🛠️ ESTRATIFICACIÓN del SOFTWARE

Software

Jerarquía del software

👋   También se pueden establecer niveles funcionales respecto del software. Por un lado, la jerarquía mas alta corresponde a los programas de uso particular de los usuarios, denominados aplicaciones (que se programan en lenguajes de alto nivel); en el extremo opuesto están las señales que genera la unidad de control para el gobierno de los distintos dispositivos físicos, por ejemplo, una orden de lectura a memoria. Podemos ver la relación entre las distintas jerarquías de software y el hardware en el esquema siguiente:

Un usuario que sólo utiliza un software para enviar correo electrónico o e-mails se comunica con la computadora con la interfaz gráfica del sistema operativo y no requiere muchos conocimientos en ciencias de la computación Un programador que desarrolla software de aplicación requiere conocimientos formales en arquitectura de computadoras, en sistemas operativos y, por supuesto, en diseño de algoritmos, lenguajes de programación y estructuras de datos. El programador desarrolla software que, por ejemplo, le sirva a una empresa para administrar su stock, su facturación, etcétera. 💣

Programas y lenguajes de programación informáticos

👆  Un programador que desarrolla software de sistema debe tener conocimientos profundos en arquitectura de computadoras, en lenguajes de programación que le permitan comandar el hardware y en sistemas operativos que le sirvan, por ejemplo, para programar un software de "supervisión" para un dispositivo físico.

✌  Todos los programas se compilan o reciben algún proceso de traducción a código de máquina, que es el lenguaje que interpreta la CPU y pertenece al nivel de arquitectura del set de instrucciones. Por efecto de esta "interpretación", la CPU genera señales sincronizadas en el tiempo que controlan el hardware implicado en la operación, por ejemplo, "orden de suma a una unidad de calculo" Por último, el que realiza la operación es el hardware.

Set de instrucciones de la CPU

La arquitectura del set de instrucciones (ISA o lnstruction Set Architecture) determina el formato de las instrucciones, los tipos de datos que puede operar, las distintas formas de obtener datos de memoria, que se denominan "modo de direccionamiento", y la forma en que se atienden eventos externos.  👽

👉   Cada instrucción implica "algo que hacer", un "verbo", que en lenguaje técnico se denomina código de operación (grupo de bits que interpreta un diseño especifico de CPU). La forma en que se implementan los códigos de operación se denomina nivel de microarquitectura. La microarquitectura determina la forma en que se ejecuta la instrucción. Dos CPU pueden compartir el mismo set de instrucciones pero estar diseñadas con distintas microarquitecturas, como es el caso de las CPU AMD, que ejecutan software de la industria 80X86 de Intel, lo que les permite "ejecutar las mismas instrucciones" y mantener así la compatibilidad del software.

Escrito por Archie Tecnology

🤓 ORGANIZACIÓN y ARQUITECTURA de una COMPUTADORA

La primera pregunta que surge a un lector que recién comienza sus estudios en la ciencia informática es: ¿Qué es una computadora? Como primera respuesta, diremos que en esta publicación la mejor definición será aquella que reúna los aspectos comunes a todas las computadoras, desde una computadora personal hasta una supercomputadora, con prestaciones de baja, mediana o alta complejidad.  👊

Un ordenador es un dispositivo electrónico, diseñado para aceptar datos de entrada y realizar operaciones sobre ellos (organizadas en una secuencia lógica y predeterminada por un algoritmo), para elaborar resultados que se puedan obtener como salidas. Un algoritmo computacional se determina por una secuencia de operaciones finita que permite resolver un problema computacional. Se representa con instrucciones que la computadora puede interpretar y ejecutar. Al conjunto de instrucciones que representa un algoritmo se lo denomina programa, expresado de otra manera, un programa es la representación de un algoritmo en un lenguaje de programación.

😀  Los componentes de un ordenador son los dispositivos físicos que le permiten llevar a cabo su función, y que representaremos en el esquema de la siguiente figura.

Componentes de una computadora

😁  El esquema anterior muestra tres cuadros en gris que constituyen la unidad central de proceso (CPU o Central Processing Unit) La "relación'" entre los distintos componentes y su diseño y tecnología, sea en un nivel de detalle como el presentado o en uno menos abstracto, se define como organización de una computadora. El set de instrucciones de una computadora permite representar los algoritmos que solucionan los problemas. Así que para definir la arquitectura de una computadora, a la descripción de los componentes le agregamos la descripción de la manera en que nos comunicamos con ella. Debemos explicar que puede hacer, es decir que es necesario conocer las instrucciones definidas para su CPU, los tipos de datos con los que puede operar, las modalidades de acceso a ellos y la forma en que se atienden eventos externos. Cuando nos referimos a la "arquitectura" podemos indicar que una unidad de cálculo permite "determinada" operación con enteros, haciendo abstracción de cómo está implementada en hardware, razón por la cual el manual de un procesador del mercado actual, como el Itanium®, nos indica que la multiplicación de enteros se lleva a cabo en la unidad de cálculo de coma flotante, pero no especifica cómo lo hace. El texto tomado del manual dice así:

"La multiplicación de enteros se ejecuta en la unidad de coma flotante utilizando instrucciones de tipo XMA (instrucciones de tres operandos). Los operandos y el resultado de estas instrucciones se almacenan en registros de coma flotante..."

