudado). 5

28 Movimientos incordiándoos, amplios, incontrolados, rápidos, de estructuras proximales. No ceden con el reposo. Atetosis: sistema extrapiramidal (ganglios basales). Movimientos lentos, de rango pequeño, de estructuras distales, ceden con el reposo. Tono fluctuante, aumento anormal de movimientos involuntarios. Incoordinación en movimientos. Ataxia: alteración del cerebelo (sistema propioceptivo). No percepción de sentido de posición de articulaciones. Mejor pronóstico, evoluciona más rápido. Base de sustentación amplia, mirada al piso. Hipotonía muscular e hipermovilidad articular. Incoordinación por la alteración del sentido cinestésico o del equilibrio. La acción de los antagonistas está falta de una regulación adecuada, así, cuando se contraen agonistas, los antagonistas se relajan súbita y totalmente, en vez de hacerlo de manera gradual (le lleva a inestabilidad y aumento de la amplitud de movimiento). Trastornos asociados Trastornos convulsivos. Deficiencia mental. Trastornos auditivos. Trastornos sensoriales. Trastornos visuales (estrabismo, nistagmo, tics, entre otros). Trastornos de percepción. Trastornos dentales y de nutrición. 6

29 Trastornos de personalidad (sentimiento de inseguridad, miedos excesivos, sentimientos de inferioridad, pérdida de la motivación, entre otros). Trastornos del lenguaje: 73% por afectación de músculos de laringe, tórax, diafragma, abdomen, trastornos auditivos e intelectivos, lesión cortical, disfunciones musculares de lengua y anomalías de diente y paladar. Pronóstico No va a haber curación total. Los patrones reflejos primitivos van desapareciendo con la maduración del SNC (Sistema Nervioso Central), pueden persistir durante un largo período o para toda la vida. Si un niño se sienta antes de los dos años generalmente aprende a caminar independientemente. Si se sienta de 2 4 años, sus posibilidades son del 50%. Si no se sienta antes de los 4 años, rara vez se para y camina. También ayuda para la marcha, si se controla cabeza a los 9 meses y gatea antes de 30 meses. El promedio general de vida es de años. Prevención Desde el proceso gestacional. Educando a la madre. Vacunas. Alimentación. Evitando infecciones. Buen y adecuado control prenatal. Que no consuma drogas, alcohol. Que sea un niño deseado (intervención psicológica). 7

30 Diagnóstico 1. Pruebas en posición SUPINA (para mayores de 2 meses). Miembro Superior: retracción de hombros, flexión de codo y muñeca. Miembros Inferiores: extensión de cadera, plantiflexión, patrón en tijera. No levanta brazos, no manipula objetos en línea media, no es capaz de disociar movimientos ni de girar la cabeza. HIPERTONÍA EXTENSORA 2. Pruebas en posición PRONA. Miembro Superior: hombros protruídos, flexión de codo y muñeca, cabeza fija en cama, atrapado en su propio cuerpo. Si se le levanta o tracciona de los hombros, se genera la misma actitud de los brazos y no manipula objetos. Si es levantado de la pelvis, el Miembro Inferior (MI) queda en abducción y extensión (como en el Landaw). HIPERTONÍA FLEXORA 3. Pruebas en posición SEDENTE No paracaídas frontal y lateral. No sostiene ni adopta la posición. Cuando es traccionado desde su posición supina a sedente, su cabeza queda atrás, luego se nivela con el tronco y luego se cae (flexión). 4. Pruebas en posición de pié y suspensión vertical Abducción de cadera y extensión de rodilla. Pié con plantiflexión. 8

31 5. Para cuadriplejía atetoide El tono es fluctuante (por poca inervación recíproca). Instauración de la espasticidad. Desarrolla el Tónico Asimétrico del Cuello (afecta Miembros Superiores e inferiores, genera alteraciones de postura llevando a escoliosis). Pruebas en supino: opistótonos (éste es de mal pronóstico) Figura Pruebas de desarrollo muscular en el cuello Pruebas en prono: no levanta la cabeza, gira sin levantarla, los hombros son protruídos. Pruebas en sedente: al traccionarlo deja la cabeza atrás, se nivela y luego cae. Figura Pruebas de elasticidad sedente (sentado) 6. Para hemiplejía Asimetría de postura y movimiento. Cara girada hacia el lado sano. Hombro con retracción y descenso. Mano cerrada y dedo cortical (pulgar en oposición). Piernas en flexión, abducción y dedos en garra. 1. Pruebas en prono: no descarga peso en el lado afectado, no hay reacción de paracaídas. 2. Pruebas en sedente: se extiende la pierna afectada. 9

32 7. Desarrollo de la espasticidad Cuando es severa, realiza opistótonos. 1. Pruebas en supino: retracción de hombro, flexión muñeca y codo. Espasticidad flexora (altera control de cabeza). Imposibilita extender columna, cabeza y cadera. 2. Pruebas en sedente: cabeza y columna con inclinación anterior. 3. Pruebas en bípedo: patrón flexor en Miembro Superior (retracción y flexión) y extensor en Miembro Inferior (rotación interna, aducción y extensión). Evaluación neurológica en pediatría 1. Anamnesis Datos personales, antecedentes patológicos, familiares, quirúrgicos, procedimiento del parto, si hubo complicaciones, semanas de nacido, entre otras (para reconocer la patología, etiología y formular posteriormente el tratamiento). 2. Diagnóstico Médico 3. Problemas asociados Se toman en cuenta los que presente de los mencionados anteriormente (lenguaje, auditivos, motores, entre otros, para tener más claro el pronóstico y formular el tratamiento). 4. Tono Muscular A la palpación, observación al movimiento, desplazamiento articular con respecto a la gravedad. 10

33 Una forma fácil es coger el Miembro Superior (MS) como si fuéramos a evaluar el ROT tricipital, se balancea el brazo y si hay resistencia se considera espasticidad; cuando el AMA (amplitud de movilidad articular) está aumentado, se siente el brazo flojo y pesado, se considera hipotonía. 5. Inervación Recíproca 6. Actividad Refleja Para mirar el grado de maduración. Medulares: lesión en Núcleos de Daiters a ramas del vestibular 7. Son fásicos y respuestas automáticas e involuntarias 1.- Retracción Flexora (0 2 meses) Se estimula en planta de pié, de talón a dedos y se hace presión. Respuesta: flexión de MI. Inhibición: rotación interna en MI y se hace el estímulo. Interferencia Refleja: pataleo. 2.- Reflejo de Extensión (0 2 meses) Se estimula en planta de pié con MI flejado. Respuesta: extensión de MI. Inhibición: rotación externa de MI y se hace el estímulo. Interferencia Refleja: pataleo. 3.- Extensión Cruzada (0 2 meses) Presión en tendón de aductores, parte media o proximal. Respuesta: cruza el MI opuesto. Inhibición: abducción, rotación externa de MMII y se estimula. Interferencia: marcha y bipedestación. 11

34 4.- Flexo extensión alterna (0 2 meses) Flexión de un miembro. Respuesta: extiende el otro. Interferencia: pataleo. 5.- Apoyo negativo (0 2 meses) Estímulo en planta o dorso de pié. Respuesta: flexiona el MI. Interferencia: bipedestación y marcha. 6.- Tónico Laberíntico en Supino (0 2 meses) Aumento del tono extensor. Inhibición: cabeza, MS e I en flexión. Interferencia: trabajo en línea media. 7.- Tónico Laberíntico en Prono (0 2 meses) Aumento del tono flexor. Inhibición: extensión de MI, MS y cabeza. 8.- Tónico Asimétrico (0 3 o 4 meses) Gira la cabeza hacia un lado. Respuesta: extensión del lado rostral y flexión del craneal. Inhibición: fija cabeza (se trabaja MS línea media, y MI movimientos de flexión). Fijar MS (se trabaja cabeza y MI). Fijar MI (llevándolos a abducción, rotación externa o flexión). Interferencia: control de cabeza, tronco, sedente, giros y trabajos en línea media. 9.- Tónico Simétrico en Flexión (0 3 o 4 meses) Flexión de cabeza. Respuesta: flexión de MS y extensión en MI. Inhibición: principalmente fijar cabeza en neutro. Fijar MS (meter brazos por debajo del cuerpo). Fijar MI (se llevan contra el pecho). 12

35 Interferencia: control cabeza, sedente, tronco, giros y trabajo en línea media Tónico Simétrico en Extensión (0 3 o 4 meses) Extensión de cabeza. Respuesta: extensión de MS y flexión de MI. inhibición: cabeza neutro. Fijar MS en flexión y fijar MI extensión y rotación interna para evitar que se flejen. Interferencia: controles, giros y trabajos en línea media Apoyo Positivo (0 6 o 7 meses) Estímulo en dorso o planta del pié. Respuesta: extensión de MI. Inhibición: flejar rodillas, rotación externa apoyado en colchoneta y se hace tapping de presión evitando la plantiflexión porque se fatiga la zona donde se desencadena el reflejo. Interferencia: bipedestación y marcha Reacción de Enderezamiento Laberíntico Prono: ojos cerrados, se deja caer la cabeza. Respuesta: alinea o lleva a extensión (2 meses). Supino: ojos cerrados, se deja caer la cabeza. Respuesta: alinea o lleva a flexión (6 meses). Lateral: ojos cerrados, se deja caer la cabeza. Respuesta: alinea o lleva la cabeza a inclinación (7 meses) Reacción de Enderezamiento ópticas Prono: 2 meses. Supino: 6 meses. Lateral: 7 meses. NOTA: estas dos sirven para control de cabeza y equilibrio Reacción de Enderezamiento del Cuello (0 6 meses) 13

36 Gira la cabeza. Respuesta: gira en bloque. Promoverlo: girar en ambos lados y luego el cuerpo. Para rolados y giros Reacción de Enderezamiento del Cuerpo sobre el Cuerpo (6 18 meses) Gira la cabeza, luego cintura escapular y luego cintura pélvica. Promoverlo: fijar pelvis y mover cintura escapular o viceversa. Para rolados y giros Reacciones de Equilibrio Sedente: 8-10 meses. Estímulos desestabilizadores. Cuadrúpedo: meses. Estímulos desestabilizadores A-P y laterales. Bípedo: meses. Dorsiflexión: 18 meses. Estimular, coger por debajo de las axilas, se lleva a dorsiflexión y no se deja caer Moro (0 3 mese) Estímulo sonoro, vibración, cabeza. Respuesta: abducción y llanto. Inhibición: MS debajo del tronco o cadera. Interferencia: bípedo, marcha, controles, giros, trabajo en línea media Prensión Palmar (0 3 meses) Estímulo: Presión cabeza MC (METACARPIANOS). Respuesta: prensión. Inhibición: antebrazo en supino, extender codo y rotación externa y se hace el estímulo. Interferencia: ausente agarres. Presente no suelta agarres Prensión Plantar (0 8 meses) Estímulo: Presión en cabeza de MT (Metatarsianos). 14

37 Respuesta: prensión (fleja dedos). Inhibición: extender dedos y estimular. Interferencia: marcha Landaw (6 18 meses) En prono se deja como caer. Respuesta: aumento del tono extensor. Se promueve: para el control sedente y tronco Paracaídas (6 meses en adelante) En prono se deja caer sin soltar o con un objeto abajo. Respuesta: extiende brazos o los apoya. Promover de igual forma Reacción Anfibia (6 10 meses) En prono se realiza una presión en la ingle. Respuesta: eleva la pelvis o cadera. Inhibición: llevar a retroversión de cadera y no dejar que la levante. Interferencia: arrastre y gateo Babinsky (0 24 meses) Se estimula el borde externo del pié hasta el hallux. Respuesta: extiende el hallux y los otros dedos puede ir o no en abanico. Inhibición: flejar hallux y estimular. Interferencia: marcha y bipedestación Galant (0 2 meses) Roce desde la 12ª costilla a cresta iliaca en prono. Respuesta: inclinación a ese lado Patrón de Marcha (9 12 meses) Inclinar hacia delante en bípedo. 15

38 Respuesta: intenta dar pasos. 7. R.O.T. (Reflejos OsteoTendinosos) 8. A.M.A. (Amplitud de Movilidad Articular) Puede estar limitado por aumento del tono muscular. Atrofia o daño articular por incapacidad de movimiento o inadecuada posición. Pasivo: para mirar si necesita cirugía o aditamentos. 9. Retracciones Musculares Por falta de movilidad o por tono muscular inadecuado. 10. Valoración Funcional Muscular Para mirar incapacidad o dificultad para ciertos movimientos. Para mirar control cortical de los movimientos a si los realiza en el patrón normal. 11. Desarrollo Motor y Conducta Motora 12. Postura Para deducir posibles deformidades funcionales, se observa: Desviaciones posturales (asimetrías, escoliosis ). Aditamentos. Mediciones (cefálica, facial, torácica, MI) 13. Equilibrio 16

39 14. Coordinación Habilidad para realizar conductas motoras adecuadamente de forma lenta, rápida, gruesa y/o fina. 15. Marcha Si la realiza. 16. Función de la Mano Agarres, pinzas. 17. Sensibilidad Es subjetiva. 18. Funciones Vitales Deglución, masticación, succión, respiración, ojos. 19. Observaciones: (patrón, movimientos ) 20. Diagnóstico Fisioterapéutico: deficiencia, discapacidad y minusvalía Como cargar los niños Espástico Flexor: en prono, se coge el pecho y extender cabeza y la otra mano extiende la pelvis. Espástico extensor: manos debajo de axilas y los brazos de él en abducción, se llevan alrededor del cuello de uno y las piernas van abiertas a un lado. Atetósicos: se colocan mirando hacia el frente, se fija el cuerpo y la cara. 17

40 Deformidades Causas Por inmovilidad. Por el tono. Por debilidad. Por actividad refleja anormal. En espásticos: escoliosis, cifoescoliosis, flexión de cadera y rodillas, pié equino-varo o equino-valgo, subluxación de cadera por espasticidad en aducción y rotación interna de cadera, deformidad en patrón flexor de MS. En atetósicos: tendencia a subluxaciones, dislocaciones de articulación de mandíbula, hombro, cadera y dedos por su hipermovilidad. Tratamiento Objetivo General: mejorar la calidad de vida del paciente mediante diferentes técnicas y métodos fisioterapéuticos que le ayuden al niño a obtener la mayor independencia funcional posible en todas las actividades de la vida diaria Objetivos específicos Modular tono. Mejorar propiocepción. Mejorar esquema corporal. Inhibir interferencias reflejas. Aumentar A.M.A.. Evitar retracciones, contracturas y/o disminuirlas. Facilitar movimientos. Modular sensibilidad superficial y profunda. Aumentar fuerza muscular. Mejorar coordinación. 18

41 Mejorar equilibrio en diferentes posiciones. Mejorar postura. Adquisición de conductas motoras (rolados, sedente, bípedo, marcha ). Evitar deformidades. Manejar ayudas externas y/o aditamentos cuando se requieran. Métodos utilizados MÉTODO DE KABAT. MÉTODO DE BOBATH. MÉTODO DE ROOD. MÉTODO DE TEMPLE FAY: Utiliza reflejos patológicos para obtener esquemas de movimientos, postura, propiocepción y estímulos periféricos. Método de phelps Educar el sistema motor para ejecutar actividades en un orden correcto, para luego alcanzar habilidad para las AVD (Actividades de la Vida Diaria) Trabaja en este orden: relajación, modulación de tono, movimiento, descanso, relajación, equilibrio, alcance y prensión, destreza Rehabilitación Médica. Rafael González Mas. Editorial Masson, S.A

42 Método de pohl Utiliza la concienciación muscular, función muscular y coordinación, con el fin de obtener una relajación muscular, enseñar el control muscular voluntario y construir un patrón de desarrollo. 1 Método de schwartz Debe ser estimulado voluntariamente a intentar diversas actividades, esto depende del nivel emocional, intelectual y físico. 2 Método de deaver Máxima utilización de las manos. Obtener un lenguaje adecuado. Habilidad para ejecutar desplazamientos. Adquirir una apariencia normal o casi normal. Mantener máxima movilidad articular y preparar al niño para la ejecución de movimientos coordinados y voluntarios, más necesarios para la vida diaria. 3 Método de collis Busca desde las edades más precoces una seguridad postural, que sirva como base de coordinación muscular. Considera que el empleo de aparatos ortopédicos es contraproducente por interferir en el aprendizaje del equilibrio y la función motora ,2,3,4 Rehabilitación Médica. Rafael González Mas. Editorial Masson, S.A

43 CAPÍTULO II Fundamentos Teóricos 21

44 CAPITULO II FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.1 VIDEO SEÑAL DE VIDEO Para entender cualquier cosa sobre la generación de las señales video en tiempo real, debemos saber sobre las señales de video y como trabajan detalladamente, así que antes de que miremos cualquier código tendremos que hablar sobre el funcionamiento del televisor. Para intentar comprender cómo se almacena y se muestra el vídeo debemos retroceder en el tiempo y fijarnos en una tecnología muy obsoleta: la televisión por tubo de rayos catódicos. Un tubo de un televisor es un gran trozo de metal que no tiene aire dentro, tenemos un cátodo que emite electrones cuando se calienta (por eso la imagen tarda un rato en aparecer cuando se enciende la TV, el cátodo debe calentarse primero hasta que la temperatura sea apropiada para emitir electrones), hay también un fuerte campo electromagnético que acelera a los electrones hacia la parte frontal del tubo, y que posiciona el haz de electrones (son muchos electrones los que se lanzan hacia la parte frontal del tubo). La parte frontal del tubo está cubierta de fósforo y cuando los electrones la golpean, emite la luz hacia el otro lado (el lado en el que estarás tú). Debajo puedes ver un esquema de un CRT (Cathodic Ray Tube, Tubo de rayos catódicos). 22

45 Figura Estructura interna de componentes de la pantalla En un principio las televisiones eran sólo en blanco y negro, con lo que era suficiente con un sólo haz de electrones, ahora para poder ver una película debes escribir esta por toda la pantalla, así que el haz de electrones debe barrer la pantalla, la frecuencia de barrido se conoce normalmente como tasa de refresco (refresh rate). La tasa de refresco se escogió de acuerdo con los ciclos de los sistemas eléctricos que se usaban: Norteamérica y parte de Japón usan 60 Hz. Europa, Oriente Medio y partes de Asia usan 50 Hz. Esto dio lugar a dos sistemas de TV que compiten entre sí: 1.- NTSC: National Television Standard Committee También conocido como "Never the same color" (nunca el mismo color) porque no hay dos imágenes NTSC que se vean igual, el sistema NTSC tiene 525 líneas horizontales de las cuales apenas 487 se ven en la pantalla y tiene una tasa de refresco de 60 Hz entrelazada (veremos esto más adelante). 23

