ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS - MANUAL DE PRÁCTICAS

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PASO 1: Abrir el programa Karnaugh Minimizer y ajustar las entradas a 3:

IMAGEN 206: INTERFAZ DE KARNAUGH MINIMIZER, CON EL AJUSTE DE VARIABLES PARA LA PRUEBA 3

PASO 2: Dar clic en el ícono “Truth Table” y realizar el llenado de acuerdo a la tabla 2:

IMAGEN 207: UBICACIÓN DEL ÍCONO "TRUTH TABLE”

IMAGEN 208: TABLA DE VERDAD CON LOS VALORES DE LA TABLA 2 DE LA PRUEBA 3

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PASO 4: Al terminar el llenado de la tabla de verdad, dar clic en el botón “Ok” para que los
valores se cargue en en el mapa de Karnaugh que se muestra bajo la barra de menús del
programa; posteriormente dar clic en el botón “Analize”:

IMAGEN 209: UBICACIÓN DEL MAPA DE KARNAUGH CON LOS VALORES DADOS EN LA TABLA, Y EL BOTÓN
"ANALIZE"

IMAGEN 210: RESULTADO DE LA REDUCCIÓN DE LA FUCNIÓN BOOLEANA DE LA TABLA 2 DE LA PRUEBA 3

De acuerdo al programa, la expresión booleana queda de la siguiente manera:

= ̅ + ̅ + ̅

PASO 5: Abrir el programa Logicly, e implementar la función booleana anterior:

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IMAGEN 211: CIRCUITO COMBINACIONAL IMPLEMENTADO EN LOGICLY

De acuerdo a la tabla de verdad, solamente si dos entradas son iguales, el circuito debe
generar una salida verdadera; otras combinaciones son falsas. Como se muestra en las
imágenes siguientes:

IMAGEN 212: COMBINACIONES VÁLIDAS PARA EL CIRCUITO COMBINACIONAL DE ACUERDO A TABLA 2, PRUEBA 3

IMAGEN 213: COMBINACIONES NO VÁLIDAS PARA EL CIRCUITO COMBINACIONAL DE ACUERDO A TABLA 2,
PRUEBA 3

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PASO 7: Implementar el siguiente esquema de conexión:

IMAGEN 214: DIAGRAMA DE CONEXIÓN, PRUEBA 3

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A modo de prueba, experimente cambiando las entradas a otros pines al igual que la salida.
El esquema de prototipado se muestra a continuación:

IMAGEN 215: ESQUEMA DE PROTOTIPADO, PRUEBA 3

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PASO 8: Implementar el sketch en el IDE de Arduino que responda a la lógica de la tabla 2:

IMAGEN 216: CÓDIGO DE PROGRAMA QUE RESPONDE A LA LÓGICA DE LA TABLA 2, PRUEBA 3

De lo anterior, y probando algunas combinaciones se debe obtener lo siguiente:

IMAGEN 217: CONDICIONES VÁLIDAS DEL SISTEMA DE ACUERDO A LA TABLA 2, PRUEBA 3

IMAGEN 218: CONDICIONES NO VÁLIDAS DEL SISTEMA DE ACUERDO A LA TABLA 2, PRUEBA 3

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PRUEBAS A EJECUTAR POR PARTE DEL ALUMNO:

PRUEBA 1 LED’s con efectos
PRUEBA 2 Realizar un sketch en Arduino que permita encender ocho LED’s con secuencias de encendido. Conectar 3
PRUEBA 3 botones en configuración Pull Down, y al presionar uno de los tres se ejecutará una secuencia de encendido
PRUEBA 4 diferente. Si no se presiona ninguno de los botones o dos o más botones al mismo tiempo, los LED deben estar
PRUEBA 5 apagados.
Niveles de contenedores
PRUEBA 6 En una determinada planta de procesamiento se emplea un elemento químico líquido. Dicho elemento
químico se almacena en tres tanques diferentes. Un sensor de nivel en cada tanque genera una tensión a nivel
PRUEBA 7 ALTO cuando el nivel de líquido cae por debajo de un punto especificado. Diseñar un circuito para supervisar
el nivel del elemento químico en cada tanque, que indique cuándo el nivel de dos tanques o más cualesquiera
cae por debajo del punto especificado. El sistema debe tener un indicador luminoso y un elemento sonoro.
Puerta de elevador
Diseñar un circuito lógico que controla la puerta de un elevador en un edificio de tres pisos. El circuito debe
tener cuatro entradas: M es una señal lógica que indica cuando se mueve el elevador o cuando está detenido.
F1, F2 Y F3 son señales indicadoras de cada piso que, por lo general, están en BAJO, y cambian a ALTO sólo
cuando el elevador está posicionando en ese piso. La salida del circuito es la señal ABIERTO que, por lo general,
está en BAJO y cambia a ALTO cuando se va a abrir la puerta del elevador.
Bocina de planta de manufactura
Una planta de manufactura necesita tener un sonido de bocina para indicar la hora de salida. La bocina
deberá activarse cuando se cumpla cualquiera de las siguientes condiciones:

• Es después de las 5 en punto y todas las máquinas están apagadas.
• Es viernes, se completó la producción del día y todas las máquinas están apagadas.
Control de puerta de garaje
Se desea construir el sistema de apertura automática de la puerta de una cochera, el cual tendrá dos sensores
de peso (uno afuera y uno dentro) un detector de presencia y un interruptor (este último dentro de la misma).
La puerta se abrirá cuando un auto se ubique en la parte de afuera (activando el sensor de peso y el de
presencia) y no haya otro en la cochera, o bien cuando un auto esté dentro (activando el interruptor al tiempo
que el segundo sensor de peso está activo) y no haya otro afuera bloqueando el paso. Como medida de
escape ante emergencia, si sólo se presiona el interruptor (haya o no haya auto dentro o fuera) la puerta debe
abrirse. En ambas posiciones hay dos indicadores luminosos: rojo para indicar si hay auto bloqueando el paso
o si la cochera está ocupada y verde si los espacios están libres.
Selector de cita
Arturo debe a ir a una fiesta esta noche, pero no solo. Tiene cuatro nombres en su agenda: Ana, Romina,
Carmen y Diana. Puede invitar a más de una chica pero no a las cuatro. Para no romper corazones, ha
establecido las siguientes normas:

• Si invita a Romina, debe invitar también a Carmen.
• Si invita a Ana y a Carmen, deberá también invitar a Romina o a Diana.
• Si invita a Carmen o a Diana, o no invita a Ana, deberá invitar también a Romina.

Antes de llamarlas por teléfono, quiere utilizar un circuito que le indique cuándo una elección no es correcta.
Control de auto dirigido por radiofrecuencia
Un auto dirigido por radiofrecuencia contiene un sistema que le permite, bajo determinadas condiciones,
moverse en una dirección u otra o detenerse, controlando el accionamiento de dos motores, conectados a
sus ruedas. La dirección de su movimiento se indica al sistema mediante dos variables que permite cuatro
sentidos (ADELANTE, ATRÁS, DERECHA e IZQUIERDA) y cada sentido se indica con un LED. Para moverse hacia
adelante se deben activar los dos motores, al igual que hacia atrás; en el caso de moverse a la izquierda un
motor debe activarse mientras que el otro no, y en caso de virar a la derecha debe ocurrir lo opuesto. El sistema
cuenta además con dos detectores (uno de enlace con el control remoto y otro de batería baja); si uno de
ellos o ambos se activan, el auto no debe moverse y ningún LED debe encenderse.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Al término de las pruebas de configuración básica, al igual que las sugeridas, el alumno tendrá
la capacidad de realizar pruebas de lógica y funcionamiento ante problemas que impliquen
combinaciones de entradas y generación de salidas de tipo digital. Esto es la base para el
control y supervisión de procesos simples que requieran activación o desactivación de
elementos no sólo de dispositivos emisores de luz o sonoros, sino de actuadores como
relevadores, tiristores, solenoides, entre otros, que controlen a su vez elementos de potencia

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como válvulas, lámparas incandescentes, motores, etc. Además, esto puede servir como
apoyo para las asignaturas como Matemáticas Discretas, Sistemas Electrónicos para
Informática o relacionadas con el manejo de señales de tipo digital.

