capitulo ii: marco teÓrico a.- fundamentaciÓn teÓrica
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CAPITULO II: MARCO TEÓRICO
El marco teórico esta conformado por la Fundación Teórica, Revisión
de la Literatura, Definición de Términos Básicos y Sistema de Variables.
A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
SISTEMA DE CONTROL DE PROCESOS
El desarrollo tecnológico actual hace de los sistemas digitales una
herramienta en el campo de la medición y control de procesos, permitiendo la
comunicación al usuario con el sistema de forma sencilla y accesible a
cualquier operario; donde estos sistemas son una combinación de
dispositivos diseñados para manipular información o cantidades físicas que
estén representadas en forma digital. Tocci (1993).
Por su parte, la teoría de Sistemas de Control, relaciona el concepto
de sistema definido como la agrupación de elementos con características
independientes, los cuales ordenadamente relacionados entre sí contribuyen
con el desempeño de una tarea específica. El control por otra parte se define
como el proceso donde se mide un valor proveniente de una variable
controlada dentro de un sistema, y modificarlo (al aplicar la variable
manipulada) para corregir o limitar la desviación del valor medido, respecto al
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valor deseado. Los procesos son operaciones caracterizadas por cambios
graduales, progresivamente continuos y que tienden a un resultado final. Un
proceso es cualquier operación que debe controlarse. Ogata (1998).
Así mismo se puede definir al sistema de control de procesos como
aquel conjunto de dispositivos que ordenadamente relacionados controlan
una serie de operaciones, obteniendo a su salida una variable como
temperatura, presión, nivel de líquido, entre otras. Cuando un sistema es
capaz de controlar diversos procesos, se dice que es un sistema de control
multipropósito.
Los sistemas de control de procesos han jugado un papel importante
en el avance de la ciencia y la ingeniería moderna, ya que la mayoría de los
sistemas presentes en el mercado están regidos por las leyes de control
automático. Esta tendencia se ha debido a que los avances en la teoría y
práctica del control automático brindan medios para lograr el funcionamiento
óptimo de sistemas dinámicos, mejoras en la productividad, reducción de
costos, disminución de riesgos en accidentes humanos, entre otros; es
imprescindible poseer conocimientos sólidos en este campo de la ingeniería.
Con esta finalidad, “la teoría de control clásica, que trata de sistemas
de una entrada y una salida, se vuelven absolutamente imponente ante
sistemas de múltiples entradas y salidas”. Ogata (1998). Hacia 1960, la
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disponibilidad de los avances en materia de computación digital, hizo posible
el análisis de sistemas complejos en el dominio del tiempo, desde entonces
se ha desarrollado la teoría de control moderna, basada en el análisis y
síntesis en el dominio del tiempo, utilizando variables de estado, con lo que
posibilita afrontar la complejidad creciente del mercado y los estrictos
requisitos de exactitud, costo, entre otros factores.
La mayoría de los controles modernos usan como fuente de potencia
la electricidad o fluidos a altas presiones que por lo general dependiendo de
la aplicación pueden ser líquidos o gaseosos. Se clasifican según el tipo de
fuente de energía que requieren, en: Controles Neumáticos, Controles
Electrónicos y Controles Hidráulicos. Así mismo según su genero en:
• Sistemas de Control de Lazo Abierto: En estos sistemas la salida ni se
mide ni sé retroalimenta para compararla con la entrada. En cualquier
sistema como este, la salida no se compara con un valor de referencia,
por lo tanto para cada entrada corresponde una condición de operación
fija. Así, la precisión depende de la calibración inicial. En presencia de
perturbaciones, un sistema de este tipo no cumple la función para la cual
fue diseñado. En la práctica, el control de lazo abierto solo puede
aplicarse si la relación entre la entrada y la salida es conocida, y si no se
presentan perturbaciones inducidas por otros factores externos.
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• Sistemas de Control de Lazo Cerrado: Estos también son llamados de
Retroalimentación, “son aquellos donde la señal producida tiene
incidencia directa sobre la acción de control”. Ogata (1998). Dicho
sistema utiliza la acción de retroalimentado de señal para comparar
valores de entrada con puntos de referencia previamente establecidos y
permitir al dispositivo controlador, satisfacer los requerimientos ideales de
la operación.
El propósito de la mayoría de los sistemas electrónicos es el de medir
o controlar alguna cantidad física. El sistema necesitará adquirir datos
presentes en el ambiente, procesar esta información y guardarla. Actuando
como un sistema de control que tendrá que interactuar con el ambiente.
En este sentido el flujo de información de un sistema típico de
adquisición de datos (DAQ), puede describirse como sigue:
• Los sensores miden alguna propiedad presente en el ambiente
(dependiendo para que tipo de aplicación fueron diseñados).
• La señal de salida de los transductores es condicionada (amplificada,
filtrada, etc.).
• La señal analógica condicionada es digitalizada usando convertidores
análogos / digital (ADC’s).
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• La información digital es adquirida, procesada y guardada.
• El controlador modifica propiedades del ambiente activando señales de
control (puertos de salida).
• Las señales digitales de control son convertidas a señales análogas
(DAC’s).
• Las señales análogas son condicionadas para adecuarlas a los
transductores de salida.
• Los transductores de salida interactúan con el ambiente.
ELEMENTOS FÍSICOS
Las tarjetas controladoras son dispositivos muy versátiles, por lo
que poseen una amplia gama de aplicación. Se distinguen por su versatilidad
al momento de integrarse a cualquier proceso que amerite un control. Una
tarjeta controladora funciona, examinando las señales de entradas
provenientes de sensores, tales como: pulsadores, transconductores y
solenoides. Cuando se advierte alguna variación en estas señales, reacciona
según una lógica interna previamente programada, para generar señales de
salida, que guían las cargas externas del sistema controlado. Según
Chirinos, Santos (2000)
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Una manera de visualizar el alcance que tienen las tarjetas
controladoras es dando un vistazo a un computador personal, el cual
internamente esta constituido por varias de estas tarjetas. De igual manera el
controlador lógico programable (PLC), el cual es un computador industrial,
también está constituido por tarjetas controladoras.
La tarjeta controladora almacena la totalidad de los datos relativos al
estado de los dispositivos de entrada / salida en una memoria central de
lectura escritura, lo cual permite el acceso de los últimos datos durante la
exploración o análisis del programa.
Según Chirino y Santos (2000) las características más resaltes de una
tarjeta controladora se encuentran:
• Flexibilidad en su uso.
• Presentan capacidad de antidiagnóstico.
• Comunicación de otros sistemas.
• Aptos para la atmósfera industrial.
• Demandan poco mantenimiento.
• Presenta una maleabilidad de configuración y programación.
• Internamente cuenta con circuitos temporizadores, monoestables,
controladores, secuenciadores y registros.
• Ocupan poco espacio y facilitan su transportación.
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Los elementos físicos de una la tarjeta de control multipropósito son
los circuitos integrados digitales, los microcontroladores, las interfaces, los
convertidores Analógicos / Digitales & Digitales / Analógicos, y los puertos de
comunicación.
