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MANTENIMIENTO ELECTRONICO E

INSTRUMENTAL INDUSTRIAL

ELECTRONICA

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Control del Documento

Nombre Cargo Dependencia Firma Fecha

Autores JEISON ESCOVAR ISASA DIDIER JHERNANDEZ J WILSON A. BUITRAGO MORENO

Aprendiz Centro de Industria

y servicios del META

FIRMA 02/04/13

Tema

PROGRAMADOR DE PICS

TABLA DE CONTENIDO Pág.

1. Tabla de contenido de gráficos y esquemas 4 2. Objetivos. 4 2. Objetivo general 5 3. Objetivos específicos 5 4. Introducción 6 5. Marco teórico 6 6. ¿que son los pics? 6 7. microcontrolador 6 8. sistemas empotrados 7 9. características de los microcontroladores 8 10. Elección de un microcontrolador 9 11. ¿Autoescribible? ICSP. 9 12. Comunicación analógica y digital 9 13. Interfaz de puerto serie: 10 14. Principales familias de microcontroladores 11 15. lenguaje de programación 13 16. Programador pics usb 21 17. Conclusiones 32

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TABLA DE GRAFICOS Y ESQUEMAS Pág.

Figura. 1 Esquema de un microcontrolador 7 Figura 2 Señal de algunos sensores y actuadores 11 Figura. 3 Condensador C27 14 Figura. 4 Condensador C104 14 Figura.5 diodo D1N4148 14 Figura.6 680uH (inductancia) 14 Figura.7 PIC18F2550+ base 28pines 15 Figura.8 condensador C473 15 Figura.9 Diodos leds 15 Figura.10 Transistor 2N3904 16 Figura.11 Transistor 2N3906 16 Figura.12 Resistencia de 10kΩ 16 Figura.13 Resistencia de 47Ω 16 Figura.14 Resistencia de 4.7kΩ 17 Figura.15 Resistencia de 470Ω 17 Figura.16 Resistencia de 1k Ω 17 Figura.17 Resistencia de 2.7k 17 Figura.18 Resistencia de 100k Ω 18 Figura.19 USB Type B Female 18 Figura.20 Cristal 20MHz 18 Figura.21 40 Pin ZIF 18 Figura.22 Baquelita 19 Figura.23 Herramientas para el desarrollo de la actividad 22 Figura.24 Elementos de protección 23 Figura.25 Circuito en el programa Eagle 24 Figura.26 Impresión del circuito 24 Figura.27 planchando el circuito en la baquelita 25 Figura.28 Retirando el papel sobrante después del planchado 26 Figura.29 Atacando con el acido el circuito 27 Figura.30 Brillando la baquelita 28 Figura.31 perforando la baquelita 29 Figura.32 puliendo la baquelita con el mototul 30 Figura .33 soldando los elementos en el circuito 30 Figura .34 probando el programador en el PC 31 Figura. 35 programador pics USB 31

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OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Elaborar y construir un programador USB de pics, comprendiendo su

funcionalidad a través de su programación, para la programación de los diferentes tipos de pics, y la importancia en el desarrollo tecnológico en el ámbito de la electrónica.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Analizar cada uno de los componentes que se utilizan para la

elaboración del programador.

Comprender la utilidad y funcionamiento del programador a través del CP.

Conocer los diferentes pics que se pueden programar y fu funcionalidad.

