Guia Practica Laboratorio 2014 309696

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA

GUIA COMPONENTE PRCTICO DEL CURSO: 309696 MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA


GUA COMPONENTE PRCTICO

309696 MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES

HCTOR URIEL VILLAMIL GONZLEZ (Director Nacional)

JAIRO LUIS GUTIERREZ TORRES Acreditador

CHIQUINQUIR Enero de 2014




2. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

La gua de componente prctico del curso de microprocesadores y microcontroladores en su versin 2009, 2011 y 2013 fue diseada por el Ingeniero Hctor Uriel Villamil Gonzlez, tutor de la UNAD. Revisado en estilo y contenidos por el Ingeniero Jairo Luis Gutirrez Torres tutor de la UNAD. El Ingeniero Hctor Uriel Villamil es Ingeniero Electrnico y Especialista en Informtica y Telemtica y Especialista en Educacin Superior a Distancia.

Esta gua de componente prctico parte de la edicin 2011 y 2013 con el planteamiento de tres prcticas de laboratorio fundamentales, las cuales contienen ejercicios propuestos relacionados con cada una de las unidades didcticas, microprocesadores, microcontroladores y sus aplicaciones, pero se estructura un nuevo contenido enfocado en lograr un aprendizaje en los conceptos bsicos y fundamentales respecto a los microprocesadores, microcontroladores, sus principales familias y aplicaciones enmarcados en un aprendizaje efectivo y practico en la programacin de microprocesadores y microcontroladores. Esta gua de prcticas de laboratorio ha sido desarrollada en el mes de Enero de 2014 por el Ingeniero y Especialista Hctor Uriel Villamil Gonzlez. URIEL VILLAMIL, se ha desempeado como tutor de la UNAD en el CEAD de CHIQUINQUIRA, desde el ao 2007 y se desempea actualmente como director nacional de curso.

En esta versin de la gua de prctica de laboratorio el Ingeniero JAIRO LUIS GUTIRREZ TORRES, tutor de la cede nacional CEAD Jos Celestino Mutis, apoy el proceso de revisin de estilo de esta gua de prcticas de laboratorio y dio aportes disciplinares, didcticos y pedaggicos en el proceso de acreditacin de material desarrollado en el mes de ENERO de 2014.




3. INDICE DE CONTENIDO

Pg.

5. CARACTERSTICAS GENERALES .................................................................... 9 Introduccin ......................................................................................................... 9

Justificacin ....................................................................................................... 11

Intencionalidades formativas ............................................................................. 11

Denominacin de practicas................................................................................ 14

Nmero de horas ............................................................................................... 14

Porcentaje .......................................................................................................... 14 Curso Evaluado por proyecto ............................................................................ 14

Seguridad industrial ........................................................................................... 14

6. DESCRIPCIN DE PRCTICAS ...................................................................... 15 PRACTICA No. 01 Programacin de microprocesadores y microcontroladores con lenguaje ensamblador. ................................................................................... 16

Fundamentacin Terica ................................................................................... 18

Descripcin de la prctica .................................................................................. 21

Recursos a utilizar en la prctica (Equipos / instrumentos) ............................... 22 Software a utilizar en la prctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la prctica ..................................................................................................... 23

Seguridad Industrial ........................................................................................... 24

Metodologa ....................................................................................................... 25

Sistema de Evaluacin ...................................................................................... 31

Informe o productos a entregar .......................................................................... 31

Rbrica de evaluacin ....................................................................................... 32




Retroalimentacin .............................................................................................. 33

PRACTICA No. 02 Programacin bsica de Microcontroladores Microchip PIC, Texas Instruments MSP430 y Motorola Freescale ................................................ 34





Metodologa ....................................................................................................... 41





PRACTICA No. 03 Programacin avanzada de Microcontroladores Microchip PIC, Texas Instruments MSP430 y Motorola Freescale ........................................ 49





Metodologa ....................................................................................................... 55








7. FUENTES DOCUMENTALES ........................................................................... 60

DIRECCIONES DE SITIOS WEB ................................................................... 61




4. LISTADO DE TABLAS

Tabla 1. Rbrica de evaluacin de la primera prctica de laboratorio. .................. 32

Tabla 2. Rbrica de evaluacin de la segunda prctica de laboratorio. ................ 48

Tabla 3. Rbrica de evaluacin de la tercera prctica de laboratorio. ................... 59




4.1 LISTADO DE GRFICOS Y FIGURAS

Figura 1. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros pasos con la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1. Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A. .......................................................... 28



Figura 4. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros pasos con la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1. Propuesta con microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1. ........................................ 29



Figura 7. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros pasos con la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1 y Ejercicio 1.2.2. Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430............................... 30

Figura 8. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros pasos con la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.3. Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430....................................................... 30

Figura 9. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mnimo 2x16. Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A. ..................................................................................... 44

Figura 10. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control de un teclado matricial mnimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad. Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A. .................................. 44




Figura 11. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mnimo 2x16. Propuesta con microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1.................................................................................... 45

Figura 12. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control de un teclado matricial mnimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad. Propuesta con microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1. ................ 45

Figura 13. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mnimo 2x16. Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430. ............................................................................................ 45

Figura 14. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control de un teclado matricial mnimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad. Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430............................... 46




5. CARACTERSTICAS GENERALES

Introduccin El desarrollo del componente prctico para un curso metodolgico es esencial para un correcto aprendizaje de los conceptos, definiciones y tcnicas, al igual que para un desarrollo de las habilidades y competencias bsicas y especificas en el manejo, aplicacin y posibles funciones que pueden ser implementadas con dispositivos programables como lo son los microprocesadores y microcontroladores.

Esta gua de prcticas de laboratorio para el curso de Microprocesadores y Microcontroladores, presenta una serie de tres prcticas que corresponden a las tres unidades didcticas del curso, el desarrollo de cada una de las prcticas requiere realizar varios ejercicios vinculados a los temas tratados en los captulos de cada unidad didctica, estn fundamentadas en el aprendizaje basado problemas y proyectos, de manera que complementan los conocimientos tericos adquiridos y promueven el desarrollo de habilidades y competencias.

La gran ventaja que presenta el componente prctico de este curso es la relativa accesibilidad a los componentes y facilidad en la implementacin, programacin y prueba de los circuitos. Lo que plantea poder desarrollar el componente prctico con la gua de un profesional en esta rea de conocimiento e incluso de manera independiente y autnoma al tener los componentes para lograr la implementacin, pero debe presentar y sustentar la totalidad de las prcticas junto con el respectivo informe al tutor encargado en cada centro para su correspondiente calificacin. En cada centro donde se oferta el curso el estudiante debe solicitar informacin respecto a la programacin y acompaamiento por parte de un tutor en el desarrollo de las prcticas de laboratorio del curso.

El Tutor encargado en cada centro para el acompaamiento, apoyo y desarrollo del componente prctico una vez haya valorado la participacin,




implementacin, sustentacin e informe de los estudiantes a su cargo en las prcticas del curso, debe enviar al director nacional de curso un archivo Excel por medio del Foro de la red de curso, en el aplicativo OLDCONTENS al cual solo tienen acceso los tutores, antes de la fecha indicada en la agenda nacional para Curso Metodolgico de 3 crditos con 125 puntos asignados a laboratorio.

El reporte debe presentarse En formato de acta de calificaciones (ubicado en la pgina de calidad) junto con un cuadro Excel como soporte (ubicado para descarga en la red de curso OLDCONTENTS) con los datos necesarios y suficientes para reportar adecuadamente la calificacin en el campus virtual, indicando Curso, Centro, Nombre del Tutor de prctica, Correo electrnico del Tutor de prctica, datos del estudiante con: cdigo, grupo en campus virtual, nombres, apellidos, calificacin de cada prctica, la calificacin final, correo electrnico del estudiante, observaciones (realimentacin).




Justificacin El diseo de hardware y software electrnico exige del estudiante la interaccin permanente con los dispositivos que le permitan realizar diversas tareas que comienzan con el planteamiento de la problemtica, continan con el diseo del algoritmo, los diagramas de flujo, la edicin del programa, la depuracin, simulacin, implementacin del circuito, implementacin de programa, prueba de la solucin y terminan con la implementacin del prototipo. Todas estas tareas exigen un conocimiento previo y una gua que permita encaminar el conocimiento adecuadamente, por lo que la gua de prctica de laboratorio es un componente fundamental para el desarrollo del curso.

