Tesis Leopoldo Revision 3
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN MATURÍN LABORATORIO PORTÁTIL BASADO EN TECNOLOGÍAS LIBRES PARA LOS ESTUDIANTES DE ELECTRÓNICA DEL INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO SANTIAGO MARIÑO EXTESIÓN MATURÍN Trabajo Especial de Grado para Optar al Titulo de Ingeniero Electrónico Autor: Leopoldo Marcano Tutor: Ing. Daniel Porrras Asesor Metodológico: Lcda. Rixio Moreno
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”EXTENSIÓN MATURÍN
LABORATORIO PORTÁTIL BASADO EN TECNOLOGÍAS LIBRES PARA LOS ESTUDIANTES DE ELECTRÓNICA DEL INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO SANTIAGO MARIÑO EXTESIÓN MATURÍN
Trabajo Especial de Grado para Optar al Titulo de Ingeniero Electrónico
Autor: Leopoldo Marcano Tutor: Ing. Daniel Porrras
Asesor Metodológico: Lcda. Rixio Moreno
Maturín, Enero 2013
APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi carácter de Tutor del Trabajo Especial de Grado titulado:
LABORATORIO PORTÁTIL BASADO EN TECNOLOGÍAS LIBRES PARA
LOS ESTUDIANTES DE ELECTRÓNICA DEL INSTITUTO UNIVERSITARIO
POLITÉCNICO SANTIAGO MARIÑO EXTESIÓN MATURÍN, presentado por
el(la) ciudadano(a) Leopoldo Alexander Marcano Matute , Cédula de
Identidad N° 12.223.691, para optar al Título de Ingeniero en Electrónica,
considero que éste reúne los requisitos y méritos suficientes para ser
sometido a presentación pública y evaluación por parte del Jurado
Examinador que se designe.
En la ciudad de Maturín, a los 21 días del mes de Enero de 2013.
___________________________
Ing. Daniel Porras
C.I .12.357.176
APROBACION DEL ASESOR METODOLOGICO
En mi carácter de Asesor Metodológico del Trabajo Especial de Grado
titulado: LABORATORIO PORTÁTIL BASADO EN TECNOLOGÍAS LIBRES
PARA LOS ESTUDIANTES DE ELECTRÓNICA DEL INSTITUTO
UNIVERSITARIO POLITÉCNICO SANTIAGO MARIÑO EXTESIÓN
MATURÍN, presentado por el ciudadano Leopoldo Alexander Marcano
Matute , Cédula de Identidad N° 12.223.691, para optar al Título de Ingeniero
en Electrónica, considero que éste reúne los requisitos y méritos suficientes
para ser sometido a presentación pública y evaluación por parte del Jurado
Examinador que se designe.
En la ciudad de Maturín, a los 21 días del mes de Enero de 2013.
___________________________
Lcdo:
Rixio Jose Moreno Santo Domingo
C.I:12.539.480
ÍNDICE GENERAL
LISTA DE FIGURAS.......................................................................................vi
LISTA DE CUADROS.....................................................................................vii
RESUMEN.....................................................................................................viii
INTRODUCCION.............................................................................................1
CAPÍTULO I.....................................................................................................3
EL PROBLEMA................................................................................................3
Contextualización del Problema...................................................................3Objetivos de la Investigación........................................................................5
Objetivo General.......................................................................................5Objetivos Específicos...............................................................................5
Justificación de la Investigación...................................................................6CAPÍTULO II....................................................................................................8
MARCO REFERENCIAL.................................................................................8
Antecedentes de la Investigación.................................................................8Bases Teóricas...........................................................................................11Laboratorio de Electrónica........................................................................11
Fuente de alimentación..........................................................................11Generador de señal................................................................................12Osciloscopio...........................................................................................12Analizador Lógico...................................................................................12Multímetros.............................................................................................12
Tecnologías Libres.....................................................................................12Software Libre.........................................................................................14
gEDA..........................................................................................14
SPICE.........................................................................................14
Orégano......................................................................................15
KiCAD.........................................................................................15
Piklab..........................................................................................16
Ktechlab......................................................................................16
Qucs...........................................................................................17
Hardware Libre.......................................................................................18Arduino.......................................................................................18
iv
Pingüino......................................................................................19
OpenEEG :.................................................................................19
CAPÍTULO III.................................................................................................24
MARCO METODOLÓGICO...........................................................................24
Modalidad de la Investigación....................................................................24Tipo de Investigación de acuerdo al Nivel..................................................25Técnicas e Instrumento de Recolección de Datos.....................................25
Revisión Documental..............................................................................26Observación Directa...............................................................................26Técnicas de Procesamiento y Análisis de Datos....................................27
CAPÍTULO IV.................................................................................................28
RESULTADOS...............................................................................................28
Identificación de los equipos e instrumentos presentes en el laboratorio de electrónica..................................................................................................28Análisis y determinación de los requerimientos........................................35Investigación y selección de los diseños accesibles y adecuados............41
El osciloscopio Digital....................................................................................41
Lista de Componentes..............................................................................43Diagrama por Bloques................................................................................44
Bloque de entrada..................................................................................44Microcontrolador AVR ATmega644........................................................45El Bloque de conversión ADC................................................................46
Estructura Principal de Codigo Fuente.......................................................46El Multimetro Digital.......................................................................................48
Lista de Compomentes...........................................................................49Funcionamiento del multimetro :.............................................................49Codigo Fuente para el Multimetro..........................................................51
La fuente de alimentación DC........................................................................55
El Generador de Funciones...........................................................................56
Lista de componentes.............................................................................57Diagrama Esquemático..........................................................................58
Desarrollo de un prototipo basado en tecnologías libres, como una
herramienta complementaria para el estudiante de electrónica....................59
Conclusiones.................................................................................................60
Recomendaciones.........................................................................................61
REFERENCIAS BIBLOGRAFICAS...............................................................62
v
LISTA DE FIGURAS
Figuras 1 Laboratorio de Electrónica.....................................................11
Figuras 2 Software de Simulación GPL - Oregano...............................15
Figuras 3 Software Diseño PCB -3D.....................................................16
Figuras 4 Entorno IDE para aplicaciones con Microcontrolaodres........16
Figuras 5 Simulador de PIC- GPL.........................................................17
Figuras 6 Entorno de Simulación Electrónica de Señales Analogas.....18
Figuras 7 Ejemplo de Arduino como Sensor de Temperatura...............19
Figuras 8 Ejemplo de Pinguino como Volt- Amperimetro......................19
Figuras 9 Ejemplo de un implementación de Hardware Libre en
Medicina........................................................................................................20
Figuras 10 Osciloscopio presente en el Laboratorio Marca GWINSTEK
modelo GOS-635G........................................................................................30
Figuras 11 Multimetro Presente en el Laboratorio GWISNTEK- GDM-
8034...............................................................................................................31
Figuras 12 Generador de Funciones Presente en el Laboratorio Marca-
GWINSTEK- GFG-8219A..............................................................................33
Figuras 13 Componentes para armar el Osciloscopio jytech 602.........44
Figuras 14 Esquema de la Entrada.......................................................44
Figuras 15 Esquema de Conexion del Microcontrolador.......................45
Figuras 16 Convertidor ADC.................................................................46
Figuras 17 Diagrama de bloques de Multimetro....................................50
Figuras 18 Esquema de multimetro Digital............................................50
Figuras 19 Esquema y componentes de fuente de voltaje y corriente
regulada.........................................................................................................56
Figuras 20 Imagen de Componentes del Generador de Frecuencia....58
Figuras 21 Diagrama de Generador de Frecuencia.............................58
Figuras 22 Vista del Prototipo Terminado.............................................59
vi
LISTA DE CUADROS
Cuadros 1 Especificaciones- Osciloscopio Marca GWINSTEK modelo
GOS-635G.....................................................................................................29
Cuadros 2 Especificaciones Multimetro GDM-8034 de la marca
GWISNTEK....................................................................................................31
Cuadros 3 Especificaciones Generador de Funciones GWINSTEK-
GFG-8219A....................................................................................................33
Cuadros 4 Especificaciones- Fuente DC Marca GWINSTEK- GPS-2303
.......................................................................................................................34
Cuadros 5 Fuente DC Presente en el Laboratorio Marca GWINSTEK-
GPS-2303......................................................................................................35
Cuadros 6 - Asignaturas de Ing. Electrónica por Semestre...................36
Cuadros 7 - Relación de Asignaturas por semestre con prácticas en
Laboratorio.....................................................................................................37
Cuadros 8 - Diagrama de Bloques de Osciloscopio Digital...................42
Cuadros 9 Lista de componentes para el Osciloscopio Jyetch 602......43
Cuadros 10 Lista de Componentes del Multimetro...............................49
Cuadros 11 Lista de componentes del Generador de Frecuencias.....57
vii
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”EXTENSIÓN MATURÍN- MONAGAS
INGENIERIA EN ELECTRONICA
LABORATORIO PORTATIL BASADO EN TECNOLOGIAS LIBRES PARA LOS ESTUDIANTES DE ELECTRONICA DEL INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO SANTIAGO MARIÑO EXTESION MATURIN
Línea de Investigación: Diseño Electrónico
Autor: Leopoldo Marcano Tutor: Ing. Daniel Porras Asesor Metodológico: Lcdo. Rixio Moreno
Enero, 2013
RESUMEN
El estudiante de electrónica del Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño durante su formación académica presenta un número considerable de asignaturas que hacen uso de la experimentación en laboratorios acondicionados con instrumentos precisos, con frecuencia esta experimentación se hace insuficiente para el estudiante, tomando en cuenta que estos espacios son un factor primordial para que el estudiante logre afianzar los conocimientos teóricos, se propone el desarrollo de un laboratorio portátil basado en tecnologías libres como una herramienta alternativa y complementaria. El desarrollo estuvo enmarcado en la modalidad de proyecto factible, de tipo descriptiva con una revisión documental, observación directa y análisis de datos. Como resultado de disponer de esta herramienta alternativa se pretende mejorar y potenciar los conocimientos teóricos de los estudiantes de electrónica del Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño logrando así una excelencia académica.
Descriptores: Laboratorio, Tecnologías Libres, Herramienta Portátil.
viii
INTRODUCCION
El Ingeniero Electrónico está capacitado para proyectar, planificar,
diseñar, instalar y administrar sistemas electrónicos de telecomunicaciones,
de control de procesos industriales y de aplicaciones de sistemas digitales y
computadores. Además, está dotado de los conocimientos humanísticos,
científicos, tecnológicos y de gestión necesarios para un desempeño
eficiente en los campos mencionados. Su preparación integral le permite
aplicar los nuevos avances de la ciencia y de la tecnología con plena
comprensión de su influencia socio-económica y con eficaz utilización de los
recursos humanos, materiales y de capital disponibles.
El saber tecnológico (teórico-práctico), se caracteriza por su fuerte base
experimental, pero requiere de la adquisición de conocimientos referidos a
los métodos, técnicas, dispositivos y sistemas utilizados, particularmente en
estas áreas. Por lo mencionado anteriormente, el conocimiento técnico de los
principios generales de la electricidad y de la electrónica, como su correcta
utilización e interacción, es de trascendental importancia en éstas
orientaciones profesionales.
La estructura tecnológica de los sistemas y dispositivos que componen
los diferentes equipos electrónicos, así como su correcta conexión, la
detección de fallas, su reparación y su adecuado mantenimiento, hace que
la experimentación en los espacios acondicionados como laboratorios de
electrónica para prácticas sea la esencia que prevalece en toda la
preparación del futuro Ingeniero electrónico.