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INTRODUCCION

Los microcontroladores están conquistando el mundo. Están presentes en nuestro trabajo, en nuestro estudio, en nuestra casa y en nuestra vida en general. Se pueden encontrar controlando el funcionamiento de un teclado, de un maus de los computadores, en los teléfonos móviles, en los hornos microondas, en los televisores, en las lavadoras de nuestro hogar, etc. A trasvés del presente informe aprenderemos a conocer más acerca de ellos no solo su uso, como funcionan si no para que sirven, a demás con el desarrollo de la actividad aprenderemos a montar nuestro propio programador , con cada uno de pasos y por supuesto con toda la lista de materiales para su elaboración

MARCO TEORICO

¿QUE SON LOS PIC? Los PIC son una familia de microcontroladores tipo RISC fabricados

por Microchip Technology Inc. Y derivados del PIC1650, originalmente desarrollado por la división de microelectrónica de General Instrument El nombre actual no es un acrónimo. En realidad, el nombre completo es PICmicro, aunque generalmente se utiliza como Peripheral Interface Controller (controlador de interfaz periférico).

MICROCONTROLADOR Un microcontrolador (abreviado μC, UC o MCU) es un circuito integrado

programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora; unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida • ¡Se dice que hay Más microcontroladores que personas en el mundo! • ¿Cuantos microcontroladores llevas ahora mismo en los bolsillos? Teléfono móvil, llaves del coche, iPod, llave del garaje… • ¿Cuántos tienes en casa? Lavadora, microondas, televisor, teclado, ratón, la impresora etc.

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• ¿Y en el coche? Un coche moderno puede tener cerca de 100 microcontroladores (airbags, tracción, ABS,). En 2003, Microchip vendió 25 millones de microcontroladores PIC para el control de airbags.

Fig. 01

SISTEMAS EMPOTRADOS

Son un sistema de computación diseñado para realizar una o algunas pocas funciones dedicadas frecuentemente en un sistema de computación en tiempo real. Al contrario de lo que ocurre con los ordenadores de propósito general (como por ejemplo una computadora personal o PC) que están diseñados para cubrir un amplio rango de necesidades, los sistemas embebidos se diseñan para cubrir necesidades específicas. En un sistema embebido la mayoría de los componentes se encuentran incluidos en la placa base (la tarjeta de vídeo, audio, módem, etc.) y muchas veces los dispositivos resultantes no tienen el aspecto de lo que se suele asociar a una computadora. Algunos ejemplos de sistemas embebidos podrían ser dispositivos como un taxímetro, un sistema de control de acceso, la electrónica que controla una máquina expendedora o el sistema de control de una fotocopiadora entre otras múltiples aplicaciones. El Sistema empotrado o embebido (Embedded System): es un sistema

informático cuyo hardware y software están concebidos para un uso

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concreto. Se componen de dos elementos: Controlador y Sistema a controlar. Son sistemas informáticos embarcados en el propio sistema que van a controlar, en muchos sistemas empotrados es más práctico utilizar microcontroladores que microprocesadores por lo siguiente: • Limitaciones de espacio: (todo en un único chip). • Limitaciones de consumo: (los sistemas empotrados muchas veces son portátiles). • Limitaciones económicas: (es más barato tener un único chip que todo el hardware de un computador basado en microprocesador). • Las unidades de E/S de los microcontroladores están diseñadas para manejar sensores y actuadores típicos de los sistemas empotrados. Ejemplos: Lavadora, televisor, TDT, cajero automático, UVI móvil, caja del Súper mercado, misil, llaves del coche, GPS, boyas, microondas etc.

CARACTERÍSTICAS DE LOS MICROCONTROLADORES

Características Son diseñadas para reducir el costo económico y el consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de la unidad central de procesamiento, la cantidad de memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como una batidora, utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bit) por que sustituirá a un autómata finito. En cambio un reproductor de música y/o vídeo digital (mp3 o mp4) requerirá de un procesador de 32 bit o de 64 bit y de uno o más Códec de señal digital (audio y/o vídeo). El control de un sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se basa normalmente en un microcontrolador de 16 bit, al igual que el sistema de control electrónico del motor en un automóvil. Suelen utilizar arquitectura Harvard (memoria de datos e instrucciones separadas), presenta ventajas en computadores que no hay que reprogramar constantemente, gran variedad dentro de una misma familia adaptándolos a aplicaciones concretas como en: • Robots y sistemas mecánicos (control de motores). • Comunicaciones (WiFi, USB, internet). • Multimedia (entradas A/D y salidas D/A). • Aplicaciones críticas (resistencia térmica, robustez). • Instrumentación (sensores, LCD, etc.).