Donde los Circuitos Integrados Digitales son una colección de
diferentes elementos o componentes incorporados en una unidad. Sus
familias más utilizadas son la TTL (Transistor – Transistor Logic) y CMOS
(Complementary MOS).
TTL (Transistor – transistor Logic)
Lógica transistor – transistor. Circuito digital en el que la salida se
obtiene a partir de dos transistores. Aunque la tecnología TTL constituye un
método específico de diseño, el término suele aplicarse en forma genérica a
conexiones digitales, en contraste con las analógicas.
Según Tocci (1993) las características principales de los circuitos
digitales son:
• Todos los circuitos TTL tienen una estructura semejante a la compuerta
NAND básica.
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MIN NOM MAX MIN NOM MAX UNITVCC SUPPLY VOLTAGE 4.5 5 5.5 4.75 5 5.25 VVIH HIGH- LEVEL INPUT VOLTAGE 2 2 VVIL LOW - LEVEL INPUT VOLTAGE 0.8 0.8 VIOH HIGH - LEVEL OUTPUT CORRIENT -0.4 -0.4 mAIOL LOW - LEVEL OUTPUT CORRIENT 16 16 mATA OPERATING FREE - AIR TEMPERATURE -55 125 0 70 ºC
FIGURA N° 1:HOJAS DE ESPECIFICACIONES DE LOS FABRICANTES TYPES SN5400, SN7400 (NANDRECOMMENDED OPERATING CONDITIPONSFUENTE; TOCCI (1993, P.405)
SN5400 SN7400
• La entrada de cualquier circuitos TTL será el cátodo (región N) de la unión
P – N.
• Un voltaje de entrada de alto polariza inversamente (apaga) la unión.
• Solo circula una pequeña corriente de fuga.
• Un voltaje de entrada bajo polariza directamente (enciende) la unión.
• Retorna a tierra una corriente relativamente grande a través de la fuente
de señal.
• La mayoría de los circuitos TTL (aunque no todos) tendrán una
configuración tipo tótem.
En la tabla No. 1, se resumen las condiciones de operación que de
acuerdo con los fabricantes, resaltando algunos dispositivos TTL más
utilizados.
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CMOS (Complementary MOS)
MOS complementario. Tipo de circuito integrado ampliamente
utilizados para procesadores y memorias. “El CMOS emplea transistor PMOS
y NMOS en forma complementaria, lo cual resulta en menos energías para
su funcionamiento”. Tocci (1993). El término se utiliza libremente para hacer
referencia al CMOS RAM (pequeño banco de memoria por batería en un
computador personal que se utiliza para mantener la hora, la fecha y la
información de sistema como tipos de unidades; y para la memoria principal
en los computadores portátiles) en un computador personal.
Los Microcontroladores son dispositivos digitales integrados,
programables y de actuación secuencial. Funcionalmente, es un dispositivo
lógico que permite el tratamiento de la información almacenada en forma de
“Programas de instrucciones” Ogata (1998). Este es capaz de interpretar
estas instrucciones implicadas en su composición. Básicamente esta
conformado por la Unidad de Procesamiento (CPU), Unidad de Control,
Unidad Aritmética Lógica (ALU), puertos y dispositivos de memoria (RAM,
ROM, EPROM, entre otros).
Sin embargo, existe una familia de microcontroladores: La PIC16/17
de MICROCHIP, los cuales combinan la alta ejecución, el bajo costo y su
pequeño tamaño, ofreciendo la mejor relación precio / ejecución utilizado en
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la industria. Más de doscientos millones (200.000.000) de estos dispositivos
han sido utilizados en sistema de control automotivo, automatización de
oficinas y aplicaciones en telecomunicaciones.
La familia de Microcontroladores PIC 16/17 de MICROCHIP ofrece
tres familias de microcontroladores de 8 bits, como son:
• PIC 16C5X: Línea básica de la familia de 8 bits.
• PIC 16CXX: Rango medio de la familia de 8 bits.
• PIC 17CXX: Rango alto de la familia de 8 bits.
Sin embargo, en referencia a las ventajas que brindan en el campo
Programático se le pueden atribuir las siguientes característica: La familia
de microcontroladores PIC16/17 ofrece una combinación de un procesador
RISC de alto rendimiento con una tecnología ONE – TIME –
PROGRAMABLE (OTP) efectiva. Dicha tecnología ofrece muchos beneficios
al usuario, estos beneficios incluyen:
• Rápido mercado.
• Comodidad para el cambio de códigos.
• Habilidad para proveer soluciones adaptables para las necesidades del
cliente.
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• Habilidad de recibir soporte de los dispositivos vía INTERNET.
• Reduce los desperdicios en el proceso de producción.
• Reduce los inventarios en el proceso de producción.
La cualidad de rápido mercadeo junto con el proceso de producción,
hace presión sobre todas las funciones del dispositivo: desarrollo,
adquisición, producción en mercadeo y ventas. La tecnología de
programación OTP une todos las líneas dentro del proceso de producción
para asegurar su ciclo de vida. En una de las etapas de desarrollo, un
microcontrolador programable permite realizar muchas de las funciones
implementadas con un programa el cual puede ser modificado más
fácilmente que un dispositivo no – programable.
En la etapa de Producción, la reducción de la curva de ciclo de vida
hace presión sobre el manejo de inventarios. Minimizando los inventarios se
reduce la habilidad de sobre demandas. El uso de un microcontrolador
convencional, limita las habilidades de responder al mando sobre demandas
realizadas por el cliente, a diferencia de los microcontroladores con
tecnología OTP, que pueden solventar estos problemas, así mismo, los
costos pueden reducirse y las sobre demandas pueden ser atendidas por
diversos distribuidores.
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Siguiendo los lineamientos de la tecnología OTP esta es la solución
flexible en el mundo de los microcontroladores. Teniendo la habilidad de
realizar cambios sin restricciones, los PIC 16/17 son la solución a los
problemas del mundo moderno, esto mediante el uso de la programación.
Los actuales microcontroladores PIC 16/17 incluyen características
especiales como temporizadores sofisticados, convertidores Analógicos /
digitales & Digitales / Analógicos, instrucciones extensas para la memoria de
programa – datos, memorias ROM, RAM, EPROM, EEPROM y FLASH.
Dentro de la Familia PIC 16/17 se encuentra los Microcontroladores
PIC16C84, PIC16F84, PIC16C711 utilizados como alguno de los
componentes físicos – electrónicos de la Tarjeta Multipropósito. Estos
comparten una arquitectura y características similares, hasta el punto de
bifurcación que los diferencia a uno de otro, y les asigna propiedades para
aplicaciones específicas respectivamente. Como se puede apreciar en la
Figura No. 2 la diferencia entre el PIC 16C84 y PIC16F84 esta en la cantidad
de memoria EEPROM disponible. Por otra parte, el PIC16C711 posee una
característica típica que lo hace el microcontrolador más apropiado para
realizar el proceso de comunicación por puertos, como se puede apreciar en
la Figura No. 3 el PIC16C711 posee salidas seriales y convertidores
analógicos digitales.
