NUEVAS ESTRATEGIAS EN LA REALIZACIÓN DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO CON MICROCONTROLADORES

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1 NUEVAS ESTRATEGIAS EN LA REALIZACIÓN DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO CON MICROCONTROLADORES J. CEREZO, E. VEGA, L. GARCÍA, E. ARBELO y A. VEGA Departament de Ingeniería Electrónica y Autmática (DIEA) Institut Universitari de Micrelectrónica Aplicada (IUMA) Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC) Este trabaj analiza nuestra experiencia a l larg de ls últims añs en la realización de prácticas de labratri cn micrcntrladres y prpne una nueva estrategia de trabaj basada en la utilización de móduls Prt3D que frecen la psibilidad de dispner de tarjetas de evaluación de reducid tamañ, baj cste y simplicidad en el manej. 1. Intrducción La dcencia de prácticas de sistemas digitales para ls alumns que tienen el primer cntact cn micrcntrladres, implica dispner de material adecuad cn características específicas relacinadas cn el perfil del alumn: equips sencills, rbusts, cmpacts, de fácil intercnexión, y simples de manejar. La experiencia que se presenta en este artícul es la btenida en varis añs de dcencia y trabaj cn estudiantes de distintas asignaturas (en diferentes titulacines) cn cntenids de sistemas digitales basads en micrcntrladres y micrprcesadres. Se prpne una alternativa para realizar prácticas de simple y mediana cmplejidad cn sistemas ensamblads mediante móduls Prt3D. 2. Dcencia de Sistemas Electrónics Ls alumns de ls primers curss de ingenierías de electrónica afrntan temas sbre sistemas micrprcesadres. Las prácticas se basan en la realización de mntajes cn la utilización de recurss básics de E/S: puerts paralels, temprizadres, puerts serie, cnversres A/D y D/A. Esta dcencia se imparte en el Labratri de Integración de Equips del Departament de Ingeniería Electrónica y Autmática. El labratri dispne de 6 puests dtads de rdenadr, fuente de alimentación, multímetr digital, scilscpi, y generadr de funcines. En la Figura 1 se aprecia una vista de una sección del labratri. La tabla 1 muestra la relación de asignaturas que se imparten en el labratri y hacen us de las tarjetas HC11. Códig de la asignatura Denminación de la asignatura Crédits Práctics 2280 Calculadras 0, Micrprcesadres de Aplicación Industrial 3, Sistemas Electrónics 3,0 Tabla 1. Listad de Asignaturas del Labratri de Integración de Equips. Nuestra experiencia en esta dcencia, ns dicta que el material de trabaj debe ser simple. Las prácticas deben tener bjetivs clars: a) que presenten ls fundaments y la prblemática típica del us de ls elements básics: teclad matricial, display, LCD, RS-232, etc, b) que busquen la crrecta planificación, estructuración y planteamient de slucines a ls prblemas planteads.

2 Figura 1. Labratri de Integración de Equips El material que se dispne para cada un de ls seis puests del labratri (Figura 2) es el siguiente: Tarjeta básica cn HC68HC11 Tarjeta de ampliación de entrada salida. Teclad matricial de 4x4 Cable de cnexión RS232 Cables de alimentación Cables de cnexión para puerts. Figura 2. Material Básic para dcencia del MC68HC11

3 El métd de trabaj que se sigue es el siguiente: Se distribuye el enunciad y se explica en clase de tería (previa a la clase práctica) Se plantea la estructura del prgrama de la práctica. El alumn recibe el material y debe subdividir el prblema en rutinas de códig independientes. El alumn debe prbar las rutinas pr separad para lueg crear el cuerp cmplet del prgrama haciend us de llamadas a las rutinas. El plaz de realización es de las prácticas varía según sus bjetivs, per suele durar 10 hras de labratri DISPLAYS uc TECLADO PLACA HC11 TERMINAL SERIE Puert Serie HC11 Puert C EEPROM SERIE Puert A Puert B Figura 3. Ejempls de prácticas Alguns ejempls de prácticas (Figura 3) sn ls siguientes: Se trata de realizar un relj digital haciend us de ls display de siete segments. El relj deberá presentar ls dígits de decenas de segunds, segunds, décimas de segund y centésimas de segund. Además, dispndrá de un teclad para realizar distintas funcines. Debe cntar desde 00:00 hasta ls 59:99 segunds cíclicamente. Debe cntrlar el refresc de ls dígits en ls display y cntar las centésimas de segund.