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ELECCIÓN DE UN MICROCONTROLADOR

Para elegir un microcontrolador a demás factores generales, como el precio o el tamaño, las características que nos ayudan a decidir entre la gran variedad de microcontroladores (PIC) son: • Número de bits: Arquitecturas de 8, 16 y 32 bits. • Velocidad: en MIPS o en MHz De 4MHz a 80MHz.

• Memoria de programa: • Tamaño: de 300Bs a 512KBs.

• Tipo: Flash (regrabable) vs OTP (programable una única vez).

¿Autoescribible? ICSP. • Memoria principal: de 16Bs a 64KBs. • Memoria permanente: EEPROM de 0 a 4KBs. • Temperatura de trabajo: De -40ºC a 150ºC. • Voltaje: desde 1’8V.

• Encapsulado: DIP/SPDIP para prototipos. Otros: SOIC, QFN, SSOP, TQFP, DFN. • Pines de E/S y pines totales: 4 a 85 / 6 a 100 • Unidades de E/S y otros componentes: • Conversores A/D. • Puertos de comunicación digital (serie, RF, Ethernet, USB...). • Temporizadores, comparadores, PWM, capturadores.

COMUNICACIÓN ANALÓGICA Y DIGITAL Conversores A/D: es un dispositivo electrónico capaz de convertir una

entrada analógica de voltaje en un valor binario, Se utiliza en equipos electrónicos como computadora, grabadores de sonido y de vídeo, y equipos de telecomunicaciones. La señal analógica, que varía de forma continua en el tiempo, se conecta a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo a una velocidad fija, obteniéndose así una señal digital a la salida del mismo. • Número de puertos: 0 a 32 • Resolución (bits) por puerto: 10b a 16b

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INTERFAZ DE PUERTO SERIE: • USB: Soporte para USB 2.0. OTG (On-The-Go): Pensado para sistemas embebidos, permite que un mismo dispositivo actúe como master y como slave. •UART / USART: Clásica conexión de puerto serie (RS-232). La UART sólo

soporta comunicación asíncrona. Comunicación con otros sistemas. • SPI (Serial Peripheral Interface): interfaz serie síncrona y full-duplex que

sigue el paradigma maestro/esclavo. Comunicación entre componentes electrónicos del mismo sistema, que requieran buen ancho de banda. • I2C (Inter-Integrated Circuit): maestro/esclavo más lento que SPI. Pensado

para comunicación entre componentes que no requieran velocidad, sino bajo costo, requiere menos pines y permite conectar dispositivos en caliente. • CAN (Controller Area Network): Comunica varias MCUs entre sí. Diseñado

para automóviles _comunicar todos los sistemas electrónicos del automóvil. •LIN (Local Interconnect Network): Subsistema de CAN más económico.

• IrDA: Comunicación por infrarrojos.

• Puerto paralelo: GPIO, PMP.

•AC97: Interfaz de E/S para audio. Conecta la MCU con un codec externo.

• Ethernet: clásica conexión de red.

• Radiofrecuencia (RF): comunicación inalámbrica rfPIC: 10MW (~200m)

SENSORES, ACTUADORES Y OTROS…

Temporizadores •Timers: Contadores de 8 a 32 bits que se incrementan automáticamente. Permiten temporizar operaciones, interfaces, etc. Puede haber varios por chip (de 1 a 13).

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• Watchdog Timer: Contador que se incrementa automáticamente, y se

pone a 0 desde código. Si llega al final de la cuenta, resetea la MCU. Módulo CCP (Capture/Compare/PWM) Utiliza un registro dedicado para las tres funciones (CCPR) y un pin de E/S dedicado, actuando junto con el primer temporizador (TMR1).