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Sin embargo, se va a describir la arquitectura del PIC16C84, por ser la
principal en todos los elementos. Sus características fueron extraídas y
traducidas de los manuales operativos del Sistema de Desarrollo PICSTAR
PLUS (1995/96), para así proporcionar una información más precisa y
específica sobre el funcionamientos y estructura de este microcontrolador.
FIGURA No. 2 TABLA COMPARATIVA ENTRE EL PIC16C84 Y PIC16F84
Fuente: Manual PICSTART Plus (1995/96)
FIGURA No. 3
TABLA DE CARACTERISTICAS DEL PIC16C711 Fuente: Manual de PICSTART Plus (1998)
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Es un controlador de 8 bits de muy alto rendimiento y construido bajo
tecnología CMOS. Los PIC16/17 emplean una arquitectura avanzada RISC.
Tal como se puede ver en la Figura No. 4, en el diagrama de bloque de este
microcontrolador, de una forma gráfica el direccionamiento de la información
de acuerdo a la ubicación de los buses. En dicho dispositivo existe un núcleo
ensamblado, 8 niveles de pila Las estaciones de instrucciones permite
ejecutar todas las instrucciones en un solo ciclo, excepto para los programas
ramificados, que requieren dos ciclos. Disponen de 35 instrucciones y un
registro extenso para ejecutar programas de alto nivel.
FIGURA No. 4 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PIC16C84
FUENTE: PIC16C8X Data Sheet. Microchip Data Book Master Guide, Indiana, Usa. (1995)
Típicamente el PIC16C84 realiza un código de compresión de 2:1, y
se ejecuta a una velocidad de 2:1 (10Mhz) por encima de cualquier
microcontrolador del mercado externo. El PIC16C84 posee 36 bytes de
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memoria RAM, 64 bytes de memoria EEPROM y 13 pines de puertos de
entrada / salida (I/O).
Esta familia posee características especiales para reducir
componentes externos, de esta manera se reducen los costos, se aumenta
la compatibilidad y eficiencia del equipo, reduce el consumo de potencia.
Hay cuatro opciones para el oscilador, el RC para un costo bajo y
funcionamiento sencillo, el LP para reducir el consumo de potencia, el XT
como oscilador de cristal estándar y el HS para cristales de alta velocidad.
También cuenta con el modo SLEEP o de suspensión, que ofrece
ahorros de energía. El usuario puede despertar el microcontrolador
mediante interrupciones externas e internas. La memoria EEPROM del
PIC16C84 permite su uso para prototipos de pruebas y esta incluida en la
misma pastilla. Por otro lado, permite el uso de un código para reprogramar
el dispositivo sin necesidad de removerlo. El PIC16C84 se ajusta
perfectamente para aplicaciones como el manejo de motores, controles
automotivos de alta velocidad, cerrojos electrónicos, tarjetas inteligentes,
sensor remoto y dispositivos de seguridad.
La tecnología EEPROM permite el trabajo rápido y conveniente; el
pequeño tamaño de este microcontrolador está diseñado para aplicaciones
donde se limita el espacio de trabajo. El bajo costo, bajo consumo de
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potencia, alta eficiencia, fácil uso y flexibilidad de los puertos hace al
PIC16C84 un dispositivo muy versátil en áreas específicas. La programación
serial de este dispositivo, lo hace aún más versátil.
Desde el punto de vista de su arquitectura, la alta eficiencia de este
dispositivo se puede atribuir a un número de características especiales
comúnmente encontrada en los microprocesadores RISC. Para comenzar
utiliza una arquitectura HARVARD. Esta arquitectura tiene por separado el
acceso al programa y a los datos de memoria; por lo tanto el dispositivo
posee un bus de memoria de programa. Esta descripción sobre la vieja
arquitectura VON NEUMANN (donde el bus de datos y de programa están
unidos en una sola memoria), trae mejoras en el ancho de la palabra de
operación.
En este microcontrolador la palabra se conoce como OPCODE y es de
14 bits, permite el procesamiento de 14 palabras de instrucción en un ciclo
de maquina. Este direcciona 1K x 14 de memoria de programa interno, a su
vez puede ser direccionando directa o indirectamente hacia sus registros o
archivos. Todos los registros de funciones especiales y el contador de
programa están mapeados en la memoria de datos. Una función simétrica
hace posible cargar afuera cualquier función en cualquier registro utilizando
cualquier modo de direccionamiento.
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Este microcontrolador contiene una ALU de 8 bits y un registro de
trabajo (W). La ALU es una unidad aritmética de propósito general, ésta
ejecuta las funciones aritméticas y booleanas entre los datos y el registro de
trabajo en cualquier registro de archivo. El registro de trabajo W, no es un
registro direccionable. Dependiendo de la instrucción realizada por el ALU, se
afectan los bits de registro STATUS.
Para la organización de la memoria en el PIC16C84 existen dos
bloques, estos son las memorias del programa y la de datos. Cada bloque
tiene su propio bus, lo que el acceso para cada uno puede ocurrir durante el
mismo ciclo del oscilador. La memoria de datos (RAM) se divide en registros
de propósito general y registros de funciones especiales (SFR). Los SFR
tienen como operación principal controlar el núcleo del microcontrolador y
módulos periféricos.
Por otro lado la memoria del programa contiene la memoria de datos
EEPROM. Esta memoria no esta mapeada directamente sobre la memoria
de datos, pero puede ser mapeada indirectamente.
La organización de la memoria de programa, como se visualiza en
la figura No. 5, describe el mapa de la memoria del PIC16C84 que posee un
contador de programa de 13 bits capaz de direccionar un espacio de
memoria de programa de un 1K x 14 (0000h – 03ffh). El acceso a una
locación de memoria sobre una dirección implementada físicamente causara
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solapamientos, por ejemplo, locaciones 20k, 420h, 820h, C20h y 1C20h
serán la misma instrucción. El vector de puesta a Cero o Reset esta ubicado
en la dirección 0004h y el vector de interrupción esta en la dirección 0004h.
La organización de la memoria de datos esta particionada en dos
áreas (banco 0 y banco1). La primera corresponde al área de los Registros
de Funciones Especiales (SFR), mientras que la segunda área corresponde
a los Registros de Propósito General (RPG). Los SFR controlan la operación
del dispositivo.
FIGURA No. 5 MAPA DE MEMORIA DEL PIC16C84
FUENTE: PIC16C8X DATA SHEET. Microchip data book master guide, 1995, Indiana, USA. (1995)
En la figura No. 6, se describe como porciones de la memoria de datos
están ubicadas en bancos, para permitir valores superior a los 116 bytes de
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RAM para propósito general. Las áreas del banco de los SFR son para los
registros que controlan las funciones periféricas. El salto de un banco a otro
requiere del uso de bits de control para su selección. Estos bits de control
están ubicados en el registro STATUS.