1
Así también enfocamos el diseño del prototipo de laboratorio portátil en
los fundamentos de las Tecnología libres las cuales hacen referencia al
conocimiento científico, técnico, literario que está a disposición del usuario, o
de quien lo necesite y este pueda ser tomado y usado sin ninguna
restricción.
Permitiendo así la apropiación y asimilación de ese conocimiento es
decir hacer propio algo que hemos adquirido del medio externo. Lo similar es
ya lo igual. Esto significa que cuando la tecnología externa se involucra como
propia dentro de un determinado sistema, estamos frente a lo que llamamos
un proceso de asimilación.
2
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
Contextualización del Problema
El Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño es una institución de
enseñanza con la misión de formar profesionales de elevada calidad que
respondan a las necesidades del país y a los cambios que éste demande,
fomentando así la investigación como vía para generar, aplicar y difundir
nuevos conocimientos que favorezcan el avance científico, tecnológico,
humanístico y social; llevando así a proyectarse en una institución de
Educación Superior signada por la excelencia, que contribuya al desarrollo
cultural, científico, humanístico y tecnológico del país y a la consolidación de
los valores fundamentales de la sociedad.
Enmarcados en el contexto nacional, latinoamericano y mundial, no
escapando de esta realidad la extensión de esta prestigiosa casa de estudio
ubicada en Maturín Sede principal Anexo A3, del Estado Monagas en su
carrera de pregrado en Ingeniería Electrónica presenta un número
considerable de asignaturas que hacen uso de la experimentación en
laboratorios acondicionados con instrumentos precisos, para que el
alumnado cursante, pueda potenciar las habilidades prácticas y la
creatividad del ingenio a través de dinámicas e interactivas prácticas de
laboratorio, que privilegien el razonamiento y el análisis por encima del
3
trabajo mecánico; siendo así los laboratorios un factor primordial en el logro
de la excelencia académica de los egresados de nuestra casa de estudio ya
que afianza los conocimientos teóricos y da al estudiante la vivencia física de
lo adquirido, con frecuencia esta experimentación se hace insuficiente para
el estudiante, ya sea por la cantidad de estudiantes donde se realizan las
practicas en grupos y donde solo uno o dos manipulan los instrumentos o por
la disponibilidad del recurso a utilizar, horas de prácticas u otros factores que
eviten la total o elemental absorción experimental del estudiante; es por ello
que logrando garantizar la práctica que es el contacto con la realidad, se
lograría obtener un estudiantes con un conocimiento integral y bien
fundamentado en la teoría evitando así razonamientos empíricos o vagos.
Por todo lo antes expuesto se propone un prototipo de laboratorio portátil
que pueda ser manipulado de manera unipersonal por el estudiante en el
tiempo que el disponga ya sea en su hogar, trabajo o laboratorio, que le
permita vivencial y adquirir el conocimiento de una manera solida y bien
fundamentada, debido a que le permite la experimentación con calma,
verificación de datos, comparación de valores y aclarar otras inquietudes
permitiendo así dar pie al ingenio y despertar cualidades investigativas.
4
Objetivos de la Investigación
Objetivo General
Desarrollar Prototipo de un Laboratorio portátil, basado en tecnologías
libres para los estudiantes de electrónica del instituto universitario Politécnico
Santiago Mariño extensión Maturín.
Objetivos Específicos
1. Identificar los equipos e instrumentos presentes en el laboratorio de
electrónica, para reconocer sus características, funcionalidad,
medición y valores.
2. Analizar y determinar los requerimientos básicos de los equipos e
instrumentos del laboratorio para prever criterios del diseño.
3. Investigar y seleccionar los diseños accesibles y adecuados
basados en tecnologías libres dentro del ámbito tecnológico para ser
implementados en el desarrollo del prototipo.
4. Desarrollar un prototipo basado en tecnologías libres, como una
herramienta complementaria para el estudiante de electrónica.
5
Justificación de la Investigación
La formación de profesionales de elevada calidad, tiene como principal
apalancamiento la vivencia o experimentación; mas aun en las áreas
practico-técnicas en la cual hay que implementar los principios teóricos
adquiridos en la formación académica, es por ello que diseñando una
laboratorio portátil accesible para el estudiante como una herramienta
alternativa que le permita comprender, vivencial y experimentar la teoría,
mediante la práctica, podríamos inferir que el estudiante tendrá a su alcance
todas las herramientas elementales, para lograr una formación completa y
sustentada. en los principios fundamentales de los fenómenos
electromagnéticos que este evidenciara durante su vida profesional.
Disponiendo el estudiante de esta herramienta en su formación se podría
garantizar la experimentación de los fenómenos electromagnéticos de cada
una de los aspectos teóricos elementales inmerso en la mayoría de las
materias que cursa , obteniendo de esta manera el Instituto Universitario
Politécnico Santiago Mariño extensión Maturín sede principal anexo A3
(IUPSM-A3) , mantener y elevar su status como una institución signada por
la excelencia e innovación académica; beneficiándose así el profesorado,
estudiantado y la institución en conjunto.
Debido a que esta investigación, estudio e implementación será basada
en los principios fundamentales del Software Libre y Hardware Libre (Las
Tecnologías Libres) donde se reutilizan técnicas, códigos fuentes, esquemas
de circuitos y todas aquellas herramientas inmersas en un licenciamiento
GPL, este trabajo de investigación y toda su documentación teórica y técnica
estará disponible para su implementación, distribución, mejora y estudio, en
6
todos los ámbitos nacionales e internacionales contribuyendo así al ámbito
académico y sociedad en general.
Es importante porque propone una nueva metodología para un desarrollo
completo de conocimientos en los alumnos y mejora las herramientas de los
docentes para impartir conocimientos teóricos. Los usuarios adquirirán una
mejor destreza en la manipulación de los diferentes experimentos, al igual
que un mayor conocimiento y aplicaciones de las diferentes características
que conforman un laboratorio de electrónica, hay que destacar que la
confianza en si mismo del futuro Ingeniero electrónico, viene del poder tener
estas destrezas con los instrumentos que comúnmente se manipulan en los
laboratorios de electrónica y de esa manera se logra una formación
académica integral y holística.
Hasta se podría visionar como una herramienta en un futuro no muy
lejano, como apoyo en una capacitación E-Learning (educación a distancia)
de los conocimientos que comúnmente se imparten en locaciones
acondicionadas para ese fin, permitiendo al alumno vencer dificultades de
tiempo, ubicación y disponibilidad.
7
CAPÍTULO II
MARCO REFERENCIAL
Antecedentes de la Investigación
Luego de haber indagado en bibliografías, estudios y referencias sobre el
poder permitir que los estudiante tengan las herramientas adecuadas para
poder obtener una valiosa y completa absorción de los conocimientos
académicos elementales que durante su formación en la carrera de
ingeniería Electrónica del Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño
extensión Maturín sede principal anexo A3 , de la ciudad de Maturín, estado
Monagas, se ha encontrado algunos trabajo previos que brindan un aporte
significativo al Trabajo Especial de Grado, Como servir de guía en el
desarrollo del modelo de la investigación, además de bases teóricas
relacionados con el tema :
Jorge Félix Marcano Girot (2008). Diseño del Laboratorio de
Instrumentación Industrial para las Instalaciones del Centro de
Adiestramiento y Desarrollo Tecnológico (CADETEC) del Instituto
Universitario Politécnico Santiago Mariño extensión Maturín.
Trabajo de grado de I.U.P Santiago Mariño. Este Proyecto estuvo
fundamentado esencialmente en el diseño de un laboratorio de
instrumentación Industrial para el Centro de Adiestramiento y Desarrollo
Tecnológico (CADETEC) permitiendo la manipulación experimental de los
equipos de medición de una manera controlada. En este trabajo de grado el
autor concluye que usando los diferentes instrumentos y equipos
8
encontrados en CADETEC se puede llegar a construir un entorno que simule
un proceso industrial en las cuales se puedan manipular las variables de
nivel, presión y temperatura, aportando así documentación técnica y planos
para lograr un diseño confiable aplicando ingeniería básica y de detalle.
Luego de explorar este trabajo de grado deja un aporte al Trabajo
Especial de Grado, en como muestra los pasos para lograr un eficiente
sistema, a su vez su enfoque filosófico en denotar la importancia de la
experimentación mediante los laboratorios presenciales donde se manipulan
las variables e instrumentos de medición. .
Jose Elias Lovera L. (2008). Desarrollo de una Tarjeta Prototipo para la
Adquisición y Transmisión de Datos con Interfaz Grafica de Uso Didáctico
para El Laboratorio de Electrónica de (CADETEC) en el I.U.P.S.M Extensión
Maturín. Trabajo de grado de I.U.P Santiago Mariño. El Objetivo del presente
trabajo de grado es el desarrollo de un tarjeta prototipo para la adquisición y
transmisión de datos como señales analógicas y digitales, que son
visualizadas en una interfaz grafica que permite la presentación de la
información de manera detallada, constituyéndose como una herramienta
didáctica donde se puede observar los cambios y comportamientos de las
variables.
El autor concluyó que mediante la manipulación del prototipo
desarrollado el estudiante de ingeniería electrónica tendrá una herramienta
complementaria para su formación integral. El presente trabajo de grado
aporta una visión clara del desarrollo de prototipos y la estructura de cómo
sobrellevarlo a través de la metodología aplicada así como también el
planteamiento didáctico que se enfoca.
Gelbert Randolfo Juárez Morales. (2008). Implementación de un
Laboratorio Virtual con la ayuda de Labview, al curso de circuitos eléctricos.
9
Trabajo de grado de Universidad de San Carlos de Guatemala. La
implementación.
Su enfoque principal es Implementar prácticas virtuales con LabView que
permitan realizar experimentos sobre equipos o elementos simulados,
aplicándolo al curso de Circuitos Eléctricos I, estableciendo las causas que
originan que al estudiante le cuesta entender en la teoría y plasmarlas en
una mejor forma para que analice, comprenda y que al finalizar la práctica
virtual el estudiante conozca con claridad los distintos parámetros eléctricos,
que visualice y demuestre matemáticamente que entendió y que tiene la
capacidad de resolverlo.
La conclusión general de autor expresa la implementación de las
prácticas realizadas con el laboratorio virtual fundamentadas en las leyes
fundamentales de circuitos de DC y AC, brindando así la posibilidad de usar
equipos electrónicos que en los laboratorios escasean. Este trabajo especial
de agrado aporta al presente un contenido teórico claro, de las ventajas de
tener a la disposición un laboratorio como herramienta para la
experimentación y compresión de los fundamentos básicos, permitiendo al
estudiante la asimilación clara y complementada de los principios
electrónicos.
10
Bases Teóricas
Laboratorio de Electrónica
Espacio académico, dotado de los medios necesarios para realizar
investigaciones, experimentos, prácticas y trabajos de carácter científico,
tecnológico o técnico; está equipado con instrumentos de medida o equipos
con que se realizan experimentos, investigaciones o prácticas diversas,
según la rama de la ciencia a la que se dedique. También puede ser un aula
o dependencia de cualquier centro docente, acondicionada para el desarrollo
de clases prácticas y otros trabajos relacionados con la enseñanza.
Tales instrumentos pueden ser: osciloscopios, fuentes de tensión fijas y
variables, tanto de corriente continua o alterna además de los generadores
de señal, Frecuencímetros, Protoboard ,componentes electrónicos y cables.
Figuras 1 Laboratorio de Electrónica
Fuente de alimentación: Es el instrumento que genera señales de tensión
constantes. Se usará para alimentar a los componentes electrónicos, esto es,
11
para suministrarles la energía que necesitan. En digital y en las tecnologías
básicas, también suministran los valores binarios (bajo o 0, y alto o 1).