46 2.- PAL: Phase Alternating Line El sistema PAL tiene 625 líneas horizontales, de las cuales apenas 540 se ven en la pantalla y tiene una tasa de refresco de 50 Hz entrelazada. Ahora, en la época en la que aparecieron en el mercado las primeras TVs, la tecnología que permitía escribir 525 líneas 60 veces por segundo, o 625 líneas 50 veces por segundo tenía un precio prohibitivo que no era adecuado para el mercado de masas. Reducir la tasa de refresco habría requerido circuitos más complicados y no era una opción tampoco, además la mente humana tiene un límite inferior para lo que acepta como movimiento continuo. Pero los ingenieros de TV tuvieron una idea: Qué pasaría si escribiésemos únicamente una de cada dos líneas en cada barrido, y escribiésemos la otra mitad durante el siguiente barrido? De este modo sólo necesitaríamos 25/30 imágenes por segundo (lo que implica menos ancho de banda, lo que implica más cadenas de TV en la misma banda de frecuencia), y el ojo humano seguiría aceptando esto como movimiento continuo. A esta idea de dividir la imagen en dos partes se la llamó entrelazado (interlacing), ya a las imágenes divididas, campos (fields), visto de modo gráfico, un campo es básicamente una imagen con una línea negra de cada dos (o blanca). Pero aquí esta una imagen para que puedan imaginar mejor lo que está pasando: Figura Barrido entrelazado líneas impares 24

47 Figura Barrido entrelazado líneas pares Durante el primer barrido, el campo superior se escribe en la pantalla, como se puede ver, se escriben las líneas 1, 3, 5, etc, y después de escribir cada línea, el haz de electrones se mueve a la izquierda antes de escribir la siguiente línea. Como se ve a la izquierda, ahora la imagen muestra un efecto de "peinado", parece que se esta viendo a través de un peine, cuando la gente habla de artefacto entrelazado (interlacing artifacts) o dicen que su imagen está entrelazada, se suelen referir a esto. Una vez que se han escrito todas las líneas impares, el haz de electrones regresa a la esquina superior izquierda de la pantalla y comienza a escribir las pares, Como el fósforo tarda un momento en dejar de emitir luz y dado que el cerebro humano es demasiado lento, en vez de dos campos distintos, lo que vemos es una combinación de los dos, en otras palabras la imagen original. Cuando finalmente llegó la TV en color, la tecnología de entrelazado siguió siendo la misma, pero se necesitaba un tubo de rayos catódicos más sofisticado. En vez de emitir un único haz de electrones, se emiten 3 haces de electrones, con los colores rojo, verde y azul. Cuando colocas puntos de distintos colores lo suficientemente cerca unos de otros, el ojo humano no verá puntos individuales, sino un solo punto y unirá los colores para crear un nuevo color. Debajo se puede preciar un esquema de un CRT en color. 25

48 Figura Estructura interna del cañón de colores (RGB) La pantalla se divide en tres colores: rojo, verde y azul, no obstante aquí discutiremos El haz electrónico que dibuja la pantalla las dos imágenes de cada parte se convierten en una imagen entera. En el mundo del NTSC el cambio al color requirió un cambio más: la tasa de refresco debía disminuirse ligeramente, de 60 Hz a Hz (quedando en imágenes por segundo) para ajustarse a los colores por este motivo tenemos estas tasas de refresco tan extrañas en el mundo del NTSC en la actualidad. Ahora, antes de que procedamos a ver cómo filmaron las películas de Hollywood, echemos un vistazo a los monitores de los PCs, el CRT tradicional de un PC es distinto de las pantallas de TV, cuando los PCs aparecieron en el mercado, se pudo finalmente escribir una imagen entera en un barrido, esto también se llama escaneado progresivo (escaneado porque el haz de electrones "escanea" cada línea de izquierda a derecha), los primeros monitores de PC aún utilizaban modos entrelazados, pero el mayor contraste y el brillo de los fondos nos daba tal dolor de cabeza que ahora tenemos la suerte de que la mayoría de las pantallas ya no emplean este modo, hoy en día todas las pantallas de PC escriben una imagen así: 26

49 Figura Escaneo progresivo Recientemente ha habido pantallas de TV que trabajan en modo de escaneo progresivo, estos modelos sin embargo, son muy raros, y requieren una señal distinta, ya que el modo tradicional de conectar los vídeos, reproductores de DVD o cámaras a la TV no trabaja con imágenes progresivas, las pantallas de LCD y de plasma sólo pueden escribir imágenes progresivas, cuando reciben una imagen entrelazada necesitan trucos técnicos para mostrar una imagen razonable, a estas técnicas se las llama normalmente desentrelazado (deinterlacing). Las TVs antiguas tenían tubos que no eran en absoluto planos, cuanto más nos alejamos del centro del tubo (el punto en el cual el haz de electrones iría directamente a la capa de fósforo sin desviarse), más complicado es escribir una imagen geométricamente correcta y precisa, incluso en la actualidad no se ve el tubo entero, las últimas pulgadas se esconden tras la carcasa de la TV, esa es la razón por la que ambos formatos de TV tienen más líneas de las que podemos ver, el resto de las líneas está y siempre estará escondido, pero estas líneas se usan: los canales de TV transmiten páginas de texto en estas líneas, pueden contener señales que estropean el amplificador (gain controller) automático de tu aparato de vídeo (el sistema de protección anti-copia analógico Macrovision), etc " Síntesis: Mtro. Jorge Arturo Pardiñas Mir. 27

50 La mayoría de las películas destinadas al cine se graban en un material similar al que usamos en la fotografía tradicional, en un segundo se hace una escena con 24 imágenes, así que en teoría podrías rodar una película con tu cámara de fotos, sólo que tendrías que cambiar de rollo cada segundo o segundo y medio (y normalmente las cámaras de fotos no pueden hacer 24 fotos en un segundo;). Cuando vemos estas películas en el cine vemos 24 imágenes (o frames) por segundo. Pero cuando compramos estas películas en cinta de vídeo VHS, o en DVD para verlas en nuestras pantallas de TV tenemos un problema, las pantallas PAL necesitan 25 imágenes por segundo y cada imagen debe dividirse en 2 campos, pero dado que 25 no es mucho mayor que 24, lo que se suele hacer en los países en los que usa PAL es tomar la película original a 24 fps (frames por segundo) y acelerarla a 25 fps, esto implica que las voces y la música tienen un tono más agudo y que la película es un poco más corta, pero a no ser que compares una con otra, apenas se nota. Ahora vamos con el NTSC. Aquí necesitamos 29.97fps, no se puede acelerar la película ya que la diferencia de velocidad sería demasiado grande para que la gente no la notase, así que lo que se hace es que tras dividir los frames en campos, se repiten ciertos campos para obtener una mayor tasa de refresco, básicamente 4 frames se convierten en 10 campos.. Generador de patrones de video Introducción El objetivo de este proyecto ha sido la construcción de un generador de caracteres (letras del (abecedario, números y caracteres especiales) de video, cuyas aplicaciones se extienden desde el campo de la enseñanza de la señal de video hasta el ajuste de equipos receptores de televisión, no se ha pretendido la realización de un equipo con fines comerciales, ya que no se garantizan las especificaciones de un generador de video profesional, si bien se a logrado un equipo de muy alta calidad. 28

51 Especificaciones Patrones : Caracteres, Raster, Cross-hatch, Puntos. Controles : Monocromático, luminancia, crominancia y burst de color independientes. Salida de video : Video compuesto, 1 Vp-p en carga de 75 ohms. Sistema de color : NTSC (opcional PAL-B/G/I cambiando el oscilador de croma). Sistema de barrido: Entrelazado (Barras y Raster), no entrelazado (Crosshatch y Puntos). Alimentación : 12 Vdc (Fuente de poder). Consumo máximo : 70 ma (Raster blanco). Aplicaciones : Envío, recepción y visualización de caracteres por medio del video del televisor. Generalidades El ojo humano es capaz de percibir imágenes mediante receptores ubicados en la retina, hay dos tipos de receptores según su función: Los bastones.- encargados de percibir imágenes en blanco y negro. Los conos.- a cargo de la percepción del color. Si nos concentramos en el estudio de los conos, veremos que hay de tres tipos: los que reaccionan frente a la luz roja, los que lo hacen frente a luz verde y finalmente los que son sensibles a la luz azul, solo se perciben tres colores, sin embargo nosotros vemos todos los colores que nos rodean. Aquí se hace evidente una regla básica del color: Para conocer la información de color de un objeto basta con tener la proporción de los tres colores básicos: Rojo, Verde y Azul, por esta razón a dichos colores se los conoce como Colores Primarios, ya que con la combinación de los mismos se pueden obtener todos los demás. 29

52 Ecuaciones LUZ ROJA + LUZ VERDE + LUZ AZUL = LUZ BLANCA Si los sumamos de a dos: LUZ ROJA + LUZ VERDE = LUZ AMARILLA LUZ ROJA + LUZ AZUL = LUZ MAGENTA LUZ VERDE + LUZ AZUL = LUZ CIAN CIAN + MAGENTA + AMARILLO = NEGRO Los colores en televisión La imagen en un televisor a colores se forma mediante la emisión de luz resultante de la excitación de la película de fósforo, que recubre internamente la pantalla, al ser alcanzada por un haz de electrones que barre periódicamente la superficie visible, si hablamos de emisión de luz, inmediatamente debemos pensar en procesos aditivos, lo cual nos lleva a concluir que en televisión los colores primarios son el Rojo, Verde y Azul (RVA o en inglés RGB). Efectivamente, dentro del tubo de televisión se emiten tres haces de electrones, destinados cada uno a excitar una franja de fósforo en la pantalla, la cual responderá emitiendo un color característico al fósforo empleado, naturalmente como no podía ser de otro modo estos colores son Rojo, Verde y Azul. Todos los demás colores (y realmente todos ) se pueden obtener combinado estos tres primarios en distintas proporciones, un generador de barras básico podría hacer lo siguiente: Tener tres salidas, una para cada color primario Cada una de estas salidas se conecta a la correspondiente entrada del televisor El equipo generará combinaciones de sus salidas, según la siguiente tabla: 30

53 Figura Tabla de generación de barra de colores En esta tabla un 1 significa presencia del color, en tanto que un 0 es su ausencia, en la práctica estos unos y ceros se representan por niveles de tensión, por ejemplo 5V y 0V respectivamente. Como se observa, es muy sencillo construir un generador de este tipo, ya que basta un mínimo de electrónica digital para obtener estas barras, entonces, por qué complicarse más? La mayoría de los equipos de televisión y video no poseen entradas directas de Rojo, Verde y Azul, estas quedan reservadas para monitores destinados al campo profesional, lo habitual es que los equipos hogareños tengan una entrada de Video Compuesto, denominada usualmente como Video in. Por esta razón, nuestro generador debe poder convertir los componentes Rojo, Verde y Azul en ese Video Compuesto. Video compuesto Las señales de Rojo, Verde y Azul (de ahora en más la llamaremos simplemente RGB) contienen toda la información de la imagen, pero ocuparían un ancho de banda considerable si se transmitieran, lo cual justamente es el objetivo de una transmisión de televisión, para reducir este ancho de banda, 31

54 además de mantener la compatibilidad entre transmisiones en Blanco y Negro y Color, se creó la señal de Video Compuesto. En esta señal va la información de luminosidad (Luminancia) de una imagen, su color (Crominancia), y además todos los sincronismos necesarios para generar correctamente la imagen en la pantalla del televisor. Cuáles son estos sincronismos?. Figura Escaneo del haz de electrones de la pantalla Para contestar esta pregunta veamos primero como se forma una imagen en el televisor, un haz de electrones (consideremos uno solo, sabemos que son tres) recorre la pantalla de izquierda a derecha y de arriba a abajo, según lo muestra el esquema adjunto. A medida que recorre la pantalla excita en mayor o menor grado al fósforo que la recubre, generando una imagen, como se ve si bien la imagen aparece en una pantalla de dos coordenadas (un plano), en realidad se genera mediante líneas sucesivas, del mismo modo ingresa al equipo línea a línea. Por lo tanto, es indudable que se necesita sincronizar el haz de electrones que barre la pantalla con el barrido generado en el estudio de televisión, si no se hiciera esto las imágenes aparecerían cortadas, con barras inclinadas, con colores incorrectos (basta con ver un canal codificado para tener una idea de lo que se quiere decir, ya que una manera de codificar la señal es quitarle los sincronismos). 32

55 Sincronicemos entonces el barrido del haz, hay que informarle donde empieza una nueva imagen (sincronismo Vertical o V ) y donde comienza cada línea (sincronismo Horizontal o H ), evidentemente el sincronismo Horizontal es un componente de mayor frecuencia que el Vertical, ya que dentro de cada imagen hay muchas líneas de barrido. Cuántas líneas hay dentro de una imagen? La respuesta es: depende de la norma de transmisión que estemos considerando. Normas de transmisión Una norma es un conjunto de parámetros adoptados como regla dentro de determinado grupo o región a fin de mantener una relación clara y sin ambigüedades entre las partes, en televisión es exactamente eso, las normas establecen los parámetros que deben seguir tanto los equipos transmisores de señal como los receptores, a fin de que se establezca una comunicación segura y sin errores entre ambos, entre los muchos parámetros que se fijan consideraremos solo los que atañen a nuestro proyecto. Frecuencia Horizontal (H): Frecuencia a la que se repiten las líneas de imagen. Sincronismo Horizontal (H Sync): Pulso que indica el comienzo de una línea de imagen. Frecuencia Vertical (V): Frecuencia a la que se repiten las imágenes (campos). Sincronismo Vertical (V Sync.): Pulso que indica el comienzo de una imagen (campo). Líneas Horizontales: cantidad de líneas que forman una imagen completa (cuadro). Subportadora de Color (SC): Frecuencia a la que se modula para enviar la información de color. BURST de Color : ráfaga de la SC que sincroniza la demodulación del color. 33

56 Front Porch : intervalo de señal sin información de imagen previo al H. Sync. Back Porch : intervalo de señal posterior al H Sync., donde se coloca el BURST. Todo esto se resume en el siguiente diagrama: Figura Parámetros de transmisión de la señal de video En la información anterior se hizo referencia a dos palabras que aún no han sido definidas: Campo y Cuadro: Para comprender su definición debemos primero aclarar el concepto de Barrido Entrelazado, como ya se dijo para reconstruir la imagen en la pantalla del televisor, el haz de electrones recorre la misma línea a línea de arriba abajo, bastaría una pasada completa del haz de electrones para tener una imagen formada en pantalla, sin embargo no es así, se requiere que el haz de electrones barra dos veces la pantalla para formar una imagen completa. Veamos esto con más detenimiento Cuando la cámara de video en el estudio de televisión escanea la imagen que va a transmitir, lo hace dividiendo la imagen en líneas horizontales, estas líneas serán posteriormente transmitidas al receptor de televisión para que este las reproduzca secuencialmente en la pantalla, sin embargo no se transmiten las 34

57 líneas consecutivamente (línea 1, 2, 3, 4, ) sino que primero se transmiten las impares (línea 1, 3, 5, ) y luego las pares (línea 2, 4,6, ). Del mismo modo recorre el haz de electrones la pantalla, reproduciendo primero las líneas impares y luego las pares, por este motivo se requiere que el haz recorra 2 veces toda la pantalla para formar una imagen completa, a las dos semi-imagenes se les denomina Campos (Impar y Par respectivamente) y a la imagen completa Cuadro, esto se esquematiza en la figura adjunta. Figura Escaneo campo impar y par En esta figura se ha denominado I al Campo Impar y II al Campo Par, en el diagrama se puede observar que el campo impar termina en media línea horizontal y el par comienza con media línea horizontal, esta característica la veremos a continuación cuando analicemos las dos formas de barrido que pueden encontrarse: 35

58 Barrido Entrelazado y Barrido No Entrelazado Figura Barrido entrelazado Figura Barrido no entrelazado El ejemplo que acabamos de ver corresponde a una imagen generada con Barrido Entrelazado, su nombre proviene del entrelazamiento de las líneas de barrido de dos campos sucesivos. Qué ventaja tiene?, obtener una mayor frecuencia de repetición de imágenes sin aumentar el ancho de banda. Cómo es esto?, por el canal de transmisión se envían una cierta cantidad de imágenes por segundo (digamos por ejemplo 25), en el televisor se reproducen estas 25 imágenes por segundo, pero barriendo la pantalla 50 veces por segundo. Para nuestro ojo es como si se hubieran generado 50 imágenes en un segundo, haciendo imperceptible el parpadeo de la imagen, como dato adicional, en el cine ocurre lo mismo las películas antiguas corrían a 16 cuadros por segundo, y en ellas era muy notorio el parpadeo. Actualmente se filma a 24 cuadros por segundo, y el obturador se abre dos veces en cada cuadro durante la proyección, con el mismo propósito de disminuir el parpadeo. 36

59 Volviendo a la televisión, si este método es tan bueno, no tiene sentido insistir con el Barrido No Entrelazado, sin embargo, el entrelazamiento que ha probado ser insustituible en imágenes en movimiento, falla en imágenes fijas. Por qué?, Imaginemos una línea blanca horizontal quieta sobre un fondo negro en medio de la pantalla, cuando se barre el campo impar la línea aparecerá a determinada altura, en tanto que cuando se barra el campo par la misma aparecerá naturalmente una línea horizontal más arriba o más abajo que la anterior. Al sucederse los campos, la línea se verá temblar en sentido vertical, en forma poco perceptible, pero muy molesta si uno debe fijar la vista en la pantalla. Cómo se soluciona?, fácil, se utiliza el Barrido No Entrelazado. Este es mucho más sencillo, simplemente las líneas de barrido se superponen campo tras campo, esta técnica es muy utilizada en monitores de computación y en generadores de patrones cuando se utilizan señales como el Cross-hatch (líneas) y Puntos. Figura Generador de líneas Figura Generador de puntos 37

60 Diferentes estándares de televisión (distribución mundial) Figura Distribución mundial del sistema de televisión Un el mapa se muestra los diferentes tipos de televisión usados en el mundo estándares de vídeo: NTSC y PAL. 1 El vídeo que vemos en una pantalla de televisión sigue unas normas establecidas en los años 50 del siglo pasado, cuando apareció la televisión en color, los formatos más importantes utilizados hoy en día son NTSC (National Television System Committee) y PAL (Phase Alternating Line). En términos generales, NTSC es el estándar utilizado en América del Norte y del Sur y en Japón, mientras que PAL se utiliza en Europa, Australia, Oriente Medio y Asia. Tamaño de fotogramas: NTSC y PAL tienen tamaños de imagen diferentes. Velocidad de reproducción de fotogramas: NTSC y PAL utilizan diferentes velocidades de reproducción de fotogramas para mostrar imágenes proporción de aspecto de píxeles Tutorial Pc y Pic 38