• Capture: en el momento en el que ocurre un flanco (programable) en el pin,

se guarda el valor de TMR1 en CCPR y salta una interrupción. • Compare: se guarda un valor en CCPR, y salta una interrupción cada vez

que el valor de TMR coincide con el de CCPR. • PWM (Pulse Width Modulation): utilizado para control de motores. Usa el

pin como salida, emitiendo un pulso modulado en anchura.

Fig. 02

PRINCIPALES FAMILIAS DE MICROCONTROLADORES

Freescale: es una familia de microcontroladores (antes Motorola) de 8 bits,

20 pines, 112B RAM y arquitectura de von Neumann, con un solo bloque de memoria. Es conocida también simplemente por HC08.

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Los HC08 son microcontroladores de propósito general, cada miembro de esta familia cuenta con diferentes periféricos internos, pero con una CPU común que permite migrar aplicaciones entre ellos, facilitando con ello el diseño. Coldfire: Con una arquitectura de 32 bits, hasta 128KBs datos, 512KBs

programa, velocidad de 500MHz, 120pines. Intel: La denominación oficial de Intel para familia de µCs 8051 es MCS 51,

de 8 y 16 bits. Éste microcontrolador está basado en la Arquitectura Harvard (es decir, existen espacios de direcciones separados para código y datos). Aunque originariamente fue diseñado para aplicaciones simples, se permite direccionar 64 KB de ROM externa y 64 KB de RAM por medio de líneas separadas chip select para programa y datos. • Texas Instruments: Microcontroladores MSP430 (MCUs) de Texas

Instruments (TI) son16-bit, basado en RISC, procesadores de señal mixta diseñados específicamente para ultra-bajo consumo de energía. MSP430 MCU tiene la mezcla perfecta de periféricos inteligentes, facilidad de uso, bajo costo y menor consumo de energía durante miles de aplicaciones - incluyendo el suyo. TI ofrece soporte de diseño robusto para la MSP430 MCU plataforma junto con los documentos técnicos, capacitación, herramientas y software para ayudar a los diseñadores a desarrollar productos y ponerlos en libertad en el mercado más rápido. Zilog: es un fabricante de microprocesadores, siendo su producto más

conocido el Zilog Z80 de 8 bits es un microprocesador construido en tecnología NMOS, y está basado en el Intel 8080 Básicamente es una ampliación de éste, con lo que admite todas sus instrucciones Microchip: Los productos que fabricaba eran los microcontroladores PIC y

de las memorias EEPROM y EPROM. Hoy es uno de los líderes del mercado de microcontroladores. Algunos de sus productos son: Microcontroladores PIC, PIC16F84, PIC16F87X, PIC16F88, PIC24H, dsPIC30F y dsPIC33F, PIC32 (MCUS de 32 bits), Productos analógicos, memorias, Productos de radio-frecuencia. Adicionalmente Microchip Technology Inc. tiene herramientas de desarrollo

que facilitan la programación de sus diversos dispositivos.

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LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN Lenguaje de Programación de Bajo Nivel: Estos lenguajes de

programación son más cercanos al microcontrolador, ósea prácticamente es como si “habláramos” con el mismo, la ventaja de estos lenguajes de programación de bajo nivel es que tenemos un control más detallado de las funciones del microcontrolador, se encuentra mucha información y el software de desarrollo es gratuito, la desventaja es que tiene su precio en trabajo, dificultad en la depuración, y mucho tiempo de programación si el proyecto es complejo, el lenguaje más representativo de esta categoría es el assembler o ensamblador y en un término medio el lenguaje C.

