LA MANERA MÁS FÁCIL Y RÁPIDA DE PROGRAMAR MICROCONTROLADORES PIC

 

Para programar cualquier microcontrolador, sea éste del fabricante que sea, se necesita disponer de una plataforma de desarrollo con un equipo hardware y un software compatibles entre sí y adecuados al tipo de microcontrolador elegido, es lo que se conoce como Entorno Integrado.

Afortunadamente, hoy día ya existen plataformas de desarrollo de muy bajo coste y al alcance de cualquier bolsillo que permiten diseñar aplicaciones y programar microcontroladores de forma fácil y rápida.

De entre las varias opciones que existen actualmente en el mercado, yo he elegido al fabricante Microchip Inc. y sus microcontroladores PIC por diversos motivos; en primer lugar, porque Microchip Inc. provee su propia plataforma nativa (Hardware y Software) con un entorno de desarrollo integrado, de muy bajo coste y elevadas prestaciones y en segundo lugar (y muy importante también) porque existe una gran cantidad de bibliografía e información en español, tanto en librerías y bibliotecas como en internet, sobre los microcontroladores PIC amén de la ingente cantidad de modelos entre los que se puede elegir para escoger el que mejor se adapta a los requerimientos de la aplicación en cada momento.

Una vez dicho lo anterior y sin más preámbulos, paso a describiros el conjunto de herramientas que yo uso.

Mi plataforma de desarrollo está formada por una herramienta hardware (el PicKit-3) y una herramienta software (el MPLAB). Ambas son desarrolladas por el propio fabricante de los microcontroladores PIC (Microchip Inc.), lo cual es un punto muy a favor de esta elección de herramientas ya que es garantía de compatibilidad y buen funcionamiento, algo muy de agradecer sobre todo al comienzo, cuando se está aprendiendo a programar PICs.

 

En cuanto al SOFTWARE:

El MPLAB^® X IDE es el mejor software que existe actualmente en el mercado para programar microcontroladores PIC, no lo dudéis!!!… descargaros la última versión desde la web oficial de Microchip Inc. es gratuita y os ahorraréis tiempo y dolores de cabeza, os lo aseguro.

El MPLAB^® X IDE es en realidad una plataforma ya que se trata de un Entorno de Desarrollo Integrado, IDE por sus siglas en inglés, que integra varias herramientas software entre las que destacan el “MPLAB® X IDE” propiamente dicho y el “MPLAB® IPE” Entorno de Programación Integrado (IPE, por sus siglas en inglés).

El “MPLAB® IPE” se instala en el mismo proceso de instalación del “MPLAB® X IDE” ya que forman parte del mismo pack MPLAB, sólo hay que seleccionarlo cuando el instalador nos lo solicite para su instalación.

El “MPLAB® IPE” es un software que hace de interface entre el “MPLAB® X IDE” y el PicKit-3 facilitando la comunicación con este último y la carga en el microcontrolador de los archivos ejecutables (“.exe”) generados con el “MPLAB® X IDE”.

La plataforma “MPLAB” es la solución software ideal para el diseño y desarrollo de programas y su posterior grabación en los Microcontroladores PIC.

Una vez que tengas el MPLAB X IDE (y el MPLAB IPE) instalados en tu ordenador, la siguiente tarea consiste en escribir y depurar tu programa con el objeto de obtener su archivo “.exe” correspondiente, el cual podrá ser transferido al microcontrolador a través del PicKit-3 usando para ello el software MPLAB IPE.

 

En cuanto al HARDWARE:

El PicKit-3 es un dispositivo que hace de interface entre el Ordenador y el Microcontrolador PIC, facilitando la comunicación entre ambos. Gracias al PicKit-3 podemos comunicarnos con el PIC para realizar operaciones de escritura, lectura, borrado y programación sobre él, empleando para ello el software MPLAB IPE.

El PicKit-3 es también una herramienta hardware de depuración en circuito, “In Circuit Serial Programming” (ICSP) es decir que permite la comunicación y operación con el microcontrolador PIC estando éste insertado en su circuito de aplicación y sin necesidad de extraerlo, fantástico ¿verdad?.

El siguiente es el aspecto del PICkit 3:

Y lo mejor de todo es que puedes tener uno por menos de 50€!!!

El PicKit-3 es la solución hardware ideal para el desarrollo de prototipos y/o pequeñas tiradas.

Lo puedes encontrar en http://www.compic.es/herramientas/358-programador-pickit3.html

 

Componentes electrónicos: EL DIODO

El diodo es un componente electrónico de dos terminales, con polaridad, que permite la circulación de cargas eléctricas solamente en un sentido mientras las bloquea en el otro.

Dependiendo de cómo se conecten sus terminales a la fuente de alimentación la polaridad será directa (con el Ánodo conectado a positivo y el Cátodo al negativo), o inversa (con el Ánodo a negativo y el Cátodo a positivo).