EVALUACIÓN

CRITERIOS/INDICADORES EXCELENTE BUENO SUFICIENTE INSUFICIENTE
(16.7 Puntos) (14.2 Puntos) (11.7 Puntos) (0 Puntos)
EJECUCIÓN DE
PRUEBAS DE Se ejecutan Se ejecutan Se ejecutan Se ejecutan de forma
correctamente TODAS adecuadamente TODAS adecuadamente parte regular o errónea buena
CONFIGURACIÓN parte de las pruebas de
BÁSICA las pruebas de las pruebas de de las pruebas de configuración solicitadas.
configuración solicitadas. configuración solicitadas. configuración solicitadas.
EJECUCIÓN DE La prueba presenta
PRUEBA 1 La prueba se ejecuta La prueba se ejecuta La prueba se ejecuta múltiples fallas en la
correctamente y adecuadamente, adecuadamente, lógica o requerimientos
EJECUCIÓN DE
PRUEBA 2 conforme a la lógica o conforme a la lógica o aunque se presentan 3 solicitados en el
requerimientos requerimientos fallas en la lógica o problema o no se lleva a
EJECUCIÓN DE solicitados en el solicitados en el requerimientos
PRUEBA 3 problema. solicitados en el cabo.
problema, presentado al problema.
EJECUCIÓN DE La prueba se ejecuta menos 2 fallas La prueba se ejecuta La prueba presenta
PRUEBAS correctamente y adecuadamente, múltiples fallas en la
La prueba se ejecuta lógica o requerimientos
SUGERIDAS conforme a la lógica o adecuadamente, aunque se presentan 3
requerimientos fallas en la lógica o solicitados en el
REPORTE DE solicitados en el conforme a la lógica o requerimientos problema o no se lleva a
PRÁCTICA problema. requerimientos solicitados en el
solicitados en el problema. cabo.
La prueba se ejecuta La prueba se ejecuta
correctamente y problema, presentado al adecuadamente, La prueba presenta
menos 2 fallas múltiples fallas en la
conforme a la lógica o aunque se presentan 3 lógica o requerimientos
requerimientos La prueba se ejecuta fallas en la lógica o
solicitados en el adecuadamente, requerimientos solicitados en el
problema. solicitados en el problema o no se lleva a
conforme a la lógica o problema.
Las pruebas se ejecutan requerimientos cabo.
correctamente y solicitados en el Las pruebas se ejecutan
adecuadamente, Las pruebas presentan
conforme a la lógica o problema, presentado al múltiples fallas en la
requerimientos menos 2 fallas aunque se presentan 3
solicitados en los fallas en la lógica o lógica o requerimientos
problemas. La pruebas se ejecutan requerimientos solicitados en los
adecuadamente, solicitados en los
El alumno utiliza el problemas. problemas o no se llevan
formato de prácticas conforme a la lógica o El alumno utiliza el a cabo.
requerimientos formato de prácticas
suministrado por el solicitados en los suministrado por el El alumno utiliza el
docente, todas las docente, al menos el formato de prácticas
problemas, presentado
secciones están al menos 2 fallas 60% las secciones están suministrado por el
correctamente correctamente docente, pero menos del
documentadas, sus El alumno utiliza el
evidencias y resultados formato de prácticas documentadas, sus 50% de las secciones
son claros y siguen las evidencias y resultados están correctamente
especificaciones del suministrado por el son poco claros, aunque documentadas, sus
docente, al menos el evidencias y resultados
formato. 80% las secciones están siguen las son imprecisos, y no se
especificaciones de
correctamente siguen las
documentadas, sus formato. especificaciones de
evidencias y resultados
son claros y siguen las formato.
especificaciones de

formato.

BIBLIOGRAFÍA

Arduino: Sitio Oficial. (27 de Junio de 2016). Obtenido de https://www.arduino.cc
Fitzgerald, S., Shiloh, M., & Igoe, T. (2013). Arduino Projects Book. Torino, Italia: Arduino LCC.
Lajarra Vizcaíno, J. R., & Pelegrí Sebastiá, J. (2014). Sistemas Integrados con Arduino (Primera

ed.). México, DF: Alfaomega.
Tojeiro Calaza, G. (2015). Taller de Arduino: Un Enfoque Práctico Para Principiantes. Mexico,

DF: Alfaomega.
Torrente Artero, Ó. (2013). Arduino: Curso Práctico de Formación. México, DF: Alfaomega.

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PRÁCTICA 7: SEÑALES ANALÓGICAS DE ENTRADA

INTRODUCCIÓN

SEÑAL ANALÓGICA

Una señal analógica es una señal que varía de forma continua a lo largo del tiempo. La
mayoría de las señales que representan una magnitud física (temperatura, luminosidad,
humedad, etc.) son señales analógicas. Éstas pueden tomar todos los valores posibles de un
intervalo, a diferencia de las digitales que solo pueden tomar dos valores posibles.

Las señales análogas se pueden percibir en todos los lugares, por ejemplo, la naturaleza posee
un conjunto de estas señas como es la luz, la energía, el sonido, etc., estas son señales que
varían constantemente. Un ejemplo muy práctico es cuando el arco iris se descompone
lentamente y en forma continua. Cuando los valores del voltaje o la tensión tienden a variar
en forma de corriente alterna se produce una señal eléctrica analógica. En este caso se
incrementa durante medio ciclo el valor de la señal con signo eléctrico positivo; y durante el
siguiente medio ciclo, va disminuyendo con signo eléctrico negativo. Es desde este momento
que se produce un trazado en forma de onda senoidal, ya que este da a lugar a partir del
cambio constante de polaridad de positivo a negativo.

Es preciso indicar que la señal analógica, es un sistema de comunicaciones de las mismas
características, mantiene dicho carácter y deberá ser reflejo de la generada por el usuario.
Esta necesaria circunstancia obliga a la utilización de canales lineales, es decir canales de
comunicación que no introduzcan deformación en la señal original. Las señales analógicas
predominan en nuestro entorno y son transformadas en señales eléctricas, mediante el
adecuado transductor, para su tratamiento electrónico. La utilización de señales analógicas
en comunicaciones todavía se mantiene en la transmisión de radio y televisión tanto privada
como comercial. Los parámetros que definen un canal de comunicaciones analógicas son el
ancho de banda (diferencia entre la máxima y la mínima frecuencia a transmitir) y su potencia
media y de cresta.

IMAGEN 219: EJEMPLO DE SEÑAL ANALÓGICA

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CONVERSIÓN ANALÓGICO DIGITAL (ADC)

Convertidor analógico digital o ADC, acrónimo de Analogue to Digital Converter, circuito
electrónico que convierte una señal analógica en digital. Se utiliza en equipos electrónicos
como ordenadores o computadoras, grabadores digitales de sonido y de vídeo, y equipos de
comunicaciones. La señal analógica, que varía de forma continua en el tiempo, se conecta
a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo (cuantificación discreta, o asignación
de un valor numérico a una determinada intensidad de la señal) a una velocidad fija,
obteniéndose así una señal digital a la salida del mismo. Esta señal se puede volver a convertir
en analógica mediante un convertidor digital analógico.