Generador de señal: Es el instrumento que genera señales de tensión
variables periódicamente en el tiempo. Es muy versátil en cuanto a la
frecuencia de la señal generada y suele dar varios tipos de señal. En digital
se usará, en otros casos, para generar la señal de reloj en circuitos
secuenciales.
Osciloscopio: Es el principal instrumento para la observación y medida de
las señales eléctricas. Representa con mucha precisión y versatilidad en
tiempo real los valores de tensión recogidos por las puntas de las sondas.
Analizador Lógico: Es otro instrumento que se usa para la observación y
análisis de múltiples señales digitales (decenas de ellas). Puede ser un
instrumento específico o estar constituido por una Tarjeta de Adquisición
junto con el PC.
Multímetros: Son instrumentos que realizan medidas de distintos
parámetros eléctricos (resistencias, tensiones, intensidades, capacitancia
etc). No representan las señales.
Tecnologías Libres
La tecnología es el conjunto de conocimientos técnicos y científicos que
permite desarrollar bienes y servicios que satisfagan las necesidades
humanas y faciliten la adaptación al medio ambiente.
12
Las tecnologías libres son aquellas que no precisan de autorización o
licencia para su uso. Más bien, pertenecen a la sabiduría y cultura popular,
propias de la ciudadanía, que es quien las utiliza y explota en su propio
beneficio. Las propuestas sobre tecnologías libres son, cada vez más,
perseguidas en los países ricos, condicionados por las políticas de patentes
y copyright. Pero en los países pobres, el trabajo con estas soluciones es
más frecuente, precisamente porque no dependen de ningún factor
económico ni político que las prohíba, y en muchos casos se convierten en la
única posibilidad de desarrollo.
La apuesta por alternativas de libre disposición es muy necesaria, ya que
descentraliza el acceso a los recursos y reduce la dependencia que durante
estos años se nos ha generado. La "tecnología libre" es aquella que respeta
las libertades del conocimiento libre al protegerse con licencias de derechos
de autor poco restrictivas como GNU, “creative commons” o dominio público.
Resulta de principios científicos aplicados. Incluye Todas las ramas en que
se usan tecnologías o técnicas centradas en el eco desarrollo y la
sustentabilidad. Abordando cuestiones como en el Aprendizaje, el software
libre, el hardware libre, el código abierto, y los estándares abiertos.
Estas tecnologías que permiten su libre reutilización, los productos y
servicios generados con ellas no tienen necesariamente por que ser
gratuitos.
En Venezuela enmarcada en una era de cambios y en búsqueda de una
independencia en todos los campos del saber y medios de producción, se
crea en el 2006 la Fundación Centro Nacional de Desarrollo e Investigación
en Tecnologías Libre (http://www.cenditel.gob.ve/), nacida de diversos
proyectos de innovación de Fundacite Mérida, siendo esta institución en
Venezuela la que apalanca el desarrollo de la filosofía de Hardware Libre en
sus comienzo y posteriormente nacen otras iniciativas.
13
Software Libre: ``Software Libre'' se refiere a la libertad de los usuarios para
ejecutar, copiar, distribuir, estudiar, cambiar y mejorar el software. De modo
más preciso, se refiere a cuatro libertades de los usuarios del software: La
libertad de usar el programa, con cualquier propósito (libertad 0). La libertad
de estudiar cómo funciona el programa, y adaptarlo a tus necesidades
(libertad 1). El acceso al código fuente es una condición previa para esto. La
libertad de distribuir copias, con lo que puedes ayudar a tu vecino (libertad 2).
La libertad de mejorar el programa y hacer públicas las mejoras a los demás,
de modo que toda la comunidad se beneficie. (libertad 3). El acceso al código
fuente es un requisito previo para esto.
Un programa es software libre si los usuarios tienen todas estas libertades.
Así pues, deberías tener la libertad de distribuir copias, sea con o sin
modificaciones, sea gratis o cobrando una cantidad por la distribución, a
cualquiera y a cualquier lugar. El ser libre de hacer esto significa (entre otras
cosas) que no tienes qe pedir o pagar permisos.. Ejemplo de software libres
en el ámbito de la electrónica son los siguientes:
gEDA : El proyecto gEDA consiste en una suite de herramientas para la
automatización del diseño electrónico semejante al orCAD de Win32. Estas
herramientas son utilizadas para el diseño de circuitos electrónicos y
eléctricos, simulación, prototipado y producción. Contempla una amplia
librería de componentes como: 74xxx, AMP/OP’s, Transistores, etc.
SPICE: (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) es un
programa de simulación de circuitos de propósito general, que permite
realizar análisis DC , AC, y transitorio, entre otros. El programa fue
desarrollado en la Universidad de California-Berkeley a principios de los
setenta. Los circuitos analizados pueden contener resistencias eléctricas,
condensadores, inductores, inductores mutuos, fuentes de voltaje y corriente
14
independientes, cuatro tipos de fuentes dependientes, interruptores, y
dispositivos semiconductores: diodos, BJT, JFET, MESFET Y MOSFET.
Orégano: es un programa de diseño y simulación de circuitos electrónicos,
cuya mayor virtud según destacan sus desarrolladores es la sencillez de uso.
Provee de una amplia variedad de librerías de componentes, entre las que se
incluyen: CMOS, TTL, amplificadores operacionales.
de oregano en Simulación de Amplificador Operacional
Figuras 2 Software de Simulación GPL - Oregano
KiCAD: es un programa de código libre (GPL) para la creación de esquemas
electrónicos y circuitos impresos y simulación 3D de los prototipos, la suite
Kicad es un conjunto de cuatro programas y un gestor de proyectos para
realizar circuitos electrónicos:
* Eschema: Creación de esquemas.
* PcbNew: Realización de circuitos impresos.
* Gerbview: Visualización de documentos generados en formato GERBER
(Documentos de fototrazado).
* Cvpcb: Utilidad de selección de las huellas físicas de los componentes
Electrónicos utilizados en el esquema.
* Kicad: Gestor de proyectos.
15
Figuras 3 Software Diseño PCB -3D
Piklab: es un entorno de desarrollo integrado (IDE) para aplicaciones
basadas en micro controladores de Microchip PIC y dsPIC similar al MPLAB.
Trabaja integrado con el compilador y varias herramientas ensambladoras
(como gputils, SDCC, C18) y con el simulador gpsim. Es compatible con los
programadores más comunes (serie, paralelo, ICD2, PICKIT2, PICStart +), el
depurador ICD2, y varios gestores de arranque (Tiny, PICKIT2, y PICDEM).
Figuras 4 Entorno IDE para aplicaciones con Microcontrolaodres
Ktechlab: Es un simulador de circuitos que simula Pics y se puede
programar los algoritmos de forma visual, muy parecido al software
propietario Flow-Code.
16
.
Figuras 5 Simulador de PIC- GPL
Qucs: Es un simulador de circuitos integrados al estilo de Spice. Es capaz de
diseñar un circuito a través de una interfaz gráfica de usuario muy sencilla y
fácil de usar. Está basado en las librerías Qt, y permite, entre otras cosas,
simular señales de gran amplitud, pequeña señal, es un software
multiplataforma, para Linux, Mac OS y Windows .Este simulador incluye una
base de datos que contiene todos los componentes y dispositivos
electrónicos que son necesarios para diseñar nuestro circuito electrónico;
diodos, fuentes de tensión y corriente, capacitadores, resistencias,
transistores, amplificadores operacionales, etc algunas funciones:
Punto operativo CD Análisis de CA de Frec Única
Análisis de CA Análisis de Transitorio
Análisis de Fourier Análisis de Ruido
Análisis de Figura de Ruido Análisis de Distorsión
Comportamiento de Monte Carlo Sensibilidad
Barrido de Parámetro Barrido de Temperatura
17
.
Figuras 6 Entorno de Simulación Electrónica de Señales Analogas
Hardware Libre: son dispositivos de hardware cuyas especificaciones y
diagramas esquemáticos son de acceso público, ya sea bajo algún tipo de
pago o de forma gratuita. La filosofía del software libre (las ideas sobre la
libertad del conocimiento) es aplicable a la del hardware libre. Se debe
recordar en todo momento que libre no es sinónimo de gratis. El hardware
libre forma parte de la cultura libre, algo que tiene en común el hardware con
el software es que ambos corresponden a las partes tangibles de un sistema
informático sus componentes son; eléctricos, electromecánicos y mecánicos
son cables gabinetes o cajas.
Existen muchas comunidades que trabajan en el diseño, desarrollo y pruebas
de hardware libre, y que además brindan soporte. Algunas de ellas son Open
Collector,5 OpenCores6 y el Proyecto gEDA.7.En Venezuela existe una
comunidad recientemente de hardware libre llamada pingüinoVE cuyo
proyecto principal es una tarjeta micro controlador que compite directamente
con arduino. http://www.pinguino.org.ve/. Algunos ejemplos de proyectos de
hardware libre son los siguientes:
Arduino: es una tarjeta electrónica de de computación física basada en una
sencilla placa con un micro controlador y un entorno de desarrollo que
implementa el lenguaje de programación Processing /Wiring (basado en C+
+); se puede utilizar para desarrollar objetos interactivos autónomos, las
placas se pueden montar a mano o adquirirse. El entorno de desarrollo
18
integrado libre se puede descargar gratuitamente. Al ser open-hardware,
tanto su diseño como su distribución es libre. Es decir, puede utilizarse
libremente para el desarrollo de cualquier tipo de proyecto sin haber
adquirido ninguna licencia.
Figuras 7 Ejemplo de Arduino como Sensor de Temperatura
Pingüino: es un tarjeta como el Arduino pero basada en un micro
controlador PIC. La meta de este proyecto es de construir un IDE de fácil
utilización en LINUX,WINDOWS y MAC OS X. En Venezuela hay un proyecto
autóctono basado en este proyecto Francés llamado PingüinoVE, Apoyado
ampliamente por entes del gobierno como: CENDITEL, CNTI, MCTI y
Proyecto Canaima.
Figuras 8 Ejemplo de Pinguino como Volt- Amperimetro
OpenEEG : - Creando un dispositivo EEG de bajo costo y el software libre
asociado, es una exploración neurofisiológica que se basa en el registro de la
19
actividad bioeléctrica cerebral en condiciones basales de reposo, en vigilia o
sueño, y durante diversas activaciones (habitualmente hiperpnea y
estimulación luminosa intermitente) mediante un equipo de
electroencefalografía
.
Figuras 9 Ejemplo de un implementación de Hardware Libre en Medicina
Bases Legales
En la búsqueda del estado por lograr una independencia en todos los
campos del saber y medios de producción surgen una serie de decretos y
leyes enmarcados en lo que se denomina “revolución tecnológica”, aspecto
de índole jurídicos que esbozó a continuación:
En la búsqueda por lograr la independencia, soberanía y autonomía
tecnológica, se emitió el decreto presidencial N° 3.390, publicado en la
gaceta oficial N° 38.095, de fecha 28 de diciembre de 2004, sobre el uso del
software libre en el país para todas las dependencias públicas.
Mediante el uso del software libre, basado en estándares abiertos se
espera robustecer la industria nacional, aumentar y aprovechar sus
capacidades y fortaleciendo la soberanía venezolana, por medio de la
libertad de ejecutar, distribuir, estudiar, cambiar, y mejorar cualquier software
bajo el licenciamiento libre.