El diodo semiconductor también es conocido como diodo en estado sólido en oposición a las válvulas termoiónicas que lo precedieron.

Existen en la actualidad diversos tipos de diodos. Los más comunes son los rectificadores, LED, Fotodiodo, Zener, de Barrera y Varicap.  Existen muchos otros tipos de diodos pero por sus características y comportamiento eléctrico así como por la evolución de la tecnología moderna, han quedado en desuso o se emplean en aplicaciones muy concretas y limitadas.

Los diodos rectificadores se emplean generalmente para bloquear la circulación de cargas eléctricas en un sentido y permitir su circulación en el otro. Su símbolo eléctrico es el siguiente:

Al ser un componente con polaridad, para su conexión y correcto funcionamiento conviene observar la misma.

El diodo rectificador permite la circulación del máximo número de cargas eléctricas cuando se polariza directamente y todo lo contrario cuando se polariza inversamente.

Cumple por tanto una función similar a la válvula antiretorno empleada en circuitos hidráulicos:

 

Otro tipo de diodo muy común es el conocido como Zener, cuyo símbolo se muestra a continuación:

Construido en silicio, el diodo Zener se caracteriza por poseer muchas más impurezas en su semiconductor de silicio que un diodo rectificador normal. Gracias a ello, el Zener puede trabajar en zonas de ruptura.

El nombre de Zener se le puso en honor al físico estadounidense Clarence Melvin Zener quien describió el efecto que lleva su nombre.

Otro tipo de diodo muy popular en la actualidad es el conocido como LED, acrónimo del inglés «Light Emitting Diode» o diodo emisor de luz, cuyo símbolo eléctrico se muestra a continuación:

El LED fue inventado en 1962 por el científico estadounidense Nick Holonyak.

Muy pronto comenzó a fabricarse industrialmente a pesar de su reducido campo de aplicaciones. Al principio, en los años 60 del siglo pasado, sólo se podían fabricar de 3 colores (Rojo, Verde y Amarillo) y eran de muy baja intensidad luminosa, tanto era así que sólo se aplicaban como indicadores de encendido/apagado en todo tipo de aparatos eléctricos o como señalizadores en paneles de información.

Hubo que esperar hasta la década de los 90 del s.XX, para que se inventara el LED de color azul y el de radiación Ultravioleta. Se abría el camino para crear el color blanco con la mezcla de los 3 colores base RGB. Además también se incrementó la potencia lumínica de los LEDs con lo que su campo de aplicaciones se amplió exponencialmente al incorporarse su uso al mundo de la iluminación.

Otro tipo de diodo es el conocido como Varicap, que posee la característica de variar la capacitancia con la variación de tensión entre sus terminales, comportándose como un condensador variable.

Su símbolo eléctrico es el siguiente:

El diodo de barrera o diodo Schottky, por el físico alemán  que lo desarrolló Walter H. Schottky es un tipo de diodo que proporciona una velocidad de conmutación muy elevada (<1ns). Por ello el diodo Schottky encuentra aplicación en sistemas digitales y de control que operan a altas frecuencias.

Su símbolo eléctrico es el siguiente:

Existe un tipo especial de diodo que es sensible a la radiación visible e infraroja, es el Fotodiodo, el cual polarizado inversamente permite la circulación de un número de cargas eléctricas que varía en función de la cantidad de radiación que lo ilumina.

Su símbolo eléctrico es el siguiente:

Debido a su funcionamiento, el fotodiodo también puede utilizarse como célula fotovoltaica ya que en ausencia de tensión y al ser iluminado genera una pequeña corriente entre sus terminales.

Hay otros tipos de diodos a añadir a esta larga lista sobre los que no me voy a extender más y me limitaré a mencionar, como son los LASER (acrónimo del inglés «Light Amplificated and Stimulated for Emission of Radiation») muy extendidos en la industria y en lectores ópticos de todo tipo, los Diodos PIN, el Diodo Avalancha (TVS), Diodo Túnel, Diodo Gunn, Diodo de Corriente Constante, Diodo Térmico, etc.

 

 

Componentes electrónicos: EL CONDENSADOR

El condensador es un componente eléctrico pasivo de 2 terminales que posee la capacidad de almacenar energía eléctrica.

Físicamente, el condensador está compuesto de 2 placas conductoras y de un material aislante entre ellas. Al material aislante se le llama dieléctrico.

A la capacidad de almacenar energía eléctrica se le conoce con el nombre de capacidad eléctrica o también, capacitancia.

La capacitancia, en el Sistema Internacional de medidas se mide en Faradios. Se denomina Faradio a la unidad de capacitancia en honor al físico experimental Michael Faraday.