La Conversión A/D significa tomar registros a intervalos discretos regulares de señales
(eléctricas o de otra índole) consideradas variables de forma continua en el tiempo
(representables por números reales). Dichos valores discretos llamados muestras conforman
una sucesión cuyo dominio son los números enteros y su condominio los reales (fraccionarios).
La ventaja fundamental de la variable discreta es que permite el proceso y almacenamiento
de la información (datos) en computadoras digitales. Como los datos son números
fraccionarios, entonces la Conversión A/D debe transformar dichos fraccionario a código
binario. La conversión A/D conlleva entonces dos aproximaciones, que introducen una
perturbación o error en la señal de entrada.

IMAGEN 220: DESCRIPCIÓN GRÁFICA ELEMENTAL DEL PROCESO DE CONVERSIÓN ANALÓGICO A DIGITAL (ADC)

COMUNICACIÓN SERIAL

La comunicación serial es un protocolo muy común para comunicación entre dispositivos que
se incluye de manera estándar en prácticamente cualquier computadora. Es también un
protocolo común utilizado por varios dispositivos para instrumentación.

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El concepto de comunicación serial es sencillo. El puerto serial envía y recibe bytes de
información un bit a la vez. Aun y cuando esto es más lento que la comunicación en paralelo,
que permite la transmisión de un byte completo por vez, este método de comunicación es
más sencillo y puede alcanzar mayores distancias.

Típicamente, la comunicación serial se utiliza para transmitir datos en formato ASCII. Para
realizar la comunicación se utilizan 3 líneas de transmisión: Tierra (GND) Transmisión (TX) y
Recepción (RX). Debido a que la transmisión es asincrónica, es posible enviar datos por una
línea mientras se reciben datos por otra. Existen otras líneas disponibles para realizar
handshaking, o intercambio de pulsos de sincronización, pero no son requeridas. Las
características más importantes de la comunicación serial son la velocidad de transmisión, los
bits de datos, los bits de parada, y la paridad. Para que dos puertos se puedan comunicar, es
necesario que las características sean iguales.

IMAGEN 221: ESQUEMA ELEMENTAL ENTRE DOS DISPOSITIVOS CON COMUNICACIÓNS SERIAL

Los elementos principales en una transmisión de tipo serial son los siguientes:

Velocidad de transmisión (baud rate): Indica el número de bits por segundo que se transfieren,
y se mide en baudios (bauds). Por ejemplo, 300 baudios representan 300 bits por segundo. Las
velocidades de transmisión más comunes para las líneas telefónicas son de 14400, 28800, y
33600. Es posible tener velocidades más altas, pero se reduciría la distancia máxima posible
entre los dispositivos.

Bits de datos: Se refiere a la cantidad de bits en la transmisión. Cuando la computadora envía
un paquete de información, el tamaño de ese paquete oscila entre los 5, 7 y 8 bits. El número
de bits que se envía depende en el tipo de información que se transfiere. Por ejemplo, el ASCII
estándar tiene un rango de 0 a 127, es decir, utiliza 7 bits; para ASCII extendido es de 0 a 255,
lo que utiliza 8 bits. Si el tipo de datos que se está transfiriendo es texto simple (ASCII estándar),
entonces es suficiente con utilizar 7 bits por paquete para la comunicación. Un paquete se
refiere a una transferencia de byte, incluyendo los bits de inicio/parada, bits de datos, y
paridad. Debido a que el número actual de bits depende en el protocolo que se seleccione,
el término paquete se usar para referirse a todos los casos.

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Bits de parada: Usado para indicar el fin de la comunicación de un solo paquete. Los valores
típicos son 1, 1.5 o 2 bits. Debido a la manera como se transfiere la información a través de las
líneas de comunicación y que cada dispositivo tiene su propio reloj, es posible que los dos
dispositivos no estén sincronizados. Por lo tanto, los bits de parada no sólo indican el fin de la
transmisión sino además dan un margen de tolerancia para esa diferencia de los relojes.
Mientras más bits de parada se usen, mayor será la tolerancia a la sincronía de los relojes, sin
embargo la transmisión será más lenta.

Paridad: Es una forma sencilla de verificar si hay errores en la transmisión serial. Existen cuatro
tipos de paridad: par, impar, marcada y espaciada. La opción de no usar paridad alguna
también está disponible. Para paridad par e impar, el puerto serial fijará el bit de paridad (el
último bit después de los bits de datos) a un valor para asegurarse que la transmisión tenga un
número par o impar de bits en estado alto lógico.

IMAGEN 222: ESQUEMA DE UN PAQUETE TRANSMITIDO EN FORMA SERIAL CON COMPONENTES

TRANSMISOR/RECEPTOR ASÍNCRONO UNIVERSAL (UART)

Un Transmisor-Receptor Asíncrono Universal (UART en inglés), es el dispositivo que controla los
puertos y dispositivos serie. Se encuentra integrado en la placa base o en la tarjeta
adaptadora de un dispositivo como un microcontrolador o dispositivo conversor.

Un UART dual, o DUART, combina dos UART en un solo chip. Existe un dispositivo electrónico
encargado de generar la UART en cada puerto serie. La mayoría de las computadoras
modernas utilizan el chip UART 16550, que soporta velocidades de transmisión de hasta 921,6
Kbps (Kilobits por segundo). Las funciones principales de chip UART son: manejar las
interrupciones de los dispositivos conectados al puerto serie y convertir los datos en formato
paralelo, transmitidos al bus de sistema, a datos en formato serie, para que puedan ser
transmitidos a través de los puertos y viceversa. El controlador del UART es el componente
clave del subsistema de comunicaciones series de una computadora.

El UART toma bytes de datos y transmite los bits individuales de forma secuencial. En el destino,
un segundo UART re ensambla los bits en bytes completos. La transmisión serie de la

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información digital (bits) a través de un cable único u otros medios es mucho más efectiva en
cuanto a costo que la transmisión en paralelo a través de múltiples cables. Se utiliza un UART
para convertir la información transmitida entre su forma secuencial y paralela en cada
terminal de enlace. Cada UART contiene un registro de desplazamiento que es el método
fundamental de conversión entre las forma secuencial y paralela.

El UART normalmente no genera directamente o recibe las señales externas entre los diferentes
módulos del equipo. Usualmente se usan dispositivos de interfaz separados para convertir las
señales de nivel lógico del UART hacia y desde los niveles de señalización externos. Las señales
externas pueden ser de variada índole. Ejemplos de estándares para señalización por voltaje
son RS-232, RS-422 y RS-485 de la EIA. Históricamente se usó la presencia o ausencia de
corriente en circuitos telegráficos.

IMAGEN 223: ESQUEMA BÁSICO DE UN MÓDULO UART

SENSOR

Un sensor es todo aquello que tiene una propiedad sensible a una magnitud del medio y que
nos manifiesta la presencia de dicha magnitud y/o medida. Las variables pueden ser por
ejemplo: intensidad lumínica, temperatura, distancia, aceleración, inclinación, presión,
desplazamiento, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica
puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en
un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica,
etc.

Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la
magnitud que la condiciona o variable de instrumentación con lo que puede decirse también
que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal
que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Por ejemplo el termómetro de
mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la

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acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que
convierte una forma de energía en otra. Un sensor tiene las siguientes características técnicas:

Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor.
Precisión: es el error de medida máximo esperado.
Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es
nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente
se establece otro punto de referencia para definir el offset.
Linealidad o correlación lineal. Grado de proporcionalidad entre la magnitud medida y la
señal de salida; esto es determinado por los niveles de voltaje o corriente de la señal de salida,
su forma (si es lineal o a una frecuencia dada, o si ésta es transformada de analógico a digital,
etc.)
Sensibilidad: suponiendo que es de entrada a salida y la variación de la magnitud de entrada.
Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede detectarse a la salida.
Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a
medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de
entrada.
Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen
en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la
humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del
sensor.
Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.