Este proceso ha impulsado al ejecutivo nacional a la creación de
estrategias tecnológicas, orientadas al bienestar social y soberanía nacional,
20
obligando al país a eliminar la brecha e independencia tecnológica. De esta
manera se vincula la existencia entre la Tecnología y el Aprendizaje,
impulsando el fenómeno Aprendizaje Tecnológico.
Una de sus primeras definiciones fue la planteada por Lall (1980) & Bell
(1982) citado por Marquis (2007), los autores argumentan que “el
Aprendizaje Tecnológico es la adquisición de capacidad tecnológica interna,
por vía de la formación del capital humano, mediante el adiestramiento en
conjunto con la adquisición de experiencias”.
Master (2000), relaciona los términos Aprendizaje Tecnológicos y
Enseñanza. Una ley empírica de la educación estipula que aprendemos 20%
de los que vemos, 40% de lo que vemos y escuchamos y 70% de los que
vemos, escuchamos y hacemos. Si esto es así la combinación de las
capacidades de los computadores, televisión por satélites y los multimedios
representan una formidable estrategia de educación.
Bajo estas premisas, el gobierno venezolano, por medio del decreto
presidencial 3390 ha instado a las instituciones públicas a ejecutar un plan
de migración de software propietaria a libre, que permita reducir la brecha
tecnológica que ha ocasionado la tecnología llave en mano. Uno de los entes
que apoya tecnológicamente a estas instituciones es el Centro Nacional de
Innovación y Tecnología (CNIT), ente gubernamental de soporte tecnológico
del país y en las nuevas tendencias tecnológicas como el hardware libre, se
encuentra CENDITEL (Fundación Centro Nacional de Desarrollo e
Investigación en Tecnologías Libre). Las Universidades por ser la fuente
principal de nuevos conocimientos para la sociedad, deben insertarse en
este plan de migración tecnológica debido a que mas que entregar
conocimientos a los estudiantes, deben orientarse hacia una cultura de
apertura hacia nuevas tecnología que permitan reducir costos de adquisición
de licencias de software propietario, lo que obliga también a una cultura del
cambio.
21
Por todo lo anterior, surge la necesidad de evaluar en las universidades
públicas venezolanas, este proceso de migración tecnológica desde el
enfoque de aprendizaje tecnológico.
Además podemos anexar leyes y decretos que en sus contenidos conllevan
a que se fomente la cultura de las tecnologías libres en todos sus aspectos
como son:
Gaceta Oficial 39.109 - Normas Técnicas de Formato Abierto de
Documentos ODF PDF y portales web de la APN
El uso de los formatos de archivos ODF y PDF, así como las
características mínimas de los portales web de la Administración
Pública (AP) cuentan con el soporte jurídico que garantizará la
gobernabilidad de las TI en la AP.
Ley Orgánica de Ciencia, Tecnología e Innovación (LOCTI)
Decreto 1.290, con rango y fuerza de Ley Orgánica de Ciencia,
Tecnología e Innovación.
Gaceta Oficial 39.109: del cual se cita el primer artículo que dice
“Todos los entes y órganos de la Administración Pública Nacional
de la República Bolivariana de Venezuela que generen,
procesen o almacenen documentos electrónicos informáticos,
deberán aplicar y utilizar el Formato Abierto de Documentos
(ODF) en su versión 1.0 sin menoscabo de que se empleen
versiones superiores conforme lo indique el ente encargado de
velar por el cumplimiento de la presente resolución”
Gaceta Oficial 39.633: en cuya ordenanza 025, artículo 5
dice “Los Órganos y Entes de la Administración Pública Nacional
deben incluir en los términos de referencia de aquellos contratos
que tengan por objeto la adquisición de estaciones de trabajo, el
requerimiento de justificar su funcionamiento bajo la distribución
Canaima GNU/Linux sin la necesidad de la instalación adicional de
22
componentes o partes privativas o cerradas para su operatividad;
debiendo además ser éste el único sistema instalado en los
equipos desestimando las ofertas que no cumplan esta condición.
Si analizamos las tendencias mundiales con respecto a las tecnologías
libres, debemos evidenciar que todo lo que se comienza a aplicar como
política al software, luego repercute en el hardware y se aplica a este.
Logrando así que se fomente el desarrollo y apropia miento de las nuevas
tecnología de manera sustentable para de la sociedad.
23
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
Modalidad de la Investigación
El estudio propuesto, en torno a los objetivos planteados está enmarcado
dentro del enfoque cualitativo. Con referencia al paradigma cualitativo
Bisquerra (1996:64), describe:
Es una investigación “desde dentro” que supone una preponderancia de lo individual subjetivo. Su concepción de la realidad social entra en la perspectiva humanística. Es una investigación interpretativa referida al individuo a lo particular, y a las características de cada uno de ellos.
De acuerdo al problema planteado referido al desarrollo de un laboratorio
portátil basado en tecnologías libres para los estudiantes de electrónica del
Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño extensión Maturín, y en
función de los objetivos planteados se determina el tipo de investigación
según la modalidad de Proyecto Factible, este consiste en la propuesta de un
modelo funcional viable, o de la posible solución al problema que se plantea,
cuya viabilidad se evidencia en la pertinencia para la mejora en el desarrollos
de las prácticas de laboratorio y el logro de la excelencia académica para
mejora de la comunidad estudiantil y como está enmarcado en una filosofía
de tecnologías libres; permitirá el apoderamiento del mismo por toda la
comunidad nacional e internacional para su implementación y mejora.
24
Tipo de Investigación de acuerdo al Nivel
Para establecer el tipo de investigación que se realiza, el investigador debe profundizar en el grado de objeto o fenómeno que se desea estudiar. Cuando se aborda un tema de investigación es necesario saber cual es el nivel de dificultad, para poder atacarlo de manera sistemática con las posibles soluciones a este problema.
Cabe destacar que los tipos de investigación difícilmente se presentan de una sola forma; generalmente se combinan entre si y obedecen a la aplicación de la investigación como tal. Según Sampieri Roberto (1997, Pág. 60)
“Las investigaciones descriptivas buscan especificar las propiedades importantes de personas, grupos, comunidades o cualquier otro fenómeno que sea sometido a análisis. Miden o evalúan diversos aspectos, dimensiones o componentes del fenómeno o fenómenos a investigar”.
Así mismo Arias G. Fidias (1999, Pág. 20) expresa que “Los estudios descriptivos miden de forma independiente las variables, y aun cuando no se formulen hipótesis, las primeras aparecerán enunciadas en los objetivos de investigación”.
De acuerdo a lo antes mencionado, esta investigación se clasifica del tipo descriptiva ya que busca estudiar las características importantes de la herramienta de un laboratorio de electrónica y con eso poder desarrollar un prototipo de laboratorio portátil. y complementado con una interactividad y simulación.
Técnicas e Instrumento de Recolección de Datos
Toda investigación basa sus conclusiones en los resultados obtenidos
luego del procesamiento y análisis de un conjunto de datos obtenidos
directamente de la población estudiada, por ello es indispensable aplicar
diversas técnicas que permitan la extracción de esa información vital, sin la
cual es imposible desarrollar un proyecto de forma exitosa. Hurtado (2008),
hablando al respecto, dice que :
25
“las técnicas tiene que ver con los procedimientos utilizados
para la recolección de los datos, es decir, el cómo, estas pueden
ser la revisión documental, observación directa, y las entrevistas
no estructuradas” (p.153).
De lo anterior se deduce que los instrumentos representan la
herramienta importante en la cual va a cumplir con los objetivos y metas
planteadas en el proyecto., por lo tanto, las técnicas de recolección de datos
que serán utilizadas en la presente investigación son:
Revisión Documental
Hurtado (2008) la define la revisión documental como “el proceso
mediante el cual un investigador recopila, revisa, analiza, selecciona extrae
diversas fuentes acerca de un tema particular” (p.119) .para elaborar el
proyecto será necesario consultar diversas fuentes escritas en relación a los
procesos que se llevan a cabo en el departamento de RRHH como lo son el
cálculo de prestaciones sociales departamento social, seguro social, archivo
entre otros, con el fin de identificar las funciones y roles de los actores del
negocio, y así poder establecer las actividades que deben realizar los
mismos.
Observación Directa
Hurtado (2008) señala que: “…la observación directa es la técnica de
investigación que consiste en ver u oír hechos o fenómenos que se deseen
estudiar, para este fin adoptar modalidades y utilizar una serie de medidas e
instrumentos que son propios…”. (p.461). Dado que la investigación se
llevará a cabo en los laboratorios de electrónica de Instituto Universitario
Politécnico Santiago Mariño extensión Maturín sede principal anexo A3
26
(IUPSM-A3) será posible tener contacto directo con el personal que allí
labora, de esta forma se podrá presenciar y observar cómo se realizan
procedimientos y las actividades dentro del mismo permitiendo recoger los
datos.
Técnicas de Procesamiento y Análisis de Datos
Los datos adquiridos mediante las técnicas de recolección anteriormente
expuestas, deberán ser analizados con el fin de obtener la información
necesaria para la elaboración del modelado, y de esta forma dar solución al
problema planteado y cumplir con los objetivos de la investigación. Pare ello
se utilizará el Análisis de Contenido, Hurtado (2008) expresa que:
La técnica de análisis constituye un proceso que involucra la clasificación las codificaciones, el procedimiento y la interpretación de la información obtenida durante la recolección de datos, la finalidad del análisis es llegar a conclusiones específicas en relación al evento de estudio y dar respuesta a la pregunta de investigación (p83).
27
CAPÍTULO IV
RESULTADOS
Para la elaboración del Laboratorio portátil, basado en tecnologías libres
para los estudiantes de electrónica del Instituto Universitario Politécnico
Santiago Mariño extensión Maturín, fue necesario realizar una serie de
actividades para cumplir con la finalidad de los objetivos específicos
planteados.
Identificación de los equipos e instrumentos presentes en el laboratorio
de electrónica.
En primer lugar se realiza una visita a los Laboratorios en el Instituto
Universitario Politécnico Santiago Mariño extensión Maturín sede Anexo 3
Piso 2, estando allí se puede observar la presencia de los equipos e
instrumentos con los cuales se realizan los diferentes procedimientos para la
realización de las practicas de electrónica y con autorización del técnico-
encargado de los Laboratorios de Electrónica, el Sr José Vicente Plaza se
procedió a la toma de las características técnicas de los dispositivos que con
frecuencia son utilizados en la mayoría de los procedimientos, que en su
saber, el técnico-encargado luego de 8 años de experiencia en esta labor
son : El Osciloscopio, Multimetro, Fuente de Alimentación Regulada DC y
Generador de Señales de Ondas.