Lenguaje de Programación de Alto Nivel: Estos lenguajes de

programación básicamente lo que hacen es crear una interfase hombre – máquina, con lo cual se logra que el programador entienda de una forma más fácil que es lo que quiere programar en un microcontrolador, ósea es un lenguaje más cercano al programador, cuando se compila el programa o código fuente para el pic este tipo de lenguaje genera básicamente dos archivos en los que uno de ellos sigue siendo lenguaje ensamblador y el otro es un archivo propio del lenguaje utilizado. La ventaja de este lenguajes es la simplicidad en la programación, pocas líneas de código, (aunque esto no significa que el archivo .hex resultante será menor que si lo hiciéramos con un lenguaje de bajo nivel), ahorro de tiempo en el desarrollo de proyectos, se aprovecha más fácilmente las características especiales de los microcontroladores como el conversor análogo a digital, PWM, bus I2C, los protocolos de comunicación como el RS232, USART, USB etc.

Las desventajas en estos lenguajes de programación es que no son gratuitos, aunque existen versiones de prueba con algunas limitaciones, otras compañías de este tipo de software le apuestan a versiones gratuitas como el caso del AMICUS de la compañía Mecanique y Crowhill, este software es una versión gratuita del PROTON IDE pero solo para el pic 18f25k20 y que trabaja en base al lenguaje BASIC.

Lenguajes de programación con entorno visual: Básicamente se trata de

una interfase grafica en donde se realiza un diagrama de flujo y luego el software genera el código hexadecimal en base a lo que queramos programar, es un entorno interesante pero para muchas cosas se complica

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por el hecho de que todo está predeterminado y no se tiene un control profundo sobre los recursos del microcontrolador. Entre estos sistemas de programación tenemos que el sistema NIPLE y PICAXE son los más representativos de esta categoría, el sistema PICAXE utiliza un código predeterminado grabado en los microcontroladores al igual que el sistema ARDUINO y que es conocido como BOOTLOADER, la gran ventaja de este último es el hecho de que se

puede actualizar su código o firmware a través del puerto USB del microcontrolador conectado a la computadora.

LISTADO DE MATERIALES

2 C27 fig. 03 2 C104 fig.04

1 D1N4148 fig.05 1 680uH (inductancia) fig.06

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1 PIC18F2550+ base 28pines fig. 07 1 C473 fig. 08

LEDS GREEN YELLOW RED fig. 09

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2 2N3904 fig. 10 2 2N3906 fig. 11

7 R10kΩ fig. 12 2 R47Ω fig. 13

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2 R4.7kΩ fig. 14 2 R470Ω fig. 15

1 R1k Ω fig. 16 1 2.7k Ω fig. 18

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1 R100k Ω fig. 18 USB Type B Female fig. 19

1 CRISTAL 20MHz fig. 20 40 Pin ZIF fig. 21

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1 Baquelita fig.22

Part Value Package

C1 100nf C025-030X050

C2 47uf E2-5

C3 27pf C050-030X075

C4 27pf C050-030X075

C5 47nf C050-030X075

C6 47uf E2-5

C7 100nf C025-030X050

D1 1N4148 DO35-10

IC1 PIC18F2550 + base 28pines DIL28-3

JP1 JP1

JP2 JP1

JP3 JP1 JP4 JP1

JP5 JP1

JP6 JP1

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L1 680uH (inductancia) 0207/10 LED1 GREEN LED5MM