IMAGEN 224: EJEMPLOS DE SENSORES INDUSTRIALES

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IMAGEN 225: EJEMPLO DE SENSORES PARA APLICACIONES ELECTRÓNICAS

POTENCIÓMETRO O RESISTENCIA VARIABLE
Son resistores lineales con tres terminales, dos fijos en los extremos del componente y uno móvil
intermedio. La resistencia entre uno de los terminales fijos y el móvil viene determinada por la
posición de éste sobre el material resistivo. Se utilizan en aquellos circuitos en los que es
necesario efectuar variaciones de niveles de tensión eléctrica, en aplicaciones tales como
controles de volumen o tono de sonido, controles de brillo o contraste de la imagen, etc., o
para ajustar la resistencia de un elemento de circuito a un valor adecuado para el correcto
funcionamiento del mismo.
Según su construcción, los resistores variables pueden ser bobinados (el elemento resistivo es
un hilo de aleación metálica) o no bobinados (fabricados con bandas resistivas de carbón o
de película metálica sobre soporte aislante). En general, los bobinados se utilizan en
aplicaciones de potencia o de precisión, y los no bobinados, en aplicaciones de poca
potencia (< 1 W).

IMAGEN 226: POTENCIÓMETROS COMUNES: DE DESLIZADOR Y ROTATORIOS

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FOTORRESISTENCIA O RESISTOR DEPENDIENTE DE LA LUZ (LDR)

Una fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el
aumento de intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado fotorresistor,
fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuyas siglas, LDR, se
originan de su nombre en inglés light-dependent resistor. Su cuerpo está formado por una
célula fotorreceptora y dos patillas. El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando
hay luz incidiendo en él (puede descender hasta 50 ohms) y muy alto cuando está a oscuras
(varios megaohms).

IMAGEN 227: FOTORRESISTENCIAS COMUNES

SENSOR DE TEMPERATURA LM35

El LM35 es un circuito electrónico sensor que puede medir temperatura. Su salida es analógica,
y proporciona un voltaje proporcional a la temperatura. El sensor tiene un rango desde −55°C
a 150°C. Su popularidad se debe a la facilidad con la que se puede medir la temperatura.
Incluso no es necesario de un microprocesador o microcontrolador para medir la
temperatura. Dado que el sensor LM35 es analógico, basta con medir con un multímetro, el
voltaje a salida del sensor. Para convertir el voltaje a la temperatura, el LM35 proporciona
10mV por cada grado centígrado.

IMAGEN 228: SENSOR LM35, PRESENTACIÓN COMÚN

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OBJETIVO:

Implementar sketches en Arduino® que permitan leer señales analógicas por medio
elementos variables y sensores, para combinarlos con otros dispositivos activados por señales
de tipo digital.

METODOLOGÍA

 Analizar la instrucción para leer señales analógicas
o Función analogRead

 Habilitar las funciones del monitor serial del IDE de Arduino®
o Función Serial.begin
o Función Serial.print
o Función Seria.println

 Observar el comportamiento con diferentes dispositivos que entreguen un voltaje o
señal analógica
o Potenciómetro
o Fotorresistencia
o Sensor LM35

 Realizar las pruebas sugeridas

RECURSOS MATERIALES Y EQUIPO NECESARIO

 1 Arduino UNO REV 3 (Original o Genérica) con cable USB
 3 LED (Cualquier color)
 3 Resistores de 200 Ω o 300Ω
 1 Resistor de 10kΩ
 1 Potenciómetro (Cualquier valor)
 1 Fotorresistencia
 1 Sensor LM35
 Protoboard (Cualquier tamaño)
 Cables Conductores (Dupont M-M) o alambre estañado calibre 22
 IDE de Arduino®

CORRESPONDENCIA CON LA ASIGNATURA

UNIDAD NOMBRE TEMA(S) Y ACTIVIDADES, COMPETENCIAS
5 SUBTEMA(S) U OBJETIVOS
ARQUITECTURAS EMBEBIDAS
O MICROCONTROLADORES 5.3 – Características Analizar el conjunto de terminales
y uso de elementos y sus señales de interfaz con que
(MCU’s) del microcontrolador
cuenta un microcontrolador
seleccionado.

Realizar las configuraciones
necesarias para leer y utilizar

señales analógicas.

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DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

PRUEBA 1: LECTURA DE LA SEÑAL PROVENIENTE DE UN POTENCIÓMETRO

En esta prueba, vamos a encender y apagar un grupo de tres LED’s dependiendo del valor
de la señal entregada por un potenciómetro; a su vez veremos los valores que se registran
mediante el monitor serial del IDE de Arduino®. Se requieren los siguientes materiales:

ARDUINO® UNO R3 CABLE USB A A USB B 3 LED (CUALQUIER COLOR)

3 RESISTORES DE 220 Ω O 330 Ω PROTOBOARD CABLES DUPONT (JUMPERS) DOBLE MACHO

1 POTENCIÓMETRO IDE DE ARDUINO
(CUALQUIER VALOR)

PASO 1: Implementar el siguiente esquema eléctrico:

IMAGEN 229: DIAGRAMA ELÉCTRICO, PRUEBA 1

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El elemento nuevo es el potenciómetro, que no es más que una resistencia variable. Tiene tres
terminales, siendo la del centro (indicada con el origen de la flecha en el símbolo) la que
entrega la señal a medir; las terminales de los externos no tienen polaridad, por lo que somos
libres de elegir cuál se conectará a positivo y cuál a tierra:

IMAGEN 230: POTENCIÓMETRO, FORMA FÍSICA Y SÍMBOLO ELÉCTRICO

El programa deberá seguir el siguiente diagrama de flujo:

INICIO

LEER ESTADO DEL
POTENCIÓMETRO

NO VALOR >=0 SÍ
Y <=400
VALOR >=401 ENCENDER
Y <=800 SÍ SÓLO LED 1

NO VALOR SÍ SÓLO
>=801 ENCENDER
ENCENDER LED 1 y LED 2
LED 1, LED 2

Y LED 3

IMAGEN 231: DIAGRAMA DE FLUJO, PRUEBA 1

El esquema de prototipado es el siguiente:

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IMAGEN 232: ESQUEMA DE PROTOTIPADO, PRUEBA 1

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PASO 2: Implementar el código requerido de acuerdo al diagrama de flujo:

IMAGEN 233: CÓDIGO CORRESPONDIENTE AL DIAGRAMA DE FLUJO DE LA PRUEBA 1

Las funciones adicionales en el código son las siguientes:

IMAGEN 234: FUNCIÓN SERIAL.BEGIN

En la función void setup() se muestra la función que habilita la comunicación serial de la tarjeta
mediante el objeto Serial y su propiedad o función .begin; éstos pertenecen a la librería
integrada SoftwareSerial de Arduino®, la cual no es requerido declararse como otras librerías
que se verán más adelante; sólo determinadas tarjetas como la Leonardo si requieren
configuraciones adicionales, por lo general con declarar las funciones como se muestra en la
imagen 150 es suficiente:

IMAGEN 235: SINTÁXIS Y ARGUMENTOS DE LA FUNCIÓN SERIAL.BEGIN

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Es importante señalar que, al habilitar las funciones de comunicación serial en cualquier
tarjeta Arduino®, los pines 0 y 1 ya no pueden ser configurados como entradas o salidas
digitales; de hecho, éstos tienen marcado las leyendas TX y RX. Para volver a utilizarlos como
entrada o salida se deben deshabilitar las funciones seriales mediante Serial.close() en
cualquier parte del código.

