Manual-del-Taller-Introduccion-al-Microcontrolador-PIC18F4550

Facultad de ingeniería Mecánica Eléctrica, Región Orizaba-Córdoba. Manual del taller: INTRODUCCIÓN A L MICROCONTROL A DOR PIC18F4550 Duración: 30 horas Facilitador: M.C. Jesús Medina Cervantes Ciudad Mendoza, Veracruz, Méx ico. Junio, 2012 Contenido i Introducción La Universidad Veracruzana ha impulsado de forma institucional la transición a un Modelo Educativo Integral y Fle xible , el cual está centrado en e l aprendizaje de los e studiantes y orien tado al desarrollo de competencias profesionales. Para hacer real idad estos cambios, es evidente la necesidad de transformar de los procesos de aprendizaje, lo que a su vez demanda de cambios compartidos y de man era sistemática por p arte de los profesores para co nseguir la tran sformación de las prácticas docentes en el aula. Para consolidar el modelo e ducativo de manera que impacte de forma efectiva en el aprendizaje y formación integral de los estudiantes, la Univ ersidad Veracruzana ha e stablecido un programa de Innovación educativ a , cuya finalidad es lograr que todo s los a cadémicos de la Institución adopten una metodo logía de enseñanza apoyada en cuatro componentes, que son: pensamiento complejo , competencias, vinculación d ocencia-investigación y el uso de tecnologías de información y comunicación. Así, resu lta evidente que los académicos de la Universidad Veracruzan a deberán mejorar sus perfiles profesionales, así co mo per manecer e n c onstante act ualización pedagógica y disciplinar. Por esta razón, los miembros del cuerpo académico UV CA - 3 18 : Investigación en Ingeniería Aplicada, perteneciente a la Facultad de Ingeniería Mecánica Eléctrica , han iniciado un programa que pretend e a tender la necesidad de actualización disciplinar de los académicos de la Fa cultad, e n las d istintas áreas de i ngeniería de los PE que o ferta . Por ello , se han planeado cursos o talleres de actualización disciplinar impartidos por los miembros de l cuerpo académico , o en su caso, realizar la gestión p ertinente para que los impartan académicos de otros cuerpos académicos, de la UV o de diferentes instituciones. Desde el año 2010, el cuerpo académico ha im partido hasta el mo mento tres talleres dirigidos a los académicos de la Facultad, que son: Introducción a Mechanical Inventor , Introducción a SolidWorks y Programa ción básica con Matlab . L os primero s dos abordan aspectos de Diseñ o asistido por computadora para generar mod elos tridimensionales de elemen tos mecánicos y el tercero se enfoca a la programación en software especializado para cálculos de ingeniería. Contenido ii Por otro lado, en colaboración con otro c uerpo académico de la UV, se impa rtió el taller de Interacción con el mundo virtual con 3Ds Max , el cual se orientó a la creación de modelos tridimensionales elaborados con e l software 3Ds Max y manipu lados en un ambiente virtual m ediante la aplicación vrbuild2 de Matlab. Los talleres han permitido a los a cadémicos de la Facultad conocer y m anipular software de actualidad e specializado en ingeniería. De esta ma nera, los académicos puede n visualizar diferentes usos y aplicaciones del sof tware , conforme los incorporen en e l quehacer docente, en el desarrollo de proyectos y en la investigación. Ahora, el taller que se de sarrollará en este periodo intersemestral se denomina Introducción a l microcontrolador PIC18F4550 . Objetivo Que los académicos adquieran competencias básicas en el mane j o del microcontrolador PIC18F4550 , así como su programación e implementación en proyectos de automa tización y control , con la finalidad de que incorpor en su uso como herramienta didá ctica de apoyo y /o para la d irección de proy ectos que promuevan el desarrollo de dispositivos ex perimentales electromecánicos y mecatrónicos de bajo costo para fortalecer el equipamiento de los laboratorios de la facultad. Justificación Se pretende que los docentes conozcan y se interesen en gr an medida en el manejo y programación del microcontrolador PIC18F4550, con la finalidad de que ellos propongan y desarrollen en la Facultad proy ectos para la creación d e dispositivos o prototipos que se requieren para la realización de prácticas de laboratorio de las diferentes experiencias e ducativas p rácticas que se i mparten en los programas educativos de la Facu ltad. Con ello, se podrán reducir reducir las necesidade s de equipamiento de laboratorio, en t anto q ue el desarrollo de e quipos experimentales pr opios de jará un Contenido iii mayor aprendizaje y adquisición de competencias tanto en los estudiantes como en l os docentes. Por otro lad o, se pretende también que los acad émicos q ue imparten clas es en la carrera de Mecatrónica estén familiarizados con e l uso de esta te cnología tan amp liamente utiliz ada e n la actualidad en dicho campo disciplinar, para que puedan colaborar y acompañar de mejor manera a los estudiantes en su proceso de aprendizaje. Intención del manual El presente manual h a sido elaborado para servir c omo a poyo didáctico complementario al desarrollo de las activ idades del taller Introducción a l mi crocontrolador PIC18F4550 . Se trata de un manual básico cuya f inalidad es fungir como material de consulta para la realización de los p royectos propuestos en el taller. Se pretende que el manual sea práctico y de f ácil lectura , para que el lector des arrolle con facilidad los proyectos presentados. Por otro lad o, e s n ecesario decir q ue este m anual no preten de ser exhaustivo, por la naturaleza y cantidad de horas dedicadas para el desarrollo del taller. Si el lector tiene algunos comentarios para mejorar este documento o ha encontrado algún error en su contenido, por favor hágalo saber al autor a la siguiente direcció n electrónica: jemedina@uv.mx Licencia Se autoriza la distribución gratuita total o parcial de este documento por medios electrónicos o impresos, otorgando los créditos respectivos al autor. rel="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by- nc -nd/2.5/mx/"> alt="Licencia Creative Commons" style="border-width:0" src="http://i.creativecommons.org/l/by- nc - nd/2.5/mx/88x31.png" /> /> xmlns:dct="http://purl.org/dc/terms/" href="http://purl.org/dc/dcmitype/Text" property="dct:title" rel="dct:typ e" >Manual de Taller: Introducción al M icrocontrolador PIC18F4550 por a xmlns:cc="http://creativecommons.org/ns#" href="http://www.uv.mx/personal/jemedina/" Contenido iv property="cc:attributionName" rel="cc:attributionURL">Jesús Medina Cervantes se encuentr a bajo una Licencia rel="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by - nc - nd/2.5/mx/">Creative Commons Atribución-NoCom ercial-SinDerivadas 2.5 México . This work is licen sed under the Creative Common s Atribución -NoComercial-SinDerivadas 2.5 México License. To view a copy of this license, visit http://creativ ecommons.org/licenses/by - nc -nd/2 .5/mx/ or send a letter to Creativ e Commons, 444 Castro Street, Suite 900, Mountain V iew, California, 94041, USA. Taller: Introducción al PIC18F455 0 v Contenido Introducción ............................................................................................................................................................................ i Objetivo .................................................................................................................................................................................. ii Justificación ........................................................................................................................................................................... ii Intención del manual ........................................................................................................................................................... iii Licencia ................................................................................................................................................................................... iii 1. INTRODUC CIÓN A LOS M ICROCONTROLAD ORES ................................................................ ............................. 8 1.1. ¿Qué son los micr ocontrolad ores? ............................................................................................................................. 8 1.2. Arquitectura int erna ................................................................................................................................................... 9 1.3. Hoja de datos del PIC18F4550 .................................................................................................................................. 10 2. COM PONENTES ELECTRÓN ICOS EXTERN OS ................................................................................................... 12 2.1. Fuente de alim entación ................................................................................................................................ ............ 12 2.2. Resistor ..................................................................................................................................................................... 12 2.3. Potenciómetr o ................................ .......................................................................................................................... 13 2.4. Capacitor ................................................................................................................................................................... 14 2.5. Transistor ................................ .................................................................................................................................. 14 2.6. Oscilador ................................................................................................ ................................................................... 15 2.7. Botón pulsador .......................................................................................................................................................... 15 2.8. Diodo ......................................................................................................................................................................... 16 2.9. Led ............................................................................................................................................................................. 16 2.10. Sensores .................................................................................................................................................................. 18 2.11. Actuadores .............................................................................................................................................................. 18 2.12. Relevad or ................................................................................................................................................................ 19 2.13. Display LCD .............................................................................................................................................................. 20 2.14. MAX 232 ................................................................................................................................ .................................. 21 2.15. LM358N ................................................................................................................................................................... 22 2.16. Zumbador ................................ ................................................................................................................................ 23 2.17. Programador de PICs .............................................................................................................................................. 23 2.18. Protoboard .............................................................................................................................................................. 25 3. PROGRAM ACIÓN EN C ............................................................................................................................................. 25 3.1. Compilador de C ................................................................................................ ........................................................ 26 3.2. Estructura bási ca de un programa en C .................................................................................................................... 26 Taller: Introducción al PIC18F455 0 vi 3.3. Creación de un pr oyecto en CCS ............................................................................................................................... 27 3.4. Entradas y salid as ...................................................................................................................................................... 28 3.4.1. Proyecto 1. Encendido de leds. ...................................................................................................................... 28 3.4.2. Proyecto 2. Se máforo. .................................................................................................................................... 31 3.5. Interrupciones ................................ ........................................................................................................................... 34 3.5.1. Proyecto 2b. Semáforo con us o de interrupción. .......................................................................................... 34 3.6. Convertidor A/ D y uso del disp lay LCD ..................................................................................................................... 37 3.6.1. Proyecto 3. L ectura de una señal anal ógica y acci onamiento de un r elevador y una alar ma. ...................... 38 3.7. Comunicación serial ................................................................ .................................................................................. 41 3.7.1. Proyecto 4. Comunicación serial mediante inter faz de usuario desarr ollada en Ma tlab. ............................. 42 4. CONCLUS IÓN ................................ ............................................................................................................................... 51 Bibliogra fía ................................................................................................................................................................ ........... 52 Lista de figuras Figura 1. Comp onentes de los micr ocontroladores ( Milan, 2008). ................................................................ ........................ 8 Figura 2. Esquema de pines del PIC 18F4550 (Micro chip, 2009). .......................................................................................... 10 Figura 3. a) Resist ores de 0.5W de diferentes val ores, b) símbolo electrónico. ................................................................... 12 Figura 4. Códig o de colores para resistores de 4, 5 y 6 band as (EDJMM9, 2011). ................................ ............................... 13 Figura 5. a) Potenci ómetros de 10k \u2126 , b) sí mbolo elect rónico. ............................................................................................ 14 Figura 6. a) capacit or cerámic o y electrolític o, respectivament e, b) símbolos ele ctrónico s. ............................................... 14 Figura 7. a) Transist ores, b) símb olo electrónico. ................................................................................................ ................. 15 Figura 8. a) Oscilador HS de 20MHz, b) sí mbolo ele ctrónico. ............................................................................................... 15 Figura 9. a) Entrada in icial con nivel lógic o \u201c1\u201d, b) Entra da inicial con nivel lógic o \u201c0\u201d. ...................................................... 16 Figura 10. a) Diodo , b) símbolo electr ónico. ......................................................................................................................... 16 Figura 11. a) Comp onentes de un led, b) sí mbolo ele ctrónico. ............................................................................................ 17 Figura 12. a) El Led se ilumina con ni vel lógico \u201c1\u201d, b) El led se ilumina c on nivel ló gico \u201c0\u201d. ................................ ............. 18 Figura 13. Sensor CN Y70 en modo digital mediante un comparador (Palacios , Remiro, & López, 2004). ........................... 18 Figura 14. a) Rel evador con bobina de 6V DC, b) símb olo electrónic o. ................................................................................ 19 Figura 15. Conexión de salida a rele vador. ........................................................................................................................... 20 Figura 16. a) Displa y LCD JHD 162A , b) símbolo elec trónico LCD LM016 L. .......................................................................... 20 Figura 17. a) Diagra ma de conexi ones entre el LCD L M016L y el PIC 18F4550. ................................................................ .... 21 Taller: Introducción al PIC18F455 0 vii Figura 18. Eje mplo de conexión full du plex entre un PI C y una PC (García, 2008). .............................................................. 21 Figura 19. Diagra ma de conexión d el MAX 232 (Maxi m, 2001). ........................................................................................... 22 Figura 20. Diagra ma de pines del a mplificador operaci onal LM358N. ................................................................................. 23 Figura 21. Símbol o electrónico del zumbador. ................................................................................................ ..................... 23 Figura 22. Programad or de PICs MASTER PROG. .................................................................................................................. 23 Figura 23. Interfaz de usuario del pr ogramador MAST ER PROG. ......................................................................................... 24 Figura 24. Se busca el archivo hexade cimal a grabar en el PIC. ........................................................................................... 24 Figura 25. Firmwar e grabado c on éxito al PIC18F4 550. ....................................................................................................... 25 Figura 26. Vista fr ontal y posterior d e un protoboard ( Faludi, 2011). .................................................................................. 25 Figura 27. Creaci ón de un proyect o en el compilador C de CCS. .......................................................................................... 27 Figura 28. Encendid o y apagado de l eds con botones pulsad ores. ...................................................................................... 29 Figura 29. Montaje r eal del proyect o 1. ................................................................................................................................ 30 Figura 30. Progra ma Proye cto1.c (Dos formas distinta s de configuración d e puertos). ...................................................... 31 Figura 31. Circui to electrónico del se máforo. ....................................................................................................................... 32 Figura 32. Progra ma proyecto2.c (s emáforo). ................................................................................................ ...................... 33 Figura 33. Montaje r eal del proyect o 2. ................................................................................................................................ 34 Figura 34. Circui to electrónico del se máforo (con inter rupción externa). ........................................................................... 35 Figura 35. Progra ma proyecto2b. c (semáforo con int errupción). ................................ ........................................................ 36 Figura 36. Montaje r eal del proyect o 2b. ............................................................................................................................. 37 Figura 37. Circui to electrónico del pro yecto 3. ..................................................................................................................... 39 Figura 38. Progra ma proyecto3.c. ......................................................................................................................................... 40 Figura 39. Montaje r eal del proyect o 3. ................................................................................................................................ 41 Figura 40. Conectores DB-9 hembras. .................................................................................................................................. 42 Figura 41. Interfaz gráfica de usuario d el sistema SCA DA. ................................................................................................... 43 Figura 42. Interfaz gráfica de usuario d el sistema SCA DA. ................................................................................................... 44 Figura 43. Progra ma para comunica ción serial con int erfaz de usuario en Matlab. ............................................................ 46 Figura 44. Ventana c on herramientas para la creación de interfaz de usuario. ................................................................... 47 Figura 45. Element os de la interfaz de usuario. .................................................................................................................... 47 Figura 46. Diagra ma electrónico del pr oyecto 4. .................................................................................................................. 50 Figura 47. Simulación del sistema SCA DA del proyect o 4. .................................................................................................... 51 Taller: Introducción al microcon trolador PIC18F455 0 Facilit ador: M.C. Jesús Medin a Cervantes 8 1. INTRODUCCIÓN A LOS MICROCONTROL ADORES Los microntroladores surgieron a partir de una necesidad concreta que tuvieron ingenieros jap oneses de la empresa Busicom en 1969. El requerimiento fue obte n er una cantidad de circuitos integrados para ca lculadoras que fueran diseñad os d e acuerdo a sus proyectos. Est os requerimientos f ueron expuestos a la empresa Intel. La solución propuesta por el jefe del p royecto, Marcian Hoff, requería que la operación d el circuito integrado fuera determinada por un pr ograma almacenado en el prop io circuito (Milan, 2008). De esta manera na ció el primer m icrocontrolador, el cual ha evolucionado rápidamente hasta nuestros días. 1.1. ¿Qué son los microco ntroladores? Los microcontroladores son circuitos integrados programables que co ntienen todos los elementos necesarios para desarrollar y controlar una tarea determinada. L a cantidad de componentes que se integran a los microcontroladores depende del diseñ o de los fabricantes, sin embargo, los elem entos básicos suelen ser: microprocesad or, memoria RAM, memoria de p rograma, conv ertidor A/D, oscilador, puerto de com unicación, etc. Esto le ha brindado una gran versatilidad a este tipo de dispositivos y hoy en día su utilización se ha incrementado enormemente en el mundo (Palacios, Remiro, & López, 2004). Figura 1. Componen tes de los microcontroladores (M ilan, 2008). Taller: Introducción al microcon trolador PIC18F455 0 Facilit ador: M.C. Jesús Medin a Cervantes 9 Cuando se desea tra bajar en sistemas basados en microcontroladores es necesario rea liz ar algunas consideraciones como: la cantidad de entradas/salidas que son necesarias para su operación, si se requiere co nvertidor A/D, si realizará algunas operaciones distintas de encender o apagar un relevador, si se requiere algún módulo especializado d e comunicación, etc. Una vez q ue se han respondido es tas preguntas b ásicas, se está en c ondiciones d e el egir un microco ntrolador. S in embargo, esto no es una tarea fácil, ya que actualmente ex isten un buen número de marcas y gamas de microcontroladores, como son: AVR de Atmel, Freescale (antes Motorola), Basic Stamp de Parallax y PICm icro de Microchip, entre muchos otros. De estos, los microcontroladores PICm icro de Microchip so n considerados como los idóneos y más aceptados tanto para principiantes a ficionados como para buena parte de profesionales. Uno de los factores principales del é xito de Micr ochip es que tienen la polí tica d e ofrecer la do cumentación y todo el software ne cesario sin ningú n costo p ara e l usuario; el cual puede obtener la información a partir de su página web www.microchip.com Las ventajas que ofrecen los microcontroladores PIC son (Casacuberta, 2010): - Existe gran variedad de familias - Poseen herramientas de desarrollo comunes - Existe una gran can tidad de unidades funcionales embebidas (temporizadores, USART, convertidores A/D, USB, RF, Ethernet, etc.) - Precios competitivos - Amplio soporte (hojas de datos, libros, información disponible en internet) 1.2. Arq uitectura interna Los microcontroladores PIC utilizan la arq uitectura Harvard, lo c ual significa que disponen de dos memorias independientes, una para el programa y la otra para los datos, cada una con sus respectivos buses. Esto le brinda a los microcontroladores la po sibilidad de de te ner acceso simultáneo a ambas memorias, así como solapar operaciones para m ejorar el ren dimiento (Salamanca, 2003).

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