😀   Cuando un profesional del área de sistemas piensa en términos de arquitectura, tiene en mente las demandas de procesamiento de información que requiere su área de trabajo. Es una mirada desde la funcionalidad de un sistema: se pregunta si necesitaría una o varios ordenadores personales, un servidor, una supercomputadora, que tipo de sistema operativo, etcétera.

Cuando un fabricante piensa en términos de arquitectura, tiene en mente las necesidades de procesamiento de un mercado determinado, no es lo mismo tabicar ordenadores para el hogar que servidores de red. Los desafíos que se han de resolver en cuanto al diseño de una computadora tienen que ver con la funcionalidad, el alto rendimiento, el bajo costo y la inserción en el mercado.

👦  En el concepto de arquitectura de computadoras se considera la descripción de las características visibles relativas a las prestaciones que una determinada configuración interna de computadoras puede brindar. Como ya indicamos, este concepto incluye los aspectos relacionados con el formato del conjunto de instrucciones que el procesador pueda ejecutar, la representación interna de los datos y el estudio de los módulos de hardware que sostienen la dinámica del conjunto, desde la perspectiva del sistema informático.

La organización de una computadora permite la identificación de los componentes desde el punto de vista de su estructura, la manera en que se relacionan entre si y las cuestiones de índole tecnológico.

En nuestras publicaciones tratamos ambos conceptos en los distintos niveles desde los que se puede

enfocar el estudio de un ordenador como herramienta automática en el procesamiento de

datos.  ✋

Escrito por Archie Tecnology

✍️ ELEMENTOS para la PRESENTACIÓN de DATOS

Medidor digital

Esta publicación y las siguientes vamos a exponer una breve visión general de los ejemplos de elementos para la presentación de datos que se usan con mayor frecuencia.   👌

Medidores analógicos y digitales

✋  El medidor de bobina móvil es un indicador analógico con un puntero que se mueve a través de una escala. El movimiento básico del instrumento es un microamperímetro de c.d. con derivadores, multiplicadores y rectificadores que están en uso para convertirlo a otros intervalos de corriente directa y medición de corriente alterna y medición de corriente alterna, voltaje directo y voltaje alterno. Con corrientes voltajes alternos, el instrumento es restringido a 50 Hz y 10 Hz. La precisión de tal medidor depende de algunos factores, entre ellos la temperatura, la presencia de campos magnéticos cercanos o materiales ferrosos, la forma en la que se conecta el medidor, la fricción de los cojinetes, imprecisiones en la escala que se hacen durante la fabricación, etc. Además, hay errores en la lectura del medidor, por ejemplo, errores de paralaje cuando se lee la posición del puntero contra la escala desde un ángulo que no sea directo en ángulos rectos a la escala y errores que surgen desde el cálculo de la posición del puntero entre las marcas de la escala. La precisión general por lo común es del orden de +-0.1 a +-5%.

😀  El tiempo que le lleva al medidor de bobina móvil alcanzar una deflexión firme por lo general es de unos pocos segundos. La resistencia baja del medidor puede presentar problemas por efecto de la carga.

😁  Un voltímetro digital da en su lectura una secuencia de dígitos. Este tipo de exhibidor elimina los errores de paralaje e interpolación y su exactitud puede llegar a +-0.005%. El voltímetro digital es en esencia una unidad de muestreo y retención conectada a un convertidor analógico o digital, y un

contador que se encarga de contar la salida, como vemos en esta imagen. 

Principio del voltímetro digital

Su resistencia es elevada, de orden de 10 MΩ, por lo que sus efectos por carga son menos probables que en el medidor de bobina móvil cuya resistencia es mucho menor.

👉   Por ejemplo, si las especificaciones de un voltímetro digital indican "tasa de muestreo aproximada de 5 lecturas por segundo", quiere decir que el voltaje de entrada se muestrea cada 0.2 s. Este es el tiempo que el instrumento tarda en procesar la señal y obtener una lectura. Entonces, si el voltaje de entrada cambia a una tasa tal que se presenten cambios significativos en 0.2 s, es posible que la lectura del voltímetro tenga errores. La tasa de muestreo típica de un voltímetro digital económico es de 3 por segundo y tiene una impedancia de entrada de 100 MΩ.

Grabadoras analógicas registradoras

😋   Las grabadoras analógicas registradoras contienen datos registrados en papel hechos con tinta en plumas de punta de fibra robusta, mediante el impacto de un puntero que presiona una cinta de carbón contra el papel, mediante el uso de papel térmicamente sensible cuyos cambios colorean cuando un puntero caliente se mueve a través de éste, con un rayo de luz ultravi1oleta que cae en el papel sensible a éste y mediante un punzón de alambre de tungsteno moviéndose a través de la superficie de un papel especialmente recubierto, una fina capa de aluminio sobre la tinta coloreada, y la descarga eléctrica removiendo el aluminio sobre el tinte coloreado, y exponiendo el colorante. Muchas aplicaciones han sido sustituidas por instrumentos virtuales, como veremos más adelante en próximas publicaciones.