En tarjetas de alta gama, como las MEGA o DUE, por ejemplo, existen 4 pares de pines seriales
marcados con un número:

IMAGEN 236: UBICACIÓN DE LOS PARES DE COMUNICACIÓN SERIAL EN TRES TARJETAS DIFERENTES

Para configurar alguno de estos se debe declarar como se muestra en la siguiente tabla:

PAR SERIAL CONFIGURACIÓN

TX / RX o TX0 / RX0 Serial.begin(baudrate)

TX1 / RX1 Serial1.begin(baudrate)

TX2 / RX 2 Serial2.begin(baudrate)

TX3 / RX3 Serial3.begin(baudrate)

TABLA 18: CONFIGURACIÓN DE DIFERENTES PARES SERIALES

NOTA: Sólo puede ser configurado y utilizado un par serial a la vez, dado que cada uno
pertenece a la misma UART y, por la naturaleza de la transmisión, éste protocolo sólo permite
de un emisor a un receptor. Tanto la apertura como el cierre de las funciones en un par serial
pueden hacerse en cualquier parte del código, siendo en la función void loop() la más
común.

La siguiente función es analogRead():

IMAGEN 237: FUNCIÓN ANALOGREAD

Ésta función permite efectuar la lectura del pin analógico que se indique dentro del
paréntesis; dependiendo del modelo de la tarjeta, se pueden realizar lecturas de varios
sensores a la vez; a diferencia de las señales digitales, los pines analógicos no se configuran

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en void setup(), porque están dispuestos y reconocidos por el IDE como elementos
únicamente de entrada.

IMAGEN 238: SINTÁXIS Y ARGUMENTOS DE LA FUNCIÓN ANALOGREAD

Previo a la función analogRead() se hace el guardado del valor de la señal en una variable
entera llamada ‘value’, aunque puede ser también de tipo float para manejar decimales.
Posteriormente, se observan las funciones Serial.print() y Serial.println(); el objeto Serial tiene
una serie de propiedades o procedimientos que se pueden invocar dependiendo de la tarea
o acción a ejecutar. Éstos se llaman de la siguiente manera:

IMAGEN 239: SINTAXIS DE UN OBJETO Y UNA PROPIEDAD

IMAGEN 240: DESCRIPCIÓN DE PROPIEDAD .PRINT

P á g i n a | 157

IMAGEN 241: DESCRIPCIÓN DE PROPIEDAD .PRINTLN

Lo que sigue es una aplicación de varios if y else que comparan el valor registrado en la
variable con rangos definidos; por el uso del comparador <= y >= se están evaluando
intervalos cerrados, es decir, que se consideren todos los valores comprendidos entre los
rangos indicados, incluidos los números límite.
PASO 3: Abrir el Monitor Serie del IDE de Arduino®:
El Monitor Serie del IDE se encuentra en la esquina superior derecha de la pantalla, debajo de
los controles de minimizar, minimizar tamaño y cerrar (en Windows®); se identificar con un
ícono similar a una lupa:

IMAGEN 242: ÍCONO DEL MONITOR SERIE DEL IDE, EN MODO NORMAL (IZQ.) Y DESTACADO AL APUNTAR CON EL
CURSOR (DER.)

Al dar clic en el ícono, se abrirá la siguiente ventana:

IMAGEN 243: VENTANA DEL MONITOR SERIE DEL IDE DE ARDUINO

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PASO 4: Descargar el sketch generado a la tarjeta y mover el dial del potenciómetro; observar
lo que ocurre con los LED’s y lo que se imprime en el Monitor Serie:

IMAGEN 244: PRUEBA DEL PROGRAMA, CON VALORES EN EL RANGO MÁS BAJO Y LED 1 ENCENDIDO, PRUEBA 1

IMAGEN 245: VALORES MOSTRADOS EN EL MONITOR SERIE QUE ENCIENDEN SÓLO LED 1

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IMAGEN 246: PRUEBA DEL PROGRAMA, CON VALORES EN EL RANGO INTERMEDIO CON LED 1 Y 2 ENCENDIDOS,
PRUEBA 1

IMAGEN 247: VALORES MOSTRADOS EN EL MONITOR SERIE QUE ENCIENDEN SÓLO LED 1 Y 2

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IMAGEN 248: PRUEBA DEL PROGRAMA, CON VALORES EN EL RANGO MÁS ALTO CON LED 1, 2 Y 3 ENCENDIDOS,
PRUEBA 1

IMAGEN 249: VALORES MOSTRADOS EN EL MONITOR SERIE QUE ENCIENDEN TODOS LOS LED

P á g i n a | 161

PRUEBA 2: LECTURA DE LA SEÑAL PROVENIENTE DE UNA FOTORRESISTENCIA

En esta prueba, vamos a encender y apagar un grupo de tres LED’s dependiendo del valor
de la señal entregada por una fotorresistencia. Se requieren los siguientes materiales:

ARDUINO® UNO R3 CABLE USB A A USB B 3 LED (CUALQUIER COLOR)

3 RESISTORES DE 220 Ω O 330 Ω PROTOBOARD CABLES DUPONT (JUMPERS) DOBLE MACHO

1 FOTORRESISTENCIA 1 RESISTOR DE 10K Ω IDE DE ARDUINO

PASO 1: Implementar el siguiente diagrama:

IMAGEN 250: ESQUEMA ELÉCTRICA, PRUEBA 2

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La fotorresistencia se conecta como un resistor convencional; en el diagrama se conecta en
serie con una resistencia de 10kΩ para generar un divisor de voltaje. El esquema de
prototipado es el siguiente:

IMAGEN 251: ESQUEMA DE PROTOTIPADO, PRUEBA 2

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PASO 2: Implementar el sketch del programa y realizar pruebas de luminosidad, al tiempo de
analizar los valores mostrados en el monitor serial. Pueden modificarse los valores de los rangos
para obtener el mismo comportamiento:

IMAGEN 252: NIVEL DE LUMINOSIDAD ALTA, PARA ENCENDER SÓLO EL LED 1, PRUEBA 2

IMAGEN 253: VALOR DESPLEGADO EN EL IDE DE ARDUINO, EN NIVEL DE LUMINOSIDAD ALTO, PRUEBA 2

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IMAGEN 254: NIVEL DE LUMINOSIDAD MEDIA, PARA ENCENDER SÓLO LOS LED 1 Y 2, PRUEBA 2
IMAGEN 255: VALOR DESPLEGADO EN EL IDE DE ARDUINO, EN NIVEL DE LUMINOSIDAD MEDIO, PRUEBA 2

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IMAGEN 256: NIVEL DE LUMINOSIDAD BAJA, PARA ENCENDER TODOS LOS LED, PRUEBA 2
IMAGEN 257: VALOR DESPLEGADO EN EL IDE DE ARDUINO, EN NIVEL DE LUMINOSIDAD BAJO, PRUEBA 2

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PRUEBA 3: LECTURA DE LA SEÑAL PROVENIENTE DE UN SENSOR DE TEMPERATURA LM35

En esta prueba, vamos a encender y apagar un grupo de tres LED’s dependiendo del valor
de la señal entregada por una fotorresistencia. Se requieren los siguientes materiales:

ARDUINO® UNO R3 CABLE USB A A USB B 3 LED (CUALQUIER COLOR)

3 RESISTORES DE 220 Ω O 330 Ω PROTOBOARD CABLES DUPONT (JUMPERS) DOBLE MACHO

1 SENSOR LM35 IDE DE ARDUINO

PASO 1: Implementar el siguiente diagrama:

IMAGEN 258: ESQUEMA ELÉCTRICO, PRUEBA 3

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EL sensor LM35 tiene una configuración de conexión, que se muestra a continuación:

IMAGEN 259: ASIGNACIÓN DE PINES DE SENSOR LM35, VISTO DE FRENTE: VCC (IZQ.), SEÑAL (CENTRO) Y TIERRA
(DER.)