Detallando las características técnicas de estos instrumentos presentes en
los laboratorios tenemos el Osciloscopio Marca GWINSTEK modelo GOS-
635G es análogo de propósito general con 35 MHz de ancho de banda baja
28
sensibilidad de 1mv/div y versátil reajuste este puede realmente capturar
pequeñas señales y es diseñado para un rango amplio de aplicaciones, esta
son sus especificaciones dadas por el fabricante:
CRT
Type 6-inch rectangular type with internal graticule8 x 10 div (1div=1cm)
Z-Axis Input Input Impedance: Approx. 5kΩSensitivity: Above 3Vp-pBandwidth: DC ~ 5MHz
VERTICAL SYSTEM
Sensitivity 5mV/div~5V/div±3%,1mV~2mV/div±5%
Bandwidth DC ~ 35MHz (GOS-635G)DC ~ 10MHz at 1~ 2mV/div
Rise Time 10ns (35ns at 1mV~2mV/div)for GOS-635G
Input Impedance Approx. 1MΩ
Input Coupling AC, DC, GND
Vertical Mode CH1, CH2, DUAL, ADD, CH2 INV(Dual automatic switching ALT and CHOP)
HORIZONTAL SYSTEM
Sweep Time
0.1μs ~ 0.5s/div ±3%100ns ~ 50ms/div ±5% (x 10 MAG)10ns ~ 50ns ±8% (x 10 MAG)
TRIGGER
Trigger Mode AUTO, NORM
Trigger Source CH1, CH2, ALT, LINE, EXT
Trigger Coupling AC, DC, HF REJ, TV
Trigger Slope "+" or "-"
X - Y OPERATION
Sensitivity 5mV ~ 5V/div ±4%
X-axis Bandwidth DC ~ 1MHz
Phase Error 3° or less from DC ~ 50kHz
OUTPUT SIGNAL
Ch1 Signal Output Voltage: approx. 50mV/div into 50Ω
Calibrator Output 1kHz Square wave, 2Vpp ±2%
POWER SOURCE
AC 100V/ 120V/ 220V/ 230V ±10%, 50Hz/ 60Hz
DIMENSIONS & WEIGHT
310(W) x 150(H) x 455(D) mm; Approx. 8.2kgCuadros 1 Especificaciones- Osciloscopio Marca GWINSTEK modelo GOS-635G
29
Figuras 10 Osciloscopio presente en el Laboratorio Marca GWINSTEK modelo GOS-635G
En las características del Multimetro Digital se encuentra el modelo GDM-
8034 de la marca GWISNTEK este posee una pantalla digita amplia de 0.5"
LCD con 3 1/2 dígitos que permite el desplegué de los resultados medidos.
Además posee una serie de ponderosas funciones de prueba de voltajes y
corrientes AC/DC, Resistencia, Capacitancia, Diodos, y un audible beep para
continuidad, permite hacer medidas simples y sencillas; sus prestaciones
técnicas se detallan a continuación:
DC VOLTAGERange 200mV, 2V, 20V, 200V, 1000V 5 rangesAccuracy +(0.5% rdg + 1 digit)Input Impedance 10MΩAC VOLTAGERange 200mV, 2V, 20V, 200V, 750V 5 rangesAccuracy 40Hz ~ 500Hz+(1% rdg + 4 digits)Input Impedance 10MΩDC CURRENT Range 200μA, 2mA, 20mA, 200mA, 2A, 20A 6 rangesAccuracy 200μA ~ 200mA+(0.5% rdg + 1 digit)
2A ~ 20A+(1% rdg + 3 digits)AC CURRENT Range 200μA, 2mA, 20mA, 200mA, 2A, 20A 6 ranges
30
Accurancy 40Hz ~ 500Hz in all ranges200μA ~ 200mA+(1% rdg + 4 digits)2A ~ 20A+(1.5% rdg + 2 digits)
RESISTANCE Range 200Ω, 2kΩ, 20kΩ, 200kΩ, 2MΩ, 20MΩ 6 rangesAccuracy 200W~ 2MΩ+(0.75% rdg + 1 digit)
20MΩ+(1.5% rdg + 5 digits)CAPACITANCE Range 2nF, 20nF, 200nF, 2μF, 20μF 5 rangesAccuracy +(2% rdg + 4 digits)Test Freq. 300Hz +5%DIODE TEST Test Current Max. 2.5mAOpen Voltage Max. 3.2VCONTINUITY BEEPER Description Buzzer sounds when conductance < 30ΩTest Current Max. 2.5mAOpen Voltage Max. 3.2VDISPLAY 0.5" LCD displayPOWER SOURCE AC 110V/220V +15%, 50/60HzDIMENSIONS & WEIGHT 245(W) × 95(H) × 280(D) mm
Approx. 2kgCuadros 2 Especificaciones Multimetro GDM-8034 de la marca GWISNTEK
Figuras 11 Multimetro Presente en el Laboratorio GWISNTEK- GDM-8034
El Generador de funciones, está presente el modelo GFG-8219A de la marca
GWINSTEK el cual ofrece una completa solución en la generación de
señales en el rango de 3MHz/5MHz. Presenta embebido las funciones
estándar de salida como TTL/CMOS/Rampa, voltaje controlado por
31
frecuencia (VCF), pantalla de 6 dígitos, barrido lineal y logarítmico con salida
de modulación AM/FM; en sus especificaciones técnicas:
GFG-8219A
MAIN
Frequency Range 0.3Hz ~ 3MHz (7 Range)
Amplitude >10Vpp (into 50Ω load)
Impedance 50Ω±10%
Attenuator -20dB±1dBx2
DC Offset <-5V ~ >5V (into 50Ω load)
Duty Control 80% ~ 20%, maximum 1MHz (continuously adjustable)
Display 6 digits LED display *GFG-8215A does not have a display
Range Accuracy ±5%+1Hz (at 3 positions)
SINE WAVE
Distortion < 1%, 0.3Hz ~ 200kHz
THD (Total Harmonic Distortion)
< 35dB, below fundamental in all ranges, from Max to 1/10 level
Flatness < 0.3dB, 0.3Hz ~ 300kHz< 0.5dB, 300kHz ~ 3MHz
TRIANGLE WAVE
Linear > 98%, 0.3Hz ~ 100kHz> 95%, 100kHz ~ 3MHz
Symmetry ±2%, 0.3Hz ~ 100kHz
Rise or Fall Time < 100nS at maximum output (into 50Ω load)
CMOS OUTPUT
Level 4Vpp±1Vpp ~ 14.5Vpp±0.5Vpp adjustable
Rise or Fall Time < 120nS
TTL OUTPUT
Level > 3Vpp
Fan Out 20 TTL load
Rise or Fall Time < 25nS
VCF (Voltage Controlled Frequency)
Input Voltage 0V ~ 10V±1V (100 : 1)
Input Impedance 10kΩ±10%
GCV (Generator Controlled Voltage) (GFG-8219A)
Output Voltage Sets the voltage between 0V ~ 2V according to the frequency
SWEEP OPERATION (GFG-8219A)
Sweep Selection Switch selector
Sweep Rate Maximum 100 : 1, adjustable
Sweep Time 0.5sec ~ 30sec, adjustable
Sweep Mode Lin/Log switch selector
AMPLITUDE MODULATION (GFG-8219A)
Depth 0 ~ 100%
MOD. Frequency 400Hz (INT), DC ~ 1MHz(EXT)
32
Carrier BW 100Hz ~ 3MHz (-3dB)
EXT Sensitivity < 10Vpp for 100% modulation
FREQUENCY MODULATION (GFG-8219A)
Deviation 0 ~ ±5%
MOD. Frequency 400Hz (INT), DC ~ 20kHz(EXT)
EXT. Sensitivity < 10Vpp for 10% modulation
FREQUENCY COUNTER (GFG-8219A)
INT/EXT Switch selector
Range 0.3Hz ~ 3MHz (5Hz ~ 150MHz EXT)
Accuracy Time base accuracy±1 count
Time Base ±20ppm(23° C ± 5° C)after 30 minutes warm up
Resolution 100nHz for 1Hz, 1Hz for 100MHz
Input Impedance 1MΩ // 150pF
Sensitivity < 35mVrms (5Hz ~ 100MHz)< 45mVrms (100MHz ~ 150MHz)
POWER SOURCE
AC115V/230V±15%, 50 / 60Hz
DIMENSIONS & WEIGHT
251(W) x 91(H) x 291(D)mm Approx. 2.2 kg(GFG-8219A)
Cuadros 3 Especificaciones Generador de Funciones GWINSTEK- GFG-8219A
Figuras 12 Generador de Funciones Presente en el Laboratorio Marca- GWINSTEK- GFG-8219A
La fuente de alimentación Regulada DC es de la marca GWINSTEK en el
modelo GPS-2303, el cual posee 2 canales de salida de 180 W, Protección
contra sobrecarga y polaridad inversa, con un encendido/apagado
automático para las condiciones inesperadas, Una regulación de alta (0,01%
+3 mV) y baja ondulación/ruido (<1mVrms, 5 Hz ~ 1 MHz) se mantienen para
33
el canal 1 y 2 en modo de voltaje constante; ventilador de refrigeración
automatizado de control de velocidad que minimiza el ruido del ventilador de
acuerdo con las condiciones de carga, lo que garantiza un funcionamiento
silencioso, sus especificaciones técnicas son:
GPS-2303 CH1 CH2Voltage 0~30V 5V FixedCurrent 0~3A 3A Max.Tracking Series Voltage 0~60V
0~6A ---Tracking Parallel Current
CONSTANT VOLTAGE OPERATION (CH1, CH2)Line Regulation ≦0.01% + 3mVLoad Regulation ≦0.01% + 3mV (rating current≦3A)≦0.02% + 5mV (rating current >3A)Ripple & Noise ≦1mVrms 5Hz ~ 1MHzRecovery Time ≦100μS ( 50% Load change, Minimum
load 0.5A )CONSTANT CURRENT OPERATION (CH1, CH2)Line Regulation ≦0.2% + 3mALoad Regulation ≦0.2% + 3mARipple Current ≦3mArmsTRACKING OPERATION (CH1, CH2)Tracking Error ≦0.5% + 10mV of CH1Series Regulation ≦0.01% + 5mVLoad Regulation ≦300mVRipple & Noise ≦2mVrms, 5Hz ~ 1MHz
Recovery Time 1AMETERDigitalAccuracy
GPS-2303 Accuracy ± (0.5% of rdg + 2 digits)
INSULATIONChassis and Terminal ≧DC 500V / 20MΩChassis and AC Cord ≧DC 500V / 30MΩPOWER SOURCE AC 100V/120V/220V ±10%, 230V(+10% ~ -
6%), 50/60HzDIMENSIONS & WEIGHT 255(W) x 145(H) x 265(D)mm, Approx. 7kg
Cuadros 4 Especificaciones- Fuente DC Marca GWINSTEK- GPS-2303
34
Cuadros 5 Fuente DC Presente en el Laboratorio Marca GWINSTEK- GPS-2303
Análisis y determinación de los requerimientos básicos de los equipos
e instrumentos del laboratorio
Con la identificación de los equipos e instrumentos del laboratorio se crea
una visión de los instrumentos, parámetros y características esenciales para
realizar las practicas elementales, de esta manera se comienza con el
análisis de los requerimientos de las variables que se usan frecuentemente
en los procedimientos realizados en el laboratorio, dichos requerimientos
deberán ser basados en las especificaciones técnicas de cada uno de los
instrumentos seleccionados en la identificación, enfocando los rangos y
valores de las variables que estos evalúan y proveen.
Para el análisis y determinación de los rangos y valores que frecuentemente
son manipulados por los estudiantes de electrónica en sus prácticas en el
laboratorio, se recurre a los alcances de los objetivos de las materias del
contenido programático, donde se estipule la experimentación como base del
reforzamiento de la teoría inmersa en dichas materias, que conforman la
base de la formación académica del estudiante durante su formación en la
carrera de Ingeniería en Electrónica.
