Aplicaciones Practicas De Los Pics

Microcontroladores

micro/bit Aplicaciones prácticas de los PICs

EDICIONES TÉCNIC AS REDE TÉCNICAS SEPTIEMBRE/OCTUBRE 1999

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MICROCONTROLADORES

Aplicaciones prácticas de los PICs

Por José Mª Angulo Usategui e Ignacio Angulo Martínez

Descripción de dos sencillas aplicaciones de los microcontroladores PIC: un reloj digital y un controlador de acceso Cuando aparecieron los transistores en la década de los años 50 la Electrónica sufrió un profundo cambio. La función que realizaba una válvula de vacío grande, cara, compleja de funcionar y de montar, se sustituía por una pequeña cápsula de silicio con tres patitas que realizaba el trabajo mucho mejor. Luego vinieron los pequeños circuitos integrados y los grandes. La Informática, que pudo nacer gracias al soporte de la Electrónica,tan sólo ha tardado unos pocos años en engullir a esta última. El diseñador electrónico comprueba cada día cómo sus proyectos basados en componentes clásicos son machacados por chips programables mucho más perfectos, baratos y pequeños. Únicamente hay que confeccionarles un programa para que realicen todo lo que deseamos. A las puertas del siglo XXI, a los últimos «electrónicos» no nos ha quedado otro remedio que reciclarnos e informatizarnos. Un solo chip controla todo y aún le sobra potencia. Dentro de él hay un computador completo. Tiene UCP, memoria de instrucciones. memoria de datos, temporizadores, conversores AD. e incluso disponen también de un perro guardián que vigila que todo se mantenga en orden y ladra en caso contrario. 2

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El microcontrolador es un pequeño circuito integrado que contiene todos los componentes de un computador. Sólamente hay que grabar en su memoria de instrucciones el programa que le diga lo que tiene que hacer para gobernar el sistema al que se le destina. Hay microcontroladores en los teléfonos, en los automóviles, en los aviones, en los vídeos, en los hornos microondas, en gran parte de la instrumentación profesional, en los ratones de los computadores y en todo tipo de máquinas tragaperras, por citar unos pocos ejemplos. Pero todo eso no es nada en comparación con lo que se avecina. A principios del siglo XXI cada hogar americano dispondrá de casi 250 microcontroladores. Estos chips estarán hasta en la sopa. Las oportunidades para la aplicación de los computadores a los productos cotidianos son cuantiosas, pero precisan de personal capaz de afrontar con profesionalidad y, sobre todo, competitividad el reto que lanzan los países avanzados. La «idea» es el elemento que dará vida al proyecto y la «técnica» será la herramienta para llevarla adelante. Para poder combatir contra el reloj, los diseñadores deben disponer de herramientas potentes que resuelvan rápidamente el hard-

ware y el software que rodea a los proyectos basados en Microelectrónica Programada, o sea, que usen microcontroladores. Hay que cumplir ciertos requisitos: 1º. Se debe poder realizar los programas en el lenguaje más potente y eficaz. En microcontroladores, el Ensamblador es el lenguaje preferido por los verdaderos profesionales, porque con él se genera menos código y se optimiza el control. No obstante, es habitual entre los informáticos utilizar el lenguaje C y entre los técnicos con escasos conocimientos de programación usar el BASIC. 2º. Se precisa simular inmediatamente el software confeccionado.

Un simulador software es la herramienta más adecuada para eliminar muchos errores del programa. 3º. Hace falta un grabador que escriba el programa sobre la memoria del microcontrolador. 4º. Sería muy recomendable, antes de construir el prototipo definitivo, probar el comportamiento real del programa con los periféricos. La simulación en tiempo real de un programa puede realizarse con un «emulador en circuito», cuyo precio suele ser elevado. También puede utilizarse un sistema de desarrollo, que incluye un grabador y la mayoría de periféricos habituales. 5º. La fase final exige construir el pro-

totipo para el cliente en el menor tiempo posible. Para este fin existen tarjetas de prototipo, que incluyen la circuitería fija que rodea al microcontrolador, ya montada y probada, y una zona libre que está destinada a la colocación de los periféricos específicos de la aplicación. A continuación se describen dos interesantes aplicaciones de los µC PIC, fácilmente implementables en la tarjeta de prototipos PIC18-ME, descrita en un posterior apartado de este artículo. DISEÑO DE UN REL OJ DIGIT AL RELOJ DIGITAL La primera aplicación que presentamos es muy simple y popular. Sólo perseguimos con ella mostrar el inte-