Las características del sensor son las siguientes:
Características:

 Directamente calibrado en grados Celsius
 Exactitud de ±0.5 °C a temperatura ambiente (25 °C), y ±0.8 °C en el rango completo
 Bajo autocalentamiento: 0.08 °C con aire en reposo
 Lineal. Salida de 10 mV/°C
 Voltaje de operación: 4 V a 30 V
 Consumo de corriente: < 60 μA típico
 Baja impedancia de salida: 0.1 Ω con carga de 1 mA
 Temperatura de operación: 0 °C a +100 °C
 Encapsulado: TO-92
Para manejar los rangos de acuerdo al nivel de señal del sensor, pueden ajustarse para que
responda adecuadamente
El esquema de prototipado se muestra en la imagen 177:

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IMAGEN 260: ESQUEMA DE PROTOTIPADO, PRUEBA 3

P á g i n a | 169
PASO 2: Implementar el sketch del programa y realizar pruebas de elevar la temperatura
alrededor del sensor, al tiempo de analizar los valores mostrados en el monitor serial:

IMAGEN 261: PRUEBA DEL PROGRAMA, EN NIVEL DE TEMPERATURA AMBIENTE O BAJO, PRUEBA 3

IMAGEN 262: VALOR MOSTRADO EN EL MONITOR SERIE DEL IDE, RANGO DE TEMPERATURA BAJO

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IMAGEN 263: PRUEBA DEL PROGRAMA, RANGO DE TEMPERATURA MEDIO, PRUEBA 3
IMAGEN 264: VALORES MOSTRADOS EN EL MONITOR SERIAL DEL IDE, RANGO DE TEMPERATURA MEDIO

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IMAGEN 265: PRUEBA DEL PROGRAMA, RANGO DE TEMPERATURA ALTO, PRUEBA 3
IMAGEN 266: VALORES MOSTRADOS EN EL MONITOR SERIAL DEL IDE, RANGO DE TEMPERATURA MEDIO

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PRUEBAS A REALIZAR POR PARTE DEL ALUMNO

Prueba 1: Control de efectos de encendido de LED’s
Realizar un sketch en Arduino que permita controlar el encendido de 8 LED’s. Los LED efectuarán una secuencia
de encendido y apagado de abajo hacia arriba, partiendo del pin 2 al 9; la fotorresistencia controlará el
encendido de los LED de acuerdo a lo siguiente:

PRUEBA 1 • Ausencia de luz: Los LED se apagan completamente
• Valor medio de luz o Luz natural: El encendido de arriba abajo se limita a 4 LED
• Valor alto de luz: Encienden todos los LED con la secuencia mencionada.

Un potenciómetro controla la velocidad con la se efectúa la secuencia, independientemente de los LED que
estén encendidos.
Prueba 2: Control de temperatura (Versión 1)
Realizar un sketch en Arduino que leer el valor de un sensor de temperatura (LM35 o TMP35) y tres
potenciómetros, y cuente con 4 LED’s y un buzzer ACTIVO; El sensor de temperatura captará variaciones de la
misma; los potenciómetros ajustarán el valor RANGO BAJO, RANGO MEDIO y RANGO ALTO. La tarjeta debe
realizar lo siguiente:

PRUEBA 2 • Si el sensor está por debajo del rango bajo, debe encenderse un LED Azul y el Buzzer de forma intermitente,
hasta que la temperatura se estabilice.

• Si la temperatura está dentro del rango bajo y medio, debe encender un LED Verde.

• Si la temperatura entra en el rango medio y alto, debe encender un LED Amarillo y el buzzer debe emitir
sonido de forma intermitente, pero a velocidad lenta

• Si se supera el rango alto, se debe encender un LED Rojo y el Buzzer de forma intermitente hasta que la
temperatura se estabilice.
Control de iluminación de una habitación (Versión 1)

Realizar un sketch en Arduino que permita leer el estado de un botón, un potenciómetro y una fotorresistencia,
y permita activar dos LED’s de acuerdo a lo siguiente:

PRUEBA 3 • El sistema de iluminación debe tener dos modos de activación: manual y automático. El modo automático
se controla con la fotorresistencia y el potenciómetro; el modo manual con el botón pulsador.

• En modo automático, la fotorresistencia detectará la “presencia” de una persona incidiendo luz sobre ella
por un instante de tiempo. En el momento en que eso ocurra, los LED’s encenderán y así se mantendrán en
tanto la luz se mantenga. Cuando la luz se retire, se iniciará un conteo descendente hacia cero. En el momento
en que termine los LED se apagarán. Si se vuelve a incidir luz en la fotorresistencia el conteo se detendrá y el
contador nuevamente se colocará en el valor inicial. Dicho valor será establecido al mover el potenciómetro.

• En modo manual, al presionar el botón los LED deberán encenderse y mantenerse hasta que no se vuelva a
presionar el mismo botón. Esto debe realizarse incluso si el modo automático sigue activo.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Al término de la práctica, en conjunto con las pruebas de configuración básica y as sugeridas,
el alumno tendrá las habilidades básicas para capturar la señal de sensores analógicos
sencillos, por medio de los cuales puede ejecutar tareas que involucren variables físicas de su
entorno, combinándola con la manipulación de señales digitales, sean entradas o salidas.
Esto le permitirá expandir su visión sobre las posibilidades de controlar procesos simples y que
forma la base para la activación de actuadores.