LED2 RED LED5MM

LED3 YELLOW LED5MM

Q1 2N3904 TO92-EBC

Q2 2N3904 TO92-EBC

Q3 2N3906 TO92-CBE

Q4 2N3906 TO92-CBE

R1 10k 0207/7

R2 47 0207/7

R3 47 0207/7

R4 4.7k 0207/7

R5 470 0207/7

R6 470 0207/7

R7 10k 0207/7

R8 4.7k 0207/7

R9 2.7k 0207/7

R10 100k 0207/7

R11 10k 0207/7

R12 10k 0207/7

R13 10k 0207/7

R14 10k 0207/7

R15 10k 0207/7

R16 2.7k 0207/7

R17 470 0207/7 X1 USB Type B Female 85-32004-10X

XT1 20MHz HC49/S

ZX1 40 Pin ZIF 240-1280-00-0602J

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PROGRAMADOR PICS USB

El programador de pics realiza todas las funciones del pickit2 original de microchip, programa dispositivos de 3.3v y 5.0v, viene con base zif que sujeta los microcontroladores o las memorias eeprom de manera segura sin causarle daños a los pines, compatible con cualquier computador portátil (laptop) o de escritorio (desktop), la base zif soporta microcontroladores pic de 8,14,16,18,20,28 y 40 pines incluyendo los dspics y memorias eeproms no necesita fuente de alimentación externa ya que se alimenta del puerto usb COMPATIBLE CON: WINDOWS 98SE / ME / 2000 / XP / XP SP2 SP3 /

VISTA X32 X64 / SEVEN X32 X64 El grupo de de leds indica el estado del programador, es de muy fácil manejo para todos los procesos de lectura, programación, verificación, borrado e identificación de los pics, autodetecta el modelo y referencia del microcontrolador puede programar diversos tipos de encapsulados DIP, SOP, QFP, SMT, SUPERFICIE, etc. Es súper fácil y practico de usar, ideal para leer, programar memorias eemprom de televisores, equipos modernos, y otros, es 100 % compatible con MPLABX y posee su propio software de grabación pickit2

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.HERRAMIENTA PARA EL DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

Cautin, portacautin, acido ferrico, estaño, dessoldador, mototool, brocas, plancha fig. 23

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ELEMENTOS DE PROCTECCION

Gafas, guantes de nitrilo, tapabocas fig. 24

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DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

Fig. 25

Imprimimos a través del programa Eagle el circuito

Fig. 26

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Pegamos el impreso a la baquelita para realizar el planchado y lograr la termotransferencia del circuito, por unos 12 a 20 minutos aproximadamente

Fig. 27

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Depositamos la baquelita en agua fría para retirarle el papel sobrante,

es decir para que únicamente quede el impreso del circuito

Fig. 28

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Una vez quede solo el impreso, pasamos a atacar con acido férrico la baquelita en agua caliente, para mas rápido efecto

Fig. 29

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Después de unos 30 a 40 minutos, sacamos la baquelita y la brillamos

con agua y con una esponjilla de brillo para quede únicamente el cobre con las pistas.

Fig. 30

Siguiente paso es perforar la baquelita con un mototul

cuidadosamente sin ir a dañar alguna pista del circuito.

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Fig. 31

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Ya perforado el impreso, pasamos a recortar y pulir todos los bordes.

Fig. 32

Una vez recortado todo el circuito procedemos a ensamblar todos los

elementos del programador y soldarlos con mucho cuidado con el cautín

Fig. 33

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Después de soldar todos los elementos pasamos a probar el programador en el PC para su correcto funcionamiento

Fig. 34

Fig. 35

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CONCLUSIONES

Al momento de imprimir el circuito debemos hacerlo directamente del

programa en este caso del Eagle, porque de lo contrario si es convertido a PDF y es impreso aparte, al momento de usted ensamblar los componentes no van a encajar , el circuito se reduce.

Tener en cuenta los materiales que se utilizan para la elaboración del programador, ya que si se reemplaza alguno de ellos, lo más probable es que no les vaya a funcionar debidamente.

Tener cuidado al momento de atacar con acido el impreso, debemos

verificar cada una de las pistas para que no vayamos a tener problemas más adelante en el montaje.

Una vez terminemos de ensamblar el proyecto debemos verificar continuidad en todas las pistas, ya que si no lo asemos y si lo probamos así, a lo mejor podemos quemar el pic por uniones de algunas pistas.

Mucho cuidado al momento de soldar los componentes, es mejor utilizar un estaño delgado, para que no se nos riegue la soldadura en el circuito.