Figura 1 - Esquema electrónico completo del reloj digital basado en un PIC16C54. SEPTIEMBRE/OCTUBRE 1999

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rés del uso de la tarjeta de prototipos sobre la que desarrollaremos los siguientes diseños. Se trata de construir un reloj digital basado en cuatro displays de 7 segmentos, que permita visualizar las horas, los minutos y los segundos. La principal misión del microcontrolador (PIC16C54 o PIC16C84) consistirá en generar un patrón de tiempo, aunque también controlará el encendido de los displays y la puesta en hora mediante tres pulsadores. Este diseño está abierto a incorporarle muchísimas funciones tales como alarmas, temporizaciones, activación de relés, zumbadores, bocinas, luces, etc. En la figura 1 se muestra el esquema de conexionado del reloj digital. El microcontrolador es el PIC16C54, que en la confección del software fue un PIC16C84, dada la ventaja que supone su memoria EEPROM de poder escribir y borrar el programa cuantas veces sea necesario. En la circuitería se incluye el cristal de cuarzo con dos condensadores de desacoplo, Reset y fuente de alimentación estabilizada. Las cuatro líneas utilizadas de la Puerta A controlan los transistores que activan los displays de 7 segmentos. RB0, RB1 y RB2 reciben el nivel lógico que envían los pulsadores para la puesta en hora. También RB1 y RB2, junto con las 5 líneas de más peso de la Puerta B excitan a cada uno de los 7 segmentos de cada display. Una posible implementación del reloj puede hacerse sobre una placa de circuito impreso de propósito general, pero el tiempo que se pierde en la colocación de los componentes, los posibles errores de montaje, el coste y la mediocre presentación no hacen recomendable utilizar este procedimiento. En la figura 2 se muestra la fotografía del montaje del reloj digital sobre la tarjeta de prototipos PIC18-ME. El tiempo que se tarda en conectar los periféricos es mínimo, al estar perfectamente localizadas y accesibles to4

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Figura 2 - Fotografía del reloj digital montado sobre la tarjeta de prototipos PIC18-ME. Con un coste similar se consigue un considerable ahorro de tiempo, se eliminan los errores de montaje y averías y se logra un acabado profesional. das la patitas de E/S del PIC. La circuitería fija viene montada y probada y elimina muchos errores. El coste de la tarjeta de prototipos es aproximadamente igual al de una de propósito general de acabado similar. El acabado es profesional y el riesgo de averías es mínimo.

para la recuperación en óptimo estado de los componentes utilizados.

Otra ventaja de la tarjeta de prototipos es que puede usarse para muchos diseños, ya que finalizado uno de ellos pueden desoldarse los componentes y volverse a emplear en otro proyecto. Con este fin se recomienda usar el «rapinado» (wire-wraping)

CONTROL DE ACCESO BASADO EN µC PIC Un sistema de control de acceso gobierna la apertura de una puerta o cualquier otro elemento mediante un relé que cierra sus contactos cuando se introduce la clave adecuada me-

Los lectores interesados en el programa de esta aplicación pueden obtenerlo en la siguiente dirección de internet: http://www.redeweb.com/ microbit/.

diante un teclado. La pantalla de cristal líquido LCD supone una gran ayuda para guiar al usuario durante la operación. Además del teclado, el relé y la pantalla LCD existe un zumbador piezoeléctrico que funciona como alarma acústica y un diodo led verde que señaliza la activación del relé. En la figura 3 se presenta el esquema electrónico de conexionado del PIC16C84 y los periféricos ya comentados. Se ha elegido este microcontrolador, similar al PIC16F84, porque tienen la propiedad de disponer de memoria de programa EEPROM o FLASH que es grabable y borrable eléctricamente. Esto supone una gran comodidad para escribir el programa y borrarlo directamente en el Micro’PIC Trainer. Otros modelos, al disponer de memoria EPROM exigen

borrar el programa con rayos ultravioleta.

sajes oportunos para guiar al usuario en la operación.

El usuario inicia la operación pulsando la tecla A del teclado matricial de 16 teclas, conectado a la Puerta P del PIC. Después introduce la clave compuesta por 4 dígitos. Si la clave es correcta, se activa el relé (RA4) durante un segundo y se ilumina ese tiempo el led verde, simulando la apertura de la puerta.

La clave actual se guarda de forma permanente en la memoria EEPROM de datos, que mantiene la información aun cuando se desconecte la alimentación.