61 Píxeles: NTSC y PAL comparten la misma proporción de aspecto de píxeles (conocida como proporción de aspecto D1, que es básicamente rectangular). Visualización: NTSC y PAL constan de dos campos "entrelazados" independientes, mientras que los monitores de equipos informáticos muestran imágenes "progresivas" SISTEMA PAL El sistema PAL deriva directamente del NTSC con algunas correcciones técnicas. PAL es la sigla de Phase Alternating Line (línea alternada en fase), este es el nombre con que se designa al sistema de codificación empleado en la transmisión de señales de televisión en color en la mayor parte del mundo, de origen alemán, se utiliza en la mayoría de los países africanos, asiáticos y europeos (entre ellos España), además de Australia. El sistema PAL surgió en el año 1963, de manos del Dr. Walter Bruch en los laboratorios de Telefunken en su intento por mejorar la calidad y reducir los defectos en los tonos de color que presentaba el sistema NTSC. No obstante, los conceptos fundamentales de la transmisión de señales han sido adoptados del sistema NTSC. Detalles técnicos El nombre "Phase Alternating Line" (línea alternada en fase) describe el modo en que la información de crominancia (color) de la señal de vídeo es invertida en fase en cada línea, permitiendo la correción automática de los posibles errores en fase al cancelarse entre sí, en la transmisión de datos por radiofrecuencia, los errores en fase son comunes, y se deben a retardos de la señal en su llegada o procesado. 39

62 Aprovechando que habitualmente el contenido de color de una línea y la siguiente es similar, en el receptor se compensan automáticamente los errores de tono de color tomando para la muestra en pantalla el valor medio de una línea y la anterior, dado que el posible error de fase existente será contrario entre una línea y la siguiente. De esta forma dicho error, en lugar de un corrimiento del tono como ocurriría en NTSC, queda convertido en un ligero defecto de saturación de color que es mucho menos perceptible al ojo humano. Esta es la gran ventaja del sistema PAL frente al sistema NTSC. Las líneas en que la fase está invertida respecto a cómo se transmitirían en NTSC se llaman a menudo líneas PAL, y las que coincidirían se denominan líneas NTSC. El funcionamiento del sistema PAL implica que es constructivamente más complicado de realizar que el sistema NTSC, esto es debido a que si bien los primeros receptores PAL aprovechaban las imperfecciones del ojo humano para cancelar los errores de fase, sin la corrección electrónica explicada arriba (toma del valor medio), esto daba lugar a un efecto muy visible de "peine" si el error excedía los 5º, la solución fue introducir una línea de retardo en el procesado de la señal de luminancia de aproximadamente 64 µs que sirve para almacenar la información de crominancia de cada línea recibida; la media de crominancia de una línea y la anterior es lo que se muestra por pantalla. Los dispositivos que eran capaces de producir este retardo eran relativamente caros en la época en la que se introdujo el sistema PAL, pero en la actualidad se fabrican receptores a muy bajo costo, esta solución reduce la resolución vertical de color en comparación con NTSC, pero como la retina humana es mucho menos sensible a la información de color que a la de luminancia o brillo, este efecto no es muy visible. Los televisores NTSC incorporan un corrector de matiz de color (en inglés, tint control) para realizar esta corrección manualmente, finalmente en el sistema PAL es más probable que el aparato receptor malinterprete una señal de color como señal de luminancia, o viceversa, que en el sistema NTSC, en 40

63 consecuencia el sistema NTSC es técnicamente superior en aquellos casos en los que la señal es transmitida sin variaciones de fase (y, por tanto, sin los defectos de tono de color anteriormente descritos), por ejemplo en la televisión por cable, por satélite, en videojuegos, en reproductores de vídeo, y en general en todas las aplicaciones en banda base. Formatos del sistema PAL El sistema de color PAL se usa habitualmente con un formato de vídeo de 625 líneas por cuadro (un cuadro es una imagen completa, compuesta de dos campos entrelazados) y una tasa de refresco de pantalla de 25 cuadros por segundo, entrelazadas, como ocurre por ejemplo en las variantes PAL-B, G, H, I y N, algunos países del Este de Europa que abandonaron el sistema SECAM ahora emplean PAL D o K, adaptaciones para mantener algunos aspectos técnicos de SECAM en PAL. Norma N Actualmente en el mundo hay muchas normas de transmisión de televisión, denominadas con letras desde la A a la N, algunas ya no se utilizan, pero la mayoría siguen vigentes veamos ahora los valores que se han establecido para los parámetros que hemos definido enla norma N, utilizada en solo tres países del mundo: Argentina, Uruguay y Paraguay. Frecuencia Horizontal (H) : Hz (duración de una línea: 64 µseg.) Sincronismo Horizontal (H Sync) : 4.8 µseg. Frecuencia Vertical (V) : 50 Hz (duración de un campo: 20 mseg.) Sincronismo Vertical (V Sync.) : 2.5 líneas horizontales Líneas Horizontales : 625 por cuadro (312.5 por campo) Subportadora de Color (SC) : MHz BURST de Color : 9 a 11 ciclos de SC Front Porch : 1.9 µseg. Back Porch : 5 µseg. 41

64 Si comparamos estos valores con normas en uso en Europa (B, G, I) veremos que hay una gran similitud, excepto por el valor de la subportadora de color (en estos sistemas es 4.43 MHz), para concluir con el tema de las normas, veamos un esquema que representa una señal real de video norma N, utilizando los dos métodos de barrido ya analizados. Concentrémonos solamente en el método entrelazado. Se ve claramente como el pulso de sincronismo vertical abarca 2½ líneas horizontales (la 1, 2, y mitad de la 3 en el Campo I). Pero además se ve algo no mencionado hasta ahora: parecieron unos pulsos de Pre y Pos-Ecualización. Qué es esto?, la detección del sincronismo vertical en el televisor se realiza integrando la señal de video que llega, y cuando esta alcanza un determinado valor se dispara el barrido vertical, la integración se lleva a cabo mediante un circuito RC, y se monitorea la carga del capacitor para decidir cuando disparar el vertical. Dependiendo de la imagen previa al pulso de sincronismo vertical, el capacitor podrá estar más o menos cargado, haciendo que los barridos verticales no se disparen siempre en un mismo punto, provocando inestabilidades en la imagen (temblor vertical), para evitar esto se colocan los pulsos de pre y posecualización, cuya función es llevar la carga del capacitor a valores fijos antes y después del pulso vertical, el hecho de hacerlo también después evita disparos erráticos del sistema. Los pulsos de pre y pos-ecualización tienen una frecuencia igual al doble de la horizontal y su duración es la mitad de la del H Sync, se aplican durante un tiempo igual a 2½ líneas horizontales, finalmente los pulsos positivos que aparecen dentro del pulso de sincronismo vertical se denominan Serrated Pulses, y su función es mantener enganchado al oscilador horizontal durante este período. Su duración es igual al H Sync. 42

65 Cuadro de pulsos Figura Diagrama de tiempos del sistema PAL Tutorial Pc y Pic 43

66 2.1.3 SISTEMA NTSC NTSC Es un sistema de codificación y transmisión de televisión analógica desarrollado en Estados Unidos en torno a 1940, y que se emplea en la actualidad en la mayor parte de América y Japón, entre otros países, el nombre viene del comité de expertos que lo desarrolló, el National Television System(s) Committee. Vídeo NTSC El formato NTSC consiste en la transmisión de cuadros de vídeo en modo entrelazado con un total de 525 líneas de resolución y una velocidad de actualización de 30 cuadros de vídeo por segundo y 60 campos de alternación de líneas. Para garantizar la compatibilidad con el sistema NTSC en blanco y negro, el sistema NTSC de color mantiene la señal monocromática en blanco y negro como componente de luminancia de la imagen en color, mientras que las dos componentes de crominancia se modulan con una modulación de amplitud en cuadratura sobre una subportadora de 3, MHz. La demodulación de las componentes de crominancia es necesariamente síncrona, por lo tanto se envía al inicio de cada línea una señal sinusoidal de referencia de fase conocida como "salva de color", "burst" o "colorburst". Esta señal tiene una fase de 180º y es utilizada por el demodulador de la crominancia para realizar correctamente la demodulación, a veces el nivel del "burst" es utilizado como referencia para corregir variaciones de amplitud de la crominancia. Generación de una señal eléctrica con la información de una imagen. 44

67 El sistema de televisión utilizado NTSC (National Television Systems Commitee), tiene algunos de parámetros de la señal de video definidos en el sistema que son los siguientes: La imagen a reproducir se confina a una forma rectangular horizontal con una relación de dimensiones consistente en 4 unidades horizontales por 3 unidades verticales. La imagen es proyectada hacia un dispositivo que convertirá la información de aquella en señal eléctrica que permita su posterior reproducción. La información de la imagen es obtenida en el dispositivo de conversión a través de explorar o hacer un barrido de esta por medio de líneas, de izquierda a derecha y comenzando con la esquina superior izquierda. La imagen se forma por el barrido de 525 líneas horizontales, estableciéndose como distancia de observación adecuada entre 4 y 8 veces la altura de la imagen, la continuidad del movimiento se logra presentando 30 (29.97) imágenes por segundo. La frecuencia de barrido de las líneas horizontales es de 525 x = 15, Hz (Usualmente se hace referencia al valor de frecuencia obtenido redondeando el número de imágenes por segundo a 30: 525 x 30 = 15,750 Hz. Cada imagen se divide en dos partes denominadas campos. Cada campo es barrido por lo tanto a una velocidad de 60 por segundo, el doble de una imagen completa, con lo que se consigue eliminar el efecto visual de parpadeo. Cada campo contiene únicamente líneas, pero estas líneas no son continuas, sino que se toman de manera entrelazada: si la imagen consiste en 525 líneas y estas se numeran consecutivamente, un campo se forma solamente por las líneas de número impar, mientras que el otro por las líneas de número par. A este método se le denomina barrido entrelazado el barrido vertical se realiza de manera continua mientras se realiza el barrido horizontal. 45

68 La información de la imagen sólo se obtiene durante el barrido horizontal de izquierda a derecha, el tiempo de barrido horizontal de izquierda a derecha es mayor que el tiempo de regreso para comenzar a barrer la siguiente línea. A continuación se muestran gráficas de los barridos realizados para formar una imagen completa. En la primera se tiene que se ha barrido en el primer 1/60 de segundo las líneas impares de la imagen, mientras que en la segunda gráfica se presenta el siguiente 1/60 de segundo con el barrido de las líneas impares, resultando la imagen completa de 525 líneas después de 1/30 de segundo. 46

69 Radiodifusión Un canal de televisión transmitido en el sistema NTSC utiliza alrededor de 6 MHz de ancho de banda, para contener la señal de vídeo, más una banda de resguardo de 250 khz entre la señal de vídeo y la de audio. Los 6 Mhz de ancho de banda se distribuyen de la siguiente forma: 1,25Mhz para la portadora de vídeo principal con dos bandas laterales de 4,2Mhz; las componentes de color a 3, Mhz sobre la portadora de vídeo principal, moduladas en cuadratura; la portadora de audio principal de 4,5 Mhz transmitida sobre la señal de video principal y los últimos 250 Khz de cada canal para la señal audio estereofónica en frecuencia modulada. La señal de crominancia en la norma NTSC se transmite en una frecuencia subportadora FM en los 3.58 Mhz Inconvenientes Los problemas de transmisión e interferencia tienden a degradar la calidad de la imagen en el sistema NTSC, alterando la fase de la señal del color, por lo que en algunas ocasiones el cuadro pierde a su equilibrio del color en el momento de ser recibido, esto hace necesario incluir un control de tinte, que no es necesario en los sistemas PAL o SECAM. Por eso en broma se le denomina "NTSC: Never The Same Color" ("NTSC: Nunca el mismo color"). Otra de sus desventajas es su limitada resolución, de solo 525 líneas de resolución vertical, la más baja entre todos los sistemas de televisión, lo que da lugar a una imagen de calidad inferior a la que es posible enviar en el mismo ancho de banda con otros sistemas. Además, la conversión de los formatos cinematográficos a NTSC requiere un proceso adicional conocido como " pulldown de 3:2 ". 47

70 Ntsc digital Lo dicho anteriormente se refiere al sistema NTSC en dispositivos analógicos. En los dispositivos digitales, como televisión digital, consolas de videojuegos modernas, DVD, etc., ni siquiera importa la codificación de color empleada, y ya no hay diferencia entre sistemas, quedando el significado de NTSC reducido a un número de líneas igual a 480 líneas horizontales (240 para mitad de resolución, como VCD) con una tasa de refresco de la imagen de imágenes por segundo, o el doble en campos por segundo para imágenes entrelazadas. Diagrama de tiempos Figura Diagrama de tiempos del sistema NTSC 48

71 Detalles de símbolos de sincronismo de video Símbolos Características NTSC H Periodo de línea (µs) a Borrando (µs) 10.9±0.2 b Tiemopo de dato (0 H ) y pulso de borrado (µs) 9.2 to 10.3 c Front porch (µs) 1.27 to 2.22 d Synchronizing pulse (µs) 4.7±0.1 e Borrado de pulso (µs) <0.48 f Sincroniza pulso (µs) <0.25 g Señal de portador (µs) 5.3 (4.71 to 5.71) h Duración de portador (µs) 2.23 to 3.11(9±1 cycles) Descripción Representación de la intensidad de luz en la señal eléctrica Parte importante de la información que se obtiene de una imagen para permitir su reproducción es la intensidad de luz de cada punto de la imagen. La señal de video contiene la información de la intensidad de luz, siendo su amplitud directamente proporcional a esta y de manera tal que valores de amplitud de señal eléctrica mayor correspondan a mayores intensidades de luz. En la señal de video sólo se incluye la información de la intensidad de luz obtenida durante el barrido horizontal de izquierda a derecha, omitiéndose durante el tiempo de regreso para barrer la siguiente línea horizontal y durante el tiempo de regreso para comenzar a barrer el siguiente campo. 49

72 Borrado y sincronía Durante los tiempos de retroceso horizontal y vertical la señal de video se mantiene durante un tiempo en un estado denominado como de borrado, correspondiendo a un valor de intensidad menor al menor valor de intensidad posible de la imagen. Durante otro lapso de tiempo, dentro del mismo intervalo de borrado, el dispositivo convertidor de imagen a señal eléctrica incluye en la señal de video que se está generando niveles de voltaje que indican el momento en que se considera que la línea horizontal se ha terminado y debe de realizarse el retroceso, información que se le denomina como pulso de sincronía horizontal y vertical. En la siguiente figura se muestra la forma de la señal de video correspondiente a una línea horizontal, incluidos los períodos de borrado, sincronía y el inicio de la siguiente línea, así como los valores proporcionales de tiempo y amplitud, todos ellos de acuerdo al estándar NTSC. Figura Tiempos de escaneo de la imagen 50

73 Durante el retroceso vertical se introduce también en la señal de video un pulso de sincronía vertical, sólo que en este caso el pulso de sincronía vertical debe permitir que no se deje de tener sincronía horizontal, razón por la cual el pulso de sincronía vertical tiene las siguientes características: El intervalo de tiempo correspondiente al retroceso vertical tiene una duración de 9 líneas horizontales, las 3 primeras líneas forman una zona denominada como de igualación, las 3 líneas centrales son en sí el pulso de sincronía y las últimas 3 líneas horizontales forman otra vez una zona de igualación. En todo el intervalo de retroceso vertical los pulsos de sincronía se producen al doble de la frecuencia: 31,468.5 Hz, en las zonas de igualación los pulsos de sincronía son invertidos en su forma (observar detalle en figura). Figura Diagrama de sincronismo 51

74 2.2 MICROCONTROLADORES INTRODUCCIÓN La evolución de la electrónica desde la aparición del circuito integrado ha sido constante. Actualmente podemos encontrar dispositivos cada vez más complejos ubicados en encapsulados cada vez más pequeños, un ejemplo de esto son los microcontroladores. Un microcontrolador, es un dispositivo electrónico encapsulado en un chip, capaz de ejecutar un programa. El microcontrolador reúne en un solo integrado: microprocesador, memoria de programa, memoria de datos y puertos de entrada/salida. Además, también suelen disponer de otras características especiales como: puertos serie, comparadores, convertidor analógico-digital, etc. En el mercado existen gran variedad de microcontroladores de marcas y características distintas que podremos utilizar dependiendo de la aplicación a realizar. Un microcontrolador ejecuta instrucciones. El conjunto de instrucciones es lo que llamamos programa. Las instrucciones son leídas de la memoria de programa para ejecutarlas una detrás de otra. La memoria de programa contiene las instrucciones que queremos que el microcontrolador ejecute. Programar un microcontrolador consiste en introducir el programa en la memoria del microcontrolador. Las instrucciones son operaciones simples como sumar, restar, escribir en un puerto, activar un bit de un dato, etc. Mediante estas instrucciones básicas podemos realizar operaciones más complejas y así llegar al objetivo de la aplicación. En este capítulo nos vamos a centrar en los microprocesadores de la casa Microchip Technology, es decir los PICs. Este tipo de microprocesadores están muy extendidos actualmente en el mercado gracias a su gran variedad y bajo 52

75 costo. Otra razón del éxito de los PICs es su utilización, ya que una vez se ha aprendido a utilizar uno, conociendo su arquitectura y juego de instrucciones, es muy fácil emplear otro modelo diferente HISTORIA DE LOS PIC s En 1965 GI formó una división de microelectrónica destinada a generar las primeras arquitecturas viables de memoria EPROM y EEPROM. A principios de 1970 se creó el CP1600 que era un microprocesador bastante bueno pero no manejaba muy bien los puertos de E/S, por esta razón en 1975 se creó el PIC que era un chip que funcionaba en combinación con este microprocesador para controlar las E/S. Alrededor de 1980 GI reestructuró la empresa y creó la GI Micro electronics que finalmente fue vendida a un grupo de inversores de capital de riesgo que crearon la actual Arizona Microchip Technology y centraron su negocio en la fabricación de PICs, memorias EEROM y EPROM. Actualmente Microchip ha realizado un gran número de mejoras a la arquitectura original de los PICs, adaptándola a las actuales tecnologías y al bajo costo de los semiconductores. Figura Arquitectura de la memoria interna del microcontrolador (pic) ELECCIÓN DEL MICROCONTROLADOR PARA NUESTRO SISTEMA Para la elección de un microcontrolador debemos primero conocer las bondades de cada uno de los tipos, conociendo sus ventajas y características que ayudarán a realizar un trabajo mucho más eficiente y reduciendo su tamaño y principalmente el costo. 53