Escrito por Archie Tecnology

🖥️ Los SISTEMAS de PRESENTACIÓN de DATOS, las PANTALLAS y el EFECTO de la CARGA

Pantalla de ordenador

Pantallas

En esta nueva serie de publicaciones vamos a exponer la manera en la que deben de aparecer los datos en pantalla, por ejemplo, como dígitos en una pantalla LED o mostrados en una pantalla de ordenador, y almacenados, por ejemplo, en un disco duro o un CD.

🖥️   Los sistemas de medición consisten en tres elementos: sensor, acondicionador de señal y pantalla o elemento de presentación de datos. Existe una muy amplia variedad de elementos que se pueden usar para la presentación de datos. Se han clasificado de manera tradicional dentro de dos grupos: indicadores y grabadores. Los indicadores ofrecen una indicación visual instantánea de la variable de sensación mientras los grabadores registran la señal de salida sobre un periodo y ofrecen de manera automática un registro permanente.

👉   Este temario también puede ser considerado como el complemento de un grupo de capítulos que tienen que ver con los sistemas de medición, por ejemplo; sensores, acondicionamiento de señales y ahora pantalla, y de la misma manera, este temario sirve para reunir los artículos en una cantidad

considerable de ejemplos de los sistemas de medición completos.

Efecto de la carga

Un punto general que tiene que tomarse en cuenta cuando se reúne cualquier sistema de medición es el efecto de la carga, por ejemplo, el efecto de conectar una carga a través de las terminales de salida de cualquier elemento de un sistema de medición.  😀

Al conectar un amperímetro dentro de un circuito para realızar una medición de la corriente cambia la resistencia del circuito y por lo tanto el de la corriente actual. El hecho de intentar la medición modifica la corriente que se está midiendo. Cuando un voltímetro se conecta a una resistencia, entonces de manera efectiva se ponen dos resistencias en paralelo, y si la resistencia del voltímetro no es considerablemente más alta que la de la resistencia la corriente a través del resistor cambia de manera notable y, por lo tanto, el voltaje que se está midiendo cambia.

💢   El hecho de intentar la medición ha modificado el voltaje que se estuvo midiendo. A dichas acciones se les conoce como efecto de la carga.

El efecto de la carga también puede ocurrir cuando la conexión de un elemento a otro modifica las características del elemento precedente. Considere, por ejemplo, un sistema de medición que consiste en un sensor, un amplificador y un elemento de pantalla, como vemos en esta imagen. 

Medición del efecto de carga

💥   El sensor tiene una salida de circuito abierto de voltaje Vs y una resistencia Rş. El amplificador tiene una resistencia de entrada Rentrada. Esta es, por lo tanto, la carga a través del sensor.

De manera que, el voltaje de entrada desde el sensor está dividido, por ello, que la diferencia de potencial en esta carga y, por lo tanto, el voltaje de entrada Ventrada en el amplificador es

Amplificador con voltaje de ganancia G

😀   Si el amplificador tiene un voltaje de ganancia G, entonces la salida de voltaje de circuito abierto desde éste será GVentrada. Si el amplificador tiene una resistencia de salida de Rsalida entonces el voltaje de salida desde el amplificador está divido de manera que la diferencia de potencial Vd a través del elemento de pantalla, resistencia Rd, es

Por lo tanto, si los efectos de la carga son insignificantes, se requiere:

Rsalida >> Rd y Rs >> Rentrada.

Escrito por Archie Tecnology

🧐 El COMPARADOR ELECTRÓNICO

👉 Un comparador indica cuál de dos voltajes es mayor. Se puede utilizar un amplificador operacional sin retroalimentación u otros componentes como comparador. Uno de los voltajes se aplica a la entrada inversora y el otro a la entrada no inversora, como vemos en la siguiente 👇 figura en el apartado  a). El apartado b) muestra la relación entre el voltaje de salida y la diferencia entre los dos voltajes de entrada. 

Comparador

👉 Cuando las dos entradas son iguales no hay salida. Sin embargo, cuando la entrada no inversora es mayor que la inversora por una cantidad mayor a una pequeña fracción de voltio, la salida salta a un voltaje de saturación positivo estable, en general de +10 V. Cuando la entrada inversora es mayor que la no inversora, la salida salta a un voltaje de saturación negativo estable, casi siempre de -10 V. Este tipo de circuito puede determinar en qué momento un voltaje excede cierto nivel, y la salida quizá se utilice para iniciar una acción.

👊 Como ejemplo, considere el circuito de la figura siguiente. 

Circuito del interruptor de temperatura

👉 Está diseñado para que al llegar a una temperatura critica se active un relevador y se inicie una respuesta. El circuito tiene un puente de Wheatstone con un termistor en un brazo. Las resistencias del puente se eligen de manera que el puente este balanceado a la temperatura critica. Cuando la temperatura es inferior a este valor, la resistencia R1 del termistor es mayor que la resistencia R2 y el puente está desbalanceado. En consecuencia existe una diferencia de voltaje entre las entradas del amplificador operacional y produce una salida en su nivel inferior de saturación. Con ello, el transistor permanece apagado, es decir, las uniones base-emisor y base-colector están polarizadas en inversa por lo que en la bobina del relé no pasa corriente. Cuando la temperatura aumenta y la resistencia del termistor disminuye, el puente se balancea y el amplificador operacional pasa a su nivel de saturación superior. Así, el transistor se enciende, es decır, sus uniones se polarızan en directa y el relé se energiza.