El curso de Microprocesadores y Microcontroladores es un curso metodolgico de tres (3) crditos acadmicos, por lo que el desarrollo del componente prctico adems de ser obligatorio es parte fundamental e indispensable para el correcto entendimiento de los conceptos y principios bsicos de la programacin de estos dispositivos. La realizacin de la totalidad de los ejercicios aqu propuestos es OBLIGATORIA para los estudiantes del curso con lo que se garantiza el desarrollo de las competencias y habilidades necesarias para disear e implementar soluciones y proyectos con microprocesadores y microcontroladores.

Intencionalidades formativas

Propsitos

Integrar los conceptos y la teoria presentada en el curso en el desarrollo e implementacin de soluciones y proyectos con Microprocesadores y Microcontroladores.

Lograr que los estudiantes puedan realizar prcticas acordes al contenido del curso en forma autnoma o con el apoyo y gua del tutor en cada centro.




Objetivos Aprender y desarrollar habilidades y conocimiento

en el uso de lenguaje ensamblador en la programacin de microprocesadores y microcontroladores de diferentes familias y fabricantes.

Desarrollar e implementar cada una de las practicas de laboratorio y sus correspondientes ejercicios.

Comprender la metodologa que involucra el diseo e integracin del algoritmo y circuito electrnico en proyectos con microprocesadores y microcontroladores.

Adquirir las habilidades y competencias bsicas y especficas en el diseo, desarrollo e implementacin de soluciones basadas en microprocesadores y microcontroladores.

Metas

Disear los algoritmos necesarios para la realizacion de cada ejercicio.

Aprender a utilizar el lenguaje ensamblador y de programacin para cada dispositivo segn su fabricante y familia.

Disear e implementar cada uno de los circuitos electrnicos en simulacin y fisicamente, de manera que permitan la ejecucion adecuada de los programas.

Compilar, depurar y simular los programas de manera que cada ejercicio funcione adecuadamente.

Realizar cada una de las implementaciones e integracion de hardware y software para cada uno de los ejecicios.




Competencias

Al finalizar el desarrollo de las actividades en la presente gua de practica de laboratorio el estudiante:

Desarrollar la habilidad para programar los microprocesadores y microcontroladores utilizando lenguaje ensamblador y de programacin acorde al dispositivo, fabricante y familia.

Deber tener la habilidad de transferir los conocimientos tericos planteados a situaciones prcticas.

Ser capaz de establecer las entradas, salidas y requerimientos de hardware, que le permitan determinar el Microprocesador o Microcontrolador adecuado para la implementacin.

Tendra la capacidad y habilidad para disear el algoritmo, editar el programa en lenguaje ensamblador, compilarlo, depurarlo y simular el comportamiento del sistema.

Desarrollar las habilidades para implementar el circuito del prototipo y grabar el programa diseado para integrar el software y hardware, logrando un sistema funcional.

Estar en capacidad de disear una solucion basada en microprocesadores y microcontroladores.




Denominacin de practicas

Prctica 1: Programacin de microprocesadores y microcontroladores con lenguaje ensamblador. Practica 2: Programacin bsica de Microcontroladores Microchip PIC, Texas Instruments MSP430 y/o Motorola Freescale.

Practica 3: Programacin avanzada de Microcontroladores Microchip PIC, Texas Instruments MSP430 y/o Motorola Freescale

Nmero de horas 18

Porcentaje 33,3% (125 / 375 puntos. Correspondientes al 75% de la calificacin total del curso) y equivalente al 25% del total del curso

Curso Evaluado por proyecto

SI_X_ NO__

Seguridad industrial Para la realizacin del componente prctico del curso no se requiere seguridad especial, se recomienda tener cuidado en el uso y manipulacin de los circuitos integrados especialmente los microprocesadores y microcontroladores, puesto que son sensibles a las cargas electrostticas que almacena el cuerpo humano, de igual forma se debe tener cuidado en la manipulacin de los equipos de medida, tarjetas de desarrollo y equipo de cmputo pues varios ejercicios pueden interferir con el funcionamiento de los programas pudiendo bloquear el sistema, reiniciarlo y perder la informacin guardada en la memoria RAM.




6. DESCRIPCIN DE PRCTICAS

Para desarrollar las prcticas de laboratorio y los diferentes ejercicios que incluye cada una de ellas, se utiliza software de simulacin como parte importante del proceso de diseo, desarrollo e implementacin. Se aconseja tener como herramienta bsica un computador y destinar el tiempo y espacio exclusivo para el desarrollo del componente practico, en caso de no estar seguro de la instalacin del software o implementacin de los ejercicios, es recomendable e imprescindible la asesora y gua de un tutor local de apoyo a componente prctico o estar pendiente de las ayudas y recursos dispuestos en el aula virtual, las utilidades de software que se recomiendan se listan en cada una de las prcticas. Los paquetes de software de simulacin cuentan con amplio soporte documental en las mismas pginas de descarga, lo aconsejable es instalar los programas y tener un primer encuentro con los ejemplos y/o tutoriales que incorporan. En el campo de la tecnologa y sobre todo en los programas de ingeniera la mayora de paquetes especializados de software estn diseados y documentados en el idioma Ingles, por lo que se hace necesario recordar lo aprendido en los diferentes cursos de ingls en sus correspondientes programas o contar con un buen traductor y un buen diccionario.

Conscientes de la necesidad de tener evidencias del proceso respecto a la participacin y desempeo de la actividad practica guiada, se solicita a los estudiantes y al tutor encargado de la practica la necesidad de la utilizacin del formato IEEE (www.ieee.org/documents/trans_jour.docx), este formato es utilizado para la presentacin de informes o papers que evidencian el cumplimiento de las prcticas, facilitan la valoracin de las mismas y la realimentacin individual y para el pequeo grupo de trabajo colaborativo. La presentacin de informes de laboratorio tiene gran valor como herramienta pedaggica, porque es un medio para evidenciar la comprensin de lo aprendido y el seguimiento al trabajo prctico, individual y de grupo. Los informes de laboratorio sirven a estudiante para compartir experiencias y resultados, a tutores para facilitar la evaluacin de conocimientos y competencias y a la escuela para hacer seguimiento en el cumplimiento del compromiso de desarrollar adecuadamente los componentes prcticos siguiendo los lineamientos propuestos desde la direccin de curso.




PRACTICA No. 01 Programacin de microprocesadores y microcontroladores con lenguaje ensamblador.

Tipo de practica

Presencial X Autodirigida X Remota X Otra Cul

Porcentaje de evaluacin 12 del 75% (9% del Total del curso) Horas de la practica 6 Temticas de la prctica UNIDAD 1: Microprocesadores

Microprocesadores y microcomputadores. Familias de microprocesadores. Lenguajes de programacin assembler en

los microprocesadores.

Aspectos bsicos y de reconocimiento de herramientas de hardware y software:

UNIDAD 2: MICROCONTROLADORES Introduccin a los microcontroladores Microcontroladores PIC de microchip Microcontroladores Motorola Freescale ,

Texas, Basic Stamp y Arduino Intencionalidades formativas

Propsito(s) Disear la solucion a los problemas prcticos

propuestos que buscan aclarar dudas conceptuales.

Integrar las soluciones con el diseo de algoritmos, flujo gramas y cdigo fuente en lenguaje ensamblador para desarrollar las habilidades y competencias en la programacin de microprocesadores y microcontroladores.




Objetivo(s) Disear un algoritmo para generar el cdigo

fuente en lenguaje ensamblador y de ah compilarlo, depurarlo, guardarlo, cargarlo y ejecutarlo utilizando para ello el simulador SIMUPROC, el compilador MASM o el intrprete DEBUGGER.

Disear e implementar los algoritmos correspondientes a los ejemplos del mdulo de manejo de LEDs de encendido / apagado, control de encendido por botn y control de secuencias por botn, para generar el cdigo fuente en lenguaje ensamblador y de ah compilarlo, depurarlo, guardarlo, cargarlo y ejecutarlo utilizando para ello el IDE MPLAB para Microchip, CCS o IAR para Texas Instruments MSP430, WINIDE o CodeWarrior para Motorola Freescale.