4 Debe atender al teclad para realizar las funcines de: puesta a cer, par, marcha y establecimient a un valr determinad. Ls valres de ls dats de ls display se mantendrán en memria en las direccines: MIN, SEG, DEC y CENT. La rutina de refresc será independiente. Cnsistirá en mantener visibles cntinuamente ls dats en ls display Se trata de realizar un prgrama que permita la lectura y escritura tant de ls puerts cm del cntenid de una EEPROM serie externa (24C02) desde un terminal cnectad al Puert serie. Ls dats a mstrar en pantalla deben estar frmateads en hexadecimal y se les indica que cm mínim deben mstrar un menú cn las siguientes pcines: 1. Lectura del puert de entrada 2. Escritura en el puert de salida 3. Vlcad de la EEPROM serie 4. Escritura en la EEPROM en la psición indicada. El vlcad debe presentar ls valres frmateads cn espacis indicand las psicines y mstrand 16 valres pr línea según la figura. Se deben presentar también ls caracteres ASCII. 3. La elección del MC68HC11 La elección del micrcntrladr MC68HC11 cm cmpnente base para la realización de estas prácticas que, aunque tiene ciertas limitacines sbre td de memria, tiene recncidas ventajas pr sus buenas prestacines. Debid a que lleva much tiemp en el mercad, es muy cncid en el ambiente universitari y prfesinal, dispne de muchísima dcumentación y recurss sftware. Al igual que trs dispsitivs también muy ppulares cm ls PIC, el 68HC11 (Figura 4) es un micrcntrladr adecuad para la primera tma de cntact puest que es muy simple y, además, frece psibilidades de plantear prácticas interesantes: sistemas de adquisición, cmunicacines serie, cnversión analógica-digital, múltiples puerts I/O. Figura 4. Arquitectura del MC68HC11

5 Las tarjetas µc 68HC11 que usams tradicinalmente en nuestrs labratris dispnen de la circuitería mínima para trabajar cn este micr y frecen tds ls puerts libres en cnectres en el brde de la placa, pr l que para realizar alguna práctica más cmpleja, se requiere intercnectar ls puerts libres cn placas externas que nrmalmente n están diseñadas específicamente para este prpósit. Est genera cableads entre placas que n suelen ser muy fiables. 4. Prpuesta de utilizar móduls en tecnlgía Prt3D Aunque el métd utilizad en la impartición de las prácticas ha demstrad dar resultads aceptables, aquí se prpne intrducir una nueva metdlgía de trabaj basada en la tecnlgía Prt3D que ha sid desarrllada en esta universidad [1][2]. Ls móduls Prt3D sn idónes para aplicarls a esta dcencia: cmpacts, simples, de fácil intercnexión y rbusts. Es un sistema mdular que se basa en intercnexión de ls móduls utilizand cnectres mecanizads en el prpi perímetr del circuit impres y ls mntajes se realizan uniend las tarjetas tip puzzle. Cada un de ls cnectres distribuye la alimentación, además de ls pines I/O dispnibles. Ns planteams diseñar ls equips de dcencias basads en ests móduls. De esta frma, se puede dispner de móduls pre-diseñads y mntads para us divers: puert de leds de salida, módul de RS-232, móduls de display de 7 segments, etc. Prt3D permite el mntaje de diversas prácticas utilizand un cnjunt reducid de móduls básics, intercambiand las intercnexines en cada cas. Se han evaluad distintas estrategias de distribución de señales en la periferia de ls móduls para sistemas de 8 y 16 bits. En el cas de sistemas basads en micrcntrladres de 8 bits, cm es el cas del MC68HC11, la distribución de señales en el módul principal se realiza mediante 8 cnectres de 16 bits cada un (8 cntacts en el tp y 8 en el bttm). Ests cnectres se numeran de la A a la H en sentid invers al gir del relj, cmenzand pr el cnectr izquierd superir, tal cm se puede apreciar en la Figura 5.a. En la Figura 5.b se aprecia la distribución de señales para móduls de ampliación de memria. a) b) Figura 5. Estrategias de distribución de señales en ls móduls Prt3D Siguiend la estrategia de distribución de señales se ha diseñad un cnjunt de seis móduls diferentes para el 68HC11, mediante ls cuales se pueden realizar diferentes mntajes. En cncret ls móduls desarrllads sn ls siguientes:

6 M1 - Módul micrcntrladr M4 - Mdul de memria RAM y EPROM M2 - Módul de alimentación M5 - Módul de cmunicación serial RS-232 M3 - Módul de visualización M6 - Módul de distribución de señales de cntrl a) b) c) Figura 6. Alternativas de intercnexión de móduls Prt3D El sistema mínim que se puede desarrllar cn ests móduls cnsiste en el módul del micrcntrladr (M1), y el módul de alimentación (M2), cm se puede ver en la Figura 6.a. En la Figura 6.b se muestra también, cóm a este módul se le puede añadir un módul de visualización (M3) en cualquiera de ls cnectres dnde se hayan distribuid las señales de E/S de ls puerts. En el cas de requerir mayr capacidad de memria (Figura 6.c), se debe añadir el módul de memria RAM y EPROM (M4), a la derecha del módul M1, y para hacerle llegar las señales de cntrl prcedentes del µc, se utiliza el módul (M6) de distribución de señales de cntrl. En este cas se debe de tener en cuenta la cnfiguración del módul del µc, para pder acceder a la memria. Además, se dispne de un módul de cmunicacines seriales, que se puede intercnectar al módul del µc, para pder cmunicarse cn el PC; en la figura 6 se muestra el sistema al cmplet, utilizand tds ls móduls dispnibles. Est ns permite cmenzar a plantear prácticas mdulares y prgresivas. Adicinalmente se pueden añadir al mntaje una amplia variedad de móduls cn ftprint genérics de cmpnentes SMD y de inserción, que permitirán al alumn cnstruir su prpi sistema hardware, de frma muy simple, sin tener que recurrir, en ningún mment, a tener que fabricar un circuit impres a medida. Una ventaja añadida imprtante es que tds ests móduls sn reutilizables en sucesivas prácticas. 5. Cnclusines Se ha realizad una expsición de la metdlgía dcente que se imparte en el labratri para la prgramación de micrcntrladres, analizand las ventajas e incnvenientes de las técnicas clásicas utilizadas. Frut de la experiencia adquirida se presenta una estrategia alternativa, cnsistente en la utilización de móduls Prt3D, para la realización de estas prácticas rientadas hacia alumns que

7 entran, pr primera vez, en cntact cn ests cntenids. Las ventajas se centran en la mdularidad, reducid tamañ, simplicidad y capacidad de reutilización del ls móduls prpuests. Módul Alimentación Módul de intercnexión ADDRESS Módul µcontrolador DATA Módul MEMORIAS Módul de cmunicacines Módul I/O a) b) RS232 I/O Figura 7. Detalle del sistema cmplet cn el módul de ampliación de memria. Referencias [1] [2] A. Vega, J. Mnagas, J.M. Cerez, A.M. Escuela, Edge Cnnectr fr Mechanical and electrical Intercnnectin f PCBs, IECON Internatinal Cnference n Industrial Electrnics, Cntrl and Instrumentatin, Sevilla 2002.