Toda la memoria de datos puede ser accesada directamente con el
uso de la dirección absoluta de registro de archivo o indirectamente a través
de la selección de registros de archivos correspondiente. El direccionamiento
indirecto utiliza el valor actual de los bits RP1:RP0 dentro del registro
STATUS.
Los GPR están ubicados en el banco 0, y los SFR en el banco 1. El
primero es seleccionado mediante la puesta a cero del bit RP0
(STATUS<5>), por el contrario, la puesta a uno del bit RP0 selecciona al
banco 1. Cada banco se extiende hasta los 128 bytes. Las primeras 12
locaciones de memoria de cada banco están para los SFR, y las locaciones
restantes son GPR implementados en una RAM estática (SRAM). A
continuación se explica de manera específica características de cada uno de
los componentes para las porciones de la memoria de datos ubicados en
bancos.
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FIGURA No. 6 MAPA DE REGISTROS.
FUENTE: PIC16C8X Data Sheet. Microchip Data Book Master Guide, Indiana, Usa. (1995)
Los Registros de Propósito General: Todos los dispositivos poseen
cierta cantidad de área para los Registros de Propósito General (GPR). Cada
GPR es de 8 bits y pueden ser accesados directa o indirectamente mediante
los registros de funciones especiales (SFR).
Registros de Funcionamiento Especiales (SFR): Los Registros de
Funciones Especiales son utilizados por el CPU y las funciones periféricas
para controlar la operación del dispositivo. Estos registros son SRAM. Los
SFR pueden ser clasificados en dos grupos, núcleo y periféricos.
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Registros STATUS: El registro STATUS contiene el estado aritmético
de la ALU, el estado de RESET y el bit de selección de banco para la
memoria de datos. Como cualquier registro, el registro STATUS puede ser el
destino para cualquier instrucción. Si el registro STATUS es el destino para
una instrucción que afecte a los bits Z, C o DC, la escritura a estos registros
es automáticamente desactivada. Estos bits son puestos a cero o uno según
la lógica del dispositivo. No obstante, los bits TO y PD no se pueden escribir.
Por otro lado, el resultado de una instrucción con destino al registro STATUS,
podría ser diferente a lo pensado.
Los bits IRP y RP1 (STATUS<7:6>) no son utilizados por el PIC16C84
y deben ser programados como cero. El uso de estos bits como bits de
propósito general R/W no se recomienda, ya que podría afectar a la
comunicación entre otros dispositivos. Para la resta, los bits C y DC
(STATUS<1:0>), operan como BORROW y DIGIT BORROW
respectivamente.
Para el Registro Option se puede definir lo siguiente: El registro
OPTION es un registro que puede ser leído y escrito, contiene varios bits de
control para configurar el pre – escalador TMR0/WDT, la interrupción externa
INT, el TMR0 y el Weak Pull – Ups en el puerto B (PORTB). Cuando el pre -
escalador es asignado al WDT (PSA = 1), la asignación al TMR0 es de 1:1.
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Para el Registro INTCON se puede definir lo siguiente: El registro
INTCON es un registro que puede ser leído y escrito, contiene diversos bits
de habilitación para todas las fuentes de interrupción.
En referencia a los Puertos I/O, el PIC16C84 posee dos puestos,
PORTA y PORTB. Algunos de los pines de los puestos están multiplexados
como una función alterna de desarrollo del dispositivo.
• Registros PORTA y TRISA
En la Figura No. 7, observamos el diagrama de bloques de los pines
RA0:RA4 (16C84). En dicho diagrama se describe la organización de este
rango de registro donde el registro PORTA es un “latch” de 5 bits. RA4 es
una entrada tipo disparo Schmitt y salida de drenador abierto. Los demás RA
pines del puerto posee niveles de entrada TTL y manejadores de salida
CMOS. Todos los pines tienen bits de dirección de datos (registros TRIS), los
cuales pueden configurar los pines como entradas y salidas de forma
independiente.
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FIGURA No. 7 DIAGRAMA DE BLOQUES DE LOS PINES RA0: RA4
FUENTE:PIC16C8X data sheet: microchip data book guide, Indiana, Usa. (1995)
Poniendo a uno (1) algún bit de registro TRISA, colocara el pin
correspondiente al bit seleccionado como una entrada, si algún bit es puesto
a cero (0), luego el pin coloca una salida. Cuando se lee el registro PORTA,
este lee el estado de los pines, mientras que el escribir, este escribirá
información en los “latch” del puerto. Todas las operaciones de escritura son
operaciones de Lectura – Modificación – Escritura, por tanto, el escribir en un
puerto implica que los pines del puerto son leídos primero, luego estos
valores son modificados y escritos en el “latch” del puerto de datos. El pin
RA4 esta multiplexado con la entrada TMR0.
• Registros PORTB y TRISB
En la figura No. 8, se observa el diagrama de bloques de los pines
RB0:RB7 (16C84) en la cual se muestran las características de este rango de
registros en donde los registros PORTB son los componentes de un puerto
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bidireccional de 8 bits, los datos que le corresponden a dicho puerto es el
TRISB. Un “1” en cualquier bit del registro TRISB coloca el correspondiente
manejador de salida en un modo de alta impedancia. Un “0” en cualquier bit
de registro TRISB coloca el contenido del “latch” de salida en el pin
seleccionado.
Los cuatro pines del PORTB, RB7 a RB4, están multiplexados con
funciones especiales de interrupción. Estas interrupciones pueden despertar
el dispositivo del modo SLEEP. El usuario, en la rutina de servicio de
interrupción, puede borrar la interrupción de la siguiente manera:
• Leer (o escribir) PORTB. Esto culminara la condición de
desigualdad.
• Limpiar el registro de Bandera RBIF.
FIGURA No. 8
DIAGRAMAS DE BLOQUES DE LOS PINES RB0: RB7 (16C84) FUENTE: PIC16C8X DATA SHEET: Microchip data master guide, 1995, Indiana, USA.
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Una condición de desigualdad continuara para poner en “l” el bit RBIF.
Al leer el PORTB se culminara la condición de desigualdad, y permitirá que
sea puesto a cero “0” el bit RBIF. La característica de condición de
desigualdad en las interrupciones, junto con la programación configurable
para el “pull-ups” de estos cuatro pines permite realizar una sencilla
comunicación con un teclado.
La memoria de datos EEPROM puede ser leída y escrita durante la
operación normal (rango completo de VDD). Esta memoria no esta mapeada
directamente al espacio de los registros de archivo. Sin embargo, esta es
direccionada a través de los registros funciones especiales (SFR). Existen
cuatro (4) SFR utilizados para escritura y lectura de esta memoria. Estos
registros son: EEDATA, EEAPR, EECON1 Y EECON2.
El registro EEDATA mantienen los 8 bits de datos para leer /escribir, y
el registro EEADR mantiene el direccionamiento de la locación EEPROM que
va a ser accesada. La memoria de datos EEPROM permite bytes de lectura
y escritura, unos bits de escritura borra automáticamente la locución y
escribe el nuevo data (borra antes de escribir). Esta memoria esta estimada
para altos ciclos de lectura / escritura. El tiempo de escritura es controlado
por un temporizador “On – Chip”. Este tiempo variara con el voltaje y
temperatura como la transferencia de datos de “chip” a “chip”. Cuando el
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dispositivo posee el código de protección, el CPU debe seguir leyendo y
escribiendo las memorias de datos EEPROM.