Implementar y sustentar el desarrollo de la prctica ante el tutor encargado de laboratorio.

Presentar el informe de laboratorio en formato IEEE para su calificacin y reporte al director nacional de curso en campus virtual.

Meta(s) Disear los algoritmo y diagramas de flujo de

cada uno de los ejercicios propuestos. Construir cada uno de los programas en

lenguaje ensamblador para el microprocesador y microcontrolador, compilarlos, depurarlos, simularlos y ejecutarlos utilizando los programas de software sugeridos.




Sustentar y entregar el informe de prctica de laboratorio en formato IEEE.

Competencia(s) Al finalizar el desarrollo de los ejercicios propuestos en esta prctica el estudiante:

Conocer la lgica y metodologa del funcionamiento de las instrucciones en lenguaje ensamblador y su efecto en cada una de las unidades y registros del microprocesador y microcontrolador.

Deber estar en capacidad de disear un algoritmo con su correspondiente diagrama de flujo y convertirlo a programa de cdigo fuente utilizando lenguaje ensamblador.

Tendr la capacidad de realizar la simulacin e implementacin bsica de hardware y software de microprocesadores y microcontroladores.

Ser capaz de utilizar compiladores y simuladores para disear adecuadamente cada solucin basada en microprocesadores y microcontroladores.

Fundamentacin Terica Microprocesadores:

Los microprocesadores estn constituidos internamente por unidades funcionales que cumplen tareas especficas en cada una de las microoperaciones que implica la ejecucin de una instruccin. Para comprender el funcionamiento de cada una de estas unidades funcionales, como son la Unidad Aritmtica y Lgica (ALU), la Unidad de Control (UC) y la Matriz de Registros, se debe comenzar por la utilizacin del lenguaje de bajo nivel, en este caso lenguaje ensamblador.




Una solucin basada en microprocesador comienza con el establecimiento de las variables, constantes y diseo de un algoritmo que inicia con un pseudocdigo, con el cual se disea un diagrama de flujo que sirve para establecer las relaciones entre variables, constantes y procesos en una lgica de funcionamiento coherente con el algoritmo.

El diagrama de flujo es utilizado para editar el programa en cdigo fuente utilizando lenguaje ensamblador, con el que se plasma cada una de las instrucciones. El programador o diseador del software, debe incluir la documentacin que gue al evaluador en el desarrollo y funcin de las lneas de programa.

El lenguaje ensamblador utiliza instrucciones simples, especficas para cada microprocesador o familia de microprocesadores y que en conjunto forman programas, los cuales son compilados y depurados con ayuda de programas especializados para cada familia de microprocesadores.

Se utilizan intrpretes como DEBUGGER que se encuentra en las versin profesionales de sistemas operativos Microsoft, como XP, Vista, Seven u 8, se utilizan compiladores como MASM o TASM que son editores profesionales para microprocesadores compatibles x86 y se utilizan simuladores como SIMUPROG que permiten editar, compilar, depurar y simular el funcionamiento de un procesador hipottico.

SIMUPROG facilita la comprensin y anlisis del funcionamiento interno de un procesador, de sus unidades funcionales y del trabajo con instrucciones en lenguaje ensamblador. SIMUPROG tiene un valor agregado que facilita el desarrollo auto dirigido de la prctica de laboratorio porque adems de ser un software libre, tiene documentacin y ejemplos de fcil acceso en el aula del curso virtual o en internet que permite el desarrollo auto dirigido de los ejercicios propuestos y evita la perdida de informacin o de ejecucin de programas por bloqueo del sistema causado por la prueba de software mal diseado, que es muy comn en los estudiantes que comienzan a explorar y aprender este lenguaje de programacin. Cuando el algoritmo y/o programa estn mal diseados y causan un ciclo o bucle infinito, normalmente ejecutado en DEBUGGER, MASM o TASM se bloqueara el sistema y tendra que reiniciar el equipo perdiendo las dems aplicaciones e informacin que se tena abierta y en ejecucin, con el uso de SIMUPROG solo basta con ir al administrador de tareas y terminar el proceso de SIMUPROG y no se corre riesgo de prdida de datos, perdida de la ejecucin de otros programas o




reinicio del equipo.

NOTA: Los estudiantes que realizan la prctica auto dirigida, deben utilizar Simuproc como herramienta de trabajo inicial, deben apoyarse en el contenido del curso con el mdulo, material complementario y video tutoriales. Los estudiantes que son apoyados por el Tutor en el Centro pueden seleccionar la herramienta ms adecuada para la prctica (Simuproc, Debugger, MASM, TASM, etc) segn criterio del Tutor de prctica en el Centro.

Microcontroladores:

Los microcontroladores son dispositivos que integran en un mismo chip una CPU, memoria de programa, memoria de datos y dispositivos de entrada/salida (I/O). La programacin bsica de estos dispositivos al igual que en el microprocesador necesita lograr una comprensin total de su funcionamiento, se utilizan instrucciones y el lenguaje ensamblador para disear soluciones o proyectos basados en microcontroladores.

Una solucin basada en microcontroladores comienza con el establecimiento de las entradas y salidas, lo que permite tener las primeras pautas para la seleccin del dispositivo ms adecuado. Las variables, constantes y diseo del algoritmo inician con un pseudocdigo, prosigue con el diagrama de flujo para continuar con la edicin del programa utilizando el set de instrucciones del microcontrolador seleccionado, el programador debe documentar el cdigo fuente para permitir un seguimiento y evaluacin del programa diseado.

La simulacin es parte importante en el proceso de diseo y desarrollo, por lo que es conveniente utilizar los entornos de desarrollo integrado suministrados por el fabricante como MPLAB IDE de Microchip, WINIDE de Motorola Freescale, CCS v5 o IAR para Texas Instruments.

Los proyectos desarrollados con microcontroladores adems del software requieren el diseo del hardware, es decir, requiere determinar todos los perifricos externos al microcontrolador y su conexin coherente para que el sistema en conjunto funcione adecuadamente. En esta fase el diseador puede hacer uso de simuladores en versin DEMO o evaluacin como MULTISIM o PROTEUS para hacer las pruebas preliminares de hardware y software.

Se debe recurrir a los conocimientos adquiridos en cursos como fsica electrnica, electrnica bsica, circuitos digitales o la orientacin del Tutor de prctica de laboratorio, entre otras estrategias para realizar la implementacin del circuito




(hardware). Con la utilizacin de las herramientas y sistemas de desarrollo, se debe programar la memoria del microcontrolador para incorporar la accin del software sobre el hardware y obtener la funcionalidad requerida.

NOTA: Los estudiantes que realizan la prctica auto dirigida, deben utilizar los entornos de desarrollo integrado IDE, al igual que los simuladores, dejar los montajes como parte final despus de tener una certeza del 100% que funciona el programa en simulacin, solicitar la asesora del Tutor en el Centro o de forma virtual, deben apoyarse en el contenido del curso con el mdulo, material complementario y video tutoriales. Los estudiantes que son apoyados por el Tutor en el Centro pueden trabajar a la par tanto software como hardware y utilizar el IDE y herramientas de desarrollo ms adecuado para la prctica (PICKit, LaunchPad MSP430, etc) segn criterio del Tutor de prctica en el Centro.

Descripcin de la prctica Practica 1.1: Programacin de microprocesadores con assembler: Como prctica inicial respecto a la primera unidad que trata los microprocesadores, se plantea el desarrollo de ejercicios previos antes del desarrollo de la solucin al problema planteado, utilizando lenguaje ensamblador el cual es fcilmente accesible desde cualquier computador con sistema operativo Microsoft Windows XP, Vista, Seven u 8, en las versiones Profesionales mediante consola, con el DEBUG, con compiladores como MASM o TASM o con simuladores como SIMUPROG, el objetivo es integrar los conocimientos adquiridos en el curso de ALGORITMOS para hallar una solucin a una situacin prctica que permita adquirir habilidades en la programacin de bajo nivel en lenguaje ensamblador. El laboratorio debe estar compuesto de al menos un Ejercicio que cumpla con la totalidad de parmetros solicitados:

Disear un programa que represente la solucin matemtica a un problema, por ejemplo, hallar el rea, el volumen, o encontrar la solucin a un sistema de ecuaciones lineales, puede optar por sistemas bsicos 2x2, 3x3 o un programa que halle la solucin a un sistema nxn. El programa debe presentar una interfaz agradable al usuario, con opciones para ingreso de variables, operaciones, resultados, salida del programa etc, de manera que se pueda visualizar correctamente el proceso, procedimiento y resultado.