35
Realizando un recorrido por el contenido programático de la carrera :
I SEMESTRE VI SEMESTRE
LENGUAJE Y COMUNICACIÓN COMUNICACIONES
METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION I METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION II
MATEMATICAS I MEDICIONES ELECTRICAS
ACTIVIDAD DE ORIENTACIÓN SISTEMAS DIGITALES I
EDUC. SALUD FISICA Y DEPORTES I ELECTRONICA II
ACTIVIDAD DE FORMACION CULTURAL I ELECTIVA III
INTROD. A LA INGENIERIA ELECTRONICA VII SEMESTRE
QUIMICA MICROONDAS
II SEMESTRE LAB. DE COMUNICACION Y MICROONDAS
MATEMATICAS II TEORIA DE CONTROL
EDUC. SALUD FISICA Y DEPORTES II SISTEMAS DIGITALES II
ACTIVIDAD DE FORM. CULTURAL II ELECTRONICA III
INGLES I ELECTIVA IV
ALGEBRA LINEAL VIII SEMESTRE
FISICA I RADIACIÓN Y PROPAGACIÓN
III SEMESTRE INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL
INFORMATICA INSTRUMENTACIÓN ELECTRONICA
MATEMATICAS III ELECTRONICA DE POTENCIA I
INGLES II TEORIA MODERNA DE CONTROL
DIBUJO PROYECTO DE EXTENSIÓN
GEOMETRIA ANALITICA ELECTIVA V
FISICA II IX SEMESTRE
IV SEMESTRE CONTROL DE PROCESOS
PROGRAMACIÓN LAB. DE ELECTRONICA Y POTENCIA
MATEMATICAS IV ELECTRONICA DE POTENCIA II
LABORATORIO DE FISICA PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
CIRCUITOS ELECTRICOS I PROYECTO DE CONTROL
ESTADISTICA ELECTIVA VI
ELECTIVA I ETICA Y DEONTOLOGIA PROFESIONAL
V SEMESTRE X SEMESTRE
ANALISIS NUMERICO TRABAJO DE GRADO
TEORIA ELECTROMAGNETICA PASANTIA
CIRCUITOS ELECTRICOS II
ANALISIS DE SEÑALES
ELECTRONICA I
ELECTIVA II
Cuadros 6 - Asignaturas de Ing. Electrónica por Semestre
Y estudiando sus contenidos programáticos detallamos a continuación las
materias que conforman la base de la formación académica que presentan
experimentación:
IV SEMESTRE HT HPCIRCUITOS ELECTRICOS I 3 2
36
V SEMESTRE HT HPCIRCUITOS ELECTRICOS II 2 2ELECTRONICA I 2 3VI SEMESTRE HT HPMEDICIONES ELECTRICAS 2 2SISTEMAS DIGITALES I 2 2ELECTRONICA II 2 2VII SEMESTRE HT HPSISTEMAS DIGITALES II 2 2ELECTRONICA III 2 2VIII SEMESTRE HT HPINSTRUMENTACIÓN ELECTRONICA 2 2ELECTRONICA DE POTENCIA I 2 2IX SEMESTRE HT HPLAB. DE ELECTRONICA Y POTENCIA 1 _ELECTRONICA DE POTENCIA II 3 2
Cuadros 7 - Relación de Asignaturas por semestre con prácticas en Laboratorio
En los objetivos inmersos de cada una de las materias presentadas
anteriormente se pueden observar; los siguientes objetivos teórico-prácticos
que en alumno de debe vivencial para internalizar su fundamentación teórica.
Circuitos Eléctricos I: El alumno deberá adquirir conocimiento en
elementos de circuitos, fuentes reales e irreales, circuitos resistivos, leyes
Kirchhoff para redes eléctricas, teoremas de redes, formas de ondas y
funciones, elementos de almacenamiento de energía – condensadores,
elementos de almacenamientos de energía inductancia, soluciones de
circuitos RL – RC en el dominio del tiempo, transitorios (naturales).
Circuitos Eléctricos II: El alumno deberá adquirir conocimiento de Circuito
de primer orden RC y RL con excitación variable. Circuito de segundo orden
RCL con excitación variable. Transformada de Laplace. Régimen senoidal
permanente. Potencia eléctrica en régimen senoidal. Sistema trifásico.
37
Circuitos acoplados magnéticamente. Funciones de red de dos puertos.
Resonancia Método de Fourier.
Electronica I: circuitos electrónicos de componentes discretos, Diodos y
Semiconductores, Teoría y Polarización del B.J.T.,Análisis de Pequeña señal
– Baja frecuencia – Cascada, Teoría y Polarización del F.E.T.
Mediciones Electricas: El alumno deberá adquirir conocimiento de cómo
determinar el error cometido durante una medición si se compara con los
valores de los patrones básicos.
Sistemas Digitales I: El alumno deberá adquirir conocimiento de cómo
Diseñar Circuitos lógicos simples, Flip Flop, circuitos Secuenciales con Flip
Flop( JK, SRD, T),
Electrónica II: El alumno deberá adquirir conocimiento de cómo Analizar
el funcionamiento de el Amplificador Diferencial Analizar y Diseñar Circuitos
Realimentados Analizar y determinar respuestas en frecuencia (Altas y
Bajas) Analizar y Diseñar Circuitos Amplificadores Operacionales en sus
diversas Aplicaciones.
Sistemas Digitales II: El alumno deberá adquirir conocimiento de análisis
y diseño de circuitos contadores y divisores de frecuencia asíncronos con bi-
estables, análisis y diseño de circuitos contadores y divisores de frecuencia
38
síncronos con biestables, contador síncrono ascendente/descendente,
aplicaciones de los contadores.
Electrónica III: El alumno deberá analizar y diseñar circuitos
conformadores de ondas, analizar y diseñar circuitos generadores de ondas,
analizar el comportamiento del transistor como elemento de conmutación,
analizar y diseñar circuitos multivibradores. Determinar las aplicaciones del
amplificador operacional como un CI útil para la construcción de circuitos
integradores, diferenciadores, monoestables, biestables recortadores, filtros y
comparadores, diseñar los distintos circuitos osciladores a través del cálculo
de sus parámetros, Describir en forma detallada el multivibrador CI 555,
diseñar con el 555 un multivibradores mono estable, estable y un generador
de base de tiempo, diseñar fuentes conmutadas con elementos discretos y
circuitos integrados, analizar los circuitos convertidores ADC y DAC.
Instrumentación Electrónica: Al finalizar la asignatura el estudiante estará
en capacidad de interpretar y aplicar los conceptos fundamentales referente
a los instrumentos de corriente continua y alterna y diseño multirangos,
efectos de carga de los instrumentos, instrumentos electrodinámicos, medida
de resistencia: Método indirecto (voltímetro, amperímetro) y método directo:
ohmimetro, puentes de corriente directa y alterna. El osciloscopio,
operaciones, puntas de prueba, medida de frecuencia y ángulo de fase,
sistemas de deflexión horizontal y vertical. Transformadores de medida.
Principio de los transformadores de potencial y de intensidad, conexiones.
Vatímetro, varimetro y clasificación de los transductores, criterios de
selección, aplicación, ubicación en el proceso industrial.
39
Electrónica de Potencia I: El alumno deberá adquirir conocimiento de
cómo Analizar el funcionamiento Introducción a la electrónica de potencia,
dispositivo de control, circuitos con interruptores y diodos, rectificación de
media onda. Interruptores controlados de estado sólido, rectificación
controlada de media onda, conmutación, efectos térmicos y fenómenos
disturbantes, rectificación monofásica controlada de onda completa.
Electrónica de Potencia II y Laboratorio: El alumno deberá adquirir
conocimiento las diferentes aplicaciones y funcionamiento de los tipos de
convertidores existentes, análisis de armónicos en los diferentes tipos de
convertidores, tipos de convertidores, convertidores en motores de inducción,
convertidores de voltaje AC-AC, DC-DC , AC-DC, DC-AC, convertidores
monofásicos y trifásicos.
Al hacer este recorrido por los diferentes objetivos en las materias
teórica-prácticas fundamentales y en conversación con el técnico-encargado
del laboratorio de electrónica que supervisa, coordina y ayuda a profesores y
alumnos en los procedimientos correctos de utilización de los equipos
durante las prácticas, se puede determinar que los rangos de medidas en
DC oscilan frecuentemente entre 0 y 30 Volt, en AC de 0-120 Volts, las
frecuencias observadas en el osciloscopio en promedio no sobre pasa los
100 KHz y los 60 Volts pico-pico, mayormente se estudian señales
senoidales, cuadrada y diente de Sierra, las corrientes oscilan de 0–2 Amp.
Con este análisis de los valores que se miden y proveen los instrumentos,
durante la mayoría de las prácticas que se realizan en los laboratorios se
determinan las variables para poder prever la selección de los diseños del
prototipo de laboratorio de electrónica portátil.
40
Investigación y selección de los diseños accesibles y adecuados
basados en tecnologías libres dentro del ámbito tecnológico
Con el devenir de los avances tecnológicos las patentes y licencias en el
mundo globalizado se han ido apoderado del conocimiento y de los medios
de producción presentes en nuestros días, aspectos que en tiempos pasados
no estaban previstos o evidenciados fuertemente, es así como nace en los
países más desarrollados y con visiones claras y vividas en su desarrollo
tecnológico a través del tiempo, una ideología alternativa que permita a los
países, gobiernos, academias poder desarrollar tecnología y conocimiento,
con base en la colaboración y libertad del saber y la técnica, sin la limitante
de uso de licencias privativas o patentes, de esta manera se enfoca el
desarrollo de este prototipo, basado en la premisa de las tecnologías libre,
donde a continuación se recurre a la indagación dentro del mundo
globalizado, de diseños enmarcado en licencia de libre uso GPL, para ser
reutilizados en el desarrollo del proyecto.
El osciloscopio Digital
Para la selección del diseño del osciloscopio se estudiaron varios
diseños basados en tecnologías libres, buscando que prevalecieran los
criterios y requerimientos básicos determinados anteriormente de una lectura
de frecuencia de hasta 100 KHz y 60 Volts pico-pico, para ello la mejor
opción con esa característica al momento de esta investigación se detalla a
continuación :
Diseño elaborado por JYE Tech Ltd, Guilin University Science Park, Unit
302 Guilin, Guangxi, China Post Code: 541004. [email protected]. El cual
presenta : un canal de lectura de onda con resolución de 8 bits, ancho de
41
banda analógica de 1MHZ, sensibilidad Vertical - 100mV/Div - 5V/Div, Input
impedancia de entrada de - 1M ohm, Máximo voltaje de entrada de 50Vpk
(punta de 1x) (500Vpk para punta 10x), sensibilización Horizontal 0.5us/Div –
10min/Div, disponibilidad de funciones FFT(transformada rápida de Fourier),
medidor de frecuencia (para niveles TTL).
Su funcionamiento se basa en la capacidades de procesamiento del
Microcontrolador ATmega64Au AVR de 8 bit de alto rendimiento y bajo
consumo de arquitectura RISC avanzada, 130 instrucciones, la mayoría de
un simple ciclo de clock de ejecución, 32 x 8 registros de trabajo de propósito
general + registros de control periféricos, capacidad de procesamiento de
unos 16 MIPS a 16 MHz, funcionamiento estático total, multiplicador On-Chip
de 2 ciclos, 64K bytes de FLASH reprogramable en sistema.
La gran diferencia entre un osciloscopio analógico y uno digital es que, el
primero, trabaja directamente con la señal aplicada, mientras que el
segundo, la almacena digitalmente y luego la muestra. Esto lo hace mediante
un ADC que convierte la señal de entrada en información digital.
Cuadros 8 - Diagrama de Bloques de Osciloscopio Digital
42
Después de esta etapa de entrada, encontramos el sistema de
adquisición de datos. Este se basa en un ADC, que convertirá la señal
analógica en información digital, una memoria que vendrá controlada por
unos contadores y un microcontrolador, el cual se encargará tanto de
procesar la señal para ser mostrada por display, donde se visualizará la
señal por software. Además, el trigger, disparo, a elegir entre flanco
ascendente, flanco descendente, se hará también por software.