El Faradio indica la cantidad de cargas eléctricas almacenadas por el condensador en relación a la carga eléctrica aplicada a sus contactos. La fórmula que relaciona esas 3 magnitudes es la siguiente:

Donde la «C» se refiere a la capacitancia medida en Faradios, aunque normalmente se emplean submúltiplos como el microfaradio, nanofaradio o picofaradio dado que el faradio es una unidad de medida muy grande.

La «Q» se refiere a la carga eléctrica medida en Culombios.

Y la «V» es la tensión aplicada a los contactos del condensador, medida en Vóltios.

La capacidad de un condensador siempre es un valor positivo y depende de factores físicos y constructivos como la forma de las placas, la distancia entre ellas, las dimensiones de éstas y el tipo de aislante o dieléctrico dispuesto entre las placas. Por ejemplo, cuanto más grande sea la constante dieléctrica del aislante introducido entre las placas, mayor capacidad tendrá el condensador para almacenar cargas eléctricas.

El primer condensador eléctrico que se construyó, fue el conocido como «Botella de Leyden», por la ciudad holandesa del mismo nombre en el que se construyó por primera vez a mitad del siglo XVIII. Este condensador constaba de una botella de vidrio con agua, cerrada en su parte superior con un corcho, atravesado éste por una varilla de metal sumergida en el agua y que salía al exterior, a través del corcho, acabando en forma de gancho. Cuando se le aproximaba un conductor cargado eléctricamente, el agua en el interior de la botella adquiría cargas eléctricas que se acumulaban en el líquido. La botella propiamente dicha hacía en este caso de material dieléctrico.

 

 

En la actualidad, los condensadores se fabrican en una gran diversidad de tipos y valores.

Por tipos, los condensadores reciben el nombre del dieléctrico que portan entre sus placas, por ejemplo, cuando el dieléctrico utilizado es el papel, el condensador se dice que es de ese material. Así tenemos que existen condensadores de aire (cuando sus placas están separadas sin nada entre ellas), de papel, cerámicos, electrolíticos, de tántalo, de poliester, poliester metalizado (MKT) y algún tipo más que ya está en desuso.

 

 

 

 

Componentes electrónicos: LA RESISTENCIA.

Una resistencia es, por propia definición, todo aquello que se opone a algo. En electricidad, una resistencia es cualquier material que ofrece una oposición al paso de las cargas eléctricas (electrones) a través de él y en este sentido, es posible afirmar que todos los materiales y sustancias naturales conocidos hasta la fecha son en mayor o menor medida, resistencias eléctricas.

Cuando se habla de materiales conductores de la electricidad, como el cobre, en realidad se da por hecho que su resistencia eléctrica es relativamente baja, pero aunque baja, no es 0. De la misma manera, cuando se habla de materiales aislantes, como la ebonita o el plástico, se da por hecho que sus respectivas resistencias eléctricas son muy elevadas, pero aunque elevadas, no son infinitas.

Todavía no se ha descubierto o no existe el conductor ideal (resistencia=0), como tampoco se ha descubierto o no existe el aislante ideal (resistencia=infinita).

Cabría preguntarse entonces sobre, qué ocurriría si una fuerza imparable (de electricidad) se encontrara en su camino un obstáculo inamovible (de resistencia), la respuesta tal vez sería que ambas fuerzas se aniquilarían la una a la otra, cancelándose y nada ocurriría entonces. Pero dejemos el campo de la filosofía y volvamos al terreno de lo práctico.

En 1827, el alemán Georg Ohm descubrió que la resistencia que ofrecen los materiales al paso de la electricidad dependía de diversos factores como la longitud, la sección y la temperatura entre otros, de lo que dedujo la siguiente fórmula:

R = ρ . L / S

Donde «ρ» es la resistividad especifífica, «L» es la longitud y «S» es la sección del conductor.

Ohm también descubrió la relación que existía entre las tres principales razones eléctricas, el voltaje, la intensidad y la resistencia, definiendo la resistencia como la caída de potencial que se produce en relación al número de cargas que atraviesan la resistencia. Desde entonces, a la unidad de medida de la resistencia eléctrica se la denomina «Ohmio» y se simboliza con la letra Omega del alfabeto griego.

A la descripción de la relación existente entre las tres magnitudes eléctricas, Tensión (V), Intensidad (I) y Resistencia (R), se la conoce como Ley de Ohm en honor a su descubridor y la fórmulación matemática que la resume es:

R = V / I

Como a principios del siglo XIX ya se sabía que a más longitud y/o menor sección del conductor se obtenía una mayor resistencia, los investigadores fabricaban las suyas propias. Investigaron con diferentes materiales en su composición (grafito, carbón, cemento, vidrio). Las construían de valor fijo e incluso con mucho ingenio, conseguían hacerlas de valor ajustable mediante el desplazamiento de un cursor sobre un disco de carbón (nacía el reostato).