Practica 1.2: Primeros pasos con la programacin de microcontroladores: Con el planteamiento terico de los contenidos del curso, se comienza el trabajo prctico partiendo de conceptos fundamentales de programacin y de electrnica aplicada para implementar practicas bsicas, similares a los primeros desarrollos de programacin de software con el programa Hola mundo (Hello world). En nuestro campo y caso se exploran las funciones bsicas de configuracin de pines como entrada / salida (I/O), programacin lineal y semi-estructurada con manejo de bifurcaciones, ciclos y llamado a subrutinas, en uno o en los tres dispositivos ms representativos de las familias Microchip PIC con el PIC16F84/PIC16F628A, Texas Instruments con los MSP430G (14 pines o 20 pines) y Motorola Freescale con el JK1/JL1/JK3. El laboratorio debe estar compuesto de al menos 3 Ejercicios bsicos los cuales se encuentran explicados y parcialmente desarrollados en el mdulo de curso:

Ejercicio 1.2.1: Encendido y apagado de un LED con intermitencia de aproximadamente 1 segundo.

Ejercicio 1.2.2: Encendido de un LED por accin sobre un pulsador. Ejercicio 1.2.3: Implementacin de al menos 5 secuencias diferentes sobre ocho (8) LEDs controladas en seleccin por dos pulsadores, uno para seleccionar la secuencia siguiente y otro para seleccionar la secuencia anterior.

Recursos a utilizar en la prctica (Equipos / instrumentos) Practica 1.1: Programacin de microprocesadores con assembler: Computador PC compatible con el sistema operativo Windows o que pueda instalarse los paquetes de software necesarios para realizar la prctica.

Practica 1.2: Primeros pasos con la programacin de microcontroladores: Computador PC compatible con el sistema operativo Windows o que pueda instalarse los paquetes de software necesarios para realizar la prctica.

Los Equipos e instrumentos necesarios para la prctica y que son recomendables que el estudiante los tenga para su propio beneficio y desarrollo profesional son:

Equipos de cmputo con puerto paralelo o puerto compatible con el programador (serie o USB).

Fuente de poder regulada DC a 5 voltios.

Programador Universal o el programador para PICs gama media (PICKit 2,




PICKit 3, u otro compatible) y/o Tarjeta de desarrollo LaunchPad MSP430 y/o Programador para Motorola Freescale HC08.

Los materiales necesarios para la prctica y que son recomendables que el estudiante los tenga para su propio beneficio y desarrollo profesional son:

Microcontroladores PIC16F84A/PIC16F628A y/o Microcontroladores MSP430Gxxxx y/o Motorola Freescale 68HC908JK3oJK1oJL1.

Protoboard, Multmetro, punta lgica.

Resistencias, condensadores, cristal 4MHz, pulsadores, LEDs, segn esquemas de circuito.

Pinzas, pelacables, cable AWG22 (similar al de UTP) en varios colores.

Software a utilizar en la prctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la prctica Practica 1.1: Programacin de microprocesadores con assembler: Se utiliza principalmente herramientas de Software, estas pueden ser:

Interprete DEBUGGER utilizado para desarrollar pequeas aplicaciones con lenguaje ensamblador, se accede mediante ventana de comandos digitando debug + enter. Ver mdulo de curso donde se establecen ms indicaciones y ejemplos.

Simulador SIMUPROC, que posee un conjunto de instrucciones fijo de un microprocesador hipottico, esta herramienta es la ms aconsejable para estudiantes que auto dirigen su prctica o no tiene la posibilidad inmediata de obtener el acompaamiento y asesora de un Tutor de prctica. SimuProc14, simulador hipottico de un microprocesador x86: documentacin (https://sites.google.com/site/simuproc/), descarga (https://sites.google.com/site/simuproc/SimuProc14-Setup.zip?attredirects=0).

Compilador MASM, TASM entre otros los cuales son compatibles con versiones Windows 2000 o superior, para trabajar con este compilador es necesario la asesora y acompaamiento del Tutor de prctica, porque estos paquetes de software interactan directamente con el microprocesador y los procesos internos del sistema. MASM32 DSK versin 11: documentacin (http://www.masm32.com/), descarga




(http://www.masm32.com/masmdl.htm).

Practica 1.2: Primeros pasos con la programacin de microcontroladores: Se utiliza principalmente herramientas de Software libre o gratuito limitado o versiones DEMO estas pueden ser:

Compilador (MPLABIDE para PIC o WINIDE/CodeWarrior para Motorola Freescale o CCS v5/IAR para Texas Instruments MSP430)

Simuladores e IDE para Microcontroladores: o MPLAB IDE: MPLAB IDE X:

http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1406&dDocName=en019469 , MPLAB IDE otras versiones: http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1406&dDocName=en023073

o PicDeveloment Studio: http://sourceforge.net/projects/picdev/files/picdev/PicDevelopmentStudio-1.1.exe/download

o CCS V5 E IAR: http://processors.wiki.ti.com/index.php/Download_CCS , http://processors.wiki.ti.com/index.php/IAR_Embedded_Workbench_for_TI_MSP430

o CodeWarrior (Motorola-Freescale): http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=CW-MICROCONTROLLERS&fr=gtl

Software de simulacin electrnico y digital (PROTEUS o MULTISIM) o PROTEUS:

http://www.labcenter.com/download/prodemo_download.cfm o MULTISIM: http://www.ni.com/academic/esa/multisimse.htm

Seguridad Industrial Para la realizacin del componente prctico del curso no se requiere seguridad especial, se recomienda tener cuidado en el uso y manipulacin de los equipos de cmputo pues los ejercicios pueden interferir con el funcionamiento de los programas pudiendo bloquear el sistema, reiniciarlo y perder la informacin guardada en la memoria RAM. Se recomienda tener cuidado en el uso y manipulacin de los circuitos integrados especialmente los microprocesadores y microcontroladores, puesto que son sensibles a las cargas electrostticas que




almacena el cuerpo humano, de igual forma se debe tener cuidado en la manipulacin de los equipos de medida, la fuente de poder y el circuito electrnico implementado.

Metodologa Conocimiento previo para el desarrollo de la prctica:

Los estudiantes deben haber realizado lectura juiciosa y analtica de los contenidos del curso y material bibliogrfico sugerido, de manera que tenga los fundamentos tericos y los conocimientos necesarios para disear y desarrollar algoritmos, diagramas de flujo y programas en lenguaje ensamblador, simulacin del sistema microcontrolado, programacin de la memoria del microcontrolador e implementacin del circuito electrnico.

Para la prctica con Microprocesadores previo al encuentro tutorial prctico el estudiante debe de forma autnoma, hacer lectura previa de la gua de prctica del curso y utilizar el simulador SIMUPROG junto con su documentacin y los ejemplos suministrados en el aula de curso en el recurso Herramientas y sistemas de desarrollo y en el mdulo, para realizar una exploracin preliminar y comprender el funcionamiento de cada una de las instrucciones y su relacin con cada una de las unidades funcionales dentro del microprocesador.

Para la prctica con Microcontroladores previo al encuentro tutorial prctico el estudiante debe de forma autnoma, hacer lectura previa de la gua de prctica del curso y utilizar la documentacin y los ejemplos suministrados en el aula de curso, en el recurso Herramientas y sistemas de desarrollo y mdulo de curso, para realizar los ejercicios de programacin bsica, de manera que el estudiante comprenda el funcionamiento interno de las instrucciones del microcontrolador seleccionado.

Forma de trabajo:

El estudiante debe tener en lo posible las herramientas y documentacin necesaria, para la realizacin de la prctica de forma auto dirigida, el material de consulta necesario se encuentra en el aula de cursos virtual, en datateca, en internet en la pgina de cada fabricante, las herramientas de software se encuentran dispuestas en su mayora en el aula de curso mediante enlaces directos a los fabricantes y desarrolladores, mucho del hardware son herramientas necesarias en la labor profesional y en su mayora de fcil y accesible consecucin.

