capitulo ii: marco teÓrico a.- fundamentaciÓn teÓrica

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11 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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Page 1: 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

Page 26: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

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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.

Page 27: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

37

• 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.

Page 28: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

38

• 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

Page 29: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

39

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.

Page 30: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

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

Page 31: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

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.

Page 32: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

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

Page 33: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

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.

Page 34: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

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

Page 35: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

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

Page 36: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

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

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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

Page 38: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

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

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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

Page 40: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

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

Page 41: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

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.

Page 42: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

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

Page 43: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

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.

Page 44: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

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

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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

Page 46: CAPITULO II: MARCO TEÓRICO A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

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

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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

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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.

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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

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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).