Las Características Especiales del CPU es lo que aparta a los
microcontroladores de otros procesadores, ya que son los circuitos
especiales que ejecutan las necesidades de las aplicaciones de tiempo real.
El PIC16C84 posee características especiales, como la maximizar la
confiabilidad del sistema, minimizar los costos en dispositivos externos,
disminuir el consumo de potencia, diferentes modos de operación y un
código de protección. Entre estas podemos mencionar:
La configuración de bits puede ser programada (leídos como “l”),
con el fin de seleccionar la configuración del dispositivo. Estos bits están
mapeados en la locación 2007h en la memoria del programa. La dirección
2007h esta lejos del espacio de memoria para el usuario y esta permanece al
espacio de memoria especial de prueba y configuración (2000h – 3FFFh),
este espacio puede ser accesible solo durante la programación.
El RESET en El PIC16C84 se diferencia entre varios tipos:
• Power – On - Reset (POR).
• Reset MCLR durante la operación normal.
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• Reset MCLR durante la operación SLEEP.
• Reset del WDT durante la operación normal.
• Reset del WDT durante la operación SLEEP.
• Power - On Reset (POR).
Dentro del “Chip” se genera un pulso de POR cuando se detecta una
caída de tensión en VDD (dentro del rango de 1.2V – 1.7V). Para tener
ventaja del POR, conecte el pin MCLR directamente a VDD a través de un
resistor, esto eliminará las componentes RC externas que usualmente
activan al POR no producen una condición de Reset interna cuando el valor
de VDD disminuye.
• Power - Up Timer ( PWRT)
El PWRT provee 72ms agregados nominales de Time – Out para el
POR. El PWRT opera en un oscilador RC interno. El dispositivo se mantiene
en Reset el tiempo que dura la operación del PWRT. Por otro lado, el PWRT
ocasiona un tiempo de retardo, el cual, permite que el nivel de VDD
disminuya hasta un nivel aceptable de operación.
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• Start - Up Oscilador/Temporizador (OST)
El OST provee 1024 ciclos de retardo provenientes del oscilador
(OSC1/CLKIN) después de 1 tiempo de retardo del PWRT culmine; esto
asegura al oscilador de cristal o resonador que comience y estabilice. El
Time Out de OST (Tost) es invocado solo para los módulos XT, LP y HS y
únicamente en un POR o en un despertar del SLEEP. Cuando el nivel de
VDD disminuye muy lentamente, es posible que el Time Out del PWRT
(Tpwrt) y el Tost expiren antes de que el VDD haya alcanzado su valor final,
en este caso es recomendable un circuito externo para el MCLR.
• Bits de Estado: Secuencia Time Out / Power Down
En el Power - Up la secuencia Time – Out es de la siguiente manera:
Primero el Time Out del PWRT es invocado después que el POR haya
expirado. Luego el OST es activado. El Time – Out final variará basado en la
configuración del oscilador y el bit de configuración de estado PWRT.
• Brown - Out Reset
El Brown –Out es una condición donde la fuente de poder del
dispositivo (VDD) cae por debajo de su valor mínimo, pero no se debe ser
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cero, y luego se recobra a su estado original. Es recomendable realizar una
condición de reset cuando se presente el fenómeno Brown – Out.
En cuanto a lo que se refiere a Interrupciones podemos decir lo
siguiente: El PIC16C84 posee cuatro (4) fuentes de interrupción:
• Interrupción externa por el pin RB0/INT.
• Interrupción por rebosamiento del TMR0.
• Interrupción de cambio en PORTB.
• Interrupción de escritura completa de la EEPROM.
La interrupción INT trata con la interrupción externa que ocurre en el
pin RB0/INT es disparada por flanco: si el bit INTEDG (OPTION<6>) es
puesto a “1”, entonces, el flanco es de subida; y si es puesto a “0” el flanco
es de bajada. Cuando un flanco válido aparece en el pin RB0 / INT, el BIT
INTF (INTCON<1>) es puesto a “ 1 “. Esta interrupción puede ser
deshabilitada poniendo a “ 0” el bit de control INTE ( INTCON<4>). El bit
bandera INTF debe ser puesto a cero por el software dentro de la subrutina
designada para las interrupciones. La interrupción INT puede despertar al
dispositivo de su modo SLEEP.
40
En cuanto a la interrupción TMR0, un rebosamiento (FFH 00H) en
el TMR0, pondrá en “1” el bit bandera T01F (INTCON<2>). Esta interrupción
puede ser activada o desactivada poniendo a ”1” ó “0” el bit TOIE
(INTCON<5>).
Una interrupción PORT B, se refleja en un cambio de entrada en
PORTB<7:4> colocan el “1” el bit bandera RBIF (INTCON<0>). Esta
interrupción puede ser activada o desactivada poniendo en “1” ó “0” el bit
RBIE (INTCON<3>).
Otra característica que resulta ventajosa en este microcontrolador es
el WDT o WATCHDOG TIMER es un oscilador libre que se ejecuta
internamente, el cual no requiere ningún componente externo. Este oscilador
RC esta separado del oscilador RC del pin OSC1/CLKIN, esto significa que el
WDT no comienza hasta que el oscilador RC de los pines OSC1/CLKIN y
OSC2/CLKOUT se haya detenido por completo.
Durante la operación normal, el WDT genera un Time – Out que
ocasiona una condición de Reset para el dispositivo. Si el dispositivo esta en
modalidad SLEEP, un WDT wake – up causara el despertar y así continuar
con la operación normal. El WDT puede ser desactivado permanentemente
mediante la programación del bit de configuración WDTE = 0
41
Los convertidores Analógicos / digitales & Digitales / Analógicos
son chips únicos que realizan la conversión entre señales analógicas y
digitales. La CPU programable llamada DSP (digital signal processor –
procesador de señales digitales) también se emplean en muchas
conversiones analógicas / digitales. Tocci (1993).
La Conversión Digital / Analógica es el proceso de tomar un valor
representado en código digital (como binario o BCD) y convertirlo en un
voltaje o corriente que sea proporcional al valor digital.
En la figura No. 9 se muestra un convertidor Digital / Analógico de
cuatro bits con salida de voltaje, donde se muestra cuales son las entrada
digital y su salida analógica correspondiente. Las entradas D, C, B, A se
derivan generalmente del registro de salida de un sistema digital. 24 = 16
diferentes números binarios que representan los 4 bits de entrada.
La utilización de estos convertidores permiten así la creación de
Interfaces para solucionar las diferencias que existen entre la computadora
central y todos sus periféricos.
La Conversión Analógica / Digital toma un voltaje de entrada
analógica y después de cierto tiempo produce un código de salida digital que
representa la entrada analógica.