Todo lo anterior es para que de forma individual realice cada uno de los ejercicios de manera auto dirigida o con el acompaamiento y gua del Tutor de prctica de laboratorio en cada centro. En caso de dudas el Tutor de prctica se encarga de




guiar el proceso de instalacin del software a utilizar y de dar las indicaciones generales de utilizacin del mismo para que el estudiante pueda compilar, depurar, simular y ejecutar el programa que debe disear.

Procedimiento:

Para la realizacin de los ejercicios, los estudiantes deben disear individualmente sus algoritmos hacer la compilacin, depuracin, simulacin y/o ejecucin del programa. Cada estudiante individualmente debe seguir el siguiente procedimiento:

Practica 1.1: Programacin de microprocesadores con assembler:

1. Leer detenidamente el ejercicio o problema a resolver, para determinar las variables, constantes y proceso que debe realizar el programa.

2. Generar el pseudocdigo que relacione las variables y constantes con el proceso a implementar en la forma de una secuencia de pasos que describen la operacin a realizar, los operandos sobre los que se realiza y las bifurcaciones que se requieren.

3. Editar el cdigo fuente utilizando instrucciones del lenguaje ensamblador segn el microprocesador utilizado y la documentacin de soporte. La edicin del cdigo la puede hacer en el editor de texto del blog de notas y guardar el archivo como .ASM o en el editor que viene con el compilador o simulador.

4. Realizar la compilacin, depuracin y prueba o simulacin del programa siguiendo las indicaciones del Tutor encargado de la prctica.

5. Realizar los ajustes y modificaciones que garanticen el correcto funcionamiento y cumplimiento de lo solicitado en cada ejercicio.

6. Sustentar el trabajo realizado de cada ejercicio al Tutor junto con el archivo fuente, ejecutable e informe correspondiente en formato IEEE.

Practica 1.2: Primeros pasos con la programacin de microcontroladores:

1. Establecer las variables, constantes y entradas y/o salidas necesarias.

2. Establecer los elementos componentes principalmente el microcontrolador y los componentes o perifricos que estarn conectados al microcontrolador.




3. Disear el esquema general de conexiones y su correspondiente circuito electrnico.

4. Establecer los registros y configuracin de registros, que servirn de interfaz entre el programa de control y los puertos.

5. Disear el algoritmo y diagrama de flujo solucin del problema planteado. 6. Generar el cdigo fuente, producto del algoritmo diseado.

7. Guardar el cdigo fuente en .ASM o el archivo que solicite el fabricante del micro y su IDE.

8. Compilar, depurar y ejecutar el programa, hacer uso del simulador IDE u otro software de uso libre, evaluacin o gratuito para realizar una simulacin previa y garantizar el funcionamiento de la fase de diseo de software.

9. Guardar los cambios realizados.

10. Grabar el programa en la memoria del microcontrolador fsico.

11. Realizar la implementacin del montaje electrnico, siguiendo los esquemas generales y de conexin de circuito electrnico, propuestos en el paso (2), tomar las precauciones de establecer la correcta continuidad entre componentes, su distribucin y montaje correcto en protoboard o tabla de prototipos.

12. Incorporar el microcontrolador en el montaje, probar su conexin antes de energizar.

13. Energizar y probar el funcionamiento del programa, si hay fallas o correcciones regresar al paso 3 para reevaluar el algoritmo proseguir con los pasos siguientes hasta obtener la solucin al problema planteado.

Ejercicios a desarrollar en la Practica 1.2: Primeros pasos con la programacin de microcontroladores:

Ejercicio 1.2.1: Encendido y apagado de un LED con intermitencia de aproximadamente 1 segundo.

Ejercicio 1.2.2: Encendido de un LED por accin sobre un pulsador. Ejercicio 1.2.3: Implementacin de al menos 5 secuencias diferentes sobre ocho (8) LEDs controladas en seleccin por dos pulsadores, uno para seleccionar la secuencia siguiente y otro para seleccionar la secuencia anterior.




Esquemas generales de conexin propuesta para realizar los ejercicios de la Practica 1.2: Primeros pasos con la programacin de Microcontroladores

Figura 1. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros pasos con la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1. Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A.


En la Figura se aprecia pulsador con circuito eliminador de rebote y resistencias en caso de no utilizar las resistencias pull-ups de los puertos I/O del microcontrolador.





Figura 4. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros pasos con la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1. Propuesta con microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1.






Figura 7. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros pasos con la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1 y Ejercicio 1.2.2. Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430.

Figura 8. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros pasos con la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.3. Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430.




Sistema de Evaluacin El tutor encargado del acompaamiento y calificacin del componente prctico, evaluara individualmente a cada estudiante teniendo en cuenta el desempeo en la prctica y la rbrica de evaluacin. La calificacin de la prctica se realizar en escala de 0.0 a 45.0, siendo esta ltima la valoracin ms alta y que se sumara con las otras dos prcticas para obtener una calificacin final que ser la que se reporte en el aula de curso entre 0 y 125 puntos.

Informe o productos a entregar Es necesario presentar un informe que evidencie el proceso de realizacin de la prctica. El informe de laboratorio debe presentarse en formato IEEE (www.ieee.org/documents/trans_jour.docx), entre otros aspectos incluidos en el formato IEEE, debe contener:

Resumen en espaol, Abstract, Palabras Clave (Index Terms) Introduccin, relacionada con la prctica realizada y los aspectos

relevantes tratados en el informe presentado. Objetivos, relacionar los objetivos general y especficos en relacin a la

realizacin de la prctica. Metodologa, Presenta los aspectos metodolgicos y procedimentales

realizados en el ejercicio prctico, desde la lectura de la gua de laboratorio hasta la implementacin satisfactoria y funcional de los ejercicios propuestos.

Algoritmos (Pseudocdigo, diagrama de flujo), Sntesis del procedimiento. Implementacin, Evidencias de la implementacin (pantallazos, imgenes,

fotografas, etc), del proceso de diseo de software con la edicin, compilacin, depuracin y simulacin, junto con el proceso de diseo de hardware con la implementacin del circuito (simulado, aunque preferible y necesariamente fsico) y su correspondiente funcionamiento.

Anlisis de resultados, se analizan los resultados obtenidos en la experiencia de laboratorio, desde el diseo del algoritmo hasta el funcionamiento interno del micro y su relacin funcional con los perifricos.

Conclusiones y Recomendaciones, despus de establecer un anlisis de




los resultados obtenidos y de un ejercicio individual y grupal de reflexin sobre la prctica realizada, se debe plasmar las conclusiones y recomendaciones, como producto intelectual del ejercicio terico prctico.

Referencias, el trabajo realizado en la prctica, debe contar con soportes tericos o prcticos de tipo documental fsico o electrnico, que el estudiante debi consultar desde la preparacin de la prctica con la lectura de la gua hasta la terminacin de la misma y la realizacin del informe, estas fuentes se constituyen en la referencia documental del informe, la cual debe seguir el formato IEEE.

Cdigo fuente documentado (comentarios del programador) y programa ejecutable, como archivos anexos al informe IEEE.

Rbrica de evaluacin Tabla 1. Rbrica de evaluacin de la primera prctica de laboratorio.

tem Evaluado Valoracin Baja Valoracin Media Valoracin Alta

Mximo Puntaje

Asistencia y participacin en la Prctica

El estudiante no asisti o no participo en las prcticas de laboratorio. (Puntos= 0)

El estudiante asisti a las prcticas pero no particip activamente en el desarrollo de los ejercicios. (Puntos= 5)

El estudiante asiste y participa de manera activa en el desarrollo de la prctica de laboratorio. (Puntos= 10)

10

Desempeo individual del estudiante en la prctica.

El estudiante no dio solucin a los problemas planteados, no realiz el algoritmo y no presenta ninguno de los programas e implementaciones requeridos. (Puntos= 0)

El estudiante dio solucin a los ejercicios planteados, present los programas pero presentan errores de compilacin o ejecucin. (Puntos= 10)

El estudiante realiz la totalidad de los ejercicios solicitados y presento los programas sin errores de compilacin ni ejecucin, presenta los archivos ejecutables y las implementaciones solicitadas. (Puntos= 20)

20

Informe Final de la prctica.