Eran evidentes las ventajas de poder construir resistencias a medida y sobre todo de poder variar su valor una vez construídas. De repente, las resistencias se empleaban para obtener calor con el que pasar el duro invierno o para su uso en procesos industriales y más tarde, se usarían también para regular cargas eléctricas como la de las lámparas incandescentes (inventada en 1855) y los primeros motores eléctricos (en 1866).

Al principio, la construcción de resistencias eléctricas constituía todo un trabajo artesanal, más parecido a un arte que a otra cosa ya que la precisión de la resistencia obtenida y su fiabilidad, dependían por entero de la pericia y la experiencia del que la construía de forma totalmente manual.

Con el incremento de la demanda de resistencias el proceso de fabricación se mecanizó e industrializó, al mismo tiempo que surgió la necesidad de estandarizar los procesos de fabricación y la homologación-normalización de valores y potencias de las resistencias.

La época en la que cada uno se fabricaba su resistencia arrollando un hilo de cobre quedaba ya desterrada. La obtención de resistencias pasó a convertirse en un proceso industrial y estandarizado y actualmente se fabrican en unos valores establecidos aunque con unos márgenes de tolerancia eso sí, que se han ido reduciendo con la mejora en las tecnologías empleadas para su fabricación.

En la actualidad, el valor de cada resistencia suele codificarse en unas bandas de colores que rodean el componente (código de colores) o bien serigrafiado directamente sobre el cuerpo de la resistencia.

La siguiente imagen muestra el código de colores que se emplea para indicar el valor en ohmios de las resistencias en las que se emplea este sistema de codificación:

 

 

En la siguiente imagen se muestra una resistencia en la que se han grabado las bandas de colores (4 en este caso) que indican su valor según el código descrito anteriormente y debajo de ella un ejemplo de resistencia con su valor serigrafiado:

 

 

 

Los materiales que emplea la industria para la obtención de resistencias son muy variados. En función del material y la técnica empleada para la obtención de las resistencias, éstas pueden ser de diferentes tipos, como por ejemplo, cementadas, bobinadas, vitrificadas, de película de metal, de película de carbón, etc… siendo las más utilizadas en la industria electrónica, las de película de metal y de carbón, por la gran cantidad de valores que se pueden obtener con esos materiales y el reducido tamaño que permiten.

No se fabrican resistencias de todos los valores sino sólo de unos valores standard como se muestra en la siguiente tabla:

Las resistencias son componentes eléctricos pasivos de dos terminales.

Debido a la capacidad que tienen las resistencias para generar una caída de tensión entre sus contactos, limitando así la corriente que circula a través de ellas, en electrónica se usan para proteger elementos del circuito que para su correcto funcionamiento, requieren de una tensión e intensidad menores que las que ofrece la fuente de alimentación a la que están conectados. También se emplean para proteger a los dispositivos contra cortocircuitos (resistencias en configuración Pull-Up y Pull-Down), o como divisores de tensión (para la obtención de niveles de tensión de referencia).

 

Símbolos de resistencia eléctrica

Circuito de resistencias en serie:

Para obtener la resistencia total de un circuito de resistencias en serie, se suman las resistencias de cada una de ellas.

Circuito de resistencias en paralelo:

La resistencia total de un circuito de resistencias en paralelo, se obtiene hallando el inverso de la suma de los inversos de cada una de las resistencias.

Circuito mixto de resistencias:

¿Qué es la electrónica?

La electrónica se podría definir como la parte de la ciencia que se dedica al estudio del comportamiento de la electricidad a su paso por los diferentes materiales. Es una disciplina eminentemente física y que encuentra en la ingeniería su vertiente práctica.

Actualmente existe una gran diversidad de componentes electrónicos, estos pueden ser de dos tipos si atendemos a su manera de funcionar a saber, pasivos y activos. En general, se consideran componentes electrónicos pasivos aquellos que no permiten el control activo de las cargas eléctricas y que por tanto no pueden emplearse como elementos de control, drivers, etc. A este grupo pertenecerían resistencias, condensadores y bobinas e inductancias. Como componentes activos estarían los diodos semiconductores, los transistores y los circuitos integrados.

En el último siglo, desde el descubrimiento físico del efecto Edison y su casi inmediata aplicación práctica, el triodo de De Forest, hasta la actualidad, con el descubrimiento de nuevos materiales (como el grafeno) con características casi fantásticas y que muy presumiblemente favorecerán el desarrollo de herramientas y equipos con prestaciones inimaginables actualmente, la evolución de la tecnología electrónica ha sido casi exponencial.

Es difícil preveer lo que nos deparará la ciencia electrónica en el futuro más cercano, pero una cosa está clara y es que su evolución continúa imparable en la actualidad.

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