42
D
C
B
A
MSB
LSB
Entradas Digitales
Vsal Salida Analógica
ConvertidorDA
(DAC)
D C B A VSAL 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 1 0 1 0 10 1 0 1 1 11 1 1 0 0 12 1 1 0 1 13 1 1 1 0 14 1 1 1 1 15
FIGURA No. 9
CONVERTIDOR D/A DE CUATRO BITS CON SALIDA DE VOLTAJE Fuente: Tocci (1998)
En este sentido, el objetivo principal de una interfaz es solucionar las
diferencias que existen entre la computadora central y cada periférico. Morris
Mano (1994). Las diferencias que se puedan encontrar entre dos sistemas
que deban comunicarse son, entre otras, la velocidad de transferencia de
datos, los códigos de datos y los formatos en los periféricos, y el modo de
43
operación de los periféricos. Por lo tanto cada uno debe estar controlado
para no perturbar la operación de otros periféricos conectados a cualquiera
de los dos sistemas en cuestión.
Estas interfaces se clasifican en tres tipos:
• Las Interfaces de Hardware son conectores, zócalos y cables que
transportan las señales eléctricas en un orden prescrito.
• Las Interfaces de Software son los lenguajes, códigos y mensajes que
utilizan los programas para comunicarse unos con otros, tal como entre
un programa de aplicación y el sistema operativo.
• Las interfaces de usuario son los teclados, ratones, diálogos, lenguaje de
comando y menú empleados para la comunicación entre el usuario y la
computadora.
Según Tocci (1993), la interfaz con el mundo analógico consta de
cinco componentes para permitir la comunicación, los cuales pueden ser
observados en la Figura No. 10, donde es posible captar el flujo de
comunicación a través de la interfaz.
44
FIGURA No. 10 INTERFAZ CON EL MUNDO ANALÓGICO
Fuente: Tocci (1998)
De acuerdo con la figura No. 10 es posible desglosar los componentes
en:
1. Transductor: es un dispositivo que convierte una variable física en una
eléctrica. Los transductores más comunes son termisores, fotoceldas,
fotodiodo, medidores de flujo, transductor de presión, tacómetros, entre
otros. La salida eléctrica de un transductor es una corriente o un voltaje
analógico proporcional a la variable física que se está vigilando.
2. Convertidor Analógico / Digital (ADC): la salida analógica (eléctrica) del
transductor es la salida al DAC. El ADC convierte esta entrada en una
1
2 3 4
5
TransductorADC Sistema Digital
(Computador) DAC
Actuador
EntradasDigitales
Salidas Digitales
Entrada Analógica (Eléctrica)
Salida Analógica
45
salida digital. Esta última consiste de varios bits que representan el valor
de la entrada analógica.
3. Computadora: la representación digital de la variable del proceso que se
transmite desde el ADC hacia la computadora es almacenada y
procesada de acuerdo a las instrucciones del programa en ejecución, el
cual ejecuta cálculos u operaciones sobre la representación digital de la
variable, para luego generar una salida digital que eventualmente servirá
para controlar dichas variables.
4. Convertidor Digital / Analógico (DAC): convierte la salida de la compuerta
en un voltaje o corriente proporcional.
5. Actuador: es el circuito o dispositivo que ejerce control sobre la variable
física.
Al nivel más bajo, todas las comunicaciones de computadoras
comprenden la codificación de datos en una forma de energía y el envío de
esa energía por un Medio de Transmisión. Por ejemplo, puede usarse
corriente eléctrica para transferir datos por alambre, u ondas magnéticas
para transportar datos por aire. Dado que los dispositivos de hardware
conectados a una computadora se encargan de la codificación y la
46
decodificación de datos, los programadores y usuarios no necesitan conocer
los detalles de la transmisión.
Para permitir la comunicación entre la interfase y el computador se
requiere del estudio de los puertos de entrada / salida de datos de la
computadora. Esta característica requiere de comunicación por puertos
del PC. Esta puede ser serial o paralela.
Cuando se trata de comunicación por puertos seriales se refiere al uso
de puertos con protocolo RS-232. Este tipo de comunicación es asíncrono.
La transmisión de datos digitales se envía bit por bit. Su estructura se
fundamenta en un bit que indica comienzo, seguido de una serie de 8 bits en
donde viaja la palabra en cuestión, y por último un bit de parada. Los cables
conectivos utilizados para trabajar con este puerto es el DB-9.
En la figura No. 11 se muestra la forma típica de una señal de este
tipo cuando sale directamente del puerto RS-232 del PC. Sin embargo, para
efectos de conversión de voltajes a un rango accesible para chips que
trabajan con lógica TTL, se utilizan convertidores de niveles como UARTs,
1488 y 1489 RS-232, o bien como el que se muestra en la figura No. 13 : el
Max –232. Este chip incluye un disparo de carga para generar +10V - -10V
desde una simple entrada de 5V. Es un circuito integrado que incluye dos
receptores y dos transmisores, lo cual resulta muy útil en muchos de los
47
casos cuando se desea utilizar cada uno de una manera individual por una
sola línea. Se descarta el hecho de tener que utilizar dos chips para realizar
cada una de estas actividades independientemente en líneas separadas. En
la figura No. 12 se aprecia una señal cuando pasa por uno de estos
convertidores.
FIGURA No. 11 FORMATO DE ONDA SERIAL TTL / CMOS
Fuente: Guía de Http://www.senet.com.au/cpeacock
FIGURA No. 12 SALIDA DE LA SEÑAL RS-232 DESDE EL MAX-232
Fuente: Guía de Http://www.senet.com.au/cpeacock
48
FIGURA No.13 ESTRUCTURA DEL MAX-232
Fuente: http://www.senet.com.au/cpeacock (1999)
Uno de los medios de comunicación inalámbrica es la Transmisión
Infrarroja la cual se limita a un área pequeña, y generalmente requiere
apuntar el transmisor al receptor. Una de la utilidad más común son los
controles inalámbricos que usan los televisores y de estéreo. El hardware de
infrarrojo es económico en comparación con otros mecanismos y no requiere
de una antena.
También para transmisiones se puede utilizar un haz de luz para
conducir datos por aire. El enlace que emplea luz consiste de dos
instalaciones con transmisor – receptor. El equipo se monta en posición fija, y
se alimenta de manera que el transmisor envíe su haz de luz al receptor. El
49
transmisor usa un láser para generar el haz de luz, pues un haz láser se
mantiene enfocado a grandes distancias. La luz de un láser viaje en línea
recta y por lo tanto no debe tener obstáculos.
Otra forma de transmisión inalámbrica se encuentra al generar
radiación electromagnética y se denomina Transmisión por Radio además
de su uso en la difusión pública de programas de de radio y televisión y la
comunicación privada mediante teléfonos portátiles y otros dispositivos,
también puede usarse en la trasmisión de datos. Se dice que una transmisión
que se vale de ondas electromagnéticas de radio operara a una
radiofrecuencias, y la transmisión se denomina transmisión RF. La
transmisión RF no requiere una conexión física directa, sino ser conectadas a
una antena que pueda transmitir y recibir RF. Aunque las transmisiones de
radio no siguen la curvatura de la superficie terrestre, la tecnología de RF
puede combinarse con satélites para comunicarse a largas distancias.
