UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRCTICO DEL CURSO: 309696 MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA
ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA
GUA COMPONENTE PRCTICO
309696 MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES
HCTOR URIEL VILLAMIL GONZLEZ
(Director Nacional)
JAIRO LUIS GUTIERREZ TORRES
Acreditador
CHIQUINQUIR
Enero de 2014
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2. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO
La gua de componente prctico del curso de microprocesadores y
microcontroladores en su versin 2009, 2011 y 2013 fue diseada por el Ingeniero
Hctor Uriel Villamil Gonzlez, tutor de la UNAD. Revisado en estilo y contenidos
por el Ingeniero Jairo Luis Gutirrez Torres tutor de la UNAD. El Ingeniero Hctor
Uriel Villamil es Ingeniero Electrnico y Especialista en Informtica y Telemtica y
Especialista en Educacin Superior a Distancia.
Esta gua de componente prctico parte de la edicin 2011 y 2013 con el
planteamiento de tres prcticas de laboratorio fundamentales, las cuales contienen
ejercicios propuestos relacionados con cada una de las unidades didcticas,
microprocesadores, microcontroladores y sus aplicaciones, pero se estructura un
nuevo contenido enfocado en lograr un aprendizaje en los conceptos bsicos y
fundamentales respecto a los microprocesadores, microcontroladores, sus
principales familias y aplicaciones enmarcados en un aprendizaje efectivo y
practico en la programacin de microprocesadores y microcontroladores. Esta
gua de prcticas de laboratorio ha sido desarrollada en el mes de Enero de 2014
por el Ingeniero y Especialista Hctor Uriel Villamil Gonzlez. URIEL VILLAMIL, se
ha desempeado como tutor de la UNAD en el CEAD de CHIQUINQUIRA, desde
el ao 2007 y se desempea actualmente como director nacional de curso.
En esta versin de la gua de prctica de laboratorio el Ingeniero JAIRO
LUIS GUTIRREZ TORRES, tutor de la cede nacional CEAD Jos Celestino
Mutis, apoy el proceso de revisin de estilo de esta gua de prcticas de
laboratorio y dio aportes disciplinares, didcticos y pedaggicos en el proceso de
acreditacin de material desarrollado en el mes de ENERO de 2014.
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3. INDICE DE CONTENIDO
Pg.
5. CARACTERSTICAS GENERALES .................................................................... 9
Introduccin ......................................................................................................... 9
Justificacin ....................................................................................................... 11
Intencionalidades formativas ............................................................................. 11
Denominacin de practicas................................................................................ 14
Nmero de horas ............................................................................................... 14
Porcentaje .......................................................................................................... 14
Curso Evaluado por proyecto ............................................................................ 14
Seguridad industrial ........................................................................................... 14
6. DESCRIPCIN DE PRCTICAS ...................................................................... 15
PRACTICA No. 01 Programacin de microprocesadores y microcontroladores
con lenguaje ensamblador. ................................................................................... 16
Fundamentacin Terica ................................................................................... 18
Descripcin de la prctica .................................................................................. 21
Recursos a utilizar en la prctica (Equipos / instrumentos) ............................... 22
Software a utilizar en la prctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo
de la prctica ..................................................................................................... 23
Seguridad Industrial ........................................................................................... 24
Metodologa ....................................................................................................... 25
Sistema de Evaluacin ...................................................................................... 31
Informe o productos a entregar .......................................................................... 31
Rbrica de evaluacin ....................................................................................... 32
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Retroalimentacin .............................................................................................. 33
PRACTICA No. 02 Programacin bsica de Microcontroladores Microchip PIC,
Texas Instruments MSP430 y Motorola Freescale ................................................ 34
Fundamentacin Terica ................................................................................... 36
Descripcin de la prctica .................................................................................. 38
Recursos a utilizar en la prctica (Equipos / instrumentos) ............................... 40
Software a utilizar en la prctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo
de la prctica ..................................................................................................... 40
Seguridad Industrial ........................................................................................... 41
Metodologa ....................................................................................................... 41
Sistema de Evaluacin ...................................................................................... 46
Informe o productos a entregar .......................................................................... 46
Rbrica de evaluacin ....................................................................................... 48
Retroalimentacin .............................................................................................. 48
PRACTICA No. 03 Programacin avanzada de Microcontroladores Microchip
PIC, Texas Instruments MSP430 y Motorola Freescale ........................................ 49
Fundamentacin Terica ................................................................................... 51
Descripcin de la prctica .................................................................................. 53
Recursos a utilizar en la prctica (Equipos / instrumentos) ............................... 54
Software a utilizar en la prctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo
de la prctica ..................................................................................................... 54
Seguridad Industrial ........................................................................................... 55
Metodologa ....................................................................................................... 55