El estudiante no presenta informe final de la prctica de laboratorio en formato IEEE. (Puntos= 0)

El estudiante presenta informe de laboratorio en formato IEEE, pero no incluye todos los productos a entregar (Puntos= 7)

El estudiante entrega el informe de laboratorio en formato IEEE con todos los productos solicitados. (Puntos= 15)

15

TOTAL 45




Retroalimentacin La retroalimentacin de la prctica individual de laboratorio la realiza el Tutor encargado en cada centro, la cual ser publicada por el Tutor virtual previo reporte de la misma antes de la fecha de finalizacin, publicada en la agenda de curso. La calificacin y realimentacin ser publicada en el aula de curso dentro de los ocho (8) das siguientes a la realizacin del reporte por parte del Tutor encargado de las prcticas en el centro.




PRACTICA No. 02 Programacin bsica de Microcontroladores Microchip PIC, Texas Instruments MSP430 y Motorola Freescale

Tipo de practica

Presencial X Autodirigida X Remota X

Porcentaje de evaluacin 12 del 75% (9% del Total del curso) Horas de la practica 6 Temticas de la prctica UNIDAD 2: MICROCONTROLADORES

Introduccin a los microcontroladores Microcontroladores PIC de microchip Microcontroladores Motorola Freescale ,

Texas, Basic Stamp y Arduino.

Aspectos bsicos y de reconocimiento de herramientas de hardware y software:

UNIDAD 3 PROGRAMACION Y DESARROLLO DE PROYECTOS CON MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES

Diseo y desarrollo de proyectos con microcontroladores y microprocesadores

Programacin bsica Programacin avanzada


Propsitos

Disear la solucion a los problemas prcticos propuestos que buscan aclarar dudas conceptuales.

Integrar las soluciones con el diseo de algoritmos, flujo gramas y cdigo fuente en lenguaje ensamblador para desarrollar las habilidades y competencias en la programacin de microcontroladores.

Implementar las simulaciones y realizar los montajes electrnicos que permitan profundizar en el aprendizaje de la




programacin, simulacin, implementacin y ejecucin de programas de control basados en Microcontroladores.

Objetivos Disear un algoritmo para generar el cdigo

fuente en lenguaje ensamblador y de ah compilarlo, depurarlo, guardarlo, cargarlo y ejecutarlo utilizando para ello el Entorno de Desarrollo Integrado MPLAB-IDE o WINIDE o CCS v5 o IAR o CodeWarrior o WinIDE, dependiendo del microcontrolador seleccionado.

Implementar y demostrar a travs de circuitos funcionales las capacidades bsicas de los Microcontroladores, desarrollando una solucin acertada a los problemas planteados

Sustentar el desarrollo de la prctica ante el Tutor encargado de laboratorio.

Presentar el informe de laboratorio en formato IEEE para su calificacin y reporte al director nacional de curso en campus virtual.

Metas

Disear los algoritmo y diagramas de flujo de cada uno de los ejercicios propuestos.

Construir cada uno de los programas en lenguaje ensamblador para el microcontrolador, compilarlos, depurarlos, simularlos y ejecutarlos utilizando los programas de software sugeridos.

Implemetar los circuitos tanto en simulador como en fscico para integrar el hardware y el software demostrando su funcionalidad total.

Sustentar y entregar el informe de prctica de




laboratorio en formto IEEE.

Competencias

Al finalizar el desarrollo de los ejercicios propuestos en esta prctica el estudiante:

Conocer la lgica y metodologa del funcionamiento de las instrucciones en lenguaje ensamblador y su efecto en cada una de las unidades y registros del microcontrolador.

Deber estar en capacidad de disear un algoritmo con su correspondiente diagrama de flujo y convertirlo a programa de cdigo fuente utilizando lenguaje ensamblador.

Ser capaz de utilizar compiladores, IDE y simuladores para disear adecuadamente cada solucin basada en microcontroladores.

Estar en capacidad de implementar el circuito electrnico e integrar el software y el hardware logrando un sistema funcional basado en microcontroladores.

Fundamentacin Terica Los microcontroladores son dispositivos que integran en un mismo chip una CPU, memoria de programa, memoria de datos y dispositivos de entrada/salida. La programacin bsica de estos dispositivos al igual que en el microprocesador necesita lograr una comprensin total de su funcionamiento, se utilizan instrucciones y el lenguaje ensamblador para disear soluciones o proyectos basados en microcontroladores.

Se tiene como prioridad en el curso el aprendizaje del lenguaje ensamblador, por ser una tcnica de aprendizaje del funcionamiento de cada una de las unidades o mdulos que integran el microcontrolador y sus perifricos, el lenguaje ensamblador permite al estudiante de Ingeniera o Tecnologa en el rea de




Electrnica, Telecomunicaciones y Sistemas, realizar verdaderos sistemas operativos para microprocesadores y microcontroladores, el objetivo es adquirir la suficiencia en el manejo, manipulacin y control del lenguaje ensamblador como herramienta que explota al mximo el potencial de cada microcontrolador. Los lenguajes de ms alto nivel generalmente basados en C, se dejan como alternativa a la programacin en futuras prcticas con mdulos microcontrolados como lenguaje de programacin secundario, puesto que estos se utilizan cuando el estudiante no requiere conocimiento avanzado en el funcionamiento del microcontrolador o electrnica digital, que para el caso no aplicara para este curso.

Una solucin basada en microcontroladores comienza con el establecimiento de las entradas y salidas, lo que permite tener las primeras pautas para la seleccin del dispositivo y perifricos ms adecuados. Las variables, constantes y diseo del algoritmo inician con un pseudocdigo, prosigue con el diagrama de flujo para continuar con la edicin del programa utilizando el set de instrucciones del microcontrolador seleccionado, el programador debe documentar el cdigo fuente para permitir un seguimiento y evaluacin del programa diseado.

La simulacin es parte importante en el proceso de diseo y desarrollo, por lo que es conveniente utilizar los entornos de desarrollo integrado (IDE) suministrados por el fabricante Microchip PIC, Motorola Freescale JK1/JK3/JL1 y Texas Instruments MSP430. Los proyectos desarrollados con microcontroladores adems de la solucin de software requieren el diseo de la solucin de hardware, es decir, requiere determinar todos los perifricos externos al microcontrolador y su conexin coherente, integrarlo en una solucin de hardware y software para que el sistema en conjunto funcione adecuadamente. En esta fase el diseador puede hacer uso de simuladores dentro de los mismos IDE del fabricante o en versiones demo o evaluacin como MULTISIM o PROTEUS para hacer las pruebas preliminares de hardware y software.

Se debe recurrir a los conocimientos adquiridos en cursos como fsica electrnica, electrnica bsica, circuitos digitales o la orientacin del Tutor de prctica de laboratorio, entre otras estrategias para realizar la implementacin del circuito (hardware). Con la utilizacin de las herramientas y sistemas de desarrollo se debe programar la memoria del microcontrolador para incorporar la accin del software sobre el hardware y obtener la funcionalidad requerida.

NOTA: Los estudiantes que realizan la prctica auto dirigida, deben utilizar los entornos de desarrollo integrado IDE, al igual que los simuladores, dejar los montajes como parte final despus de tener una certeza del 100% que funciona el




programa en simulacin, solicitar la asesora del Tutor en un centro o de forma virtual, deben apoyarse en el contenido del curso con el mdulo, material complementario y video tutoriales. Los estudiantes que son apoyados por el Tutor en el Centro pueden trabajar a la par tanto software como hardware y utilizar el IDE y herramientas de desarrollo ms adecuado para la prctica (PICKit, LaunchPad MSP430, etc) segn criterio del Tutor de prctica en el Centro.

Descripcin de la prctica Con el planteamiento terico expuesto en la Unidad 1 Microprocesadores, Unidad 2 Microcontroladores y sus correspondientes captulos y lecciones, se comienza el trabajo prctico partiendo de conceptos fundamentales de programacin y de electrnica aplicada para implementar practicas esenciales que exploran las funciones bsicas de configuracin de pines como I/O (entrada / salida), utilizacin de macros, utilizacin de Timers, interrupciones y dems mdulos internos al micro, implementando una programacin lineal y semi-estructurada con manejo de bifurcaciones, ciclos y llamado a subrutinas, servicios a interrupcin, generacin de tablas, administracin de la PILA y vectores de interrupcin, en uno o en los tres dispositivos ms representativos de las familias Microchip PIC con el PIC16F84, Texas Instruments con los MSP430G (14 pines o 20 pines) y Motorola Freescale con el JK1/JL1/JK3. El laboratorio debe estar compuesto de 2 Ejercicios bsicos los cuales se encuentran parcialmente explicados y desarrollados en el mdulo de curso:

Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mnimo 2x16, se debe presentar un programa que despliegue los siguientes mensajes controlados por la accin de un pulsador.