76 Características de los PICs Las características más destacadas de los PICs las enumeramos en los siguientes puntos: 1ª. La arquitectura del procesador sigue el modelo Harvard Tradicionalmente, las computadoras y microprocesadores siguen el modelo propuesto por John Von Neumann, en el cual la unidad central de proceso, o CPU, esta conectada a una memoria única que contiene las instrucciones del programa y los datos. El tamaño de la unidad de datos o instrucciones esta fijado por el ancho del bus de la memoria. Esto limita la velocidad de operación del microprocesador, ya que no se puede buscar en la memoria una nueva instrucción, antes de que finalicen las transferencias de datos que pudieran resultar de la instrucción anterior. 2ª. Se aplica la técnica de segmentación ("pipe-line") en la ejecución de las instrucciones La segmentación permite al procesador realizar al mismo tiempo la ejecución de una instrucción y la búsqueda del código de la siguiente. De esta forma se puede ejecutar cada instrucción en un ciclo (un ciclo de instrucción equivale a cuatro ciclos de reloj). Figura Segmentación de la memoria interna para la ejecución de instrucciones 54

77 3ª. El formato de todas las instrucciones tiene la misma longitud Todas las instrucciones de los microcontroladores de la gama baja tienen una longitud de 12 bits. Las de la gama media tienen 14 bits y más las de la gama alta. Esta característica es muy ventajosa en la optimización de la memoria de instrucciones y facilita enormemente la construcción de ensambladores y compiladores. 4ª. Procesador RISC (Computador de Juego de Instrucciones Reducido) Dependiendo de la gama del procesador (baja, media o alta) tienen más o menos número de instrucciones. Los modelos de la gama baja disponen de un repertorio de 33 instrucciones, 35 los de la gama media y unas 76 los de la alta. 5ª. Todas las instrucciones son ortogonales Cualquier instrucción puede manejar cualquier elemento de la arquitectura como fuente o como destino. 6ª. Arquitectura basada en un banco de registros Esto significa que todos los objetos del sistema (puertos de E/S, temporizadores, posiciones de memoria, etc.) están implementados físicamente como registros. 7ª. Diversidad de modelos de microcontroladores con prestaciones y recursos diferentes. Ventajas del uso de microcontroladores: Gestión eficiente de procesos. (Ejemplo motores de combustión) Aumento de la fiabilidad. Reducción del tamaño, consumo y costo. Mayor flexibilidad (Únicamente se requiere la reprogramación) 55

78 La única limitación en las aplicaciones es la imaginación de los diseñadores de sistemas. Por ejemplo en un hogar pueden encontrarse más de 200 microcontroladores distribuidos por los aparatos de la casa. Los campos más destacados son: Periféricos y dispositivos auxiliares de computadores Electrodomésticos Aparatos portátiles (pda, teléfonos, tarjetas, ) Máquinas expendedoras Juguetes Sistemas de seguridad, alarmas Instrumentación Automoción Control industrial y robótica Sistemas de navegación Termorregulación: Aire acondicionado, calderas de calefacción, El mayor vendedor mundial de microcontroladores de 8 bits es microchip con la familia PIC. Razones: Desarrollo con bajo riesgo. Exsite una gran variedad de dispositivos pero son totalmente compatibles pin a pin. No es necesario rediseñar el software y un entorno de desarrollo sencillo (MPLAB, PBP, PIC C COMPILER en nuestro caso). Tiempo de desarrollo reducido. El software es reutilizable. ICSP. Muy bajo costo. Gran variedad de compiladores y herramientas de desarrollo. 56

79 Otros fabricantes: Motorola: 68HC11 Intel, philips: 8051 Otros National Semiconductor, SGS-thomson, Texas-inst., Hitachi, Analog Devices Por tales razones hemos decidido utilizar los siguientes pic para la realización del proyecto: PIC 16F628A (Para el teclado, y recepción de datos). PIC 18F2525 (Para la generación de video) DESCRIPCIÒN GENERAL Microcontrolador PIC 16F628A Figura PIC 16F628A El PIC16F62A es un miembro basado en la tecnología Flash de 18 pines es perteneciente a la familia de la serie PIC16F62x de los microcontroladores 8 bit completamente estáticos del Cmos. Las características incluyen un oscilador interno de 4 megahercios, memoria de 128, EEPROM, capture/compare/pwm, USART, 2 comparadores, y referencia programable del voltaje. 57

80 Características Del Microcontrolador Del Microchip PIC16F62A Figura Distribución de pines PIC 16F628A CPU de alto rendimiento del Risc Velocidad de funcionamiento: 20 MHZ Voltaje de funcionamiento: V Gama de temperatura industrial (-40 a +85 C) Capacidad de interrupción 8 niveles de stack Modos de dirección directos, indirectos y relativos 35 instrucciones Características Especiales Del Microcontrolador Memoria : 3584 octetos (2048 palabras) Datos SRAM: 224 octetos Datos EEPROM: 128 octetos Opciones internas y externas del oscilador o o o Oscilador interno de 4 mhz de precisión calibrado en la fábrica hasta el ±1% Oscilador interno de baja potencia de 48 kilociclos Ayuda externa de oscilador Modo de ahorro de energía Pin Clear/Input multiplexado 58

81 Contador de tiempo, perro guardián con el oscilador independiente para la operación confiable Programación de baja tensión Programación serial en el circuito (vía dos pines) Protección programable de código Reajuste Del Brown-out Energía de reajuste Contador de tiempo de ciclo inicial y contador de tiempo de inicio del oscilador Célula de la Alto-Resistencia Flash/EEPROM o o o escriben Flash escriben EEPROM Retención de los datos de 40 años. Características Periféricas 16 pines de I/O con control individual de la dirección Alta corriente directa para encender LED Módulo de comparador análogo o o o o Dos comparadores análogos Módulo programable Referencia interna o externa seleccionable Las salidas del comparador son externamente accesibles Timer0: timer/counter 8-bit con el prescaler programable 8-bit Timer1: timer/counter 16-bit con capacidad externa de crystal/clock Timer2: timer/counter 8-bit con el registro, el prescaler y el postscaler 8-bit del período La captura, compara, módulo de PWM o o Capture/Compare 16-bit 10-bit PWM 59

82 USART/SCI Direccionable Microcontrolador PIC 18F2525 Figura PIC 18F2525 Características Del Microcontrolador De Microchip PIC18F2525 Figura Distribución de pines PIC 18F2525 CPU De alto rendimiento Risc Velocidad de funcionamiento: 40 MHZ Voltaje de funcionamiento: V Gama de temperatura industrial (-40 a +85 C) Memoria de programa hasta 2 MBYTES Oscilador de 4-10 Mhz con PLL Instrucciones amplias de16-bit 75 instrucciones Características Especiales Del Microcontrolador Memoria Flash: 32 kilobytes ( palabras) 60

83 Datos SRAM: 1536 octetos Datos EEPROM: 256 octetos Opciones seleccionables de oscilador, incluyendo: o Entrada de reloj secundaria del oscilador (32 kilociclos) Convertidor de analógico a digital con5-canales (disponible durante ahorro de energía) Modo de ahorro de energía Contador de tiempo, perro guardián Programación serial vía dos pines Protección programable del código Energía reajustale Contador de tiempo de ciclo inicial y contador de tiempo del encendido del oscilador Características Periféricas 22 pines de I/O; 3 puertos de I/O Alta corriente 25 ma/25 ma Tres pines externos de la interrupción Timer0: 8-bit/16-bit timer/counter con escala programable de 8-bit Timer1: timer/counter 16-bit Timer2: timer/counter 8-bit con el registro 8-bit Timer3: timer/counter 16-bit o Opción secundaria de reloj, oscilador -- Timer1/Timer3 Puerto serial síncrono principal con dos modos: USART direccionables 61

84 CAPITULO III Teoría 62

85 CAPITULO 3 TEORIA 3.1 ESTUDIO DE HARDWARE Y COMUNICACIÓN TECLADO COMPUTADOR FUNCIONAMIENTO Funcionamiento interno (Hardware) Figura Identificación fila y columna de la tecla pulsada Funcionamiento mecánico: cumple la tarea esencialmente de accionar un contacto el cual envía una señal eléctrica (0 o 5 voltios) y mediante un circuito decodificador saber en que fila o columna de la matriz interna del teclado se encuentra para su posterior decodificación. 63

86 Tipos de pulsadores Existe una diversa gama de tipos de pulsadores los cuales se han ido creando para el mejoramiento, comodidad, elegancia y reducción de tamaño de los primeros teclados a los teclados actuales. Clasificación: Funcionamiento interno (Software) Como vamos a ver, los teclados de Pcs están íntimamente unido a su hardware, es decir su host,de hecho solo hay que observar que el teclado y su host están conectados a través de 4 hilos. (Entiéndase host como dispositivo que se comunica con el teclado intercambiando información con él, en el caso de un PC, es el propio PC, en nuestro caso el microcontrolador actúa como host). 64

87 La conexión entre un teclado y el PC se realiza a o bien a través de un conector DIN 5 puntas en 180º o a través de un conector del tipo PS/2 (mini-din 6 puntas). En ambos casos una línea transmite la señal de reloj otra la de datos y dos más la alimentación +5V y GND LOS CONECTORES DEL TECLADO Existen dos tipos de conectores: DIN de 5 pines usado en el estándar AT Mini DIN de 6 pines usado en estándares PS/2 El chasis metálico va conectado a la malla de protección del cable o un su defecto a GND, las líneas N/C (No conectadas) se conectan a GND algunas veces COMUNICACIÓN DEL TECLADO AL COMPUTADOR La comunicación entre el teclado y el host es en modo serie con bit de arranque, ocho bits de datos, paridad impar y bit de parada. Es además bidireccional, el teclado informa al host de la actividad en las teclas y el host le envía comandos para su configuración, encendido de luces (BloqMayusculas/BloqNum/BloqDespl), re-inicialización, re-envío etc. Esto hace 65

88 que la señal de datos pueda ser usada por ambas partes, mientras que el reloj lo controla siempre el teclado. Figura Diagrama de sincronismos reloj y dato del teclado al host (computador) LSB: Less Significative Bit (Bit menos significativo) MSB: Most Significative Bit (Bit mas significativo) P Odd: Paridad Impar ACK: Acknowledge (Reconocimiento) En el diagrama de tiempos superior podemos observar en color azul la señal controlada por el teclado y en rojo cuando está controlada por el host. Lo más importante para el problema que nos ocupa es qué la información nos da el teclado respecto de las pulsaciones. Cuando se pulsa una tecla, el teclado envía lo que se conoce como scan code, esto es un código asociado con cada tecla a través de una tabla. Existen tres modalidades o tablas dependiendo del tipo de teclado. Scan Code Set 1: Es el usado en teclados del tipo XT de 83 teclas (Las teclas de función estaban en la parte izquierda). Scan Code Set 2: Propio de teclados AT de 102 teclas, es el más usado. Scan Code Set 3: Sólo usado en teclados del tipo PS/2. 66

89 Formato del teclado Teclado Multifunción (101 teclas) ó PS/2 Figura Teclado PS/2 El Set 1 se considera obsoleto, aunque algunos controladores de teclado transforman los scan codes 2 y 3 a este set por compatibilidad con software escrito para XTs. Lo más común, aunque varía según el fabricante, es que el teclado acepte trabajar con el Set 2 y 3. El Set 3 permite además configurar el teclado en una modalidad de respuesta más afín con las necesidades de nuestro adaptador, por consiguiente es el modo de funcionamiento que hemos elegido. Aquí tienes un resumen de los Scan Codes del Set 3 útiles para nuestro teclado: 67

90 Códigos de rastreo del teclado Figura Código de escaneo interno del teclado Las teclas marcadas con 'Ex' son exclusivas de teclados expandidos; generan los mismos códigos de rastreo que sus correspondientes teclas «no expandidas», aunque precedidos de un código de rastreo adicional 0E0h como mínimo. Códigos secundarios A continuación se listan los códigos secundarios. Estos se producen al pulsar ciertas combinaciones especiales de teclas, a las que el controlador de INT 9 responde colocando un código ASCII 0 en el buffer, a menudo junto al código de rastreo, para identificarlas; las teclas expandidas provocan frecuentemente la inserción de un ASCII 0E0h o bien 0F0h. Estos códigos secundarios son el valor devuelto en AH por las funciones 0, 1, 10h y 11h de la BIOS, cuando éstas devuelven un carácter ASCII 0 ó 0E0h en AL. 68

91 Ha de tenerse en cuenta que la BIOS modifica en ocasiones el valor leído del buffer del teclado, aunque en la siguiente tabla hay pautas para detectar esta circunstancia si fuera necesario. En primer lugar, cuando se invoca a la BIOS con las funciones 0 y 1, éste se encarga de simular las teclas normales con las expandidas, así como de ocultar las combinaciones exclusivamente expandidas. Aquellos códigos precedidos de (*) en la tabla son ocultados por la BIOS (como si no se hubiera pulsado las teclas) al emplear las funciones 0 y 1, sacándolos del buffer e ignorándolos. En concreto, estos códigos son almacenados con un código ASCII 0F0h en el buffer del teclado. Lógicamente, para las funciones 10h y 11h sí existen, aunque la BIOS devuelve un 0 en AL (y no un 0F0h). A los códigos precedidos por (#) les sucede lo mismo: sólo existen para las funciones 10h y 11h, al emplear dichas funciones la BIOS devuelve en AL el valor 0 (el auténtico contenido del buffer en esta ocasión, sin necesidad de transformarlo). Por último, los códigos precedidos por (@) existen tanto para las funciones 0 y 1 como para la 10h y la 11h: la ventaja de usar las dos últimas es que devuelven en AL el auténtico código ASCII del buffer (0E0h), permitiendo diferenciar entre la pulsación de una tecla normal y su correspondiente expandida. En general, quien no desee complicarse la vida (debido a una evidente falta de previsión en el diseño del primer teclado) puede limitarse a emplear las combinaciones normales (las no marcadas con #, # ni *). Por otra parte, para emplear las combinaciones señaladas con (#), (@) o (*) hay que asegurarse previamente de que la BIOS soporta teclado expandido Para diferenciar las teclas repetidas, en la tabla siguiente, las teclas entrecomilladas se suponen expandidas o, en su defecto, ubicadas en el teclado numérico. Por ejemplo: "5" es el 5 del teclado numérico, "<-" es el cursor izquierdo expandido y <- a secas el normal (esto es, la tecla 4 del teclado numérico con Num Lock inactivo). Se emplea la notación anglosajona: Ctrl (Control), Alt (Alt o AltGr), Shift (Mays), Ins (Insert), Del (Supr), Home (Inicio), End (Fin), PgUp (RePág), PgDn (AvPág). 69

92 * 01 Alt ESC * 35 Alt - 58 Shift F5 7F Alt 8 03 Ctrl 2, NUL 37 Alt -*- 59 Shift F6 80 Alt 9 * 0E Alt 3B r1 5A Shift F7 81 Alt 0 0F Shift Tab 3C r2 5B Shift F8 82 Alt 10 Alt Ω 3D r3 5C Shift F9 83 Alt 11 Alt W 3E r4 5D Shift F10 84 Ctrl PgUp 12 Alt E 3F r5 5E Ctrl F1 # 85 F11 13 Alt R 40 R6 5F Ctrl F2 # 86 F12 14 Alt T 41 R7 60 Ctrl F3 # 87 Shift F11 15 Alt Y 42 R8 61 Ctrl F4 # 88 Shift F12 16 Alt U 43 R9 62 Ctrl F5 # 89 Ctrl F11 17 Alt I 44 R10 63 Ctrl F6 # 8A Ctrl F12 18 Alt O 47 None 64 Ctrl F7 # 8B Alt F11 19 Alt 47 None 65 Ctrl F8 # 8C Alt F12 * 1A Alt [ Ctrl F9 # 8D Ctrl * 1B Alt Ctrl F10 # 8E Ctrl - * 1C Alt Intro 49 PgUp 68 Alt F1 ذ # 8F Ctrl 1E Alt 49 PgUp 69 Alt F2 # 90 Ctrl 1F Alt S * 4A Alt - 6A Alt F3 # 91 Ctrl 20 Alt D 4B 6B Alt F4 # 92 Ctrl Ins 21 Alt 4B 6C Alt F5 # 93 Ctrl Del 22 Alt G * 4C 5 6D Alt F6 # 94 Ctrl Tab 23 Alt H 4D 6E Alt F7 # 95 Ctrl / 24 Alt 4D 6F Alt F8 # 96 Ctrl * 25 Alt K * 4E Alt + 70 Alt F9 # 97 Ctrl Home 26 Alt L 4F End 71 Alt F10 # 98 Ctrl * 27 Alt 4F End 72 Ctrl Ptr # 99 Ctrl * 28 Alt { Ctrl # 9F Ctrl End * 29 Alt Ctrl # A0 Ctrl * 2B Alt 51 PgDn 75 Ctrl End # A1 Ctrl PgDn 2C Alt 51 PgDn 76 Ctrl PgDn # A2 Ctrl Ins 2E Alt x 52 Ins 77 Ctrl Home # A3 Ctrl Del 2F Alt 52 Ins 78 Alt 1 # A4 Ctrl / 30 Alt v 53 Del 79 Alt 2 # A5 Ctrl Tab 31 Alt 53 Del 7A Alt 3 # A6 Ctrl Intro 32 Alt M 54 Shift F1 7B Alt 4 * 33 Alt, 55 Shift F2 7C Alt 5 * 34 Alt. 56 Shift F3 7D Alt 6 57 Shift F4 7E Alt 7 Figura Códigos de caracteres imprimibles y no imprimibles por el teclado Excepciones Hay un par de teclas que sin tener un código ASCII 0, 0E0h ni 0F0h reciben un tratamiento especial por parte de la BIOS, que provoca que el código secundario no sea el de rastreo acostumbrado: el Intro del teclado numérico genera un código ASCII 0Dh, como cabría esperar, pero su código secundario es 0E0h; lo mismo sucede con el '/' del teclado numérico. Las funciones 0 y 1 de la BIOS traducen este 0E0h al valor correspondiente a la tecla Intro principal y al '-' del teclado principal (tecla que ocupa la posición del '/' en los teclados norteamericanos), para compatibilizar con los teclados no expandidos. 70