Este dispositivo al ser un diseño con fundamentación en la enseñanza y la
filosofía del las tecnologías libres se encuentra todas las especificaciones,
componentes y diagramas para ser reproducido libremente y estos son los
siguientes:
Lista de Componentes
Categoria Valor CantidadCapacitor 0.1uF/100V 1Capacitor 1pF 1Capacitor 0.1u 1
2Capacitor 100uF 5Capacitor 470uF/16V 1Capacitor 10uF 2Capacitor 22pF 2Capacitor 680pF 2Diode BAV199 1Zener 3.0V 1Diode 1N4007G 1Diode 1N5819 1Regulator CJ431 1Jumper (Use by a piece
of wire)1
Connector POWERJACK-3.5
1Header HEADER 5X2,
0.1"1
Connector RCA JACK 1LCD TG12864D-04 1Inductor 100uH 3Inductor 1mH/0.5A, Φ6
X 71
Trimmer 10K, Bourns 3314
1
Transistor 8550 1Transistor MMBT3904 1Resistor 249 1% 2Resistor 475 1% 6Resistor 150 1% 1Resistor 10K 6Resistor 499 1% 1Resistor 909K 1% 1Resistor 100 1% 2Resistor 100K 1% 1Resistor 0R 6
Categoria Valor CantidadResistor 2K 2Resistor 1K 6Resistor 2M 2Switch SW_2P3T, SS-
23D073
Switch Tact, 6X6X9mm
9
IC NE5532 1IC TL084/SO 1IC LM7805C/
TO2201
IC ATmega64AU 1IC TLC5510/SO 1Crystal 20MHZ 1PCB 109-06200-
00C1
Connector 1 X 20Pin, 2mm
1
Connector 1 X 2Pin, 2mm 2
Screw Pan head, M3 x 8
1Nut M3 1Clip Red, small size 1Clip Black, small
size1
Plug RCA 1
Wire AWG24, stranded, 100mm len, red
1Wire AWG24,
stranded, 100mm len, 1
Heat shrink tube
Φ2mm，40mm
2
Heat shrink tube
Φ4mm，40mm
1Heat sink KF-032_16 1Panel 702-06202,
front and back1
Standoff M3 x 6 + 6 4Standoff M3 x 15 4Screw Screw ， pan
head, M3 x 68
Switch Cap KM1-A06 9Firmware 113-06208-020
(or later)1
Document Schematic 1Document Quick
Reference1
Cuadros 9 Lista de componentes para el Osciloscopio Jyetch 602
43
Figuras 13 Componentes para armar el Osciloscopio jytech 602
Diagrama por Bloques
Figuras 14 Esquema de la Entrada
Bloque de entrada: dado que es la etapa donde se trata la señal de
entrada, tenemos que encontrar componentes que añadan el mínimo error
posible a dicha entrada tenemos el TL084: Amplificador operacional de
44
banda ancha(3Mhz.), alta velocidad, con entrada JFET. Tiene una corriente
de polarización muy baja (30pA).. Buscamos precisión por encima de todo.
Todo lo que son componentes pasivos, resistencias y condensadores,
tendrán que tener la mínima tolerancia posible y complementamos con el
Amplificador Operacional NE5532 como preamplificador en la etapas de
atenuación.
Microcontrolador AVR ATmega644 sus características principales son
Alto - rendimiento, baja potencia avr® de 8-bit, este microcontrolador
presenta avanzada arquitectura risc con 131 instrucciones de gran alcance la
mayoría solo, ciclo de reloj de ejecución hasta 20 mips de rendimiento a 20
mhz opcional de arranque de la sección de código con independiente de bits
de bloqueo, características de periféricos: Dos 8-bit de temporizador/con
contadores prescalers por separado y comparar los modos, seis canales de
pwm, 8 canales,de10-bit adc.
Figuras 15 Esquema de Conexion del Microcontrolador
45
Figuras 16 Convertidor ADC
El Bloque de conversión ADC esta conformado principalmente por
TLC5510, el cual es un convertidor analógico-Digital de alta velocidad y de 8
bit , es de un solo canal a una rata de muestreo de 20 msps y de bajo
consumo, gracias a esta etapa se pude hacer el muestreo de la señal y
mostrarla en la etapa de salida LCD..
Estructura Principal de Codigo Fuente para el Osciloscopio Jyetech
602k
Aquí se presenta la estructura básica del código y en los anexo se detallan
todas las librerías usadas para el funcionamiento correcto del osciloscopio, el
lenguaje utilizado es “C” y el compilador el WinAVR(GCC) com un
programador USB AVR Programmer.
=================================
DSO 062 Learning Edition (LE)
(C) JYE Tech Ltd. All right reserved
Forum: forum.jyetech.com
Email: [email protected]
=================================
46
Entrada Analógica
1. Purposes
-----------
DSO 062 Learning Edition was created to serve three purposes:
1 ) To provide a DSO programming example for students and beginners
2 ) To provide a base for DIYers to add their own features to DSO 062
3 ) To provide a programming template for everyone who want to use DSO 062 board for
their own projects.
2. Contents
-----------
Files contained in this package include:
1 ) 113-06210-001.c -- The main program
2 ) Board.c -- Functions for initialization and lower level operation
3 ) Board.h -- Header file
4 ) Command.c -- Functions for key command analysis and execution
5 ) Command.h -- Header file
6 ) Common.c -- Basic type definitions and general functions
7 ) Common.h -- Header file
8 ) DSO.c -- Functions of oscilloscope core
9 ) DSO.h -- Header file
10 ) FMeter.c -- Functions for frequency meter
11 ) FMeter.h -- Header file
12 ) Screen.c -- Functions for screen related operations
13 ) Screen.h -- Header file
14 ) Zmon.s -- Assembler subroutines
15 ) makefile -- Winavr script file for building the project
16 ) readme.txt -- This file.
3. Limitations
--------------
Comparing to full version DSO 062 firmware the Learning Edition has the following limitations:
1 ) Maximun sampling rate was limited to 100Ksps
2 ) No FFT function
3 ) No screen image transfer (hardcope) function
The project was developped under WinAVR(GCC). Under Windows environment please follow the
steps
below to build the project:
1 ) Download WinAVR from http://winavr.sourceforge.net/. Install it and have environment
variables setup properly as instructed in the accompanied documents.
2 ) Unzip all files in this package to a folder.
47
3 ) Open a command line window under Windows. Switch to the folder that contains the unzipped
files
with "CD" command. Type and execute "make all" from the folder.
----------
DSO 062 Learning Edition is an open source software to implement digital storage oscilloscope
on JYE Tech DSO 062 board. It is a free software and is opened for education, research, and
commercial
developments under license policy of the following terms.
Copyright (C)2011 JYE Tech Ltd., All right reserved
1 ) DSO 062 Learning Edition is a free software and there is NO WARRANTY.
2 ) You can use, modify, and redistribute it for personal, non-profit, or commercial product UNDER
YOUR OWN RESPONSIBILITY.
3 ) If it is used in commercial product your product must not be in the name of "JYE Tech" and
must not
contain "DSO 062" in its title.
4 ) Redistributions of source codes must retain the above copyright notice.
8. Revision History
-------------------
Version Date Summary
--------------------------------
0.01 2011.07.22 First release.
El Multimetro Digital
Se evaluaron varios diseños basados en tecnologías libres, buscando
que prevalecieran los criterios y requerimientos básicos determinados
anteriormente buscando una medición DC frecuentemente entre 0 y 30 Volt,
en AC de 0-120 Volts, medidas de corriente hasta los 2 amp, medir
resistencia, capacitancias, y determinar continuidad para ello la mejor opción
con esa característica al momento de esta investigación se detalla a
continuación:
Diseño elaborado por SparkFun Electronics 6175 Longbow Drive Suite
200 Boulder, CO 80301, USA, https://www.sparkfun.com/products/10956,
este es un multimetro sencillo que puede introducir al estudiante fácilmente
48
en las nociones básicas de medición tiene un rango de medida de 0 a 30 volt
DC, una corriente 0-500mA con 1mA resolución, medición de resistencia y
prueba de continuidad es un diseño con la filosofía del las tecnologías libres
y posee todas las especificaciones, componentes y diagramas para ser
reproducido libremente y estos son los siguientes:
Lista de Compomentes
Funcionamiento del multimetro :
Los Multimetros Digitales tienen de varias funciones y su diagrama de
bloques constan de un selector de escala, un conversor análogo/digital, un
de codificador y un visualizador.
49
Cantidad Componente
1 ATMega328
1 LM358 Op-Amp
1 3.3V Voltage Regulator
1 Red 4-Digit 7-Segment Display
1 Buzzer 2.048 KHz
1 Battery Holder Pack AA x 4
1 100uF Capacitor
1 10uF Capaciator
2 1.0kΩ Resistor
2 10kΩ Resistor
1 5.6kΩ Resistor
1 1.2kΩ Resistor
1 1.0Ω Resistor
1 SPDT Mini Power Switch
1 Push Button Switch
1 Banana to Test Probes Pair
Cuadros 10 Lista de Componentes del Multimetro
Figuras 17 Diagrama de bloques de Multimetro
En el montaje del multimetro digital con el microcontralador atmega328, el
cual posee 32KB de memoria flash para programación, RAM: 2KB
Interfaz: 2-wire, SPI, USART, Velocidad: 20MHz, 23 Puertos de
entrada/salida programables, 3 Temporizadores y 6 Canales de ADC de 10
bits. Con estas características fácilmente podemos implementar el diagrama
de bloques expuesto, ya que con sus 6 canales ADC podemos recibir la
señal de entrada del selector y este bloque conversor realizara un muestreo
y comparación con un valor de referencia para luego mostrar por el LCD
luego de decodificar el resultado.
Figuras 18 Esquema de multimetro Digital
50
Codigo Fuente para el Multimetro
El código fuente esta en lencuaje c y puede ser programado en el atmega128
con el compilador el WinAVR(GCC) com un programador USB AVR
Programmer.