P á g i n a | 173

EVALUACIÓN

CRITERIOS/INDICADORES EXCELENTE BUENO SUFICIENTE INSUFICIENTE
(16.7 Puntos) (14.2 Puntos) (11.7 Puntos) (0 Puntos)
EJECUCIÓN DE
PRUEBAS DE Se ejecutan Se ejecutan Se ejecutan Se ejecutan de forma
correctamente TODAS adecuadamente TODAS adecuadamente parte regular o errónea buena
CONFIGURACIÓN parte de las pruebas de
BÁSICA las pruebas de las pruebas de de las pruebas de configuración solicitadas.
configuración solicitadas. configuración solicitadas. configuración solicitadas.
EJECUCIÓN DE La prueba presenta
PRUEBA 1 La prueba se ejecuta La prueba se ejecuta La prueba se ejecuta múltiples fallas en la
correctamente y adecuadamente, adecuadamente, lógica o requerimientos
EJECUCIÓN DE
PRUEBA 2 conforme a la lógica o conforme a la lógica o aunque se presentan 3 solicitados en el
requerimientos requerimientos fallas en la lógica o problema o no se lleva a
EJECUCIÓN DE solicitados en el solicitados en el requerimientos
PRUEBA 3 problema. solicitados en el cabo.
problema, presentado al problema.
EJECUCIÓN DE La prueba se ejecuta menos 2 fallas La prueba se ejecuta La prueba presenta
PRUEBAS correctamente y adecuadamente, múltiples fallas en la
La prueba se ejecuta lógica o requerimientos
SUGERIDAS conforme a la lógica o adecuadamente, aunque se presentan 3
requerimientos fallas en la lógica o solicitados en el
REPORTE DE solicitados en el conforme a la lógica o requerimientos problema o no se lleva a
PRÁCTICA problema. requerimientos solicitados en el
solicitados en el problema. cabo.
La prueba se ejecuta La prueba se ejecuta
correctamente y problema, presentado al adecuadamente, La prueba presenta
menos 2 fallas múltiples fallas en la
conforme a la lógica o aunque se presentan 3 lógica o requerimientos
requerimientos La prueba se ejecuta fallas en la lógica o
solicitados en el adecuadamente, requerimientos solicitados en el
problema. solicitados en el problema o no se lleva a
conforme a la lógica o problema.
Las pruebas se ejecutan requerimientos cabo.
correctamente y solicitados en el Las pruebas se ejecutan
adecuadamente, Las pruebas presentan
conforme a la lógica o problema, presentado al múltiples fallas en la
requerimientos menos 2 fallas aunque se presentan 3
solicitados en los fallas en la lógica o lógica o requerimientos
problemas. La pruebas se ejecutan requerimientos solicitados en los
adecuadamente, solicitados en los
El alumno utiliza el problemas. problemas o no se llevan
formato de prácticas conforme a la lógica o El alumno utiliza el a cabo.
requerimientos formato de prácticas
suministrado por el solicitados en los suministrado por el El alumno utiliza el
docente, todas las docente, al menos el formato de prácticas
problemas, presentado
secciones están al menos 2 fallas 60% las secciones están suministrado por el
correctamente correctamente docente, pero menos del
documentadas, sus El alumno utiliza el
evidencias y resultados formato de prácticas documentadas, sus 50% de las secciones
son claros y siguen las evidencias y resultados están correctamente
especificaciones del suministrado por el son poco claros, aunque documentadas, sus
docente, al menos el evidencias y resultados
formato. 80% las secciones están siguen las son imprecisos, y no se
especificaciones de
correctamente siguen las
documentadas, sus formato. especificaciones de
evidencias y resultados
son claros y siguen las formato.
especificaciones de

formato.

BIBLIOGRAFÍA

Arduino: Sitio Oficial. (27 de Junio de 2016). Obtenido de https://www.arduino.cc

Fitzgerald, S., Shiloh, M., & Igoe, T. (2013). Arduino Projects Book. Torino, Italia: Arduino LCC.

Instruments, N. (2018). National Instruments México. Obtenido de
http://digital.ni.com/public.nsf/allkb/039001258CEF8FB686256E0F005888D1

Lajarra Vizcaíno, J. R., & Pelegrí Sebastiá, J. (2014). Sistemas Integrados con Arduino (Primera
ed.). México, DF: Alfaomega.

Tojeiro Calaza, G. (2015). Taller de Arduino: Un Enfoque Práctico Para Principiantes. Mexico,
DF: Alfaomega.

Torrente Artero, Ó. (2013). Arduino: Curso Práctico de Formación. México, DF: Alfaomega.

P á g i n a | 174

PRÁCTICA 8: SEÑALES ANALÓGICAS DE SALIDA

INTRODUCCIÓN

SEÑAL MODULADA POR ANCHO DE PULSO (PWM)

Las siglas PWM vienen de “Pulse Width Modulation” (Modulación de Ancho de Pulso). Lo que
hace este tipo de señal es emitir, en lugar de una señal continua, una señal cuadrada
formada por pulsos de frecuencia constante (aproximadamente de 490 Hz). La gracia está
en que al variar la duración de estos pulsos, estaremos variando proporcionalmente la tensión
promedio resultante. Es decir: cuanto más cortos sean los pulsos (y por tanto, más distantes
entre sí en el tiempo, ya que su frecuencia es constante), menor será la tensión promedio de
salida, y cuanto más largos sean los pulsos (y por tantos, más juntos en el tiempo estén), mayor
será dicha tensión.

El caso extremo lo tendríamos cuando la duración del pulso coincidiera con el período de la
señal, momento en el cual de hecho no habría distancia entre pulso y pulso (sería una señal
de un valor constante) y la tensión promedio de salida sería la máxima posible, que son 5 V.
La duración del pulso la podemos cambiar en cualquier momento mientras la señal se está
emitiendo, por lo que como consecuencia la tensión promedio puede ir variando a lo largo
del tiempo de forma continua.

IMAGEN 267: SEÑAL PWM CON DISTINTOS VALORES DE CICLO DE TRABAJO Y FORMAS DE ONDA

P á g i n a | 175

LED EMISOR DE LUZ ROJO-VERDE-AZUL (LED RGB)

El LED RGB es un componente electrónico muy usado en paneles de publicidad formados por
matrices de cientos o miles de estos diodos. La principal ventaja frente a sus homólogos de un
color o bi-color es que pueden reproducir casi cualquier color de una manera perfecta,
pudiéndose utilizar para reproducir imágenes y vídeos, o para iluminar una sala con un color
determinado.

Las principales características son:

 El voltaje de funcionamiento de cada uno de los colores es aproximadamente 2.1V
para el color rojo y 3.3V para los colores verde y azul.

 La alimentación de cada diodo no puede ser superior de 20mA de corriente.

 La longitud de onda (que se asocia a la tonalidad de color) del color rojo es de unos
625nm. El color verde es 520nm y el color azul es de 465nm.

 La intensidad luminosa oscila entre los 200-600mcd para el color rojo, 200-400mcd para
el color verde y 300-800mcd para el color azul.

 La alimentación de las patillas de este diodo RGB tienen que estar siempre conectadas
con resistencias limitadoras de corriente como en los diodos normales.

IMAGEN 268: FORMA FÍSICA DE UN LED RGB CONVENCIONAL, CON DISPOSICIÓN DE PINES

P á g i n a | 176

DIODO DE SILICIO O DIODOS RECTIFICADORES

El diodo es un dispositivo de dos terminales cuyo comportamiento no es lineal: deja pasar
corriente en un sentido y la bloquea en sentido contrario. El comportamiento del diodo puede
ser aproximado por un elemento de circuito denominado diodo ideal, si bien algunas
aplicaciones requieren el uso de modelos más complejos. En los siguientes apartados se
presentarán el diodo ideal y algunos modelos que se aproximan mejor al comportamiento de
los diodos fabricados con semiconductores.

El diodo ideal es un elemento de circuito de dos terminales cuyo símbolo tiene dos terminales:
Ánodo y Cátodo. Cuando el diodo conduce, la corriente circula en el sentido de ánodo a
cátodo, sin caída de tensión entre ambos terminales. Se dice que está polarizado en directa
y equivale a un cortocircuito. Cuando el ánodo es negativo respecto al cátodo el diodo
bloquea la corriente y equivale a un circuito abierto. Se dice, en este caso, que el diodo está
polarizado en inversa.

IMAGEN 269: ESQUEMA Y SÍMBOLO ELÉTRICO DE UN DIODO

Prácticamente todos los diodos que se usan actualmente en circuitos electrónicos están
fabricados con semiconductores. Consisten en la "unión" de un semiconductor P y un
semiconductor N (diodo de unión PN). Los semiconductores contienen cargas móviles
positivas y negativas. Un semiconductor P es un semiconductor que tiene más cargas móviles
positivas que negativas, mientras que el N tiene más cargas negativas que positivas. Cuando
se aplica una tensión positiva al P respecto al N circula una corriente de valor elevado en el
sentido de P a N, mientras que cuando la polaridad de la tensión se invierte, la corriente
cambia de sentido y es casi nula. El semiconductor P constituye el ánodo del diodo y el N el
cátodo.