93 3.2 COMO FUNCIONA LA COMUNICACIÓN RS INTRODUCCIÓN Una manera de conectara dos dispositivos es mediante comunicaciones serie asíncronas. En ellas los bits de datos se transmiten "en serie" (uno de tras de otro) y cada dispositivo realiza tiene su propio reloj. Previamente se ha acordado que ambos dispositivos transmitirán datos a la misma velocidad. En el documento se muestran los fundamentos de estas comunicaciones, los pines empleados y ejemplos de los circuitos para conectar el PC con un microcontrolador, además de mostrar los cables que se pueden emplear. Comunicaciones serie asíncronas Los datos serie se encuentran encapsulados en tramas de la forma: Figura Formato de envío de datos vía RS-232 Primero se envía un bit de start, a continuación los bits de datos (primero el bit de mayor peso) y finalmente los bits de STOP. El número de bits de datos y de bits de Stop es uno de los parámetros configurables, así como el criterio de paridad par o impar para la detección de errores. Normalmente, las comunicaciones serie tienen los siguientes parámetros: 1 bit de Start, 8 bits de Datos, 1 bit de Stop y sin paridad. En esta figura se puede ver un ejemplo de la transmisión del dato binario La línea en reposo está a nivel alto: 71

94 Figura Visualización del envío de la trama de datos NORMA RS232 La Norma RS-232 fue definida para conectar un ordenador a un modem. Además de transmitirse los datos de una forma serie asíncrona son necesarias una serie de señales adicionales, que se definen en la norma. Las tensiones empleadas están comprendidas entre +15/-15 voltios. Figura Conexión ordenador móden Conexión de un microcontrolador al puerto serie del PC Para conectar el PC a un microcontrolador por el puerto serie se utilizan las señales Tx, Rx y GND. El PC utiliza la norma RS232, por lo que los niveles de tensión de los pines están comprendidos entre +15 y -15 voltios. Los microcontroladores normalmente trabajan con niveles TTL (0-5v). Es necesario por tanto intercalar un circuito que adapte los niveles: 72

95 Figura Esquema ilustrativo conexión pc y microcontrolador Uno de estos circuitos, que se utiliza mucho, es el MAX232. El conector DB9 del PC En los PCS hay conectores DB9 macho, de 9 pines, por el que se conectan los dispositivos al puerto serie. Los conectores hembra que se enchufan tienen una colocación de pines diferente, de manera que se conectan el pin 1 del macho con el pin 1 del hembra, el pin2 con el 2, etc. La información asociada a cada uno de los pines es la siguiente: Número de pin Señal 1 DCD (Data Carrier Detect) 2 RX 3 TX 73

96 4 DTR (Data Terminal Ready) 5 GND 6 DSR (Data Sheet Ready) 7 RTS (Request To Send) 8 CTS (Clear To Send) 9 RI (Ring Indicator) El chip MAX 232 Este chip permite adaptar los niveles RS232 y TTL, permitiendo conectar un PC con un microcontrolador. Sólo es necesario este chip y 4 condensadores electrolíticos de 1UF a 50v. El esquema es el siguiente: Figura Conexión de pines chip Max 232 Descripción: El MAX232 dispone internamente de 4 conversores de niveles TTL al bus standard rs232 y viceversa, para comunicación serie como los usados en los ordenadores y que ahora están en desuso, el Com1 y Com2. Funcionamiento: El circuito integrado lleva internamente 2 conversores de nivel de TTL a rs232 y otros 2 de rs232 a TTL con lo que en total podremos manejar 4 señales del puerto serie del PC, por lo general las mas usadas son; TX, RX, 74

97 RTS, CTS, estas dos ultimas son las usadas para el protocolo handshaking pero no es imprescindible su uso. Para que el max232 funcione correctamente deberemos de poner unos condensadores externos, todo esto lo podemos ver en la siguiente figura en la que solo se han cableado las líneas TX y RX que son las más usualmente usadas para casi cualquier aplicación. Usos: Este integrado es usado para comunicar un microcontrolador o sistema digital con un PC o sistema basado en el bus serie rs232. Conexión a PC Figura Distribución de pines y conexión pc a pic Cable de conexión (I) Para realizar la conexión entre el PC y nuestro circuito podemos usar diferentes alternativas. Una manera es utilizar un cable serie macho-hembra no cruzado, y en el circuito un conector hembra DB9 para circuito impreso: 75

98 Figura Cable de conexión DB9 macho Figura Conector DB9 hembra Cuando conectamos un micro al PC normalmente sólo usamos los pines TX, RX y GND, sin embargo en este tipo de cables se llevan los 9 pines. También se puede fabricar un cable serie utilizando cable plano de bus, conectantando un conector db9 hembra para bus: Figura Construcción cable plano con conector DB9 Cable de conexión (II): Cable telefónico Puesto que en la conexión del PC con un micro sólo se usan las señales TX, RX y GND se puede emplear un cable telefónico, que es sencillo de construir, fácil de conectar y desconectar y las conexiones son muy fiables. Es necesario cable telefónico y un conversor de teléfono a DB9: 76

99 Figura Cable de conexión telefónico RJ11 macho Figura Conector telefónico RJ11 hembra El cable de teléfono se tiene que construir o adquirir se esquematiza a continuación: Figura Esquema de ponchado cable telefónico RJ11 Este cable tiene una muesca que diferencia las dos caras del cable. La correcta posición de los conectores telefónicos es como se ha indicado en la figura, con la muesca del cable hacia arriba. El conector db9-teléfono que se conecta al PC se compra desmontado. Por un lado se encuentra la carcasa con el conector hembra de teléfono y por otro lado el conector DB9 hembra. Los 4 cables que salen de la carcasa se conectan al DB9 hembra, en los pines que vayamos a utilizar. Como para las conexiones con los micros sólo usaremos los pines RX, TX y GND (Pines 2,3 y 5). 77

100 Figura Esquema de conexión conector RJ11 y conector DB9 La manera en la que se conecten estos cables es indiferente, sin embargo, para tener compatibilidad con el cable de la CT6811, hay que hacerlo de la siguiente manera: Figura Distribución de pines conector DB9 El cable que lleva la señal de DTR es opcional, y en la CT6811 se usa para hacer reset. Para la conexión al micro se usa un conector telefónico hembra para circuito impreso: 78

101 Figura Conector RJ11 Los pines del conector hembra son los siguientes, vistos desde abajo: Figura Distribución de pines conector RJ11 79

102 3.3 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE HARDWARE CREACIÓN DE PLACAS DE CIRCUITO IMPRESO En este documento se explica paso a paso el proceso de creación de placas de circuito impreso (CI). Es un proceso completamente probado, fiable, con resultados impecables y sobre todo BARATO!. Se ha intentado describir el proceso para que sea reproducido sin problemas. 1.- Material. Placa de CI normal de cobre de una o dos caras. Costo: $ 0.80 Figura Placa de cobre Papel térmico Costo: $ 2.40 Figura Papel térmico 80

103 Cloruro Férrico para atacar la placa. Costo: $ 0.50 Figura Ácido cloruro férrico Cubeta de plástico, de 500cc o más. Costo: $ 1 Figura Recipiente de plástico Pinzas de plástico. Costo: $ 1 Figura Pinzas plásticas 81

104 Impresora láser. Samsung ML Costo: $ 105 Figura Impresora láser Plancha. Costo: $15 Figura Plancha Lana de acero. Costo: $ 0.50 Figura Lana de acero 82

105 Lima. Cost0: 0.50 Figura Lima de acero Mini taladro tipo Dremel mas brocas de 0.8 mm. Costo: $ 30 Figura Taladro Rotulador indeleble. Como el de rotular Cd's. Costo: $ 1.5 Figura Marcador indeleble 83

106 Disolvente universal. Costo: $ 2 Figura Disolvente DISEÑO DE LA PLACA Utilizamos el programa ISIS de PROTEUS, El programa no es demasiado complicado de utilizar, pero te aconsejamos que te leas el manual del proteus adjunto en los Anexos. Básicamente con el "ISIS" pones los componentes y los conectas entre si, chips, resistencias, condensadores etc. Y con el "ARES" enrutas las líneas, y colocas los componentes en su sitio sobre la placa: 84

107 Ejemplo vista ISIS Figura Visualización diagrama en Proteus (ISIS) Ejemplo vista ARES Figura Visualización esquema componentes en Proteus (ARES) 85

108 Placa sin GND Figura Placa sin relleno de cobre Placa con GND Recomendado! Figura Placa con relleno de cobre 86

109 Consejos: al acabar la placa, crea un polígono que incluya todas las pistas y componentes, y le asignas la señal de masa, GND, de esta forma, la parte que deberá ser atacada por el Cloruro Férrico (ClFe) será mínima y el proceso es mas rápido. Además el resultado es mucho mas profesional. Fíjate en el botón resaltado en ambas imágenes para saber como crear la capa GND IMPRESIÓN DEL CIRCUITO Al imprimir sólo necesitas que sean visibles las capas Botton, Pads, Vías y dimensión. Si haces la placa a dos caras, en la segunda necesitarás imprimir sólo las capas Top, Pads, Vías y dimensión. La placa impresa queda tal que así: Figura Impresión soldadura (I) y Componentes (D) A la izquierda las pistas, a la derecha la serigrafía. Para un resultado profesional imprimiremos también la serigrafía de la posición de los componentes, luego la colocación de los componentes es mucho más sencilla. Te recomendamos que pongas siempre algún texto en el layout de la placa, recuerda que al imprimir las letras deberán verse como reflejadas en un espejo, si no es así no sigas adelante, también que señales las líneas de alimentación y las líneas de señal mas importantes, para el testeo posterior de la placa. 87

110 Imprime al máximo de calidad en la impresora láser, si no tienes láser, imprime en un folio normal y fotocopia este folio sobre la hoja de papel satinado. OJO, a veces puede atascar la fotocopiadora y en muchos sitios no te hacen las copias PREPARACIÓN DE LA PLACA Pulir la placa de cobre con la lana de acero. Figura Lijado de la placa de cobre Observa la diferencia, la placa debe quedar completamente pulida (parte de la derecha). Figura Placa sin lijar Figura Placa lijada No está de más limar los bordes. 88

111 Figura Limpiar placa con tiñer PLANCHADO DEL DISEÑO SOBRE LA PLACA DE COBRE Mediante el calor de la plancha, trasferiremos el fotolito del papel al cobre. Figura Colocar papel térmico impreso sobre la placa de cobre Alinea el papel con la placa, lo ideal es hacerlo en un ángulo recto. NO RECORTES la placa todavía, debes planchar el papel sobre un trozo de placa grande, si no es muy difícil conseguir que no se mueva al planchar. 89

112 Figura Planchar el papel sobre la placa de cobre Calienta la plancha, la mía sólo tiene 1 y 2, yo la pongo al 2. Aplica la plancha sobre el papel firmemente, NO MUEVAS EL PAPEL, es muy importante. Con 2 ó 3 pasadas es suficiente, y no es necesario que apretes mucho. Si la plancha está muy calientes, o pasas muchas veces sobre el mismo sitio o presionas demasiado, las pistas se deforman. Yo he hecho placas haciendo una única pasada. Figura El papel se pegara sobre el cobre Inspecciona la placa por si hay alguna parte que no se ha pegado. Lo ideal es que quede bien a la primera, si no es así, tienes muchas posibilidades de que no salga bien, sin embargo, no todo está perdido. Una forma de saber si se ha pegado bien, a priori, es mirar la placa de forma que la luz refleje, verás que donde hay pista, es más brillante. CUIDADO, la placa puede quemar un poco. 90

113 Deja enfriar la placa, hasta que la toques y no queme, unos minutos. Debe quedar más o menos como las fotos. Puedes volver a planchar alguna zona, pero ya no suele pegarse. Figura Visualización de zonas no brillantes Figura Planchada totalmente terminada Para retirar el papel de la placa, debes introducirla en AGUA CALIENTE, es muy importante, porque mejora los resultados al hacer que el papel se despegue sin dificultad. Deja la placa unos minutos en remojo, luego el papel se despega sólo prácticamente. En las fotos no se utilizó agua caliente, por eso no se despega muy bien. Además, si logramos despegar el papel de una pieza, podremos ver si hay alguna pista que no se ha pegado bien. Todas las partes negras que veas en el papel despegado, no se han pegado en el cobre y deberás dibujarlas con un rotulador indeleble. Figura Dejar enfriar la placa en agua Figura Retirar el papel de la placa de cobre 91

114 Elimina con un trapo los restos de papel adherido al circuito, no te preocupes, las pistas ya no se despegan, observa como debe quedar. Revisa las pistas y repasa con rotulador indeleble las que no hayan quedado bien. Si alguna pista se comunica, utiliza un cuter para rascarla un poco. Figura Retirar los restos de papel con una esponja Figura Placa totalmente sin papel ATAQUE QUÍMICO DE LA PLACA DE COBRE Recorta la placa, yo utilizo una sierra de metal, porque tiene unos dientes muy finos. Figura Recortar la placa Figura Lijar los bordes de la placa 92

115 Ya estamos preparados para atacar la placa con Cloruto Férrico (ClFe). Si no has hecho la mezcla todavía, llena el bote de ClFe con agua y agita hasta que se disuelvan las bolitas, luego llena el recipiente donde atacarás la placa. En este recipiente se ha pegado en el fondo un par de difusores de aire de acuario y mediante un tubo de silicona, se conecta al compresor. El oxígeno y la temperatura facilitan la reacción, te recomiendo calentar la disolución de ClFe, al baño María, por ejemplo tengo un calentador de acuario, pero es algo lento... Coloca el compresor por encima, del recipiente de ClFe, para evitar que el líquido entre en el compresor. He descubierto, que estrangulando un poco el tubo, las burbujas salen con mas potencia (con una pinza, pro ejemplo, fíjate en la primera foto). En unos 5-10 minutos, la placa estará lista. Debes irla vigilando, porque el cobre se desprende mas de unos sitios que por otros, debido al flujo de burbujas, por lo que deberás irla moviendo de vez en cuando, colocándola en distintas posiciones. Figura Introducir la placa de cobre en el recipiente con ácido Si tienes buen pulso, puedes dejar la placa flotando justo encima de las burbujas. 93

116 Una vez que la placa está lista, limpia el recipiente y los difusores de burbujas, una vez aclarado el recipiente, lo lleno de nuevo con agua y dejo el compresor enchufado, para limpiar los difusores. Si no lo haces, los difusores no te durarán ni dos días. Comprueba que no quedan restos de cobre en la placa a la vista, métela en agua para eliminar los restos del ClFe y utiliza un trapo con disolvente para retirar el toner de la placa. Figura Lavar la placa con agua Figura Retira el toner con disolvente Figura Lista la placa para la perforación 94

117 3.3.7 PERFORADO DE LA PLACA Taladramos la placa, al contraluz puedes ver si te has dejado algún pad. Figura Perforado de pad de la placa Figura Placa terminada Procedemos con la serigrafía de la capa superior, el sistema para placas de doble cara es el mismo, solo que primero se plancha una cara, se agujerea para alinear la segunda cara, se plancha la segunda cara y luego se ataca con la disolución de ClFe. Una vez lista la capa inferior, planchamos la serigrafía en la capa superior. Ayúdate una vez mas del contraluz para, esta vez, alinear las dos capas. En las placas de doble cara esto es IMPORTANTÍSIMO, para la serigrafía no tanto. Una vez planchada la serigrafía, deja enfriar e introduce la placa en agua caliente, si has sido rápido, todavía estará caliente el agua que has utilizado antes. Retira el papel adherido y limpia con un trapo los restos de papel de la placa, puedes utilizar alcohol, tranquilo, a no ser que utilices disolvente, no borrarás las pistas. 95

118 Figura Montaje de elementos impresos Figura Visualización a contra luz 96

119 3.4 DISEÑO Y CONSTRUCCION DEL HARDWARE PARA EL TECLADO ESQUEMATICOS TECLADO Figura Diagrama esquemático de hardware de teclado Descripción del circuito El circuito está compuesto por un PIC16F628A que oscila a 20Mhz, los pines RB0 y RB7 (de los pic s correspondientes) se encuentran configurados como entradas, las cuales reciben las señales provenientes del teclado PS/2. 97

120 Las señales provenientes son: Clock que se conecta al pin RB0. Data que se conecta al pin RB7. Y como salida del microcontrolador el pin RB2 (de los pic s correspondientes), el cual se conecta al pin 10 ó 11 del circuito integrado MAX232 que son entradas para la conversión de señales TTL a señal RS232. Y por último la salida del MAX232 son los pines 14 y 7, los cuales se encargar de enviar la señal RS232 al módulo concentrador (recepción de datos). Además el módulo consta de una fuente de voltaje estable regulada a 5v. Diagrama de bloque Figura Diagrama de bloque 98

121 Diagrama por módulo Figura Diagrama por módulo Elementos del Módulo Materiales para Módulos TECLADO RS232 4 Resistencias Cantidad: Referencias Valor 4 R1-P1, R1-P2, R2-P1, R2-P Condensadores 1 C1-F 100uF 4 C1-MAX, C2-MAX, C3-MAX, C4- MAX 1uF 4 C1-P1, C1-P2, C2-P1, C2-P2 33pF 1 C2-F 10uF 19 Diferentes dispositivos 1 CI CONN-RJ11,CONN-TECLADO1, CONN-H4 3 CONN-TECLADO2 2 CONN-VDD-F, CONN-VDD-PIC CONN-H2 CRYSTAL-P1, CRYSTAL-P2 20Mhz 2 99

122 LED-F, LED1-P2, LED1_P1, DIODE-LED 5 LED2-P1, LED2-P2 1 MAX232 MAX232 2 PIC_1, PIC_2 PIC16F628A 2 R-MCLR_1, R-MCLR_2 1 RES_LED 330 Ω Elementos del módulo teclado- RS232 (Vista de componentes) Figura Disposición de elementos Esquema módulo teclado- RS232 (Vista de soldadura) Figura Disposición de soldadura 100

123 3.4.2 ESQUEMATICO CONCENTRADOR Figura Diagrama esquemático de red Descripción del circuito El circuito está compuesto por circuito integrado MAX232 el cual por medio de sus pines de recepción de datos 8 y 13 se encargan de recibir la señal RS232 provenientes del módulo teclado. Y por medio de los pines de salida 9 y 12, se encargan de transformar las señales RS232 a señales TTL, que serán entregadas al PIC16F628A. El PIC16F628A oscila a 20Mhz los pines RA0 (de cada pic), se encuentran configurados como entradas y tienen la tarea de codificar la señal TTL y codificarlos a 1 y

124 Para luego enviarlos por medio de los pines RB1 RB7, que son los encargados de entregar los datos suficientes para que el pic de video (PIC18F2525) pueda interpretarlos y presentarlos al video del televisor. El circuito también consta de una fuente de voltaje regulada a 5v. Diagrama de bloque Módulo teclado MAX232 Concentrador PIC16F628A Entrada de señal Señal RS232 Señal TTL Señal de habilitación Video Diagrama por módulo Figura Diagrama de bloque Figura Diagrama por módulo 102

125 Elementos del módulo recibir datos de red Figura Disposición de elementos de red Módulo fuente Figura Diagrama esquemático de la fuente 103

126 3.4.3 ESQUEMATICO VIDEO Figura Diagrama esquemático de video Diagrama de bloque Figura Diagrama de bloque 104

127 Diagrama por módulo Receptor Concentrador PIC 16F628A Salidas RBO RB Entrada RB0 (Control) RBO de cada pic señales control PIC18F2525 Entradas RB0 RB6 RB7 (GND) Salidas RA1 RA RA0 + RC0 Televisor Video RA0 + RC0 Figura Diagrama por módulo Elementos del módulo Materiales para MODULOS VIDEO FUENTE - RECIBIR DATO DE RED 8 Resistencias Cantidad Referencia Valor 4 R1, R1-P1, R1-P2, R2 1k 1 R1-F R1-V R2-V R3-V Condensadores 8 C1, C1-M, C2, C2-M, C3, C3-M, C4, C4-M 1uF 10 C1-P1, C1-P2, C1-V, C2-P1, C2-P2, C2-V, C5- C8 33pF 1 C1_F 47uF 1 C2-F 100uF 2 Diodos 105

128 1 D2 1N D2-F LED 30 Dispositivos diferentes 1 CI CONECTOR_VIDEO,CONN-RA1-RA2, CONN-SIL2 CONN-RS232, FUENTE, FUENTE_VIDEO, PIN-RA1-RA2, PIN-RA3-RA4, VOLTAJE VDD-F, 9 VOLTA_12V 1 CONN-12V CONN-SIL1 CONN-PUER-B, CONN-PUER-B1-CONN- CONN-SIL7 5 PUER-B4 20MHZ CRYSTAL-PIC1, CRYSTAL-PIC2, CRYSTAL-V, 5 X1, X2 1 DZ_5.1V 1N5357BRL 2 MAX232-2, MAX232_1 MAX232 1 MRCL-V 1k 4 PIC-1, PIC-2, PIC3, PIC4 PIC16F628A 1 VIDEO PIC18F2525 Esquema módulo recibir datos, video (vista componentes) Figura Disposición de elementos de video, red y fuente 106

129 Esquema módulo recibir datos, video (vista soldadura) Figura Disposición de soldadura video, video y red EXPLICACACION DEL PROGRAMA DEL PROYECTO Diseño El problema planteado es el siguiente: Se debe controlar un monitor de TV analógico mediante un microcontrolador PIC18F2525 y Dibujar en pantalla el abecedario, números 0 al 9 y operaciones básicas. Las especificaciones del problema son las siguientes: Al encender el sistema el monitor de TV debe estar presentando la pantalla de bienvenida. El microcontrolador PIC18F2525 se comunicará con cuatro PIC16F628A los cuales almacenaran los datos provenientes de un teclado. 107

130 Al recibir alguno de las letras del alfabeto minúsculas, mayúsculas, números o alguno de los comandos de control, transmitida desde uno de los teclados, el microcontrolador PIC18F2525 deberá desplegar en la pantalla de TV comenzando desde el extremo superior izquierdo de la pantalla. Se deberá pasar de línea cada vez que hay 16 caracteres en una línea de texto. Hay 5 líneas de texto como máximo de escritura para cada niño. Existen comandos de control para el uso del controlador, recordar los comandos de control son para cada teclado de los 4 existentes. Los comandos de control son los siguientes: TAB: Limpiar la pantalla. : Borrar un carácter. BARRA ESPACIADORA: espacio en blanco. Por tanto el problema se puede dividir en cuatro problemas más elementales, los cuales se resolverán separadamente. Estos son: Generación de la señal de sincronización. Generación del video. Lectura de datos del puerto B del PIC que son enviados por el teclado. Modificación de la información a desplegar en la TV como función de lo que se recibe en la puerto B Generación de la señal de sincronización Esta señal consta de una sincronización vertical y horizontal. Sincronización vertical La sincronización se obtiene mediante la función Pulsos_Campo(), la cual genera las señales de sincronización vertical tanto para el campo 1 como del 108

131 campo 2 para lo cual utilizamos la variable int campo para conocer si estamos en el campo 1 o 2. Además, en esta subrutina se debe recalcar que se dibujan las líneas de video de 1 a 9. 2 Además la señal de sincronización es de 0.3V. El uno en la salida del micro es de 5V, para bajar ese voltaje se realizará un divisor de tensión, como la impedancia característica de una línea de coaxial es de 75 ohms, se colocará la entrada coaxial de la TV en paralelo con una resistencia de 75 ohms. Entonces con una resistencia de 1K al pin del micro se tendrá el divisor de tensión. Para hacer esto se presenta el siguiente código en C: #use delay(clock= ) #use fast_io(a) #use fast_io(b) //Declaración de variables int8 i,p; int8 Campo=0;//valor inicial es 0 void Pulsos_Campo_I(){ //6 post-sync /* pulso bajo = 2,2 pulso alto = 29,2 */ if(campo==1){ //2,6 sale de tiempo en el if(campo==1)(7 Instrucciones) F+entrara al for(5 Intrucciones ) delay_us(2); //necesito 2,6us para formar el pulso de la linea 262 delay_cycles(1); output_low(pin_a0); //Sincro //2,6-0,4(2Inst)=2,2 us //Aqui formamos el primer pulso de sincronismo vertical delay_us(4); //4,4 genera tiempo para sincro delay_cycles(2); output_high(pin_a0); //Negro 109

132 delay_us(25);//27,2-0,6(3 Instr de la variable p y campo )-0,4(Goto else) - 1(entrada al for)-= 25,2 delay_cycles(1);//27,2=tiempo de la linea de video(63,6)/2 y restado tiempo de sincro h y resta 0,2 output p=4;//p=4 para dibujar 4 pulsos cunado es el campo 2 campo=0;//campo =0 para activar el campo else{ p=5; //p=5 para dibujar 5 pulsos cunado es el campo 1 campo=1;//campo = 1 para activar el campo for(i=1;i<=6;i++){//6 output_low(pin_a0); //Sincro delay_us(2); //2,2us para sincro delay_cycles(1); output_high(pin_a0); //Negro delay_us(28);//29,2-1,2(ciclo Intermedio del For)= 28 //6 sincros verticales /* pulso bajo = 26,8 pulso alto = 4,6 */ output_low(pin_a0); //sincro delay_us(26); delay_cycles(4); output_high(pin_a0); //negro delay_us(3); delay_cycles(3); //4,6-1(Ciclo Entrada al For)= 3,6 for(i=1;i<=5;i++){ //5 output_low(pin_a0); //sincro delay_us(26); delay_cycles(4); output_high(pin_a0); //negro 110

133 delay_us(3); delay_cycles(2); //4,6-1,2(Ciclo Intermedio del For)=3,4 //6 post-sync para los campos /* pulso alto = 2,2 pulso bajo = 29,2 */ output_low(pin_a0); //sincro delay_us(2); delay_cycles(1); output_high(pin_a0); //negro delay_us(28); //29,2-1(Ciclo Entrada al For)=28,2 delay_cycles(1); for(i=1;i<=p;i++){ output_low(pin_a0); //sincro delay_us(2); delay_cycles(1); output_high(pin_a0); //negro delay_us(28); //29,2-1,2(Ciclo Intermedio del For)= 28 output_low(pin_a0); //sincro if(campo==0){ delay_us(1); //2,2-0,4(0,2*2(instruciones entrar if(campo==0) en condicion V)) =1,8 delay_cycles(4); //Aqui formamos completamente la linea de video 9 output_high(pin_a0); //negro delay_us(60); //60,8 delay_cycles(4); output_low(pin_a0); //sincro 111

134 //Este delay_cycles(3) uso para completar el tiempo de sincronizacion horizontal para linea 10 delay_cycles(3);//compenso los 3(Instruc) que usa el if(campo==0) en falso //Goto 0,4 us Sincronización horizontal La sincronización horizontal se a implementado en cada función, es decir cada función será una línea de video en la cual ya esta implementado sincronismo horizontal y Front Porch. Para hacer esto se presenta el siguiente código en C: Void Draw_Letras(){ //x=numero de líneas a repetir #endasm //Sincronización Horizontal (4.4us)+0,2(output)=4,6us output_low(pin_a0); //sincronismo delay_us(4); delay_cycles(2); //Back porch =4,8us +0,2(output)=5us output_high(pin_a0); //negro delay_us(4); delay_cycles(4); //Front Porch + 0,2(Output)= 2,2us output_high(pin_a0); //negro delay_us(10);// tiempo sobrante o disponible + 1 del //Front Porch delay_cycles(3);//2us-0,6(decfsz y Goto)=1,4us 112

135 Generación de video Una vez que la señal de sincronización se ha dado, el microcontrolador debe poner en el Pin_C0 del puerto C los píxeles 3 correspondientes a la línea i de la imagen 4 del dato entrante por el puerto B. La imagen que representa al dato serán guardados en un banco de memoria de impresión, cada una compuesto de 256 registro. Imagen de un carácter La imagen que representa a cada dato que ingresa por el puerto B están almacenados en matrices. Estas matrices se definen así: int8 Matrix_Mayusculas[27][8] int8 Matrix_Numeros04[5][8] int8 Matrix_Minusculas[27][8] int8 Matrix_Numeros59[5][8] Cada imagen esta compuesta por 8 píxeles de ancho y 8 registros de cada matriz de alto. Así en una matriz como: Matrix_Mayusculas[27][8] se podrá almacenar la imagen de 27 caracteres del alfabeto. Por ejemplo el carácter A utilizara la fila 0 y las columnas 0 al 7 para guardar la imagen de dicho carácter. Entonces lo que hay que guardar en los registros por ejemplo para el carácter A, en binario, sería: Fila columna Valor Binario Bits Valor Hexadecimal Ancho x x1C A x22 L 113

136 x41 T x7F O x x x41 Figura Tabla de imagen del carácter A Es decir los datos que representan a la imagen del carácter A en la memoria del microcontrolador se guardarían Así: Dirección de la memoria de Uc Valor D00 0x00 D01 0x1C D02 0x22 D03 0x41 D04 0x7F D05 0x41 D06 0x41 D07 0x41 Figura Tabla de almacenamiento de la imagen del carácter A en la memoria del Uc Para hacer esto se presenta el siguiente código en C: //Declaracion dela Matrix Direccion D00H int8 Matrix_Mayusculas[27][8]={ //A 0x0,0x1C,0x22,0x41,0x7F,0x41,0x41,0x41 //B 0x00,0x3F,0x63,0x63,0x3F,0x63,0x63,0x3F, //C 0x00,0x7E,0x7F,0x3,0x3,0x3,0x7F,0x7E, 114

137 //D 0x00,0x3F,0x43,0x43,0x43,0x43,0x43,0x3F //E 0x00,0x7F,0x3,0x3,0x3F,0x3,0x3,0x7F, //F 0x00,0x7F,0x3,0x3,0x3F,0x3,0x3,0x3, //G 0x00,0x7E,0x43,0x3,0x7B,0x5B,0x43,0x7E, //H 0x00,0x3,0x63,0x63,0x7F,0x63,0x63,0x63, //I 0x00,0x7F,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8,0x7F, //J 0x00,0x7E,0x18,0x18,0x18,0x1B,0x1B,0x1E, //K 0x00,0x63,0x33,0x1F,0xF,0x1F,0x33,0x63, //L 0x00,0x3,0x3,0x3,0x3,0x3,0x3,0x7F, ; #Locate Matrix_Mayusculas=0xD00 Y esto seria la imagen para el carácter A. Por tanto la información sobre los valores que deben cargarse en los bancos de memoria de impresión para formar un carácter, por ejemplo una a o un A, será guardada en una matriz de 27 o 5 filas y ocho columnas llamada Matriz_xxxxx. Cada fila tiene la información para formar cada una de las 27 letras del alfabeto mayúsculas y minúsculas, los 10 dígitos decimales y el espacio en blanco. Para cada carácter se necesitan, como se vio, 8 elementos de la matriz. 115

138 Almacenamiento de la imagen en el banco de memoria de impresión Ahora que se tiene la forma de desplegar la imagen del carácter guardada en una matriz, se necesita saber cómo y en qué orden deben ir guardados los píxeles del carácter en el registro del banco de memoria de impresión para formar los caracteres, que se introducen por medio del teclado en la pantalla. Ahora indicaremos la forma como se guardaran las imágenes en el banco de memoria de impresión. En pantalla se mostrara 5 líneas de texto que contendrá 16 imágenes de los caracteres. Las líneas de texto se forma con los primeros 128 registros de uno de los bancos de memoria de impresión 5, obteniendo por cada banco de memoria de impresión de 256 registros dos líneas de Texto. Por tanto para obtener 5 líneas de texto utilizaremos 2 ½ Bancos de memoria de impresión del microcontrolador. Cada registro se guarda 8 bits. Cada bit será un píxel, por lo que se pueden guardar 8 píxeles de la imagen total por cada registro. Como se despliegan 16 letras por cada línea de texto, cada línea de texto tendrá 128 registros y por tanto 1024 píxeles. Una línea de texto esta formada por 8 líneas de video, es decir cada línea de video imprimirá los primeros 16 registros del Banco de memoria de impresión, la segunda línea de video imprimirá las siguientes 16 registros del Banco de memoria de impresión y así hasta las 8 líneas de video en donde abra impreso en pantalla los 128 registros. Aquí se guardara la imagen actual del dato que ingresa. Para modificar cualquier píxel de esta imagen se debe alterar el correspondiente registro de estos bancos de memorias. Como la matriz tiene guardado en orden cada uno de los píxeles de la imagen desde el primero al extremo superior izquierdo de la pantalla hasta el último en el extremo inferior derecho, se debe guardar cada letra que sea parte de la imagen actual en ese mismo orden. 116

139 Las imágenes son de ocho píxeles de ancho y además se define que una imagen tiene ocho líneas de alto, se puede formar los píxeles de una imagen en la pantalla, guardándolos en el Banco de memoria de impresión. Cada una de las líneas de video que forman a la imagen están una directamente debajo de la otra, los píxeles que forman a la imagen deben ser guardados cada 16 registros del Banco de memoria de impresión. Los primeros píxeles (registro) de la imagen ocupara uno de los registros, de los 16 registros que posee la primera línea de video, 16 registros después, se tendrá el que tiene los píxeles de la segunda línea del imagen y así consecutivamente. Entonces, por ejemplo, si el carácter a desplegar empieza en el registro 0, se necesita guardar las siguientes los píxeles de la imagen en los siguientes registros del Banco de memoria de impresión 16,32,64,80,96,112. Imagen Para hacer esto se presenta el siguiente código: Void LlenarScreen(){ #ASM CLRF FSR0H CLRF FSR0L CLRF FSR1H CLRF FSR1L //Cargamos a los registros los numeros base 0=banco =banco1...15=banco 15 //PARA SELECCIONAR EL BANCO SCREEN MOVLB 0 MOVF DIRi_MATRIX,w //movemos 1 al registro W MOVWF FSR1H //movemos el registro W a FSR1H //PARA SELECCIONAR EL BANCO LETRAS y NUMEROS CLRF W 117

140 MOVF n_diri_screen,w //movemos EL CONTENIDO DE DIRECCION DEL BANCO al registro W MOVWF FSR0H //movemos w al registro FSR0H //*******************************0**************************************** //INGRESO direccion del VECTOR screen a FSR0 MOVLW 0 //Cargamos el registro w con el valor de 16(ver vector screen) ADDWF POS_LETRA_SCREEN,W //sumamos W+J MOVWF FSR0L//movemos el valor de W a FSR0L //INGRESO la direccion de la matrix a FSR1 MOVF POS_LETRA_MATRIX,W //Movemos el valor de POS _LETRA a W MOVWF FSR1L //Movemos W a FSR1L MOVFF INDF1,INDF0 //*******************************1***************************************** //INGRESO direccion del VECTOR screen a FSR0 MOVLW 16 //Cargamos el registro w con el valor de 16(ver vector screen) ADDWF POS_LETRA_SCREEN,W //sumamos W+J MOVWF FSR0L//movemos el valor de W a FSR0L //INGRESO la direccion de la matrix a FSR1 INCF FSR1L,F MOVFF INDF1,INDF Código completo en anexos Por tanto para generar todas las imágenes ya en pantalla de TV, se deben poner en el Pin 0 del puerto C cada uno de los bits de cada uno de los píxeles 118

141 del Banco de memoria de impresión. Para hacer esto se presenta el siguiente código en C: Void Draw_Letras(){ //x=numero de lineas a repetir #asm CLRF FSR0H CLRF FSR0L CLRF PORTC CLRF W MOVF DIRi_SCREEN,W //movemos EL CONTENIDO DE DIRECCION DEL BANCO al registro W MOVWF FSR0H //movemos w al registro FSR0H MOVLW 0 //movemos EL CONTENIDO DE DIRECCION DEL BANCO al registro W MOVWF FSR0L //movemos w al registro FSR0H //total = 8(instrucciones de ingreso) //*************************** INICIO DEL BUCLE ********************************* Loop: #endasm //Sincronización Horizontal (4.4us)+0,2(output)=4,6us output_low(pin_a0); //sincronismo delay_us(4); delay_cycles(2); //Back porch =4,8us +0,2(output)=5us output_high(pin_a0); //negro delay_us(4); delay_cycles(4); //63,4-4,4-4,8-0,4-2,2=51,6us 119

142 //******************IMAGEN********** Tiempo disponible = 51,6 delay_us(7); #asm //Letra 1 MOVFF INDF0,PORTC //2 ciclos rrcf PORTC,F rrcf PORTC,F rrcf PORTC,F rrcf PORTC,F rrcf PORTC,F rrcf PORTC,F rrcf PORTC,F rrcf PORTC,F INCF FSR0L,F //total 11(Instrucciones)= //Letra 2 MOVFF INDF0,PORTC //2 ciclos rrcf PORTC,F rrcf PORTC,F rrcf PORTC,F rrcf PORTC,F rrcf PORTC,F rrcf PORTC,F rrcf PORTC,F rrcf PORTC,F INCF FSR0L,F //total 11(Instrucciones)=.. #asm DECFSZ N_LineasVideo,F GOTO Loop BCF 0xF89.0 // enceramos pin_a0 sincronismo CLRF FSR0H CLRF FSR0L 120