Se ofrecen tres oportunidades para introducir la clave correcta. A cada pulsación de una tecla le sigue un “beep” del zumbador, conectado a la línea RA3. La tecla C permite realizar el cambio de la clave secreta y su confirmación. Por la pantalla LCD aparecen los men-

La implementación de este proyecto se ha realizado sobre una tarjeta de prototipos PIC18-ME, que ofrece una total garantía de funcionamiento, elimina gran parte del montaje, da una imagen profesional y es muy económica y sirve para otros proyectos (figura 4). La gran extensión del programa de esta aplicación aconseja no incluirlo en este artículo. Sin embargo, cualquier lector interesado en él puede obtenerlo en la siguiente dirección de

Figura 3 - Esquema del conexionado del PIC16C84 a los periféricos del control de acceso: teclado, LCD, microrelé, led indicador y zumbador piezoeléctrico. SEPTIEMBRE/OCTUBRE 1999

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gobernar que se conectan a las patitas de E/S, fácilmente accesibles y serigrafiadas. En la figura 5 se muestra el esquema de distribución de los componentes de la tarjeta PIC18-ME. Dispone de una gran área de 11 x 9 cm que está perforada con 1.580 orificios de 0,9 mm y con un paso estándar de 2,54 mm, donde se insertan los periféricos específicos de la aplicación. Otra zona mucho más reducida dispone de un zócalo sobre el que se inserta el PIC de 18 patitas con el programa grabado, el oscilador con cristal de cuarzo o red R-C, pulsador de Reset, conector de aplicación, conector PICBus, fuente de alimentación estabilizada de 5 V y led indicador de presencia del voltaje de alimentación.

Figura 4 - Montaje del proyecto de control de acceso sobre una tarjeta de prototipos PIC18-ME de Microsystems Engineering. El uso de estas tarjetas proporciona fiabilidad, imagen profesional, rapidez de montaje y economía.

En la figura 6 se presenta el esquema electrónico de la circuitería fija que viene montada y probada. En la parte inferior está el esquema de la fuente de alimentación que incluye la tarjeta. Por el jack J2 se aplica una tensión de 12 VAC procedente de un transformador externo, aunque también puede alimentarse con una pila de 9 V. El diodo D1 rectifica la corriente alterna, C1 la filtra y, finalmente, el regulador de tensión µA7805 junto a C2 proporciona una tensión estabilizada de 5 VDC.

internet: http://www.redeweb.com/ microbit/. Finalmente, al lector poco experimentado en el tema de los microcontroladores PIC le recomendamos acuda a los puntos que se citan en la Bibliografía para que vaya recogiendo de ellos las informaciones que más le interesen, con la seguridad que todo lo que invierta en su formación, nunca le pesará. TARJET A DE PROTOTIPOS PIC18-ME ARJETA Una tarjeta para construir prototipos es una placa de circuito impreso que ya tiene montada la circuitería fundamental para el funcionamiento del microcontrolador y una zona libre donde se colocan los periféricos a 6

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Figura 5 - Esquema de distribución de componentes de la tarjeta de prototipos PIC18-ME.

Figura6 - Esquema electrónico de la circuitería general que ya viene montada y probada en la tarjeta de prototipos.

Las patitas de E/S de las Puertas A y B, junto con la de Reset (MCLR) y la de salida del oscilador (CLKout) son accesibles por el conector de aplicación, donde se conectan los periféricos situados en la zona libre. Las mismas señales, pero sin la CLKout, están presentes en el conector J1 PIC-Bus, que puede unirse mediante un cable plano de 26 hilos con el Micro’PIC Trainer, que de esta forma actúa como sistema de evaluación en el que se graba el PIC, pero que en la ejecución utiliza los periféricos montados en la tarjeta PIC18-ME. Bibliografía 1. «Microcontroladores PIC. Diseño Práctico de Aplicaciones», J. Mª Angulo e Ignacio Angulo. Contiene un disquete con el software básico para realizar proyectos con PIC y numerosos ejercicios y proyectos entre los que se encuentra el programa del presente artículo. Mc Graw-Hill, 1997.

2. "Microcontroladores PIC. La solución en un chip", José. Mª Angulo, Eugenio. Martín e Ignacio Angulo, ITP Paraninfo, 1997. 3. Información Técnica de Microchip: Internet: http://www.microchip2.com

4. Información de Microsystems Engineering: Internet: http://arrakis.es/ ~msyseng 5. «Manual del Usuario de la Tarjeta de Prototipos PIC18-ME», de Microsystems Engineering.

Cómo adquirir la Tarjeta de Prototipos Quienes lo deseen, pueden solicitar la Tarjeta de Prototipos a E. T. REDE, S.L. Para su adquisiciópón utilicen la Referencia PIC18-ME.

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