Sistema de Evaluacin ...................................................................................... 57
Informe o productos a entregar .......................................................................... 57
Rbrica de evaluacin ....................................................................................... 59
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Retroalimentacin .............................................................................................. 59
7. FUENTES DOCUMENTALES ........................................................................... 60
DIRECCIONES DE SITIOS WEB ................................................................... 61
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4. LISTADO DE TABLAS
Tabla 1. Rbrica de evaluacin de la primera prctica de laboratorio. .................. 32
Tabla 2. Rbrica de evaluacin de la segunda prctica de laboratorio. ................ 48
Tabla 3. Rbrica de evaluacin de la tercera prctica de laboratorio. ................... 59
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4.1 LISTADO DE GRFICOS Y FIGURAS
Figura 1. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros
pasos con la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1. Propuesta con
microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A. .......................................................... 28
Figura 2. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros
pasos con la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.2. Propuesta con
microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A. .......................................................... 28
Figura 3. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros
pasos con la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.3. Propuesta con
microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A. .......................................................... 29
Figura 4. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros
pasos con la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1. Propuesta con
microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1. ........................................ 29
Figura 5. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros
pasos con la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.2. Propuesta con
microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1. ........................................ 29
Figura 6. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros
pasos con la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.3. Propuesta con
microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1. ........................................ 30
Figura 7. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros
pasos con la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1 y Ejercicio 1.2.2.
Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430............................... 30
Figura 8. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros
pasos con la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.3. Propuesta con
microcontrolador Texas Instruments MSP430....................................................... 30
Figura 9. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control
de una pantalla LCD de mnimo 2x16. Propuesta con microcontrolador
PIC16F84A/PIC16F628A. ..................................................................................... 44
Figura 10. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control
de un teclado matricial mnimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad.
Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A. .................................. 44
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Figura 11. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control
de una pantalla LCD de mnimo 2x16. Propuesta con microcontrolador Motorola
Freescale JK1 o JK3 o JL1.................................................................................... 45
Figura 12. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control
de un teclado matricial mnimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad.
Propuesta con microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1. ................ 45
Figura 13. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control
de una pantalla LCD de mnimo 2x16. Propuesta con microcontrolador Texas
Instruments MSP430. ............................................................................................ 45
Figura 14. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control
de un teclado matricial mnimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad.
Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430............................... 46
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5. CARACTERSTICAS GENERALES
Introduccin El desarrollo del componente prctico para un curso
metodolgico es esencial para un correcto aprendizaje
de los conceptos, definiciones y tcnicas, al igual que
para un desarrollo de las habilidades y competencias
bsicas y especificas en el manejo, aplicacin y posibles
funciones que pueden ser implementadas con
dispositivos programables como lo son los
microprocesadores y microcontroladores.
Esta gua de prcticas de laboratorio para el curso de
Microprocesadores y Microcontroladores, presenta una
serie de tres prcticas que corresponden a las tres
unidades didcticas del curso, el desarrollo de cada una
de las prcticas requiere realizar varios ejercicios
vinculados a los temas tratados en los captulos de cada
unidad didctica, estn fundamentadas en el
aprendizaje basado problemas y proyectos, de manera
que complementan los conocimientos tericos
adquiridos y promueven el desarrollo de habilidades y
competencias.
La gran ventaja que presenta el componente prctico de
este curso es la relativa accesibilidad a los componentes
y facilidad en la implementacin, programacin y prueba
de los circuitos. Lo que plantea poder desarrollar el
componente prctico con la gua de un profesional en
esta rea de conocimiento e incluso de manera
independiente y autnoma al tener los componentes
para lograr la implementacin, pero debe presentar y
sustentar la totalidad de las prcticas junto con el
respectivo informe al tutor encargado en cada centro
para su correspondiente calificacin. En cada centro
donde se oferta el curso el estudiante debe solicitar
informacin respecto a la programacin y
acompaamiento por parte de un tutor en el desarrollo
de las prcticas de laboratorio del curso.
El Tutor encargado en cada centro para el
acompaamiento, apoyo y desarrollo del componente
prctico una vez haya valorado la participacin,
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implementacin, sustentacin e informe de los
estudiantes a su cargo en las prcticas del curso, debe
enviar al director nacional de curso un archivo Excel por
medio del Foro de la red de curso, en el aplicativo
OLDCONTENS al cual solo tienen acceso los tutores,
antes de la fecha indicada en la agenda nacional para
Curso Metodolgico de 3 crditos con 125 puntos
asignados a laboratorio.
El reporte debe presentarse En formato de acta de
calificaciones (ubicado en la pgina de calidad) junto
con un cuadro Excel como soporte (ubicado para
descarga en la red de curso OLDCONTENTS) con los
datos necesarios y suficientes para reportar
adecuadamente la calificacin en el campus virtual,
indicando Curso, Centro, Nombre del Tutor de prctica,
Correo electrnico del Tutor de prctica, datos del
estudiante con: cdigo, grupo en campus virtual,
nombres, apellidos, calificacin de cada prctica, la
calificacin final, correo electrnico del estudiante,
observaciones (realimentacin).
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Justificacin El diseo de hardware y software electrnico exige del
estudiante la interaccin permanente con los dispositivos
que le permitan realizar diversas tareas que comienzan
con el planteamiento de la problemtica, continan con
el diseo del algoritmo, los diagramas de flujo, la edicin
del programa, la depuracin, simulacin, implementacin
del circuito, implementacin de programa, prueba de la
solucin y terminan con la implementacin del prototipo.
Todas estas tareas exigen un conocimiento previo y una
gua que permita encaminar el conocimiento
adecuadamente, por lo que la gua de prctica de
laboratorio es un componente fundamental para el
desarrollo del curso.
El curso de Microprocesadores y Microcontroladores es
un curso metodolgico de tres (3) crditos acadmicos,
por lo que el desarrollo del componente prctico adems
de ser obligatorio es parte fundamental e indispensable
para el correcto entendimiento de los conceptos y
principios bsicos de la programacin de estos
dispositivos. La realizacin de la totalidad de los
ejercicios aqu propuestos es OBLIGATORIA para los
estudiantes del curso con lo que se garantiza el
desarrollo de las competencias y habilidades necesarias
para disear e implementar soluciones y proyectos con
microprocesadores y microcontroladores.
Intencionalidades
formativas
Propsitos
Integrar los conceptos y la teoria presentada en el
curso en el desarrollo e implementacin de
soluciones y proyectos con Microprocesadores y
Microcontroladores.
Lograr que los estudiantes puedan realizar
prcticas acordes al contenido del curso en forma
autnoma o con el apoyo y gua del tutor en cada
centro.
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Objetivos
Aprender y desarrollar habilidades y conocimiento
en el uso de lenguaje ensamblador en la
programacin de microprocesadores y
microcontroladores de diferentes familias y
fabricantes.
Desarrollar e implementar cada una de las
practicas de laboratorio y sus correspondientes
ejercicios.
Comprender la metodologa que involucra el
diseo e integracin del algoritmo y circuito
electrnico en proyectos con microprocesadores y
microcontroladores.
Adquirir las habilidades y competencias bsicas y
especficas en el diseo, desarrollo e
implementacin de soluciones basadas en
microprocesadores y microcontroladores.
Metas
Disear los algoritmos necesarios para la
realizacion de cada ejercicio.
Aprender a utilizar el lenguaje ensamblador y de
programacin para cada dispositivo segn su
fabricante y familia.
Disear e implementar cada uno de los circuitos
electrnicos en simulacin y fisicamente, de
manera que permitan la ejecucion adecuada de
los programas.
Compilar, depurar y simular los programas de
manera que cada ejercicio funcione
adecuadamente.
Realizar cada una de las implementaciones e
integracion de hardware y software para cada uno
de los ejecicios.
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Competencias
Al finalizar el desarrollo de las actividades en la presente
gua de practica de laboratorio el estudiante:
Desarrollar la habilidad para programar los
microprocesadores y microcontroladores
utilizando lenguaje ensamblador y de
programacin acorde al dispositivo, fabricante y
familia.
Deber tener la habilidad de transferir los
conocimientos tericos planteados a situaciones
prcticas.
Ser capaz de establecer las entradas, salidas y
requerimientos de hardware, que le permitan
determinar el Microprocesador o Microcontrolador
adecuado para la implementacin.
Tendra la capacidad y habilidad para disear el
algoritmo, editar el programa en lenguaje
ensamblador, compilarlo, depurarlo y simular el
comportamiento del sistema.
Desarrollar las habilidades para implementar el
circuito del prototipo y grabar el programa
diseado para integrar el software y hardware,
logrando un sistema funcional.
Estar en capacidad de disear una solucion
basada en microprocesadores y
microcontroladores.
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Denominacin de
practicas
Prctica 1: Programacin de microprocesadores y
microcontroladores con lenguaje ensamblador.
Practica 2: Programacin bsica de Microcontroladores
Microchip PIC, Texas Instruments MSP430 y/o Motorola
Freescale.
Practica 3: Programacin avanzada de
Microcontroladores Microchip PIC, Texas Instruments
MSP430 y/o Motorola Freescale
Nmero de horas 18
Porcentaje 26,7% (100 / 375 puntos. Correspondientes al 75% de la calificacin total del curso) y equivalente al 20% del total del curso
Curso Evaluado por
proyecto
SI_X_ NO__
Seguridad industrial Para la realizacin del componente prctico del curso no se requiere seguridad especial, se recomienda tener cuidado en el uso y manipulacin de los circuitos integrados especialmente los microprocesadores y microcontroladores, puesto que son sensibles a las cargas electrostticas que almacena el cuerpo humano, de igual forma se debe tener cuidado en la manipulacin de los equipos de medida, tarjetas de desarrollo y equipo de cmputo pues varios ejercicios pueden interferir con el funcionamiento de los programas pudiendo bloquear el sistema, reiniciarlo y perder la informacin guardada en la memoria RAM.
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6. DESCRIPCIN DE PRCTICAS
Para desarrollar las prcticas de laboratorio y los diferentes ejercicios que incluye
cada una de ellas, se utiliza software de simulacin como parte importante del
proceso de diseo, desarrollo e implementacin. Se aconseja tener como
herramienta bsica un computador y destinar el tiempo y espacio exclusivo para el
desarrollo del componente practico, en caso de no estar seguro de la instalacin
del software o implementacin de los ejercicios, es recomendable e imprescindible
la asesora y gua de un tutor local de apoyo a componente prctico o estar
pendiente de las ayudas y recursos dispuestos en el aula virtual, las utilidades de
software que se recomiendan se listan en cada una de las prcticas. Los
paquetes de software de simulacin cuentan con amplio soporte documental en
las mismas pginas de descarga, lo aconsejable es instalar los programas y tener
un primer encuentro con los ejemplos y/o tutoriales que incorporan. En el campo
de la tecnologa y sobre todo en los programas de ingeniera la mayora de
paquetes especializados de software estn diseados y documentados en el
idioma Ingles, por lo que se hace necesario recordar lo aprendido en los diferentes
cursos de ingls en sus correspondientes programas o contar con un buen
traductor y un buen diccionario.
Conscientes de la necesidad de tener evidencias del proceso respecto a la
participacin y desempeo de la actividad practica guiada, se solicita a los
estudiantes y al tutor encargado de la practica la necesidad de la utilizacin del
formato IEEE (www.ieee.org/documents/trans_jour.docx), este formato es utilizado
para la presentacin de informes o papers que evidencian el cumplimiento de
las prcticas, facilitan la valoracin de las mismas y la realimentacin individual y
para el pequeo grupo de trabajo colaborativo.
La presentacin de informes de laboratorio tiene gran valor como herramienta
pedaggica, porque es un medio para evidenciar la comprensin de lo aprendido y
el seguimiento al trabajo prctico, individual y de grupo. Los informes de
laboratorio sirven a estudiante para compartir experiencias y resultados, a tutores
para facilitar la evaluacin de conocimientos y competencias y a la escuela para
hacer seguimiento en el cumplimiento del compromiso de desarrollar
adecuadamente los componentes prcticos siguiendo los lineamientos propuestos
desde la direccin de curso.
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PRACTICA No. 01 Programacin de microprocesadores y
microcontroladores con lenguaje ensamblador.
Tipo de practica
Presencial X Autodirigida X Remota X
Otra Cul
Porcentaje de evaluacin 10,7 del 75% (8% del Total del curso)
Horas de la practica 6
Temticas de la prctica UNIDAD 1: Microprocesadores
Microprocesadores y microcomputadores.
Familias de microprocesadores.
Lenguajes de programacin assembler en los microprocesadores.
Aspectos bsicos y de reconocimiento de
herramientas de hardware y software:
UNIDAD 2: MICROCONTROLADORES
Introduccin a los microcontroladores
Microcontroladores PIC de microchip
Microcontroladores Motorola Freescale , Texas, Basic Stamp y Arduino
Intencionalidades formativas
Propsito(s)
Disear la solucion a los problemas prcticos
propuestos que buscan aclarar dudas
conceptuales.
Integrar las soluciones con el diseo de
algoritmos, flujo gramas y cdigo fuente en
lenguaje ensamblador para desarrollar las
habilidades y competencias en la
programacin de microprocesadores y
microcontroladores.
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Objetivo(s)
Disear un algoritmo para generar el cdigo
fuente en lenguaje ensamblador y de ah
compilarlo, depurarlo, guardarlo, cargarlo y
ejecutarlo utilizando para ello el simulador
SIMUPROC, el compilador MASM o el
intrprete DEBUGGER.
Disear e implementar los algoritmos
correspondientes a los ejemplos del mdulo
de manejo de LEDs de encendido / apagado,
control de encendido por botn y control de
secuencias por botn, para generar el cdigo
fuente en lenguaje ensamblador y de ah
compilarlo, depurarlo, guardarlo, cargarlo y
ejecutarlo utilizando para ello el IDE MPLAB
para Microchip, CCS o IAR para Texas
Instruments MSP430, WINIDE o CodeWarrior
para Motorola Freescale.
Implementar y sustentar el desarrollo de la
prctica ante el tutor encargado de
laboratorio.
Presentar el informe de laboratorio en formato
IEEE para su calificacin y reporte al director
nacional de curso en campus virtual.
Meta(s)
Disear los algoritmo y diagramas de flujo de
cada uno de los ejercicios propuestos.
Construir cada uno de los programas en
lenguaje ensamblador para el
microprocesador y microcontrolador,
compilarlos, depurarlos, simularlos y
ejecutarlos utilizando los programas de
software sugeridos.
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Sustentar y entregar el informe de prctica de
laboratorio en formato IEEE.
Competencia(s)
Al finalizar el desarrollo de los ejercicios propuestos
en esta prctica el estudiante:
Conocer la lgica y metodologa del
funcionamiento de las instrucciones en
lenguaje ensamblador y su efecto en cada
una de las unidades y registros del
microprocesador y microcontrolador.
Deber estar en capacidad de disear un
algoritmo con su correspondiente diagrama de
flujo y convertirlo a programa de cdigo fuente
utilizando lenguaje ensamblador.
Tendr la capacidad de realizar la simulacin
e implementacin bsica de hardware y
software de microprocesadores y
microcontroladores.
Ser capaz de utilizar compiladores y
simuladores para disear adecuadamente
cada solucin basada en microprocesadores y
microcontroladores.
Fundamentacin Terica
Microprocesadores:
Los microprocesadores estn constituidos internamente por unidades funcionales
que cumplen tareas especficas en cada una de las microoperaciones que implica
la ejecucin de una instruccin. Para comprender el funcionamiento de cada una
de estas unidades funcionales, como son la Unidad Aritmtica y Lgica (ALU), la
Unidad de Control (UC) y la Matriz de Registros, se debe comenzar por la
utilizacin del lenguaje de bajo nivel, en este caso lenguaje ensamblador.
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Una solucin basada en microprocesador comienza con el establecimiento de las
variables, constantes y diseo de un algoritmo que inicia con un pseudocdigo,
con el cual se disea un diagrama de flujo que sirve para establecer las relaciones
entre variables, constantes y procesos en una lgica de funcionamiento coherente
con el algoritmo.
El diagrama de flujo es utilizado para editar el programa en cdigo fuente
utilizando lenguaje ensamblador, con el que se plasma cada una de las
instrucciones. El programador o diseador del software, debe incluir la
documentacin que gue al evaluador en el desarrollo y funcin de las lneas de
programa.
El lenguaje ensamblador utiliza instrucciones simples, especficas para cada
microprocesador o familia de microprocesadores y que en conjunto forman
programas, los cuales son compilados y depurados con ayuda de programas
especializados para cada familia de microprocesadores.
Se utilizan intrpretes como DEBUGGER que se encuentra en las versin
profesionales de sistemas operativos Microsoft, como XP, Vista, Seven u 8, se
utilizan compiladores como MASM o TASM que son editores profesionales para
microprocesadores compatibles x86 y se utilizan simuladores como SIMUPROG
que permiten editar, compilar, depurar y simular el funcionamiento de un
procesador hipottico.
SIMUPROG facilita la comprensin y anlisis del funcionamiento interno de un
procesador, de sus unidades funcionales y del trabajo con instrucciones en
lenguaje ensamblador.
SIMUPROG tiene un valor agregado que facilita el desarrollo auto dirigido de la
prctica de laboratorio porque adems de ser un software libre, tiene
documentacin y ejemplos de fcil acceso en el aula del curso virtual o en internet
que permite el desarrollo auto dirigido de los ejercicios propuestos y evita la
perdida de informacin o de ejecucin de programas por bloqueo del sistema
causado por la prueba de software mal diseado, que es muy comn en los
estudiantes que comienzan a explorar y aprender este lenguaje de programacin.
Cuando el algoritmo y/o programa estn mal diseados y causan un ciclo o bucle
infinito, normalmente ejecutado en DEBUGGER, MASM o TASM se bloqueara el
sistema y tendra que reiniciar el equipo perdiendo las dems aplicaciones e
informacin que se tena abierta y en ejecucin, con el uso de SIMUPROG solo
basta con ir al administrador de tareas y terminar el proceso de SIMUPROG y no
se corre riesgo de prdida de datos, perdida de la ejecucin de otros programas o
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reinicio del equipo.
NOTA: Los estudiantes que realizan la prctica auto dirigida, deben utilizar
Simuproc como herramienta de trabajo inicial, deben apoyarse en el contenido del
curso con el mdulo, material complementario y video tutoriales. Los estudiantes
que son apoyados por el Tutor en el Centro pueden seleccionar la herramienta
ms adecuada para la prctica (Simuproc, Debugger, MASM, TASM, etc) segn
criterio del Tutor de prctica en el Centro.
Microcontroladores:
Los microcontroladores son dispositivos que integran en un mismo chip una CPU,
memoria de programa, memoria de datos y dispositivos de entrada/salida (I/O). La
programacin bsica de estos dispositivos al igual que en el microprocesador
necesita lograr una comprensin total de su funcionamiento, se utilizan
instrucciones y el lenguaje ensamblador para disear soluciones o proyectos
basados en microcontroladores.
Una solucin basada en microcontroladores comienza con el establecimiento de
las entradas y salidas, lo que permite tener las primeras pautas para la seleccin
del dispositivo ms adecuado. Las variables, constantes y diseo del algoritmo
inician con un pseudocdigo, prosigue con el diagrama de flujo para continuar con
la edicin del programa utilizando el set de instrucciones del microcontrolador
seleccionado, el programador debe documentar el cdigo fuente para permitir un
seguimiento y evaluacin del programa diseado.
La simulacin es parte importante en el proceso de diseo y desarrollo, por lo que
es conveniente utilizar los entornos de desarrollo integrado suministrados por el
fabricante como MPLAB IDE de Microchip, WINIDE de Motorola Freescale, CCS
v5 o IAR para Texas Instruments.
Los proyectos desarrollados con microcontroladores adems del software
requieren el diseo del hardware, es decir, requiere determinar todos los
perifricos externos al microcontrolador y su conexin coherente para que el
sistema en conjunto funcione adecuadamente. En esta fase el diseador puede
hacer uso de simuladores en versin DEMO o evaluacin como MULTISIM o
PROTEUS para hacer las pruebas preliminares de hardware y software.
Se debe recurrir a los conocimientos adquiridos en cursos como fsica electrnica,
electrnica bsica, circuitos digitales o la orientacin del Tutor de prctica de
laboratorio, entre otras estrategias para realizar la implementacin del circuito
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(hardware). Con la utilizacin de las herramientas y sistemas de desarrollo, se
debe programar la memoria del microcontrolador para incorporar la accin del
software sobre el hardware y obtener la funcionalidad requerida.
NOTA: Los estudiantes que realizan la prctica auto dirigida, deben utilizar los
entornos de desarrollo integrado IDE, al igual que los simuladores, dejar los
montajes como parte final despus de tener una certeza del 100% que funciona el
programa en simulacin, solicitar la asesora del Tutor en el Centro o de forma
virtual, deben apoyarse en el contenido del curso con el mdulo, material
complementario y video tutoriales. Los estudiantes que son apoyados por el Tutor
en el Centro pueden trabajar a la par tanto software como hardware y utilizar el
IDE y herramientas de desarrollo ms adecuado para la prctica (PICKit,
LaunchPad MSP430, etc) segn criterio del Tutor de prctica en el Centro.
Descripcin de la prctica
Practica 1.1: Programacin de microprocesadores con assembler: Como
prctica inicial respecto a la primera unidad que trata los microprocesadores, se
plantea el desarrollo de ejercicios previos antes del desarrollo de la solucin al
problema planteado, utilizando lenguaje ensamblador el cual es fcilmente
accesible desde cualquier computador con sistema operativo Microsoft Windows
XP, Vista, Seven u 8, en las versiones Profesionales mediante consola, con el
DEBUG, con compiladores como MASM o TASM o con simuladores como
SIMUPROG, el objetivo es integrar los conocimientos adquiridos en el curso de
ALGORITMOS para hallar una solucin a una situacin prctica que permita
adquirir habilidades en la programacin de bajo nivel en lenguaje ensamblador. El
laboratorio debe estar compuesto de al menos un Ejercicio que cumpla con la
totalidad de parmetros solicitados:
Disear un programa que represente la solucin matemtica a un problema,
por ejemplo, hallar el rea, el volumen, o encontrar la solucin a un sistema
de ecuaciones lineales, puede optar por sistemas bsicos 2x2, 3x3 o un
programa que halle la solucin a un sistema nxn. El programa debe
presentar una interfaz agradable al usuario, con opciones para ingreso de
variables, operaciones, resultados, salida del programa etc, de manera que
se pueda visualizar correctamente el proceso, procedimiento y resultado.