/* Multimeter Kit v1.52/10/2010SparkFun ElectronicsJim Lindblom
Basic Multimeter code to test voltage, current, resistance (continuity).and display the result on a 4-digit, 7-segment display
*/
#define F_CPU 8000000
#include <avr/io.h>#include <math.h> // Needed for trunc function#include <util/delay.h>#include <avr/interrupt.h>
/* Function Definitions */void ioinit(void);void display(int number, int digit);
// SBI and CBI to set/clear bits#define sbi(port_name, pin_number) (port_name |= 1<<pin_number)#define cbi(port_name, pin_number) ((port_name) &= (uint8_t)~(1 << pin_number))
uint8_t DPStatus = 0x00;volatile uint8_t mode = 1;volatile int dig0 = 0;volatile int dig1 = 0;volatile int dig2 = 0;volatile int dig3 = 0;volatile uint8_t resDP = 0;
// Interrupt Timer 1 updates the displayISR(TIMER1_COMPA_vect){
if (mode == 1) DPStatus = 0b00000010;if (mode == 2) DPStatus = 0b00000001;if (mode == 3) DPStatus = resDP;
display(dig0, 0);_delay_ms(1);display(dig1, 1);_delay_ms(1);display(dig2, 2);_delay_ms(1);display(dig3, 3);_delay_ms(1);PORTB = PORTB & 0b11100000;
}
// Interrupt Timer 0 checks for button press
51
ISR(TIMER0_COMPA_vect){
// Check mode buttonif((PINB & (1<<5)) == 0){
TIMSK1 = 0; // Turn off timer 1 interrupt temporarily
mode++;if (mode == 4) mode = 1;
// Update Displayfor (int i = 0; i<125; i++){
DPStatus = 0xFF;display(mode, 0);_delay_ms(1);display(mode, 1);_delay_ms(1);display(mode, 2);_delay_ms(1);display(mode, 3);_delay_ms(1);display(mode, 4);_delay_ms(1);PORTB = 0b00111111;_delay_ms(1);
}DPStatus = 0x00;
PORTB = PORTB | 0b00100000;TIMSK1 = _BV(OCIE1A); // Enable OCR1A interrupt
}}
int main(){
float adResult = 0;float voltage = 0;float resistance = 0;double current = 0;int buzzPeriod = 200;
ioinit();
while(1){ // Every loop starts with ADC measurement
// measurement is processed and display updatedADMUX = mode - 1;ADCSRA = ADCSRA | (1<<ADSC); // Start ADC conversionwhile(!(ADCSRA & (1<<ADIF))) // Wait for AD interrupt flag
;adResult = ((ADCL) | ((ADCH)<<8)); // Shift high and low to 10-bit
/* This code will display ADC resultsdig0 = trunc(adResult/1000);dig1 = trunc(adResult/100) - 10*dig0;dig2 = trunc(adResult/10) - 100*dig0 - 10*dig1;dig3 = trunc(adResult) - 1000*dig0 - 100*dig1 - 10*dig2;
*/if (mode == 1) // Voltage mode{
voltage = adResult/1024;dig0 = trunc(voltage*3.281);dig1 = trunc(voltage*32.81) -10*dig0;dig2 = trunc(voltage*328.1) - 100*dig0 - 10*dig1;dig3 = trunc(voltage*3281) - 1000*dig0 - 100*dig1 - 10*dig2;
52
}if (mode == 2) // Current mode{
current = adResult/1024;dig0 = trunc(current*0.484);dig1 = trunc(current*4.84) - 10*dig0;dig2 = trunc(current*48.4) - 100*dig0 - 10*dig1;dig3 = trunc(current*484) - 1000*dig0 - 100*dig1 - 10*dig2;
}if (mode == 3) // Resistance mode{
resistance = (1024000/(adResult+1)) - 1000;if (resistance < 10000) resDP = 0;if ((resistance >= 1000000)&&(resistance < 200000)){
resDP = 0b00000111;resistance /= 1000;
}else if ((resistance >= 100000)&&(resistance < 200000)){
resDP = 0b0000100;resistance /= 100;
}else if ((resistance >= 10000)&&(resistance < 200000)){
resDP = 0b00000010;resistance /= 10;
}else
resDP = 0b00001000;if ((resistance < 10000)&&(resistance < 200000)){
dig0 = trunc(resistance/1000);dig1 = trunc(resistance/100) - 10*dig0;dig2 = trunc(resistance/10) - 100*dig0 - 10*dig1;dig3 = trunc(resistance) - 1000*dig0 - 100*dig1 - 10*dig2;
}else{
resDP = 0x00;dig0 = 10; // -dig1 = 0; // 0dig2 = 11; // Ldig3 = 10; // -
}
// Buzzer if Resistance = 0if (resistance == 0){
cli(); // disable interrupts, else get yucky buzzerfor(int i = 0 ; i < 100 ; i++){
cbi(PORTC, 4);sbi(PORTC, 5);_delay_us(buzzPeriod);sbi(PORTC, 4);cbi(PORTC, 5);_delay_us(buzzPeriod);
}sei(); // enable interrupts
} }
if ((mode == 1)||(mode == 2)||((mode==3)&&(adResult<1023)))_delay_ms(50); //This delay is to make display more readable in V anc I modes
PORTC = 0b0001000;}
53
return 0;}
void ioinit(void){
sei();
DDRD = 0xFF; // Set data direction for port D (A,B,...,G)PORTD = PORTD | 0b00000000; // Initialize all segments offDDRB = 0b00011111; // Set data direction for digits and button (PB5)PORTB = PORTB | 0b00111111; // All digits off, button highDDRC = 0x78; // PC0-2 are input, rest output/* Set up ADC */ADCSRA = (1<<ADEN); // Enable ADC
// Set 16-bit Timer 1 to update displayTCCR1A = 0x00;TCCR1B = (_BV(WGM12) | _BV(CS12) | _BV(CS10)); // Divide clock by 1024, CTC modeOCR1A = 50; // Set top of counterTIMSK1 = _BV(OCIE1A); // Enable OCR1A interrupt
// Set Timer 0 to check button pressTCCR0A = _BV(WGM01);TCCR0B = _BV(CS00) | _BV(CS02);OCR0A = 255; // OCCR0A can be adjusted to change the button debounce timeTIMSK0 = _BV(OCIE0A);
}
// Output number to digit 0,1,2, or 3, 4 to display dotsvoid display(int number, int digit){
// Clear display initiallyPORTB &= 0b11100000;PORTD = 0x00;
// Turn on Digitsbi(PORTB, digit);
switch(number) // Set PORTD, display pins, to correct output{
case 0:PORTD = 0b11000000;break;
case 1:PORTD = 0b11111001;break;
case 2:PORTD = 0b10100100;break;
case 3:PORTD = 0b10110000;break;
case 4:PORTD = 0b10011001;break;
case 5:PORTD = 0b10010010;break;
case 6:PORTD = 0b10000010;break;
case 7:PORTD = 0b11111000;break;
case 8:PORTD = 0b10000000;
54
break;case 9:
PORTD = 0b10011000;break;
case 10:PORTD = 0b10111111;break;
case 11:PORTD = 0b11000111;break;
}if (DPStatus != 0){
// Turn on decimal points depending on DPStatusif ((DPStatus & (1<<0))&&(digit==0)){
cbi(PORTD, 7);}if ((DPStatus & (1<<1))&&(digit==1)){
cbi(PORTD, 7);}if ((DPStatus & (1<<2))&&(digit==2)){
cbi(PORTD, 7);}if ((DPStatus & (1<<3))&&(digit==3)){
cbi(PORTD, 7);}
}}
La fuente de alimentación DC
La fuentes es unos de los equipos fundamentales para realizar
experimentación la selección del diseño de esta se fundamento en
simplicidad y estabilidad de las variables que proporciona, esta aporta de 0 a
18 volt y de 0 a 1 amp ambas de manera ajustable.
El Diseño elaborado por la Cana Kit Corporation #118 - 2455 Dollarton
Highway North Vancouver, BC, V7H 0A2, Canada ,(604) 298-5544 , empresa
dedicada a la fabricación de circuitos y kits electrónicos fundamentados en el
hardware libre.
Esta pequeña fuente de alimentación proporciona un voltaje DC regulado
ajustable de 0 a 18 V con el ajuste máximo de corriente de 0 a 1A. Se utiliza
55
el popular 723 Circuito regulador integrado en conjunto con 2 transistores
para proporcionar una salida de CC regulada bien con el límite de corriente y
protección contra sobrecargas.
Tensión de alimentación: 14 a 16V CA / 1A Voltaje de salida: ajustable de
salida DC 0 a 18V corriente: ajustable de 0 a 1A Reglamento: <0,05%
Ondulación: <5mV pp Incluye disipador de calor
Figuras 19 Esquema y componentes de fuente de voltaje y corriente regulada
El Generador de Funciones
El generador de funciones es un equipo capaz de generar señales
variables en el dominio del tiempo para ser aplicadas posteriormente sobre el
circuito bajo prueba o experimentación, para este se selecciona un Diseño
sencillo y funcional elaborado por RIAB Electronics Providencia 2331,
56
Santiago, Chile, el cual presenta una frecuencia que van desde los 15hz y
por sobre los 500kHz, está basado en el chip generador de funciones XR-
2206 y puede producir las siguientes funciones: senos, triangulares,
cuadradas con una amplitud de hasta 5 v.
Lista de componentes
Cantidad Valor Dispositivo Parts1 M03PTH JP31 M03SCREW_LOCK JP93 SWITCH-SPSTPTH_LOCK S1, S2, S32 .1uF CAPPTH C3, C41 .22uF CAP_POLPTH2 C81 1M RESISTORPTH1 R52 1k RESISTORPTH1 R1, R71 1nF CAPPTH C93 1uF CAP_POLPTH2 C2, C5, C102 5.6k RESISTORPTH1 R10, R111 5V V_REG_78XXSINK LM78051 10k RESISTORPTH1 R61 10uF CAP_POLPTH2 C111 12V V_REG_78XXSINK L78121 25k POT-RV16AF-20 R141 50k POT-RV16AF-20 R121 74HC04_HEX_INVERTER 74HC04_HEX_INVERTER U11 100uF CAP_POLPTH1 C11 250k POT-RV16AF-20 R131 330 RESISTORPTH1 R41 Green LED3MM LED11 LOGO-SFENEW LOGO-SFENEW JP41 POWER_JACKPTH_LOCK POWER_JACKPTH_LOCK J11 R8 RESISTORPTH1 R81 R9 RESISTORPTH1 R94 STAND-OFF STAND-OFF JP5, JP6, JP7, JP81 XR2206 XR2206 U2
Cuadros 11 Lista de componentes del Generador de Frecuencias
57
Figuras 20 Imagen de Componentes del Generador de Frecuencia
Diagrama Esquemático
Figuras 21 Diagrama de Generador de Frecuencia
58
Desarrollo de un prototipo basado en tecnologías libres, como una
herramienta complementaria para el estudiante de electrónica
Para la implementación del proyecto se tomo en cuenta dispositivo sencillos de tal manera que pudieran ser empotrados y de esta manera darles portabilidad al transportar, la visión es colocar todos ellos junto con un protoboard en un maletín, preferiblemente de madera ligera o aluminio en cual sea cómodo y práctico para el estudiante.
Figuras 22 Vista del Prototipo Terminado
59
Conclusiones
Durante la realización del “Laboratorio Portátil para el Aprendizaje de
Electrónica” y a partir de cada problema que surgía, al que se le daba
solución buscando diferentes alternativas para su funcionamiento, se
obtuvieron los siguientes resultados:
Se diseño un prototipo de “Laboratorio Portátil”, que a través de la
experimentación es una herramienta interactiva para el estudio y
experimentación de dispositivos electrónicos básicos o digitales con la cual el
estudiante puede llevar a cabo sus prácticas de laboratorio interactuando con
los circuitos.
Se utilizó Tecnologías Libres , que permite que el docente o estudiante
se apodere del proyecto para lograr mejoras o adaptaciones..
Se diseño pensando en poder ser útil en todas las asignaturas que el
estudiante recorre por su formación, tomando en cuenta que el mismo puede
y debe ir mejorando según los objetivos pedagógicos que se persigan.
Después de tener el Proyecto en fase de desarrollo y habiendo ya
subsanando los problemas de la manera mas factible que, además buscando
siempre una aplicación a nuestra problemática actual en la formación.
Concluimos además que pudiera ser una herramienta complementaria para
capacitaciones E-learning de esta nueva era digital.
60
Recomendaciones
Luego de realizar las investigaciones e implementaciones se vio la
necesidad de elaboración de un manual del usuario para la correcta
utilización y manipulación del prototipo. Se observo que haciendo uso de
todas estas tecnologías y esquemas se podría integrar en una sola FPGA
todas las funcionalidades y ser mas compacto y viable.
Mediante una complementación de software como Implementar un simulador
basado en software libre como Qucs, se obtendrá mayor inmersión en la
adquisición de la experimentación.
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REFERENCIAS BIBLOGRAFICAS
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Madrid. Traficantes de Sueños.
Hurtado, J. (2007). El Proyecto de Investigación. Metodología de la
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Entretenimiento: Hardware Libre y Software de Código Abierto
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Marcombo, 1992. 4 ed
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ANEXOS
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