Evento 1: Mensaje por defecto - Lnea 1: mensaje Microprocesadores y Microcontroladores en desplazamiento a la izquierda o derecha, terminar con el mensaje 309696-Mp&Mc centrado. Lnea 2: mensaje colocando el semestre y ao actual, ejemplo, I semestre 2014 centrado. Evento 2: Mensaje al oprimir el pulsador - Lnea 1: mensaje Integrantes: centrado. Lnea 2: mensaje con el primer nombre y primer apellido de los integrantes del grupo en desplazamiento a la izquierda o derecha.

Evento 3: Mensaje al oprimir el pulsador Lnea 1: mensaje CEAD. Lnea 2: mensaje con el nombre del CEAD. Ejercicio 1.2.2: Control de un teclado matricial mnimo 4x3 (comercialmente como teclado telefnico) o 4x4 y control de acceso por clave de seguridad de cuatro (4)




dgitos, ver apartado de acciones que debe ejecutarse en la prctica, el teclado en el caso del 4x3 debe contener:

Los diez (10) dgitos (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9). Una tecla # (en teclados comerciales) se tomara como accin de ingreso

de clave para ser evaluada por el sistema microcontrolado.

Una tecla * (en teclados comerciales) se tomara como accin de borrado de clave y regreso a estado inicial, para recibir un nuevo intento de clave.

Los indicadores que deben tenerse son del tipo LED, solo uno de ellos debe encender a la vez y su funcin se describe como:

LED Amarillo o Azul, indica que el sistema y teclado est listo para recibir una nueva clave.

LED Verde, indica que el usuario a digitado una clave correcta.

LED Rojo, indica que el usuario a digitado una clave incorrecta. Las acciones que debe cumplir la prctica son:

Grabar una clave de 4 dgitos en la memoria no voltil del micro o EEPROM, para el ejercicio la clave debe ser semestre/ao, por ejemplo para el primer semestre de 2014 seria (0114).

La digitacin correcta de la clave de debe incurrir en el encendido de un LED Verde, conectado a un pin del puerto.

La digitacin incorrecta de la clave, debe incurrir en el encendido de un LED Rojo conectado a un pin del puerto.

Un LED Amarillo o Azul debe indicar que el sistema est listo para recibir una nueva clave.

Los LED deben estar apagados al inicio del programa como condicin inicial, en el momento de estar listo para recibir datos por el teclado debe encender el LED Amarillo o Azul.

Al oprimir la tecla # debe aceptar la clave digitada y realizar la comparacin con la clave interna grabada y de ah tomar una decisin con la accin correspondiente sobre el LED.

Al oprimir la tecla * debe permitir el ingreso de una nueva clave, apagando




los LED Verde o LED Rojo y encendiendo nuevamente el LED Amarillo o Azul autorizando un nuevo intento de ingreso.

Recursos a utilizar en la prctica (Equipos / instrumentos) Computador PC compatible con el sistema operativo Windows o que pueda instalarse los paquetes de software necesarios para realizar la prctica.

Los Equipos e instrumentos necesarios para la prctica y que son recomendables que el estudiante los tenga para su propio beneficio y desarrollo profesional son:

Equipos de cmputo con puerto paralelo o puerto compatible con el programador (serie o USB).

Fuente de poder regulada DC a 5 voltios.

Programador Universal o el programador para PICs gama media (PICKit 2, PICKit 3, u otro compatible) y/o Tarjeta de desarrollo LaunchPad MSP430 y/o Programador para Motorola Freescale HC08.

Los materiales necesarios para la prctica y que son recomendables que el estudiante los tenga para su propio beneficio y desarrollo profesional son:

Microcontroladores PIC16F84A/PIC16F628A y/o Microcontroladores MSP430Gxxxx y/o Motorola Freescale 68HC908JK3oJK1oJL1.

Protoboard, Multmetro, punta lgica.

Resistencias, condensadores, cristal 4MHz, pulsadores, LEDs, teclado matricial (3x4 o 4x4), display LCD, segn esquemas de circuito.

Pinzas, pelacables, cable AWG22 (similar al de UTP) en varios colores.

Software a utilizar en la prctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la prctica Se utiliza principalmente herramientas de Software libre o gratuito limitado o versiones DEMO estas pueden ser:

Compilador (MPLABIDE para PIC o WINIDE/CodeWarrior para Motorola Freescale o CCS v5/IAR para Texas Instruments MSP430)

Simuladores e IDE para Microcontroladores: o MPLAB IDE: MPLAB IDE X:




http://www.microchip.com/pagehandler/en-us/family/mplabx/ , MPLAB IDE otras versiones: http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1406&dDocName=en023073

o PicDeveloment Studio: http://sourceforge.net/projects/picdev/files/picdev/PicDevelopmentStudio-1.1.exe/download

o CCS V5 E IAR: http://processors.wiki.ti.com/index.php/Download_CCS , http://processors.wiki.ti.com/index.php/IAR_Embedded_Workbench_for_TI_MSP430

o CodeWarrior (Motorola-Freescale): http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=CW-MICROCONTROLLERS&fr=gtl

Software de simulacin electrnico y digital (PROTEUS o MULTISIM) o PROTEUS:

http://www.labcenter.com/download/prodemo_download.cfm o MULTISIM: http://www.ni.com/academic/esa/multisimse.htm

Seguridad Industrial Para la realizacin del componente prctico del curso no se requiere seguridad especial, se recomienda tener cuidado en el uso y manipulacin de los equipos de cmputo pues los ejercicios pueden interferir con el funcionamiento de los programas pudiendo bloquear el sistema, reiniciarlo y perder la informacin guardada en la memoria RAM. Se recomienda tener cuidado en el uso y manipulacin de los circuitos integrados especialmente los microcontroladores, puesto que son sensibles a las cargas electrostticas que almacena el cuerpo humano, de igual forma se debe tener cuidado en la manipulacin de los equipos de medida, la fuente de poder y el circuito electrnico implementado.

Metodologa Conocimiento previo para el desarrollo de la prctica:

Los estudiantes deben haber realizado lectura juiciosa y analtica de los contenidos del curso y material bibliogrfico sugerido, de manera que tenga los fundamentos tericos y los conocimientos necesarios para disear y desarrollar algoritmos, diagramas de flujo y programas en lenguaje ensamblador, simulacin del sistema microcontrolado, programacin de la memoria del microcontrolador e implementacin del circuito electrnico.

Para la prctica con Microcontroladores, previo al encuentro tutorial prctico el estudiante debe de forma autnoma, hacer lectura previa de la gua de prctica




del curso y utilizar la documentacin y los ejemplos suministrados en el aula de curso, en el recurso Herramientas y sistemas de desarrollo y mdulo de curso, para realizar los ejercicios de programacin bsica, de manera que el estudiante comprenda el funcionamiento interno de las instrucciones del microcontrolador seleccionado.

Forma de trabajo:

El estudiante debe tener en lo posible las herramientas y documentacin necesaria, para la realizacin de la prctica de forma auto dirigida, el material de consulta necesario se encuentra en el aula de cursos virtual, en datateca, en internet en la pgina de cada fabricante, las herramientas de software se encuentran dispuestas en su mayora en el aula de curso mediante enlaces directos a los fabricantes y desarrolladores, mucho del hardware son herramientas necesarias en la labor profesional y en su mayora de fcil y accesible consecucin. Todo lo anterior es para que de forma individual realice cada uno de los ejercicios de manera auto dirigida o con el acompaamiento y gua del Tutor de prctica de laboratorio en cada centro. En caso de dudas el Tutor de prctica se encarga de guiar el proceso de instalacin del software a utilizar y de dar las indicaciones generales de utilizacin del mismo para que el estudiante pueda compilar, depurar, simular y ejecutar el programa que debe disear.