P á g i n a | 177

IMAGEN 270: REGIONES P Y N DE UN DIODO (TOMADO DE "DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS" DE THOMAS FLOYD)

El ánodo (A) y cátodo (K) se indican en un diodo de distintas maneras, según el tipo de
encapsulado. El cátodo normalmente se marca con una banda, una pestaña o algún otro
elemento. En aquellos encapsulados donde un conductor está conectado a la capsula
(case), ésta es el cátodo.

IMAGEN 271: PAQUETES DE DIODO TÍPICOS CON LAS TERMINALES IDENTIFICADAS (TOMADO DE "DISPOSITIVOS
ELECTRÓNICOS" DE THOMAS FLOYD)

TRANSISTORES DE UNIÓN BIPOLAR (BJT)
El BJT (transistor de unión bipolar) se construye con tres regiones semiconductoras separadas
por dos uniones PN. Las tres regiones se llaman emisor, base y colector.

P á g i n a | 178

IMAGEN 272: CONSTRUCCIÓN BÁSICA DE UN BJT (TOMADO DE "DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS" DE THOMAS FLOYD)

Un tipo se compone de dos regiones N separadas por una región P (NPN) y el otro tipo consta
de dos regiones P separadas por una región N (PNP). El término bipolar se refiere al uso tanto
de huecos como de electrones como portadores de corriente en la estructura de transistor.
Para que un BJT opere adecuadamente como amplificador, las dos uniones PN deben estar
correctamente polarizadas con voltajes de cd externos. La operación del PNP es la misma
que para el NPN excepto en que los roles de los electrones y huecos, las polaridades del
voltaje de polarización y las direcciones de la corriente se invierten.

IMAGEN 273: POLARIZACIÓN EN DIRECTA-INVERSA DE UN BJT (TOMADO DE "DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS" DE
THOMAS FLOYD)

La región del emisor de tipo N excesivamente dopada tiene una densidad muy alta de los
electrones de banda de conducción (libres). Estos electrones libres se difunden con facilidad
a través de la unión BE polarizada en directa hacia la región de la base de tipo P muy delgada
y levemente dopada (flecha ancha). La base tiene una baja densidad de huecos, los cuales
son los portadores mayoritarios, representados por los puntos blancos. Un pequeño porcentaje
del número total de electrones libres se va hacia la base, donde se recombinan con huecos
y se desplazan como electrones de valencia a través de la base hacia el emisor como
corriente de huecos, como lo indican las flechas negras.

P á g i n a | 179

IMAGEN 274: OPERACIÓN DE UN BJT QUE MUESTRA EL FLUJO DE ELECTRONES (TOMADO DE "DISPOSITIVOS
ELECTRÓNICOS" DE THOMAS FLOYD)

Cuando los electrones que se recombinaron con huecos como electrones de valencia
abandonan las estructura cristalina de la base, se transforman en electrones libres en el
conductor de la base metálica y producen la corriente de base externa. La mayoría de los
electrones libres que entraron a la base no se recombinan con huecos porque es muy
delgada. A medida que los electrones libres se desplazan hacia la unión BC polarizada en
inversa, son arrastrados a través del colector por la atracción del voltaje de alimentación
positivo del colector.
Los electrones libres se desplazan a través del colector hacia el circuito externo y luego
regresan al emisor junto con la corriente de base, como se indica. La corriente de emisor es
un poco más grande que la corriente de colector debido a la pequeña corriente de base
que se desprende de la corriente total inyectada a la base proveniente del emisor.

P á g i n a | 180

IMAGEN 275: ENCAPSULADOS DE TRANSISTORES DE UNIÓN BIPOLAR

MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA
El motor de corriente continua o directa es una máquina que convierte energía eléctrica en
mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción de un campo
magnético. Se compone principalmente de dos partes. El estator da soporte mecánico al
aparato y contiene los polos de la máquina, que pueden ser o bien devanados de hilo de
cobre sobre un núcleo de hierro, o imanes permanentes. El rotor es generalmente de forma
cilíndrica, también devanado y con núcleo, alimentado con corriente directa a través de
delgas, que están en contacto alternante con escobillas fijas (también llamadas carbones).
Algunas aplicaciones especiales de estos motores son los motores lineales, cuando ejercen
tracción sobre un riel, servomotores y motores paso a paso. Además existen motores de DC
sin escobillas (brushless en inglés) utilizados en el aeromodelismo por su bajo par motor y su
gran velocidad. Es posible controlar la velocidad y el par de estos motores utilizando técnicas
de control de motores de corriente continua.

IMAGEN 276: EJEMPLOS DE MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA Y BAJA POTENCIA

P á g i n a | 181

OBJETIVO

Implementar sketches en Arduino para generar señales analógicas mediante la técnica de
una señal con Modulación por Ancho de Pulso (PWM) para la activación, desactivación y
control de elementos luminosos y mecánicos.

METODOLOGÍA

 Analizar la función para generar una señal analógica mediante los pines PWM
o Función analogWrite

 Utilizar la función de mapeo o ajuste de valores
o Función map

 Observar el comportamiento con diferentes componentes electrónicos al someterlos a
determinados valores de voltaje
o LED
o LED RGB
o Motor de DC

 Realizar las pruebas sugeridas

RECURSOS MATERIALES Y EQUIPO NECESARIO

 1 Arduino UNO REV 3 (Original o Genérica) con cable USB
 1 LED (Cualquier color)
 1 LED RGB
 1 Resistor de 200 Ω o 300Ω
 1 Resistor de 1kΩ
 3 Potenciómetros (Mismo valor)
 1 Diodo de silicio 1N4007 o equivalente
 1 Transistor NPN (2N2222, BC548, TIP31C, 2N3904, etc.)
 1 Pila 9V con broche
 Protoboard (Cualquier tamaño)
 Cables Conductores (Dupont M-M) o alambre estañado calibre 22
 IDE de Arduino®

CORRESPONDENCIA CON LA ASIGNATURA

UNIDAD NOMBRE TEMA(S) Y ACTIVIDADES, COMPETENCIAS U
5 SUBTEMA(S) OBJETIVOS
ARQUITECTURAS EMBEBIDAS
O MICROCONTROLADORES 5.3 – Características Analizar el conjunto de terminales
y uso de elementos y sus señales de interfaz con que
(MCU’s) del microcontrolador
cuenta un microcontrolador
seleccionado.

Realizar las configuraciones
necesarias para generar señales

analógicas con PWM

P á g i n a | 182

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

PRUEBA 1: CONTROL DEL BRILLO DE UN LED POR MEDIO DE UN CICLO FOR

En esta prueba, controlaremos el brillo de un LED mediante uno de los pines digitales con
funciones PWM, mediante los valores otorgados por dos ciclos for que hagan un conteo
ascendente y descendente de 0 a 255 y 255 a 0 respectivamente. Se requieren los siguientes
materiales:

ARDUINO® UNO R3 CABLE USB A A USB B 1 LED (CUALQUIER COLOR)

1 RESISTOR DE 220 Ω O 330 Ω PROTOBOARD CABLES DUPONT (JUMPERS) DOBLE MACHO

IDE DE ARDUINO

El programa seguirá el siguiente diagrama de flujo:

INICIO

CONTEO DE 0 A 255

ESPERAR 0.5
SEGUNDOS

CONTEO DE 255 A 0

ESPERAR 0.5
SEGUNDOS

IMAGEN 277: DIAGRAMA DE FLUJO DE LA PRUEBA 1

P á g i n a | 183

PASO 1: Implementar el siguiente esquema eléctrico:

IMAGEN 278: ESQUEMA ELÉCTRICO, PRUEBA 1

Es importante señalar que el LED, para esta prueba y las subsecuentes con otros componentes,
deberán estar conectados a los pines señalados como PWM o con una tilde(~).

El esquema de prototipado se encuentra en la página siguiente: