1 Diseño de una tarjeta de adquisición de datos de bajo costo (TADBC)

Diseño de una tarjeta de adquisición de datos (TAD)

con comunicación USB empleando un Microcontrolador PIC y LabVIEW

M.C. Luis Guillermo Guerrero Díaz de León

guillermo.guerrero@upa.edu.mx

Introducción

En este proyecto se presenta la comunicación USB de tipo Bulk Transfer utilizando LabVIEW y un microcontrolador de microchip. Con este método se puede enviar y recibir datos masivos de información hasta una velocidad de 12Mbps. La comunicación se realiza a través de un subvi (picusb) creado con uso de la librería mpusbapi.dll que nos proporciona Microchip. El puente que establece la comunicación entre el microcontrolador y la PC se realiza mediante las librerías USB del sofware CCS C Compiler y el driver mchpusb.inf para Microsoft Windows XP, Vista o 7.

Con esta técnica se pretende que tanto estudiantes como profesores puedan construir una

tarjeta de adquisición de datos de bajo costo y que pueda implementarse para tareas de simulación, supervisión y control. La referencia web de este diseño se encuentra en: http://uelectronika.blogspot.com/2010/04/picusb-y-labview.html

Originalmente este proyecto fue realizado por José Adrián Pérez Cueto (adrianjpca@gmail.com) estudiante del Tecnológico de Tuxtla Gutiérrez en diciembre del 2008 y a partir de este diseño se realizaron modificaciones que se explican a continuación:

Desarrollo La carpeta DAQ_USB_PIC contiene las siguientes subcarpetas:

Código: contiene el código en PICC para el microcontrolador.

Esquemático: contiene la simulación en ISIS de Proteus.

Drivers: contiene el subVI de LabVIEW y los drivers para la comunicación USB.

Referencias: contiene referencias y manuales empleados en este proyecto.

VI LabVIEW: contiene el VI (Virtual Instrument) para LabVIEW . A partir de aquí seguimos todos los pasos para echar andar el proyecto: 1. Implementación del circuito:

Nuestra tarjeta de adquisición de datos contará con las siguientes características:

8 entradas digitales

8 salidas digitales

4 entradas analógicas

2 salidas PWM

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El esquemático simulado en Proteus se muestra en la Figura 1:

Figura 1. Simulación en Proteus

Es indistinto emplear el PIC18F4550 que el PIC18F4553, de hecho la configuración de pines

es similar por lo que se muestra solamente el PIC18F4550 en la Figura 2:

Figura 2. Configuración de pines del PIC

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Como en la simulación no se observan todos los pines, en la siguiente Figura 3, se muestra cómo deben conectarse físicamente los pines en base a la configuración anterior:

1 VCC (5V del cable rojo del USB)

2, 3, 4, 5 Pines para entradas analógicas 0-5V

11 VCC (5V del cable rojo del USB)

12 GND (0V del cable negro del USB)

13, 14 Cristal 20MHz

16, 17 Pines para 2 Salidas PWM independientes

18 C 47uF a GND (con polaridad negativa a tierra)

19, 20, 21, 22, 27, 28, 29, 30 Pines para salidas digitales

23 D- (Cable blanco del USB)

24 D+ (Cable verde del USB)

31 GND (0V del cable negro del USB)

32 VCC (5V del cable rojo del USB)

33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40 Pines para entradas digitales

Figura 3. Conexión de pines El capacitor de 47uF electrolítico que está conectado a la entrada Vusb (PIN 18) y

referenciado a GND en la polaridad negativa, tiene como función regular la señal que se transmite entre los cables D+ y D-. Se debe tener mucho cuidado con el valor y polaridad de este capacitor, que regula un voltaje de aproximadamente 3.3V sin ruidos, estos ruidos pueden provocar envíos de datos incorrectos, por lo que sin este capacitor el dispositivo no funciona correctamente y además no será reconocido por la computadora al momento de la comunicación.

La Figura 4 muestra la configuración de los pines del conector USB:

Figura 4. Configuración del conector USB

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2. Firmware realizado en PICC

El firmware es un pequeño código de bajo nivel que se realiza para poder controlar entradas y salidas dependiendo de las necesidades del usuario. Además este código tendrá el objetivo de poder entenderse con la computadora, realizando así la función de avisar en el momento que ha sido conectado y detectado por la PC. En ese momento el firmware estará en espera de cualquier dato que se esté enviando por la PC a través de cualquier software que se esté utilizando, en nuestro caso utilizaremos LabVIEW 2009. El código fue realizado en CCS C Compiler (PICC) y se incluye en la carpeta Código. Dicho código al compilarlo genera un archivo con extensión .hex, que es el que se emplea para programar el microcontrolador. 3. Comunicación con la computadora

Para instalar los drivers, debemos copiar la carpeta completa picusb que se encuentra dentro de la carpeta Drivers a la siguiente ruta:

C:\Archivos de programa\National Instruments\LabVIEW 2009\user.lib\picusb

Al momento de conectar dispositivo USB en Windows XP lo detecta automáticamente, cuando lo conectamos en Windows Vista, Windows 7 de 32 o 64 bits nos aparecerá un mensaje "Instalando drivers del dispositivo…", para que lo detecte debemos darle la ruta mencionada. Así tenemos la comunicación de nuestra tarjeta de adquisición de datos con nuestra computadora. 4. Envío y recepción de datos desde LabVIEW

En la siguiente Figura 5, se muestra un ejemplo del panel frontal realizado en LabVIEW:

La interfaz en LabVIEW puede cambiar dependiendo de la aplicación a realizar. Este sistema puede mejorarse, cualquier modificación que consideres importante y quieras compartir, envía tu código en PICC, programa en LabVIEW o modificación en el circuito a la dirección de correo: guillermo.guerrero@upa.edu.mx

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