Procedimiento:

Para la realizacin de los ejercicios, los estudiantes deben disear individualmente sus algoritmos hacer la compilacin, depuracin y ejecucin del programa. Cada estudiante individualmente debe seguir el siguiente procedimiento:

Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mnimo 2x16 y Ejercicio 1.2.2: Control de un teclado matricial mnimo 4x3

1. Establecer las variables, constantes y entradas y/o salidas necesarias.

2. Establecer los elementos componentes principalmente el microcontrolador y los componentes o perifricos que estarn conectados al microcontrolador.

3. Disear el esquema general de conexiones y su correspondiente circuito electrnico.

4. Establecer los registros y configuracin de registros, que servirn de interfaz entre el programa de control y los puertos.

5. Disear el algoritmo y diagrama de flujo solucin del problema planteado. 6. Generar el cdigo fuente, producto del algoritmo diseado.




7. Guardar el cdigo fuente en .ASM o el archivo que solicite el fabricante del micro y su IDE.

8. Compilar, depurar y ejecutar el programa, hacer uso del simulador IDE u otro software de uso libre, evaluacin o gratuito para realizar una simulacin previa y garantizar el funcionamiento de la fase de diseo de software.

9. Guardar los cambios realizados.

10. Grabar el programa en la memoria del microcontrolador fsico.

11. Realizar la implementacin del montaje electrnico, siguiendo los esquemas generales y de conexin de circuito electrnico, propuestos en el paso (3), tomar las precauciones de establecer la correcta continuidad entre componentes, su distribucin y montaje correcto en protoboard o tabla de prototipos.

12. Incorporar el microcontrolador en el montaje, probar su conexin antes de energizar.

13. Energizar y probar el funcionamiento del programa, si hay fallas o correcciones regresar al paso 4 y 5 para reevaluar el algoritmo proseguir con los pasos siguientes hasta obtener la solucin al problema planteado.

En los siguientes apartados se encuentra esquemas de conexin general, como gua para los estudiantes que realizan prctica auto dirigida o para los estudiantes en general que realizan la prctica con la gua del Tutor de prctica en el Centro. Teniendo en cuenta la disponibilidad del chip microcontrolador, junto con su sistema de desarrollo, incluyendo el programador, es posible realizar uno o los tres montajes propuestos con los dispositivos relacionados.




Figura 9. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mnimo 2x16. Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A.

Figura 10. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control de un teclado matricial mnimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad. Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A.

Las resistencias en los puertos como salida pueden sustituirse por pull-ups internos.




Figura 11. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mnimo 2x16. Propuesta con microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1.

Figura 12. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control de un teclado matricial mnimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad. Propuesta con microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1.

Figura 13. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mnimo 2x16. Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430.




Figura 14. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control de un teclado matricial mnimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad. Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430.

Sistema de Evaluacin El tutor encargado del acompaamiento y calificacin del componente prctico, evaluara individualmente a cada estudiante teniendo en cuenta el desempeo en la prctica y la rbrica de evaluacin. La calificacin de la prctica se realizar en escala de 0.0 a 45.0 siendo esta ltima la valoracin ms alta y que se sumara con las otras dos prcticas para obtener una calificacin final que ser la que se reporte en el aula de curso entre 0 y 125 puntos.

Informe o productos a entregar Es necesario presentar un informe que evidencie el proceso de realizacin de la prctica. El informe de laboratorio debe presentarse en formato IEEE (www.ieee.org/documents/trans_jour.docx), entre otros aspectos incluidos en el formato IEEE, debe contener:

Resumen en espaol, Abstract, Palabras Clave (Index Terms) Introduccin, relacionada con la prctica realizada y los aspectos

relevantes tratados en el informe presentado.




Objetivos, relacionar los objetivos general y especficos en relacin a la realizacin de la prctica.

Metodologa, Presenta los aspectos metodolgicos y procedimentales realizados en el ejercicio prctico, desde la lectura de la gua de laboratorio hasta la implementacin satisfactoria y funcional de los ejercicios propuestos.

Algoritmos (Pseudocdigo, diagrama de flujo), Sntesis del procedimiento. Implementacin, Evidencias de la implementacin (pantallazos, imgenes,

fotografas, etc), del proceso de diseo de software con la edicin, compilacin, depuracin y simulacin, junto con el proceso de diseo de hardware con la implementacin del circuito (simulado, aunque preferible y necesariamente fsico) y su correspondiente funcionamiento.

Anlisis de resultados, se analizan los resultados obtenidos en la experiencia de laboratorio, desde el diseo del algoritmo hasta el funcionamiento interno del micro y su relacin funcional con los perifricos.

Conclusiones y Recomendaciones, despus de establecer un anlisis de los resultados obtenidos y de un ejercicio individual y grupal de reflexin sobre la prctica realizada, se debe plasmar las conclusiones y recomendaciones, como producto intelectual del ejercicio terico prctico.

Referencias, el trabajo realizado en la prctica, debe contar con soportes tericos o prcticos de tipo documental fsico o electrnico, que el estudiante debi consultar desde la preparacin de la prctica con la lectura de la gua hasta la terminacin de la misma y la realizacin del informe, estas fuentes se constituyen en la referencia documental del informe, la cual debe seguir el formato IEEE.

Cdigo fuente documentado (comentarios del programador) y programa ejecutable, como archivos anexos al informe IEEE.




Rbrica de evaluacin Tabla 2. Rbrica de evaluacin de la segunda prctica de laboratorio.

tem Evaluado Valoracin Baja Valoracin Media Valoracin Alta

Mximo Puntaje

Asistencia y participacin en la Prctica

El estudiante no asisti o no participo en las prcticas de laboratorio. (Puntos= 0)

El estudiante asisti a las prcticas pero no particip activamente en el desarrollo de los ejercicios. (Puntos= 5)

El estudiante asiste y participa de manera activa en el desarrollo de la prctica de laboratorio. (Puntos= 10)

10

Desempeo individual del estudiante en la prctica.

El estudiante no dio solucin a los problemas planteados, no realiz el algoritmo y no presenta ninguno de los programas e implementaciones requeridos. (Puntos= 0)

El estudiante dio solucin a los ejercicios planteados, present los programas pero presentan errores de compilacin o ejecucin. (Puntos= 10)

El estudiante realiz la totalidad de los ejercicios solicitados y presento los programas sin errores de compilacin ni ejecucin, presenta los archivos ejecutables y las implementaciones solicitadas. (Puntos= 20)

20

Informe Final de la prctica.

El estudiante no presenta informe final de la prctica de laboratorio en formato IEEE. (Puntos= 0)

El estudiante presenta informe de laboratorio en formato IEEE, pero no incluye todos los productos a entregar (Puntos= 7)

El estudiante entrega el informe de laboratorio en formato IEEE con todos los productos solicitados. (Puntos= 15)

15

TOTAL 45

Retroalimentacin La retroalimentacin de la prctica individual de laboratorio la realiza el Tutor encargado en cada centro, la cual ser publicada por el Tutor virtual previo reporte de la misma antes de la fecha de finalizacin, publicada en la agenda de curso. La calificacin y realimentacin ser publicada en el aula de curso dentro de los ocho (8) das siguientes a la realizacin del reporte por parte del Tutor encargado de las prcticas en el centro.




PRACTICA No. 03 Programacin avanzada de Microcontroladores Microchip PIC, Texas Instruments MSP430 y Motorola Freescale

Tipo de practica

Presencial X Autodirigida X Remota X

Porcentaje de evaluacin 9,3 del 75% (7% del Total del curso) Horas de la practica 6 Temticas de la prctica UNIDAD 3 PROGRAMACION Y DESARROLLO DE

PROYECTOS CON MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES

Diseo y desarrollo de proyectos con microcontroladores y microprocesadores

Programacin bsica Programacin avanzada


Propsitos

Disear la solucion a los problemas prcticos propuestos que buscan aclarar dudas conceptuales.

Integrar las soluciones con el diseo de algoritmos, flujo gramas y cdigo fuente en lenguaje ensamblador para desarrollar las habilidades y competencias en la programacin avanzada de microcontroladores y microcontroladores.

Implementar circuitos electrnicos basados en Microcontroladores o microprocesadores con capacidad de interaccin con otros componentes que permiten ampliar la gama de aplicaciones y soluciones que puede brindar estos dispositivos en la vida profesional.




Objetivos Disear el algoritmo, generar el cdigo fuente

en lenguaje ensamblador, compilarlo, depurarlo, guardarl

Guia Practica Laboratorio 2014 309696

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