143 #endasm DIRi_SCREEN++; //Tiempo de Salid 7(Instrucciones)=7*0,2=1,4 us Lectura de datos del puerto B introducidos por el teclado Los datos serán leídos en una variable llamada Dato. Debido a que la mayoría del tiempo el micro esta ocupado generando los píxeles de la imagen actual, se debe dividir toda esta tarea en segmentos cortos, los cuales el micro debe ejecutar en menos de 63,4us tiempo máximo del que se puede disponer mientras el haz de electrones del tubo pinta una línea de video en la pantalla El código en C para leer un dato se describe a continuación. La función int LeerDato() permite leer un dato que se encuentre en el puerto B del Microcontrolador y la almacena en la variable Dato. Esta función básicamente lee el puerto B por cuarenta 40 us, void int LeerDato(){ i1=40;//40 valor 2(Inst) PORTA=U1;//2 //delay_us(4);//quitar #asm Loop1: MOVFF PORTB, DATO //2 DECFSZ i1,f //1 BRA Loop1 //2 #endasm //Tiempo Total= 5(Instruccione)*0.2*i1(=40) + 0,4us(i1=40) +0,4us(PORTA=U1)+0,4(PORTA=1) =41,2us //41,2-0,4(Dato1=Dato;)=40,8-4(delay_us(4))=36,8us PORTA=1; Dato1=Dato; 121

144 Traducción del Dato ingresado Si el dato que esta guardado en la variable Dato es una letra o un dígito decimal, el mismo deberá ser traducido, para conocer el Banco de memoria donde esta guardado y su registro de inicio dentro del banco, para lo cual utilizamos las variables DIRi_MATRIX y POS_LETRA_MATRIX. El arreglo matriz contiene la información para formar la imagen de un carácter en cada fila en el siguiente orden: a en la fila 0, b en la fila 1, c en la fila 2 y así hasta llegar al z en la fila 28. Entonces, si el dato recibido del teclado es un 3, se debe decodificar en un 24. Esa es la posición donde se encuentra los primeros píxeles para formar una imagen que se encuentran guardados en matriz. Ese número (24) se guarda en la variable POS_LETRA_MATRIX. El código para realizar esta función se muestra a continuación. Función ClasificarLetra La función int ClasificarLetra() se emplea para calcular la posición de la letra en el banco de memoria de letras y números. Recibe como entrada a la variable Dato y entrega la dirección del banco de memoria y la posición de inicio de registro donde se encuentra la letra deseada. void int ClasificarLetra(){ //Clasificacion del dato //LOS numeros 1 al 1f(32) son la codificacion 0 = A 1=B...30=/ 31 = * //Las letras A a la Z y Signos estan en Banco de memoria 6 //LOS numeros 0x20(32 d) al 0x29(41 ) son la codificacion 32 = 0 33=1...40=8 41 = 9 //Las letras A a la Z y Signos estan en Banco de memoria 6 //******************************************************************** if(dato >=0x01){ 122

145 if(dato <=0x20){ Bandera_N_Letra=0; DIRi_MATRIX=13; DATO=DATO-1; POS_LETRA_MATRIX=8*DATO; else{ //total=19(istrucciones)-9(instruccinoes)=10(instrucciones)*0,2=2us delay_us(2); else{ //total=19(istrucciones)-4(instruccinoes)=15(instrucciones)*0,2=3us delay_us(3); //Total=19(Instrucciones)*0,2=3,8us Modificación de la información a desplegar en la TV como función de lo que se recibe en la Puerto B Una vez se tiene el valor de el dato se deben tomar decisiones sobre que se debe hacer, basadas en ese dato leído. Se debe escoger entre tres posibilidades: Poner un carácter inmediatamente a la derecha del último carácter introducido, (siempre y cuando no se hallan escrito 16 caracteres antes en la misma línea de texto), borrar el último carácter introducido o limpiar la pantalla completamente. Debe haber diferencia al hablar de línea de pantalla y línea de texto, pues las primeras son las que forman la imagen, y las segundas son relevantes al tamaño y forma de las letras que se están visualizando. Recordando los caracteres de control se tiene: TAB: Limpiar la pantalla. 123

146 : Borrar un carácter. BARRA ESPACIADORA: espacio en blanco. Si el dato recibido es un TAB, se debe limpiar la pantalla. Para hacer esto, se debe cargar 0x00 en los 3 Bancos de memoria de impresión. Para hacer esto se define las funciones. void int Borrar_Screen11() //Carga con 0 los registros del banco de memoria 0x100 void int Borrar_Screen12() //Carga con 0 los registros del banco de memoria 0x200 void int Borrar_Screen13() //Carga con 0 los registros del banco de memoria 0x300 La definición de una de esta función se presenta a continuación: void int Borrar_Screen13(){ //Inico del tiempo de la imagem if( BorrarScreen==0){ //emplea 3(Ins) el if para entrar en V int8 Ce[256]={0x0; #Locate Ce=0x300 //Ocupamos todos los registros del Banco1 //tiempo total=257+3(inicio if)+2(bra)=262*0,2us=52,4us BorrarScreen=1; //delay_cycles(1); else{ //emplea 4(Ins) el if para entrar en F delay_us(51); //262-4 = 258*0,2us=51,6us delay_cycles(3); 124

147 Guardando un carácter en el Banco de memoria de impresión Si el dato introducido es un carácter válido, el mismo debe ser desplegado según el orden y lugar ya descrito. Los cambios al Banco de memoria de impresión deben ser hechos en un orden según la posición final que cada carácter tendrá en la pantalla. Ya se discutió que las imágenes del Banco de memoria de impresión asociados a la información de un carácter están separadas cada 16 imágenes, pues es así como se podrá tener el efecto de proyectar una línea de píxeles del carácter inmediatamente debajo del anterior. Dicho espaciamiento entre elementos debe permanecer constante sin importar la posición del carácter en la pantalla. Sin embargo, de que depende la posición de un carácter en la pantalla?. La posición de un carácter en la pantalla depende de cuál es el número de registro que guarda la primera línea de 8 píxeles del mismo. Por ejemplo, si el primer registro que guarda la información de un carácter cualquiera es 0x100, ese carácter cualquiera estará ubicado en la esquina superior izquierda de la pantalla. Una carácter que esté a su lado derecho sobra la misma línea de texto, tendrá almacenado en 0x101 de su primer línea de píxeles. Además, un carácter que esté inmediatamente debajo del carácter correspondiente a 0x100, tendrá su primer registro en 0x110. Dicho patrón se aplica para hallar la posición de cualquier letra en la pantalla. Si ubicamos la posición de una letra mediante las variables N_LINEA_TEXTO1 y N_Letra1, donde N_Letra1 contabiliza el número de letras por línea de texto y N_LINEA_TEXTO1 representa la línea de texto en la cual se encuentra la letra, se puede calcular el número que corresponde al primer registro relacionado a un imagen mediante la fórmula: POS_LETRA_SCREEN=N_LINEA_TEXTO1*128+N_Letra1; Formula para calcular la última posición de una letra escrita 125

148 Donde POS_LETRA_SCREEN representa el registro que contiene la primera línea de píxeles de una letra cualquiera. Los siguientes 7 elementos que contienen el resto de la información están en las posiciones POS_LETRA_SCREEN +16,, POS_LETRA_SCREEN Entonces, N_LINEA_TEXTO1 y N_Letra1 tienen el registro de la posición de la última letra escrita. El código en C que realiza las decisiones sobre cómo calcular y cuándo activar las banderas de control para la llamada a las funciones anteriores se presenta a continuación. Función Tratar_Letra() La función int Tratar_Letra() se emplea para calcular la posición de la letra en el banco de memoria de letras y números. Recibe como entrada a la variable Dato y entrega la dirección del banco de memoria y la posición de inicio de registro donde se encuentra la letra deseada void int Tratar_Letraxx(){ //tiene 4(ifs en V)+9(inst)+4(2 BRA) en V=17(Ins) //tiene 3(if en F) if(condisionpresentacion==0){ if(dato1 == 0){ POS_LETRA_SCREEN =N_LINEA_TEXTO4*128+N_Letra4; POS_LETRA_MATRIX=0;// posicion del caracter en la memoria 15 DIRi_MATRIX=15;//15 else{ //17-5=12*0,2 = 2,4us delay_us(2); delay_cycles(2); 126

149 else{ //17-3=14*0,2 = 2,8us delay_us(2); delay_cycles(4); //*************************If para Borrar screen ***************************** //Este rutina se demora 16(Inst) //ESTA RUTINA SE ME DEMORA 16 INSTRUCIONES EN V O f tiempo total = 16*0,2= 3,2 us// if(borrar4==0){ if(bandera_n_letra==0){ //entrar los 2 if en v se demora 4(Inst) //Borro vector BorrarScreen4=0; N_Letra4=0; N_LINEA_TEXTO4=0; TN_LINEA_TEXTO4=0; //_aumentado POS_LETRA_SCREEN=0; Bandera_N_Letra=1; Borrar4=1; else{ //entrar los 1 if en v y otro if en f se demora 5(Inst)+2(BRA)=7(Ins) //16-7=9(Ins)*0,2=1,8 Bandera_N_Letra=1; //2(Ins)*0,2=0,4 delay_us(1); delay_cycles(2); else{ //entrar los primer if en f se demora 3(Inst)=3(Ins) ////16-3=13(Ins)*0,2=2,6 Bandera_N_Letra=1; delay_us(2); 127

150 delay_cycles(1); //La variables DIRi_SCREEN se cambia a 4,7 o 10 para los demas personajes DIRi_SCREEN=10;//0,4us La función para poner un carácter en la pantalla se llama LlenarScreen(). Se le deben pasar los valores de DIRi_MATRIX: Dirección del Banco de memoria donde se encuentra la imagen n_diri_screen: Dirección del Banco de memoria donde se guarda la imagen POS_LETRA_SCREEN: Posición de inicio de la imagen en el Banco de memoria de imagen POS_LETRA_MATRIX : Posición de inicio de registro de una imagen en matriz Borrar un carácter En el caso de que el comando introducido por el teclado sea el de borrar el último carácter (DATO1 = 127), se mantendrán sin cambio los valores de N_LINEA_TEXTO1 y N_Letra1 y se grabarán ceros en el Banco de memoria de imagen partiendo del valor calculado de POS_LETRA_SCREEN. Se utilizará la función Tratar_Letra() solamente que se tendrá el valor que corresponde al espacio en blanco en la matriz y la función LlenarScreen() llenara con ceros los registros pertenecientes a esa imagen del carácter. El código en C que realiza las decisiones: //*********************BORRAR UNA LETRA****************************** if (DATO1 == 127){ //cuando if (DATO == 127) V 3(Ins) //cuando if (DATO == 127) F 4(Ins) //********** esta codigo ocupa 17(ins) ******************* 128

151 POS_LETRA_SCREEN=N_LINEA_TEXTO4*128+N_Letra4; if(tn_linea_texto4!=0){//3(ins) en F //2(ins) en verdad if(n_linea_texto4==0){//3(ins) en F //2(ins) en verdad if(n_letra4==0){//3(ins) en F //2(ins) en verdad //6(ins) en verdad todo los if N_Letra4=16; N_LINEA_TEXTO4=1; TN_LINEA_TEXTO4--; else{ //17(Ins)-11(Ins)=6*0,2=1,2us delay_us(1); delay_cycles(1); else{ //17(Ins)-7(Ins)=10*0,2=2us delay_us(2); else{ //17(Ins)-3(Ins)=14*0,2=2,8us delay_us(1); delay_cycles(4); //************************************************************************ if (N_LINEA_TEXTO4==0){ if (N_Letra4==0){//14-8=6(Ins)*0,2)1,2 129

152 delay_us(1); delay_cycles(1); else if(n_letra4!=0){ N_Letra4=N_Letra4-1; POS_LETRA_MATRIX=8; DIRi_MATRIX=15; else if(n_letra4==0){ N_LINEA_TEXTO4=N_LINEA_TEXTO4-1; N_Letra4=15; POS_LETRA_MATRIX=8; DIRi_MATRIX=15; else if(n_letra4!=0){ N_Letra4=N_Letra4-1; POS_LETRA_MATRIX=8; DIRi_MATRIX=15; delay_cycles(1); El código en C que realiza cómo cuándo hacer las llamadas a las funciones anteriores se presenta a continuación. Programa principal Esta rutina permite ejecutar las funciones para generar la señal de video NTSC de televisión. Dentro de función principal main se a implementado un while, dentro del este while se a implementado las funciones que permiten generar las señal de video, las funciones de lectura del puerto B, los comandos de control para los cuatro teclados y las funciones que son necesarias para realizar la escritura en la pantalla de televisión. 130

153 Toda función se ejecuta en un tiempo aproximado de 63.4us que es el tiempo que se tarda en dibujar en pantalla una línea horizontal (Ver teoría de video). Para la lectura de los datos de cada teclado se a utilizado la variable U1 la cual toma valores de: 3: Activa la interrupción de PIC Teclado 1 5: Activa la interrupción de PIC Teclado 1 9: Activa la interrupción de PIC Teclado 1 17: Activa la interrupción de PIC Teclado 1 Con el fin de obtener salidas por el puerto A para activar la interrupción RB0/INT de cada PIC16F628, el cual le indica que tiene que enviar un dato. El código en C que realiza estas acciones son: Se comienza con la definición de las librerías utilizadas y las variables globales. #include <18F2525.h> //#fuses HS,NOWDT,NOPROTECT,NOPUT,NOBROWNOUT,NOLVP // Opciones de configuración #fuses NOWDT,NOWDT,HS, NOPROTECT, NOIESO, NOBROWNOUT, BORV21, NOPUT, NOCPD, NOSTVREN, NODEBUG, NOLVP, NOWRT, NOWRTD, NOEBTR, NOCPB, NOEBTRB, NOWRTC, NOWRTB, NOFCMEN, NOXINST, NOPBADEN, NOLPT1OSC, NOMCLR #use delay(clock= ) #use fast_io(a) #use fast_io(b) #use fast_io(c) #include<cargar_datos.h> //Cargamos Todas Los Datos de las Matrix y Screen #include<cargar_presentacion.h> #include <Sincronismov1.h> #include <Video.h> #include <Funciones.h> 131

154 //******************** PROGRAMA PRINCIPAL *********************************** Void Main() { set_tris_a (0b ); set_tris_c (0b ); set_tris_b (0b ); output_a(0); output_b(0); delay_us(200); While(TRUE){ //Linea 1-9 Pulsos_Campo_I();//Goto usa 0,4 us entrar //Goto usa 0,4 us salir //******************************* VIDEO ******************** //LINEA 10 delay_us(3); //4,4-0,6(0,2*3(Intruciones del IF(campo==0) en falso)) - GotoSalir(0,4) =3,4 delay_cycles(2); output_high(pin_a0); //negro delay_us(56); //58,6 -entrar funcionlineasbon(0,8)-entradao for(1) = 56,8 delay_cycles(4);//4 //LINEA LineasNegras(15);//usa 0,8 /15 //*********************Impresion del 1 niño***************************** //Linea 26 delay_us(4); //4,4 - GotoSalir(0,4) =4 output_high(pin_a0); //negro delay_us(57); //58,6 -(0,4)goto funcion LerrDato-0,4(U1=3)=57,8us delay_cycles(2);//2 U1=3; //esta variable controla las INT 3=PIC1, 5=PIC2, 9==PIC3,17=PIC4 //Llamada a las funciones //Cada función es una línea //Linea 27 a

155 LeerDato(); ClasificarLetra(); Tratar_Letra(); Borrar_Screen11(); Borrar_Screen12(); Borrar_Screen13(); LlenarScreen(); //Linea 34 delay_us(4); //4,4 - GotoSalir(0,4) =4 output_high(pin_a0); //negro delay_us(56); //58,6 -((0,4)goto funcion Draw_Letras+0,2*8(Inst de inicio de la funcion Draw Letras))=56,6us delay_cycles(2); N_LineasVideo=16; //Linea 35 a la 50 Draw_Letras();//forma 16 lineas Diagramas Diagramas del variables y funciones Figura Diagrama de variables y funciones 133

156 Diagrama de Actividades Figura Diagrama de actividades 134

157 Diagrama de secuencia Figura Diagrama de secuencias Lectura de los datos de la señal RS 232 enviados por el teclado Para comunicarse con el teclado, el microcontrolador PIC16F628 debe conectarse a través de un chip max232 para acoplar los voltajes. Una vez que se ha conectado el micro con el teclado, los datos serán leídos en una variable llamada Dato. 135

158 El código en C para leer un dato RS-232 se describe a continuación. #use rs232(baud=57600,rcv=pin_a0) //Encabezado dato=getc(); El dato obtenido se recibe en código ASCII. El dato obtenido lo transformamos para enviarlo al PIC de video, este dato transformado es el que es utilizado por la función ClasificarLetra() de PIC video para encontrar la poción que ocupa la letra en matriz. El código para realizar esta transformación se muestra a continuación. switch (dato) //Identifica el dato de la entrada y lo relaciona con la variable matriz { case 'A': c=1; break; case 'B': c=2; break; case 'C': c=3; break; case 'D': c=4; break; Envió del un dato transformado El envió del dato se lo realiza cada petición de la interrupción RB0/INT El código para realizar esta el envió del dato es: #int_ext 136

159 EXT_isr(){ set_tris_b(0b ); //SEDEMORA 15(iNS) PARA LLEGAR AL output_b(dato1); delay_us(1); delay_cycles(3); if(i!=0){ output_b(dato1); delay_us(70); output_b(0); i=0; else{ output_b(0); delay_us(70); set_tris_b(0b ); Diagramas Diagramas del variables y funciones Figura Diagrama de de funciones 137

160 Diagrama de Actividades Figura Diagrama de actividades Diagrama de secuencia Figura Diagrama de secuencias 138

161 CAPITULO IV Software 139

162 CAPITULO IV SOTWARE 4 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE SOFTWARE 4.1 MANUAL PIC C COMPILER Índice 1.INTRODUCCIÓN 2.ELEMENTOS DEL SOTWARE 3.OPERADORES Y EXPRESIONES 4. DESCRIPCIÓN DE INSTRUCCIONES INTRODUCCIÓN Figura Pantalla principal Si queremos realizar la programación de los microcontroladores PIC en un lenguaje como el C, es preciso utilizar un compilador de C. Dicho compilador nos genera ficheros en formato hexadedimal, que es el necesario para programar (utilizando un programador de PIC) un microcontrolador de 6, 8, 18 ó 40 pines. 140