ELEMENTOS LÓGICOS
“El Software es un conjunto de instrucciones que cuando se ejecutan
proporcionan una función y un comportamiento deseado”, esta formado por
estructuras de datos que facilitan a los programas manipular adecuadamente
la información; el software es un elemento del sistema lógico, en lugar de
50
físico. Según Fredman (1996), Por tanto, el software tiene unas
características considerablemente distintas a las del hardware:
1. El software se desarrolla, no se fabrica en un sentido clásico, es
decir, la buena calidad del software así como del hardware se adquiere
mediante un buen diseño, sin embargo en la fase de construcción de
hardware se pueden producir problemas de calidad que no existen (o son
fácilmente corregibles). Amabas actividades dependen de personas y
existen algunas similitudes entre el desarrollo del software y la del
hardware, pero ambas actividades son fundamentalmente diferentes, los
dos requieren de la construcción de un “Producto”, pero los métodos son
diferentes.
2. El software no se estropea, el software no es susceptible a los males
del entorno que hacen que el hardware se estropee, los defectos no
detectados harán que falle el programa durante las primeras etapas de su
vida., cada fallo en el software indica un error en el diseño o en el proceso
mediante el que se tradujo el diseño a código maquina ejecutable. Por lo
tanto, el mantenimiento del software tiene una complejidad
considerablemente mayor que la del mantenimiento del hardware.
3. La mayoría del software se construye a medida, en vez de ensamblar
componentes existentes, los diseñadores del software no disponen de
51
catálogos de componentes de software, se pueden compara software ya
desarrollados, pero sólo como una unidad compleja, no como
componentes que pueden reensamblarse en nuevos programas. Aunque
se ha escrito mucho sobre “reusabilidad del software”, solo están
comenzando a ver las primeras implementaciones con éxito de este
concepto.
El software de computadora es información que existe en dos formas
básicas: componentes no ejecutables en la máquina y componentes
ejecutables en la máquina, los cuales poseen una configuración específica.
Fredman (1996).
Los componentes de software se crean mediante una serie de
traducciones que hacen corresponder los requisitos del cliente con un código
ejecutable en la máquina. La forma en un lenguaje es procesada por un
transductor que los convierte en instrucciones ejecutables en la máquina.
La reusabilidad es una característica importante para un conjunto de
software de alta calidad [BIG 84]. Los componentes del software se
constituyen mediante un lenguaje de programación que tiene un vocabulario
limitado, una gramática explícitamente y regla bien formadas de sintaxis y
semántica. Estos atributos son esenciales para la traducción de la máquina.
52
Las clases de lenguajes que se utilizan actualmente son los lenguajes
máquinas, los lenguajes de alto nivel y los lenguajes no procedimentales.
El Software puede aplicarse en cualquier situación en la que se haya
definido previamente un conjunto específico de pasos procedimentales (es
decir, un algoritmo). Para determinar la naturaleza de una aplicación de
software, hay dos factores importantes que se deben considerar: el contenido
y el determinismo de la información. El contenido se refiere al significado y a
la forma de la información de entrada y de salida.
El determinismo de la información se refiere a la predecibilidad del
orden y del tiempo de llegada de los datos. Algunas veces es difícil
establecer las categorías genéricas para las aplicaciones del software que
sean significativas. Conforme aumenta la complejidad del software, es más
difícil establecer compartimentos nítidamente separados.
Las siguientes áreas del software indican la amplitud de las
posibilidades de aplicación entre las que se destacan:
• Software de sistemas: es un conjunto de programas que han sido escritos
para servir a otros programas. En cualquier caso, el área del software de
sistemas se caracteriza por una fuerte interacción con el hardware de la
computadora; una gran utilización por múltiples usuarios; una operación
53
concurrente que requiere una planificación, una comparación de recursos
y una sofisticada gestión de procesos; unas estructuras de datos
complejas y múltiples interfaces externas.
• Software de tiempo real: son software que mide, analiza, controla sucesos
del mundo real conforme ocurren. Entre los elementos del software de
tiempo real se incluyen: un componente de adquisición de datos que
recolecta y da formato a la información recibida del entorno externo, un
componente de análisis que transforma la información según lo requiera
la aplicación, un componente de monitorización que coordina todos los
demás componentes, de forma que puedan mantenerse la respuesta en
tiempo real.
• Software de gestión: el procedimiento de información comercial constituye
la mayor de las áreas de aplicación de l software. Los “Sistemas
Discretos” han evolucionado hacia el software de sistemas de información
de gestión (SIG), que accede a una o más bases de datos grandes que
contienen información comercial. Las aplicaciones en esta área
reestructuran los datos existentes en orden a facilitar las operaciones
comerciales o gestionar la toma de decisiones. Además de las tareas
convencionales de procesamientos de datos, las aplicaciones de software
de gestión también realizan cálculo interactivo.
54
• Software de ingeniería y científico: esta caracterizado por los algoritmos
de manejo”. Las aplicaciones van desde la astronomía a la vulcanología,
desde el análisis de la presión de los automotores a la dinámica orbital de las
lanzaderas espaciales y desde la biología molecular a la fabricación
automática. Las nuevas aplicaciones del área de ingeniería / ciencia se han
alejado de los algoritmos convencionales numéricos.
• Software empotrado: reside en memoria de sólo lectura y se utiliza para
controlar productos y sistemas de los mercados industriales y de
consumo. El software empotrado puede ejecutar funciones muy limitadas
y curiosas o suministrar una función significativa y con capacidad de
control.
• Software de computadoras personales: el mercado del software de las
computadoras personales ha germinado en la pasada década. El
procesamiento de textos, entretenimientos, gestión de bases de datos,
aplicaciones financieras y redes o acceso a bases de datos externas son
algunas de los cientos de aplicaciones.
• Software de inteligencia artificial: hace uso de algoritmos no numéricos
para resolver problemas complejos para los que no son adecuados el
cálculo o el análisis directo. Actualmente, el área más activa de la IA es la
55
de los sistemas expertos, también llamados sistemas basados en el
conocimiento [WAT85]. Una red neuronal simula la estructura del cerebro
y a la larga puede llevar una clase de software que pueda reconocer
patrones complejos y aprender de “experiencia” pasada.
B. REVISIÓN DE LA LITERATURA
Para la sustentación del estudio denominado Tarjeta de Control
Multipropósito con Software de Monitores para el Adiestramiento de los
estudiantes de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Dr. Rafael Belloso
Chacín, se tomaron en consideración los siguientes proyectos, los cuales
fueron revisados a lo largo de la investigación, entre las que se encuentran:
Noguera, Ivonne y Sánchez, Judith (1996) realizaron un trabajo
titulado “Implantación de una tarjeta electrónica para el control de la
velocidad de un motor C.C. de los hornos ultravioleta”. Con la implantación
de la tarjeta se logró controlar la velocidad del motor, obtener tiempos más
cortos y una mejor calidad en la impresión de cerámica y plástico se
comprobó que las técnicas de control de motores a través de motores
electrónicos, permite una mayor robustez y potabilidad del dispositivo.