💥 Otro ejemplo de la aplicación de un comparador es el sistema que se usa para garantizar que el haz de rayo láser en un reproductor de CD se enfoque en la superficie del disco. En este caso, se usan lentes para enfocar el haz de láser en el CD; éste tiene la información de audio guardada en forma de una

secuencia de marcas microscópicas hundidas y al ras. La luz que refleja el disco incide en cuatro fotodiodos, como vemos en la siguiente 👇 figura. 

Sistema de enfoque de un reproductor de cd

La salida de estos fotodiodos se emplea para reproducir el sonido. La razón para tener cuatro fotodiodos es que este arreglo también sirve para determinar si el haz de láser está bien enfocado. 

Cuando el haz está bien enfocado en el disco, el punto circular de luz cae sobre el arreglo de fotodiodos donde cae la misma cantidad de luz en cada uno.

💢 En consecuencia, la salida del amplificador operacional, configurado como un comparador, es cero. 

Si el haz está desenfocado, se produce un punto luminoso de forma elíptica en vez de circular. Con esto, la cantidad de luz que incide en cada fotocelda es distinta. Se comparan las salidas que producen los dos grupos diagonales de celdas y como son diferentes, el comparador produce una salida que indica si el haz está desenfocado y en qué dirección. La salida puede emplearse para iniciar una acción correctiva que ajuste las lentes que enfocan el haz en el disco.

Escrito por Archie Tecnology

🛠️ El ACONDICIONAMIENTO de SEÑALES ELÉCTRICAS

Módulo de acondicionamiento de señal de voltaje

💥 La señal de salida del sensor de un sistema de medición en general se debe procesar de una forma adecuada para la siguiente etapa de la operación. La señal puede ser, por ejemplo, demasiado pequeña y tener que amplificarse; podría contener interferencias que eliminar; ser no lineal y requerir linealización; ser analógica y requerir digitalización; ser digital y convertirse en analógica, ser un

cambio en el valor de la resistencia y convertirse en un cambio de corriente; consistir en un cambio de voltaje y convertirse en un cambio de corriente de magnitud adecuada, etcétera. A todas estas modificaciones se les designa en general con el término acondicionamiento de señal. Por ejemplo, la salida de un termopar es un voltaje pequeño de unos cuantos milivoltios. Puede usarse un módulo acondicionador de señal para convertir esta salida en una señal de corriente de tamaño adecuado, proporcionar un medio para rechazar ruido, linealızar y compensar por unión fría (es decir, la compensación cuando la unión fría no está a 0° C).

Procesos del acondicionamiento de señales eléctricas 

💢 Los siguientes son algunos de los procesos que se pueden presentar en el acondicionamiento de una señal:

• Protección para evitar daño al siguiente elemento, por ejemplo, un microprocesador, como consecuencia de un voltaje o una corriente elevados. Así puede haber resistores limitadores de corriente en serie, fusibles que se funden si la corriente es muy alta, circuitos para protección por polaridad y limitadores de voltaje.

• Convertir una señal en un tipo de señal adecuado. Esto podría significar convertir una señal en un voltaje o una corriente de c.d. Por ejemplo, el cambio en la resistencia de un extensómetro se debe convertir en un cambio de voltaje. Para ello se utiliza un puente de Wheatstone y se aprovecha el voltaje de desbalance. Aquí también podría necesitarse una señal digital o analógica , existen los convertidores digital a analógico y los convertidores analógico a digital.
• Obtención del nivel adecuado de la señal. En un termopar, la señal de salida es de unos cuantos milivoltios. Si la señal se va a alimentar a un convertidor analógico a digital para después entrar a un microprocesador, será necesario amplificarla en forma considerable a voltios en lugar de milivoltios. En la amplificación es muy común utilizar amplificadores operacionales.
• Eliminación o reducción del ruido. Por ejemplo, para eliminar el ruido en una señal se utilizan filtros.
• Manipulación de la señal, por ejemplo, convertirla en una función lineal de una variable. Las señales que producen algunos sensores, como los medidores de flujo, son no lineales y tal vez se use un acondicionador de señal para que la señal que se alimenta, al siguiente elemento sea lineal.

💣 En las siguientes publicaciones se describen algunos elementos que se pueden emplear para acondicionar señales. ¡Síguenos y no te pierdas nuestros tutoriales!.

Escrito por Archie Tecnology

💡 Ejemplos y APLICACIONES de los MICROCONTROLADORES

Ventajas en el uso de microcontroladores

✊ Cada vez existen más productos que incorporan un microcontrolador con el fin de aumentar sustancialmente sus prestaciones, reducir su tamaño y coste, mejorar su fiabilidad y disminuir el consumo.

💣 Algunos fabricantes de microcontroladores superan el millón de unidades de un modelo determinado producidas en una semana. Este dato puede dar una idea de la masiva utilización de estos componentes.

💥 Los microcontroladores están siendo empleados en multitud de sistemas presentes en nuestra vida diaria, como pueden ser juguetes, horno de microondas, frigoríficos, televisores, computadoras, impresoras, módems, sistemas de arranque de automóviles, etc. Y otras aplicaciones con las que

seguramente no estaremos tan familiarizados, como instrumentación electrónica, control de sistemas en una nave espacial, etc. Una aplicación típica podría emplear varios microcontroladores para controlar pequeñas partes del sistema. Estos pequeños controladores podrían comunicarse entre ellos

y con un procesador central, probablemente más potente, para compartir la información y coordinar sus acciones, como, de hecho, ocurre ya habitualmente en cualquier PC.

Programa de un secuenciador de luces LED con PIC

👉 A continuación se muestra el programa de un secuenciador de LEDs con PIC donde se incluye el circuito electrónico que se arma y conecta al PIC.

La programación es la siguiente:

#INCLUDE <16F628A.H>//PicC

#INCLUDE <STDIO.H>

#USE DELAY(CLOCK-4MHZ)//PicC

#FUSES INTRC_IO,NOWDTNOMCLR,PUT,NOLVRBROWNOU

T//PicC

void main (void)

{

int b;

int const nombres

[44]-{0xAA,0x55,0xAA,0x55,0xAA,Ox55,0xAA,Ox55,0x01,0x02,0x04,0x

08,0x10,0x20,0x40,

Ox80,0x81,0x82,0x84,0x88,0x90,0xA0,0xCO,0xC1,0xC2,0xC4,0xC8,0x

DO,0xE0,0xE1,0xE2,0xE4,0xE8,0xF0,0xF1,

OxF2,0xF4,0xF8,0xF9,0xFA,0xFC,0xFD,0xFE,0xFF};

SET_TRIS_B(0x00);//PicC

whileinput(PIN_A0));//PicC

while(true){

for (b=0;bc4;b++){

output_b(nombres[b]);

delay_ms(500); }

Circuito electrónico del secuenciador de luces LED con PIC

✋ El circuito electrónico con el arreglo de LEDS es el que se muestra en las siguientes 👇 figuras.

Circuito electrónico de secuencia de LEDS con PIC

Simulación del circuito secuenciador de LEDS

Escrito por Archie Tecnology

🛠️ PRINCIPIOS de FUNCIONAMIENTO del MICROCONTROLADOR (PIC)

Microcontrolador PIC

Juego de instrucciones y entorno de programación

👉 El PIC usa un juego de instrucciones tipo RISC, cuyo número puede variar desde 35 para los PIC de gama baja a 70 para los de gama alta. Las instrucciones se clasifican entre las que realizan operaciones entre el acumulador y una constante, entre el acumulador y una posición de memoria, instrucciones

de condicionamiento y de salto / retorno, implementación de interrupciones y una para pasar a modo de bajo consumo llamada sleep.

💥 Microchip proporciona un entorno de desarrollo freeware llamado MPLAB que incluye un simulador software y un ensamblador. Otras empresas desarrollan compiladores C y BASIC. Microchip también vende compiladores para los PIC de gama alta ("Cl8" para la serie F18 y "C30"

para los dsPIC) y se puede descargar una edición para estudiantes del C18 que inhabilita algunas opciones después de un tiempo de evaluación.

👊 Para el lenguaje de programación Pascal existe un compilador de código abierto, JAL, lo mismo que PicForth para el lenguaje Forth. GPUTILS es una colección de herramientas distribuidas bajo licencia GPL que incluye ensamblador y enlazador, y funciona en Linux, MacOS y Microsoft

Windows. GPSIM es otra herramienta libre que permite simular diversos dispositivos hardware conectados al PIC.

💢 Uno de los más modernos y completos compiladores para lenguaje C es (mikroC), que es un ambiente de desarrollo con editor de texto, bibliotecas con múltiples funciones para todos los módulos y herramientas incorporadas para facilitar enormemente el proceso de programación.

Arquitectura central

💥 La arquitectura del PIC es sumamente minimalista. Está caracterizada por las siguientes prestaciones:

• Área de código y de datos separadas (Arquitectura Harvard).
• Un reducido número de instrucciones de largo fijo.
• La mayoría de las instrucciones se ejecutan en un solo ciclo de ejecución (cuatro ciclos de clock), con ciclos de único retraso en las bifurcaciones y saltos.
• Un solo acumulador (W), cuyo uso (como operador de origen) es implícito (no está especificado en la instrucción).
• Todas las posiciones de la RAM funcionan como registros de origen y/o de destino de operaciones matemáticas y otras funciones.
• Una pila de hardware para almacenar instrucciones de regreso de funciones.
• Una relativamente pequeña cantidad de espacio de datos direccionable (típicamente, 256 bytes), extensible a través de manipulación de bancos de memoria.
• El espacio de datos está relacionado con el CPU, puertos y registros de los periféricos.
• El contador de programa está también relacionado dentro del espacio de datos, y es posible escribir en él (permitiendo saltos indirectos).

😃 A diferencia de la mayoría de otros CPU, no hay distinción entre los espacios de memoria y los espacios de registros, ya que la RAM cumple ambas funciones, y ésta es normalmente referida como "archivo de registros" o simplemente, registros.

Espacio de datos (RAM)

💢 Los microcontroladores PIC tienen una serie de registros que funcionan como una RAM de propósito general. Los registros de propósito específico para los recursos de hardware disponibles dentro del propio chip también están direccionados en la RAM. La direccionabilidad de la memoria varía dependiendo la línea de dispositivos, y todos los dispositivos PIC poseen algún tipo de mecanismo de manipulación de bancos de memoria que pueden ser usados para acceder a la memoria adicional. Las series más recientes de dispositivos disponen de funciones que pueden cubrir todo el espacio direccionable, independientemente del banco de memoria seleccionado. En los dispositivos

anteriores, esto debía lograrse mediante el uso del acumulador.

👉 Para implementar direccionamiento indirecto, se usa un registro de "selección de registro de archivo" (FSR) y de "registro indirecto" (INDF), es decir, un número de registro es escrito en el FSR, lo cual hace que las lecturas o escrituras al INDF serán realmente hacia o del registro apuntado por el FSR. 

Los dispositivos más recientes extienden este concepto con pos y preincrementos / decrementos para mayor eficiencia en acceder secuencialmente a la información almacenada. Esto permite que se pueda tratar al FSR como un puntero de pila.

La memoria de datos externa no es directamente direccionable, excepto en algunos microcontroladores PIC 18 de gran cantidad de pines.

Tamaño de palabra

El tamaño de palabra de los microcontroladores PIC es fuente de muchas confusiones. Todos los PIC (excepto los dsPIC) manejan datos en trozos de ocho bits, con lo que se deberían llamar microcontroladores de ocho bits. 😃

Pero a diferencia de la mayoría de los CPU, el PIC usa Arquitectura Harvard, por lo que el tamaño de las instrucciones puede ser distinto del de la palabra de datos. De hecho, las diferentes familias de PIC usan tamaños de instrucción distintos, lo que hace difícil comparar el tamaño del código del PIC con el de otros microcontroladores. Por ejemplo, un microcontrolador tiene 6,144 bytes de memoria de programa: para un PIC de 12 bits esto significa 4,096 palabras y para uno de 16 bits, 3,072 palabras.

Escrito por Archie Tecnology

🖥️ Los CONTROLADORES y los MICROCONTROLADORES

Microcontroladores

Controladores y microcontroladores

💥 Un controlador es un dispositivo electrónico encargado de controlar uno o más procesos. En el caso de un sistema de aire acondicionado, recogerá la información de los sensores de temperatura, los procesará y actuará en consecuencia.

🖥️ Al principio, los controladores estaban formados exclusivamente por componentes discretos. Posteriormente se emplearon procesadores rodeados de memorias, circuitos de E/S, etc., sobre una placa de circuito impreso (PCB). En la actualidad los controladores integran todos los dispositivos

antes mencionados en un pequeño chip. Esto es lo que hoy se conoce con el nombre de microcontrolador.

Diferencia entre microcontrolador y microprocesador

👧 Los términos de microcontrolador y microprocesador se deben diferenciar, ya que el microcontrolador es un sistema completo, con prestaciones limitadas que no pueden modificarse y que lleva a cabo las tareas para las que ha sido programado de forma autónoma.

Un microprocesador, en cambio, es simplemente un componente que conforma el sistema y lleva a cabo ciertas tareas que en conjunto con otros componentes, forman un microcontrolador.

😀 La diferencia entre microcontrolador y microprocesador radica en que el primero es un sistema autónomo e independiente, mientras que el segundo es un componente esencial, que forma parte de un sistema mayor.

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 completo es PICmicro, aunque generalmente se utiliza como Peripheral Interface Controller (Controlador de Interfaz Periférico).

El PIC

🖥️ El PIC original se diseñó para ser usado con la nueva CPU de 16 bits CP16000. Siendo en general una buena CPU, ésta tenía malas prestaciones de E/S, y el PIC de ocho bits se desarrolló en 1975 para mejorar el rendimiento del sistema quitando peso de E/S a la CPU. EI PIC utilizaba microcódigo simple almacenado en ROM para realizar estas tareas.

EI PIC se mejoró con EPROM para conseguir un controlador de canal programable. En la actualidad los PIC vienen con varios periféricos incluidos módulos de comunicación serie, UART, núcleos de control de motores, etc.) y con memoria de programa desde 512 a 32.000 palabras (una palabra corresponde a una instrucción en lenguaje ensamblador, y puede ser 12, 14 o 16 bits, dependiendo de la familia específica de PICmicro).

💢 Los viejos PIC con memoria PROM o EPROM se están renovando gradualmente por chips con memoria Flash. Asimismo, el juego de instrucciones original de 12 bits del PIC1650 y sus descendientes directos ha sido suplantado por juegos de instrucciones de 14 y 16 bits. Microchip todavía vende versiones PROM y EPROM de la mayoría de los PIC para soporte de aplicaciones antiguas o grandes pedidos.

Se pueden considerar tres grandes gamas de PIC en la actualidad: los básicos (Linebase), los de medio rango (Mid Range) y los de alto desempeño (High Performance). Los PIC18 son considerandos de alto desempeño y tienen entre sus miembros a los PIC con módulos de comunicación y protocolos avanzados (USB, Ethernet, Zigbee por ejemplo).

Recibe el nombre de controlador el dispositivo empleado para el gobierno de uno o varios procesos. Por ejemplo, el controlador que regula el funcionamiento de un horno dispone de un sensor que mide constantemente su temperatura interna y, cuando traspasa los límites prefijados, genera señales

adecuadas que accionan los efectores que regularán el valor de la temperatura dentro del rango estipulado.

🖥️ Aunque el concepto de controlador ha permanecido invariable a través del tiempo, su implementación física ha variado con frecuencia. Hace tres décadas, los controladores se construían exclusivamente con componentes de lógica discreta, posteriormente se emplearon los microprocesadores, que se

rodeaban con chips de memoria y E/S sobre una tarjeta de circuito impreso.

En la actualidad, todos los elementos del controlador se han incluido en un chip, el cual recibe el nombre de microcontrolador. Realmente consiste en un sencillo pero completo computador contenido en el corazón (chip) de un circuito integrado.

Un microcontrolador es un circuito integrado de alta escala de integración que incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador.

👉 Un microcontrolador dispone normalmente de los siguientes componentes:

• Procesador o UCP (Unidad Central de Proceso).
• Memoria RAM para contener los datos.
• Memoria para el programa tipo ROM/PROM/EPROM.
• Líneas de E/S para comunicarse con el exterior.
• Diversos módulos para el control de periféricos (temporizadores, Puertas Serie y Paralelo, CAD: Conversores Analógico/Digital, CDA: Conversores Digital/Analógico, etc.). 
• Generador de impulsos de reloj que sincronizan el funcionamiento de todo el sistema.

👉 Los productos que para su regulación incorporan un microcontrolador disponen de las siguientes ventajas:

• Aumento de prestaciones: un mayor control sobre un determinado elemento representa una mejora considerable en el mismo.
• Aumento de la fiabilidad: al reemplazar el microcontrolador por un elevado número de elementos disminuye el riesgo de averías y se precisan menos ajustes.
• Reducción del tamaño en el producto acabado: la integración del microcontrolador en un chip disminuye el volumen, la mano de obra y los stocks.
• Mayor flexibilidad: las características de control están programadas por lo que su modificación sólo necesita cambios en el programa de instrucciones.

💣 El microcontrolador es un circuito integrado que incluye todos los componentes de un computador. Debido a su reducido tamaño es posible montar el controlador en el propio dispositivo al que gobierna. En este caso el controlador recibe el nombre de controlador empotrado (embedded controller).

Escrito por Archie Tecnology

🤓 FUNCIONES BÁSICAS de un PLC

¿Qué funciones tiene un PLC?

Funciones básicas de un PLC

💥 A continuación pasamos a detallar las funciones básicas que tiene un PLC:

• Detección: lectura de la señal de los captadores distribuidos por el sistema de fabricación.
• Mando: elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los accionadores y pre-accionadores.
• Diálogo hombre máquina: mantener un diálogo con los operarios de producción, obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso.
• Programación: para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicación del autómata. El diálogo de programación debe permitir modificar el programa incluso con el autómata controlando la máquina.
• Redes de comunicación: permiten establecer comunicación con otras partes de control. Las redes industriales permiten la comunicación y el intercambio de datos entre autómatas en tiempo real. En unos cuantos milisegundos pueden enviarse telegramas e intercambiar tablas de memoria compartida.
• Sistemas de supervisión: también los autómatas permiten comunicarse con ordenadores provistos de programas de supervisión industrial. Esta comunicación se realiza por una red industrial o por medio de una simple conexión por el puerto serie del ordenador.
• Control de procesos continuos: además de dedicarse al control de sistemas de eventos discretos, los autómatas llevan incorporadas funciones que permiten el control de procesos continuos. Disponen de módulos de entrada y salida analógicas y la posibilidad de ejecutar reguladores PID que están programados en el autómata.
• Entradas-salidas distribuidas: los módulos de entrada-salida no tienen por qué estar en una zona especifica del autómata. Pueden estar distribuidos por la instalación; se comunican con la unidad central del autómata mediante un cable de red.
• Buses de campo: mediante un solo cable de comunicación se pueden conectar al bus captadores y accionadores, reemplazando al cableado tradicional. El autómata consulta cíclicamente el estado de los captadores y actualiza el estado de los accionadores.

Ejemplo de uso de un PLC

👉 Como ejemplo, en el caso de Ingeniería Eléctrica se presenta la conexión control/fuerza típica de un motor de CA trifásico jaula de ardilla, como se observa en la figura siguiente 👇.

Diagrama de conexión eléctrica de un motor trifásico

💢 En este esquema se identifica plenamente el circuito de control del motor que es el que se muestra en ésta otra figura 👇.

Circuito de control del motor trifásico

👉 Con esta representación es posible construir el diagrama de escalera (imagen siguiente 👇), que se introduce en la programación del PLC.

Diagrama de escalera

Escrito por Archie Tecnology

😎 APLICACIONES de los PLC ✍️✌️

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😃 El PLC, por sus especiales características de diseño, tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software amplía constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales.

Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, señalización, etc.; su aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, etcétera. 😀

👉 Sus reducidas dimensiones, la extrema facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc., hacen que su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en los que se producen necesidades tales como:

• Espacio reducido
• Procesos de producción periódicamente cambiantes
• Procesos secuenciales
• Maquinaria de procesos variables
• Instalaciones de procesos complejos y amplios
• Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso

✋  Ejemplos de aplicaciones generales:

A) Maniobras de máquinas:

• Maquinaria industrial del mueble y la madera
• Maquinaria en proceso de grava, arena y cemento
• Maquinaria en la industria del plástico
• Máquinas-herramientas complejas
• Maquinaria de ensamblaje
• Máquinas de transferencia

B) Maniobra de instalaciones:

• Instalaciones de aire acondicionado y calefacción
• Instalaciones de seguridad
• Instalaciones de almacenamiento y transporte
• Instalaciones de plantas embotelladoras
• Instalaciones en la industria automotriz
• Instalación de tratamientos térmicos
• Instalaciones de la industria azucarera

Escrito por Archie Tecnology

📈 DIAGRAMA de ESCALERA, BLOQUES FUNCIONALES y diagrama de PROCESO

Diagrama de escalera

✋ El diagrama de escalera es una técnica de programación gráfica utilizada en el desarrollo de algoritmos de control de sistemas o procesos basados en controladores lógicos programables.

Inicialmente el lenguaje de escalera utilizaba instrucciones básicas, pero con el paso de los años se le han incorporado funciones cada vez más complejas y poderosas, con lo que se ha obtenido un lenguaje avanzado de programación.

👌 La clasificación de las instrucciones en cada uno de los grupos puede ser variable; sin embargo, existe una división típica aceptada que genera una clasificación, como se muestra en la siguiente 👇 Tabla .

Tabla 

Clasificación de las instrucciones

👊 La representación de los diagramas de escalera está compuesta fundamentalmente por un área que contiene las condiciones que son evaluadas y por la salida asociada a dichas condiciones (siguiente 👇figura ).

Condiciones y salida de un diagrama de escalera

Bloques funcionales

Igualmente, en el diagrama de escalera se pueden incorporar funciones avanzadas, que se representan en el esquema como bloques funcionales. En la figura siguiente 👇 se presenta un diagrama de escalera con bloques funcionales, el cual posee líneas de habilitación, es decir, que las funciones se ejecutarán cuando las condiciones lógicas asociadas se cumplan.

Diagrama de escalera con bloques funcionales

La programación en diagramas de escalera es una ventaja debido a la naturaleza gráfica de su representación, ya que facilita la visualización de las funciones o relaciones entre los diferentes elementos de un proceso.

💢 Cuando se tiene un diagrama lógico basado en relé y se desea implementar las funciones a través de un diagrama de escalera, se utilizan contactos normalmente abiertos (NO), normalmente cerrados (NC) y bobinas, con las direcciones apropiadas, los cuales deben coincidir con las asignaciones de entradas y salidas en los módulos respectivos, como podemos ver en la siguiente 👇 figura.

Diagrama de relé del proceso

La representación gráfica del diagrama de relé es muy similar al resultado obtenido al implementarse en un diagrama de escalera. A continuación se presenta un proceso sencillo, el diagrama de control basado en relé y el equivalente en diagrama de escalera, según vemos en la siguiente 👇 figura.

Diagrama de escalera

Diagrama de proceso

💥 En muchos sistemas secuenciales las condiciones de activación de algunos elementos están dadas por combinaciones tipo AND y OR de diferentes señales del proceso. En estos casos la realización de estas funciones utilizando diagramas de escalera es muy sencilla y directa, y lo que hay que cuidar es

la correcta agrupación de los elementos que conforman ciertas partes de la lógica, para que el resultado sea el deseado.

La ecuación booleana es una función que asocia a una salida y las combinaciones de elementos que definen su estado. Para lograrlo se deben utilizar llaves, paréntesis y corchetes que establezcan las prioridades de la ejecución de la lógica de los elementos. 

Ejemplo: Dadas las siguientes ecuaciones booleanas:

A) X = (A.B.C + E.F.G).D

B) X = A.(B.C.D + E.F) + (G.H + J..K).T

👊 La implementación en diagrama de escalera (figuras siguientes 👇 ) estará dada por:

Diagrama de escalera de la ecuación A

Diagrama de escalera de la ecuación B

Los diagramas lógicos se fundamentan en la utilización de símbolos básicos y no básicos para realizar funciones binarias que permiten representar operaciones del proceso, como enclavamientos, secuencias de arranque y parada, condiciones de alarma y modos de operación de equipos.

Los diagramas lógicos se leen de arriba abajo y de izquierda a derecha. Esta forma de leer permite fijar la secuencia de operación del proceso.

Para realizar el diagrama de escalera a partir de un diagrama lógico es necesario entender bien el funcionamiento o la secuencia de operación del proceso, y utilizar las instrucciones en el lenguaje de escalera adecuado que permitan reproducir el comportamiento descrito en el diagrama lógico.

Diagrama de escalera de control de motor eléctrico

Por ejemplo, en el caso de un diagrama de escalera típico para controlar un motor eléctrico (lo hemos visto en la anterior figura) , donde se identifica que al tener dos interruptores en serie se puede implementar en el PLC una compuerta AND, y que al tener dos interruptores en paralelo se puede colocar una compuerta OR, de esta manera el diagrama de escalera se transforma en un diagrama lógico (siguiente 👇 figura).

Diagrama lógico del control de motor eléctrico

✋ La norma ISA S5A, indica los símbolos utilizados para la presentación de diagramas lógicos.

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