163 El compilador de C que vamos a utilizar es el PCW de la casa CCS Inc. A su vez, el compilador lo integraremos en un entorno de desarrollo integrado (IDE) que nos va a permitir desarrollar todas y cada una de las fases que se compone un proyecto, desde la edición hasta la compilación pasando por la depuración de errores. La última fase, a excepción de la depuración y retoques hardware finales, será programar el PIC. Al igual que el compilador de Turbo C, éste "traduce" el código C del archivo fuente (.C) a lenguaje máquina para los microcontroladores PIC, generando así un archivo en formato hexadecimal (.HEX). Además de éste, también genera otros seis ficheros, tal como se observa en la figura de la siguiente página. Finalmente, presentaremos apuntes en soporte electrónico, es una experiencia nueva y que como toda prueba tiene sus riesgos, aunque esperamos y deseamos que, de una u otra forma logremos prender la llama de la ilusión, o por lo menos despertar el interés por el estudio de la electrónica y en particular de este mundo maravilloso de la programación en C y los microcontroladores ELEMENTOS DEL SOFTWARE Figura Barra de herramientas Posee elementos básicos fáciles de manipular como abrir un archivo guardado, pero unas de las grandes ventajas es la creación rápida, clara y e manera sencilla de un nuevo proyecto, el compilador es capaz de setear automáticamente los parámetros de inicio o cabecera del programa. 141

164 Crear un nuevo archivo Figura Creación de un nuevo proyecto 1.- El programa pedirá l ubicación de donde se desee grabar el archivo. Figura Escoger donde guardar el proyecto 142

165 2.- Aparece una segunda pantalla que permite definir: Figura Configuración de parámetros internos del código Pic Oscilador (interno(si el pic posee), externo) Seteos en general 3. En la parte inferior se muestran unas pestañas que permiten ir cambiando sus valores como por ejemplo: Figura Pestañas de configuración de parámetros Comunicación RS 232 Definir pines del pic (entradas, salidas) Librerías que se puedan incluir. 143

166 4. Finalmente aceptados, y se mostrará la siguiente cabecera. Figura Visualización de parámetros seteados Depuración de código Figura Proceso de compilación de código 144

167 Una de las principales características que posee el compilador es la posibilidad de realizar una depuración fácil y sencilla, también tiene la capacidad de mostrar la capacidad actual de la memoria interna del microcontrolador y saber si hay o no espacio para que pueda ser grabado el programa en el pic. De tal manera se puede saber antes de comprar el microcontrolador si este tiene la capacidad suficiente y evitar que se pueda hacer una mala elección y pérdida de dinero OPERADORES Y EXPRESIONES Operadores de asignación Una expresión de asignación tradicional es de la forma: expr1 = expr1 operador expr2, es decir, i = i + 5 Esta expresión se puede representar por otra forma más corta: expr1 operador= expr2 siguiendo con el mismo ejemplo i += 5. Es en las expresiones complejas, y no en una tan simple como la del ejemplo, donde se puede apreciar la conveniencia de usar esta notación. La siguiente tabla resume los operadores de asignación compuesta y su significado. Operador Descripción Figura Cuadro de asignación de operación 145

168 Los operadores aritméticos se usan para realizar operaciones matemáticas. Se listan en la siguiente tabla: Operador Descripción Ejemplo Figura Descripción de los operadores Operadores relacionales Su misión es comparar dos operandos y dar un resultado entero: 1 (verdadero); 0 (falso). La siguiente tabla ilustra estos operadores: Figura Cuadro de operadores de relación 146

169 Operadores lógicos Al igual que los operadores relacionales, éstos devuelven 1 (verdadero), 0 (falso) tras la evaluación de sus operandos. La tabla siguiente ilustra estos operadores. Figura Cuadro de operadores lógicos Operadores de manejo de bits Estos operadores permiten actuar sobre los operandos a nivel de bits y sólo pueden ser de tipo entero (incluyendo el tipo char). Son los que siguen: Figura Cuadro de operadores de bit Operadores de incremento y decremento Aunque estos operadores forman parte del grupo de operadores de asignación, hemos preferido separarlos en aras a una mayor claridad. Su comportamiento se asemeja a las instrucciones de incremento incf f,d del ensamblador del µcontrolador PIC 16F84 o inc variable del Intel

170 Operador Descripción Figura Cuadro de operadores de incremento, decremento Operadores de desplazamiento de bits Los operadores de desplazamiento otorgan al C capacidad de control a bajo nivel similar al lenguaje ensamblador. Estos operadores utilizan dos operandos enteros (tipo int): el primero es el elemento a desplazar y el segundo, el número de posiciones de bits que se desplaza. Se resumen en la siguiente tabla: Operador Descripción Figura Cuadro de desplazamiento de bit Expresiones Figura Cuadro de representación de formatos 148

171 4.1.4 DESCRIPCIÓN DE INSTRUCCIONES A continuación se describen todas y cada una de las directivas del compilador que utilizaremos para programar los microcontroladores PIC. #ASM #ENDASM Las líneas entre #ASM y #ENDASM se tratan como código ensamblador. La variable predefinida _RETURN_ puede utilizarse para asignar un valor de retorno a la función desde el código en ensamblador, hay que tener presente que cualquier código C después de ^I^B #ENDASM ^i^b y antes del final de la función puede falsear el valor de retorno. La sintaxis de los comandos en ensamblador se describen en la tabla. Ejemplo: int paridad (int dato) { int contador; #asm movlw 8 movwf contador movlw 0 lazo: xorwf dato,w rrf dato,f decfsz contador,f goto lazo movwf _return_ #endasm 149

172 Figura Instrucción es en assembler #ZERO_RAM Directiva que pone a cero todos los registros internos que pueden usarse para mantener variables, antes de que comience la ejecución del programa. #IF expresión_constante #ELSE #ENDIF El pre-procesador evalúa la expresión_constante y si es distinta de cero procesará las líneas hasta el #ELSE que es opcional o en su defecto hasta el #ENDIF. 150

173 Ejemplo: #if (a + b + c) > 8 printf(" Demasiados parámetros "); #endif #INCLUDE <Nombre_Fichero> #INCLUDE Nombre_Fichero Esta directiva hace que el compilador incluya en el fichero fuente el texto que contiene el archivo especificado en <Nombre_Fichero>. Si el nombre del fichero se incluye entre los símbolos '< >' el compilador busca el fichero en el directorio INCLUDE. Si se pone entre comillas dobles " " el compilador busca primero en el directorio actual o directorio de trabajo y si no lo encuentra, entonces lo busca en los directorios INCLUDE del compilador. Ejemplo: #include <16F54.H> #include "reg_c84.h" #INT_xxx función_de_interrupción Estas directivas especifican que la función que le sigue es una función de interrupción. Las funciones de interrupción no pueden tener ningún parámetro. Como es natural, no todas las directivas pueden usarse con todos los dispositivos. Las directivas de este tipo que disponemos son: 151

174 Figura Opciones de la instrucción Interrupción El compilador salta a la función de interrupción cuando se detecta una interrupción. Es el propio compilador el encargado de generar el código para guardar y restaurar el estado del procesador. También es el compilador quien borrará la interrupción (el flag). Sin embargo, nuestro programa es el encargado de llamar a la función ENABLE_INTERRUPT() para activar previamente la interrupción junto con el señalizador (flag) global de interrupciones. #USE DELAY (CLOCK=frecuencia) Esta directiva indica al compilador la frecuencia del procesador, en ciclos por segundo, a la vez que habilita el uso de las funciones DELAY_MS() y DELAY_US(). Opcionalmente podemos usar la función restart_wdt() para que el compilador reinicie el WDT durante el retardo. Ejemplos: #use delay (clock= ) #use delay (clock=32000, RESTART_WDT) 152

175 #USE FAST_IO (puerto) Esta directiva afecta al código que el compilador generará para las instrucciones de entrada y salida. Este método rápido de hacer I/O ocasiona que el compilador realice I/O sin programar el registro de dirección. El puerto puede ser A-G. Ejemplo: #use fast_io(a) #USE FIXED_IO (puerto_outputs=pin_x#, pin_x#...) Esta directiva afecta al código que el compilador generará para las instrucciones de entrada y salida. El método fijo de hacer I/O causará que el compilador genere código para hacer que un pin de I/O sea entrada o salida cada vez que se utiliza. Esto ahorra el byte de RAM usado en I/O normal. Ejemplo: #use fixed_io(a_outputs=pin_a2,pin_a3) # USE RS232 (BAUD=baudios, XMIT=pin, RCV=pin) Esta directiva le dice al compilador la velocidad en baudios y los pines utilizados para la I/O serie. Esta directiva tiene efecto hasta que se encuentra otra directiva RS232. La directiva #USE DELAY debe aparecer antes de utilizar #USE RS232. Esta directiva habilita el uso de funciones tales como GETCH, PUTCHAR y PRINTF. Si la I/O no es estándar es preciso poner las directivas FIXED_IO o FAST_IO delante de #USE RS

176 Opciones: Figura Opciones de la instrucción #USE RS232 * #USE STANDARD IO (puerto) Esta directiva afecta al código que el compilador genera para las instrucciones 154

177 de entrada y salida. El método estándar de hacer I/O causará que el compilador genere código para hacer que un pin de I/O sea entrada o salida cada vez que se utiliza. En los procesadores de la serie 5X esto necesita un byte de RAM para cada puerto establecido como I/O estándar. Ejemplo: #use standard_io(a) c= GETC() c= GETC() c= GETC() Estas funciones esperan un carácter por la patilla RCV del dispositivo RS232 y retorna el carácter recibido. Es preciso utilizar la directiva #USE RS232 antes de la llamada a esta función para que el compilador pueda determinar la velocidad de transmisión y la patilla utilizada. La directiva #USE RS232 permanece efectiva hasta que se encuentre otra que anule la anterior. Los procedimientos de I/O serie exigen incluir #USE DELAY para ayudar a sincronizar de forma correcta la velocidad de transmisión. Recordad que es necesario adaptar los niveles de voltaje antes de conectar el PIC a un dispositivo RS-232. Ejemplo: printf("continuar (s,n)?"); do { respuesta=getch(); while(respuesta!='s'&& respuesta!='n'); ); 155

178 GETS(char *string) Esta función lee caracteres (usando GETC()) de la cadena (string) hasta que encuentra un retorno de carro(valor ASCII 13). La cadena se termina con un 0. PUTC() PUTCHAR() Estas funciones envían un carácter a la patilla XMIT del dispositivo RS232. Es preciso utilizar la directiva #USE RS232 antes de la llamada a esta función para que el compilador pueda determinar la velocidad de transmisión y la patilla utilizada. La directiva #USE RS232 permanece efectiva hasta que se encuentre otra que anule la anterior. Ejemplo: if (checksum==0) putchar(ack); else putchar(nak); // NAK carácter de respuesta negativa PUTS(string) Esta función envía cada carácter de string a la patilla XMIT del dispositivo RS232. Una vez concluido el envío de todos los caracteres la función envía un retorno de carro CR o RETURN (ASCII 13) y un avance de línea LF o LINE - FEED (ASCII 10). Ejemplo: puts( " " ); puts( " HOLA " ); puts( " " ); 156

179 PRINTF([function],string,[values]) La función de impresión formateada PRINTF saca una cadena de caracteres al estándar serie RS-232 o a una función especificada. El formato está relacionado con el argumento que ponemos dentro de la cadena (string). Cuando se usan variables, string debe ser una constante. El carácter % se pone dentro de string para indicar un valor variable, seguido de uno o más caracteres que dan formato al tipo de información a representar. Si ponemos %% obtenemos a la salida un solo %. El formato tiene la forma genérica %wt, donde w es optativo y puede ser 1,2,...,9. Esto es para especificar cuántos caracteres son representados; si elegimos el formato 01,...,09 indicamos ceros a la izquierda, o también 1.1 a 9.9 para representación en punto flotante. t es el tipo de formato y puede ser uno de los siguientes: Figura Opciones de la instrucción PRINTF Ejemplos: byte x,y,z; printf (" Hola "); printf("rtccvalue=>%2x\n\r",get_rtcc()); printf("%2u %X %4X \n\r",x,y,z); printf(lcd_putc, "n=%c",n); 157

180 KBHIT() Esta función devuelve TRUE si el bit que se está enviando al pin RCV de un dispositivo RS232, es el bit de inicio de un carácter. Es preciso utilizar la directiva #USE RS232 antes de la llamada a esta función para que el compilador pueda determinar la velocidad en baudios y la patilla utilizada. La directiva #USE RS232 permanece efectiva hasta que se encuentre otra que anule la anterior. Ejemplo: keypress=' '; while ( keypress!='q' ) { // entramos al bucle while if ( kbhit () ) keypress=getc(); // en la variable keypress se guardan los caracteres if (!input(pin_b2)) // inicio del envío de un byte output_high(pin_b3); else output_low(pin_b3) INPUT(pin) Devuelve el estado '0' o '1' de la patilla indicada en pin. El método de acceso de I/O depende de la última directiva #USE *_IO utilizada. El valor de retorno es un entero corto. Ejemplo: while (!input(pin_b1) ); OUTPUT_BIT(pin,value) 158

181 Esta función saca el bit dado en value(0 o 1) por la patilla de I/O especificada en pin. El modo de establecer la dirección del registro, está determinada por la última directiva #USE *_IO. Ejemplo: output_bit( PIN_B0, 0); // es lo mismo que output_low(pin_b0); output_bit( PIN_B0,input( PIN_B1 ) ); // pone B0 igual que B1 output_bit( PIN_B0, shift_left(&data, 1, input(pin_b1))); // saca por B0 el MSB de 'data' y al mismo tiempo // desplaza el nivel en B1 al LSB de data. OUTPUT_FLOAT(pin) Esta función pone la patilla especificada como pin en el modo de entrada. Esto permitirá que la patilla esté flotante para representar un nivel alto en una conexión de tipo colector abierto. Ejemplo: // guardamos la lectura del port A en dato if( (dato & 0x80)==0 ) // comprobamos si es '1' el MSB output_low(pin_a0); // si es '1' ponemos a cero el pin A0 else output_float(pin_a0); // de lo contrario, ponemos el pin A0 a uno OUTPUT_HIGH(pin) Pone a 'uno' el pin indicado. El método de acceso de I/O depende de la última directiva #USE *_IO utilizada. 159

182 Ejemplo: output_high(pin_a0); OUTPUT_LOW (pin) Pone a 'cero' el pin indicado. El método de acceso de I/O depende de la última directiva #USE *_IO. Ejemplo: output_low(pin_a0); DELAY_CYCLES(count) Esta función realiza retardos según el número de ciclos de instrucción especificado en count; los valores posibles van desde 1 a 255. Un ciclo de instrucción es igual a cuatro periodos de reloj. Ejemplo: delay_cycles( 3 ); // retardo de 3ciclos instrucción; es igual que un NOP DELAY_MS(time) Esta función realiza retardos del valor especificado en time. Dicho valor de tiempo es en milisegundos y el rango es Para obtener retardos más largos así como retardos 'variables' es preciso hacer llamadas a una función separada; véase el ejemplo siguiente. Es preciso utilizar la directiva #use delay(clock=frecuencia) antes de la llamada a esta función, para que el compilador sepa la frecuencia de reloj. 160

183 Ejemplos: #use delay (clock= ) // reloj de 4MHz delay_ms( 2 ); // retardo de 2ms void retardo_segundos(int n) { // retardo de 'n' segundos; 0 <= n => 255 for (; n!=0; n--) delay_ms( 1000 ); // 1 segundo DELAY_US(time) Esta función realiza retardos del valor especificado en time. Dicho valor es en microsegundos y el rango va desde 0 a Es necesario utilizar la directiva #use delay antes de la llamada a esta función para que el compilador sepa la frecuencia de reloj. Ejemplos: #use delay(clock= ) delay_us(50); int espera = 10; delay_us(espera); DISABLE_INTERRUPTS(level) Esta función desactiva la interrupción del nivel dado en level. El nivel GLOBAL prohíbe todas las interrupciones, aunque estén habilitadas o permitidas. Los niveles de interrupción son: Ejemplo: disable_interrupts(global); /* prohíbe todas las interrupciones */ 161

184 ENABLED INTERRUPTS(level) Esta función activa la interrupción del nivel dado en level. Queda a cargo del técnico definir un procedimiento o rutina de atención, para el caso que se produzca la interrupción indicada. El nivel GLOBAL permite todas las interrupciones que estén habilitadas de forma individual. Véase también DISABLE_INTERRUPTS. Ejemplo: disable_interrupts(global).- Prohíbe todas las interrupciones enable_interrupts(int_ad).- Quedan habilitadas estas dos interrupciones, enable_interrupts(int_i2c).- Pero hasta que no se habilite GLOBAL, no podrán activarse. enable_interrupts(global).-ahora sí se pueden producir las interrupciones anteriores. EXT_INTEDGE(edge) Esta función determina el flanco de activación de la interrupción externa. El flanco puede ser de subida (L_TO_H) o de bajada (H_TO_L). Ejemplo: ext_int_edge( L_TO_H ); 162

185 4.2 MANUAL WINPIC800 Figura Pantalla de presentación CONFIGURACIÓN DE HARDWARE Figura Configurar el programador Uno de los primeros pasos el configurar el hardware del programador que vamos utilizar par l grabación del código (.HEX) que es generado por el programa Pic C Compiler. 163

186 4.2.2 ESCOGER HARDWARE Figura Escoger el programador Aquí podemos observar la gran gama de programadores de microcontroladores que soporta el hardware sea vía serial, puerto paralelo ó usb, en nuestro caso utilizamos el hardware Polivalente que es vía puerto paralelo y que soporta una la gama de microcontroladores PIC18FXX ESCOGER MICROCONTROLADOR Figura Selección del pic Como podemos observar en el sub-cuadro de la derecha la gama de pics que posee además de la capacidad de su memoria interna. 164

187 4.2.4 CARGAR EL ARCHIVO (.HEX) Figura Barra de herramientas Un de sus facilidades es que evita que carguemos programas que no coincidan con el pic seleccionado GRABACIÓN DE PIC Figura Grabación del código.hex Y por último se procede a la carga del archivo (.HEX) al pic. 165