El aporte más significativo a este trabajo de grado fue el respaldo
teórico, las cuales sirvieron como referencia para desarrollar parte de la
56
fundamentación técnica, específicamente lo relacionado a tarjetas
controladoras.
Cegarra Joseabel y Parra Fanny (1996) exponen una tesis titulada
“Diseño de una tarjeta procesadora de datos en paralelo par multipropósito”,
mediante las pruebas realizadas al prototipo, se comprobó el buen
funcionamiento del sistema, conectando la tarjeta electrónica al bus de
expansión del computador y mediante un sistema de pruebas, se simularon
las salidas y entradas, tanto como analógicas como digitales. Dentro de lo
ejecutado para dicha prueba, ellos diseñaron un software de control para
realizar la lectura correspondiente de las entradas y / o salidas, verificando la
compatibilidad del sistema, en cuanto al hardware y al software.
Con el mencionado trabajo de grado, se logró conocer las
implantaciones existentes en el diseño de una tarjeta electrónica, pues sirvió
para estudiar lo referentes a las señales analógicas y digitales a manejar en
un proceso de transferencia de datos, así como también el proceso de
decodificación de la señal del puerto paralelo del computador.
Caraballo, Verónica y Díaz M. Victoria Titulado (1999) “Desarrollo de un
Prototipo de Sistema Robótico para Simular el Comportamiento de la
Inteligencia Evolutiva en la Optimización de una Trayectoria hacia un
Objetivo” El objetivo de esta investigación, es el desarrollo de un prototipo de
57
sistema robótico para simular en un (agente) robot móvil el comportamiento
de la Inteligencia Evolutiva. La metodología utilizada se estructuró en tres
fases: la primera de Programación, sustentada en Joyanes (1996) y en
técnicas de Programación bajo las teorías de Inteligencia Artificial, Russell
(1998), la segunda de Electromecánica y de Sistemas de Control aplicados a
la robótica fundamentados en Ogata (1998) y Groover (1997) y la tercera,
Inteligencia Evolutiva cimentada en las teorías de Piaget (1952). El desarrollo
del Prototipo está centrado en dos enfoques: el reconocimiento de una figura
geométrica y la toma de decisión en la selección de una trayectoria óptima.
Esto se logra a través de la integración de elementos físicos (Hardware) y
lógicos (Software). En el primero se cuenta con una interfaz de comunicación
entre el robot y la computadora (inalámbrica), dividido en dos subsistemas:
uno para recepción / transmisión, y otro para la traducción de datos que
adquiere el dispositivo sensorial en el reconocimiento del ambiente,
permitiendo una comunicación apropiada entre el PC y la interfaz. El
segundo sirve de apoyo para el hardware, con el uso de dos programas: uno
diseñado en MPLAB para el microcontrolador y otro de alto nivel en Q-Basic
enfocado en el aprendizaje de computadoras, para el PC.
El aporte más significativo a este trabajo de grado fue el respaldo teórico, las
cuales sirvieron como referencia para desarrollar parte de la fundamentación
técnica así como también el proceso de lectura de puertos, la teoría de los
58
microcontroladores y el uso de la metodología abordada en nuestra
investigación.
Chirinos, Pedro y Santos, Perfecto titulado (2000) “Desarrollo de un
sistema de control para motores paso a paso como herramienta educativa en
el laboratorio de electrónica de la facultad de ingeniería de la U.R.B.E.”. El
propósito de esta investigación fue desarrollar una tarjeta controladora como
interfaz entre un computador y los motores paso a paso. La investigación
abarcó la concepción del diseño, los estudios de factibilidad, la construcción
de la tarjeta y las pruebas necesarias para comprobar el funcionamiento en
conjunto.
Con el mencionado trabajo de grado, se logró conocer las
implantaciones existentes en el diseño de una tarjeta controladora, pues
sirvió para estudiar lo referentes a las señales analógicas y digitales a
manejar en un proceso de transferencia de datos, así como también el
proceso de decodificación de la señal de los puertos del computador.
C.- SISTEMA DE VARIABLES
Las variables de la siguiente investigación son:
I.- Tarjeta Multipropósito.
II.- Software de Monitoreo y Control.
59
Se definen operacionalmente y conceptualmente como sigue a
continuación respectivamente
I.- Tarjeta Multipropósito: donde se puede resaltar que según
Fredman (1996) una Tarjeta “es plana que contiene chips y otros
componentes electrónicos, hecho de fibra de vidrio o plástico reforzado e
interconecta componentes a través de caminos de cobre”; y Multipropósito
según el Diccionario de sinónimos y antónimos e ideas a fines (1993, p.384),
“es acción de designar o intención de abordar varias plataformas o asuntos
con el intento de realizar un ofrecimiento específico para cada proceso”.
Operacionalmente consiste en dispositivos electrónicos de amplia aplicación
por su versatilidad al integrarlos a un proceso que amerite un control. Una
tarjeta de control multipropósito, pretende integrar en un solo dispositivo el
control de varias ambientes de trabajo, permite comparar variables de un
proceso, tales como (presión, precisión, flujo y temperatura) para así
mantener una relación con el valor que se desea, del proceso ejecutando en
su momento.
II.- Software de Monitoreo y Control: software que proporciona
funciones de utilidad y de control, como el establecimiento de parámetros de
comunicaciones. Por lo general reside en un chip ROM y contiene rutinas de
arranque y de diagnóstico, monitoreando el progreso de las actividades
dentro de un sistema de computación, reuniendo las estadísticas de
60
rendimiento del sistema en ejecución por medio de una conexión directa con
las placas de circuitos de la CPU Fredman (1996). Operacionalmente el
software de monitoreo y control cumple la función de rector y administración
dentro de un dispositivo de control multipropósito y a que ejecuta el proceso
determinado, una vez procesado los datos provistos por los sensores del
proceso.
D.- DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS
Monitoreo: proceso mediante el cual se permite visualizar o conocer
el estado de una variable dentro de un proceso o ejecución, facilitando de
esta manera, la fácil lectura y conocimiento de lo que se ejecuta para así
tomar decisiones que lo involucran a él o a otros procesos. Fredman (1996).
Interfaz: conexión e interconexión entre hardware, software y usuario.
El diseño y construcción de interfaces constituye una parte principal del
trabajo de los ingenieros, programadores y consultores. Los usuarios
“conversan” con el software, el software “conversa” con el hardware y otros
software. El hardware “conversa” con otro hardware. Todo este “dialogo” no
es más que el uso de interfaces. Las interfaces deben diseñarse,
desarrollarse, probarse y rediseñarse y con cada modificación o construcción
nace una nueva especificación que pueda convertirse en un estándar más,
de hecho o regulado. Fredman (1996).