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Practica 1.2: Primeros pasos con la programacin de microcontroladores:
Con el planteamiento terico de los contenidos del curso, se comienza el trabajo
prctico partiendo de conceptos fundamentales de programacin y de electrnica
aplicada para implementar practicas bsicas, similares a los primeros desarrollos
de programacin de software con el programa Hola mundo (Hello world). En
nuestro campo y caso se exploran las funciones bsicas de configuracin de pines
como entrada / salida (I/O), programacin lineal y semi-estructurada con manejo
de bifurcaciones, ciclos y llamado a subrutinas, en uno o en los tres dispositivos
ms representativos de las familias Microchip PIC con el PIC16F84/PIC16F628A,
Texas Instruments con los MSP430G (14 pines o 20 pines) y Motorola Freescale
con el JK1/JL1/JK3. El laboratorio debe estar compuesto de al menos 3 Ejercicios
bsicos los cuales se encuentran explicados y parcialmente desarrollados en el
mdulo de curso:
Ejercicio 1.2.1: Encendido y apagado de un LED con intermitencia de
aproximadamente 1 segundo.
Ejercicio 1.2.2: Encendido de un LED por accin sobre un pulsador.
Ejercicio 1.2.3: Implementacin de al menos 5 secuencias diferentes sobre ocho
(8) LEDs controladas en seleccin por dos pulsadores, uno para seleccionar la
secuencia siguiente y otro para seleccionar la secuencia anterior.
Recursos a utilizar en la prctica (Equipos / instrumentos)
Practica 1.1: Programacin de microprocesadores con assembler:
Computador PC compatible con el sistema operativo Windows o que pueda
instalarse los paquetes de software necesarios para realizar la prctica.
Practica 1.2: Primeros pasos con la programacin de microcontroladores:
Computador PC compatible con el sistema operativo Windows o que pueda
instalarse los paquetes de software necesarios para realizar la prctica.
Los Equipos e instrumentos necesarios para la prctica y que son recomendables
que el estudiante los tenga para su propio beneficio y desarrollo profesional son:
Equipos de cmputo con puerto paralelo o puerto compatible con el
programador (serie o USB).
Fuente de poder regulada DC a 5 voltios.
Programador Universal o el programador para PICs gama media (PICKit 2,
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PICKit 3, u otro compatible) y/o Tarjeta de desarrollo LaunchPad MSP430
y/o Programador para Motorola Freescale HC08.
Los materiales necesarios para la prctica y que son recomendables que el
estudiante los tenga para su propio beneficio y desarrollo profesional son:
Microcontroladores PIC16F84A/PIC16F628A y/o Microcontroladores
MSP430Gxxxx y/o Motorola Freescale 68HC908JK3oJK1oJL1.
Protoboard, Multmetro, punta lgica.
Resistencias, condensadores, cristal 4MHz, pulsadores, LEDs, segn
esquemas de circuito.
Pinzas, pelacables, cable AWG22 (similar al de UTP) en varios colores.
Software a utilizar en la prctica u otro tipo de requerimiento para el
desarrollo de la prctica
Practica 1.1: Programacin de microprocesadores con assembler: Se utiliza
principalmente herramientas de Software, estas pueden ser:
Interprete DEBUGGER utilizado para desarrollar pequeas aplicaciones
con lenguaje ensamblador, se accede mediante ventana de comandos
digitando debug + enter. Ver mdulo de curso donde se establecen ms
indicaciones y ejemplos.
Simulador SIMUPROC, que posee un conjunto de instrucciones fijo de un
microprocesador hipottico, esta herramienta es la ms aconsejable para
estudiantes que auto dirigen su prctica o no tiene la posibilidad inmediata
de obtener el acompaamiento y asesora de un Tutor de prctica.
SimuProc14, simulador hipottico de un microprocesador x86:
documentacin (https://sites.google.com/site/simuproc/), descarga
(https://sites.google.com/site/simuproc/SimuProc14-
Setup.zip?attredirects=0).
Compilador MASM, TASM entre otros los cuales son compatibles con
versiones Windows 2000 o superior, para trabajar con este compilador es
necesario la asesora y acompaamiento del Tutor de prctica, porque
estos paquetes de software interactan directamente con el
microprocesador y los procesos internos del sistema. MASM32 DSK versin
11: documentacin (http://www.masm32.com/), descarga
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(http://www.masm32.com/masmdl.htm).
Practica 1.2: Primeros pasos con la programacin de microcontroladores: Se
utiliza principalmente herramientas de Software libre o gratuito limitado o versiones
DEMO estas pueden ser:
Compilador (MPLABIDE para PIC o WINIDE/CodeWarrior para Motorola
Freescale o CCS v5/IAR para Texas Instruments MSP430)
Simuladores e IDE para Microcontroladores:
o MPLAB IDE: MPLAB IDE X: http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1406&dDocName=en019469 , MPLAB IDE otras versiones: http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1406&dDocName=en023073
o PicDeveloment Studio: http://sourceforge.net/projects/picdev/files/picdev/PicDevelopmentStudio-1.1.exe/download
o CCS V5 E IAR: http://processors.wiki.ti.com/index.php/Download_CCS , http://processors.wiki.ti.com/index.php/IAR_Embedded_Workbench_for_TI_MSP430
o CodeWarrior (Motorola-Freescale): http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=CW-MICROCONTROLLERS&fr=gtl
Software de simulacin electrnico y digital (PROTEUS o MULTISIM)
o PROTEUS: http://www.labcenter.com/download/prodemo_download.cfm
o MULTISIM: http://www.ni.com/academic/esa/multisimse.htm
Seguridad Industrial
Para la realizacin del componente prctico del curso no se requiere seguridad
especial, se recomienda tener cuidado en el uso y manipulacin de los equipos de
cmputo pues los ejercicios pueden interferir con el funcionamiento de los
programas pudiendo bloquear el sistema, reiniciarlo y perder la informacin
guardada en la memoria RAM. Se recomienda tener cuidado en el uso y
manipulacin de los circuitos integrados especialmente los microprocesadores y
microcontroladores, puesto que son sensibles a las cargas electrostticas que
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almacena el cuerpo humano, de igual forma se debe tener cuidado en la
manipulacin de los equipos de medida, la fuente de poder y el circuito electrnico
implementado.
Metodologa
Conocimiento previo para el desarrollo de la prctica: Los estudiantes deben haber realizado lectura juiciosa y analtica de los contenidos del curso y material bibliogrfico sugerido, de manera que tenga los fundamentos tericos y los conocimientos necesarios para disear y desarrollar algoritmos, diagramas de flujo y programas en lenguaje ensamblador, simulacin del sistema microcontrolado, programacin de la memoria del microcontrolador e implementacin del circuito electrnico. Para la prctica con Microprocesadores previo al encuentro tutorial prctico el estudiante debe de forma autnoma, hacer lectura previa de la gua de prctica del curso y utilizar el simulador SIMUPROG junto con su documentacin y los ejemplos suministrados en el aula de curso en el recurso Herramientas y sistemas de desarrollo y en el mdulo, para realizar una exploracin preliminar y comprender el funcionamiento de cada una de las instrucciones y su relacin con cada una de las unidades funcionales dentro del microprocesador. Para la prctica con Microcontroladores previo al encuentro tutorial prctico el estudiante debe de forma autnoma, hacer lectura previa de la gua de prctica del curso y utilizar la documentacin y los ejemplos suministrados en el aula de curso, en el recurso Herramientas y sistemas de desarrollo y mdulo de curso, para realizar los ejercicios de programacin bsica, de manera que el estudiante comprenda el funcionamiento interno de las instrucciones del microcontrolador seleccionado. Forma de trabajo: El estudiante debe tener en lo posible las herramientas y documentacin necesaria, para la realizacin de la prctica de forma auto dirigida, el material de consulta necesario se encuentra en el aula de cursos virtual, en datateca, en internet en la pgina de cada fabricante, las herramientas de software se encuentran dispuestas en su mayora en el aula de curso mediante enlaces directos a los fabricantes y desarrolladores, mucho del hardware son herramientas necesarias en la labor profesional y en su mayora de fcil y accesible consecucin. Todo lo anterior es para que de forma individual realice cada uno de los ejercicios de manera auto dirigida o con el acompaamiento y gua del Tutor de prctica de laboratorio en cada centro. En caso de dudas el Tutor de prctica se encarga de
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guiar el proceso de instalacin del software a utilizar y de dar las indicaciones generales de utilizacin del mismo para que el estudiante pueda compilar, depurar, simular y ejecutar el programa que debe disear. Procedimiento:
Para la realizacin de los ejercicios, los estudiantes deben disear individualmente
sus algoritmos hacer la compilacin, depuracin, simulacin y/o ejecucin del
programa. Cada estudiante individualmente debe seguir el siguiente
procedimiento:
Practica 1.1: Programacin de microprocesadores con assembler:
1. Leer detenidamente el ejercicio o problema a resolver, para determinar las
variables, constantes y proceso que debe realizar el programa.
2. Generar el pseudocdigo que relacione las variables y constantes con el
proceso a implementar en la forma de una secuencia de pasos que
describen la operacin a realizar, los operandos sobre los que se realiza y
las bifurcaciones que se requieren.
3. Editar el cdigo fuente utilizando instrucciones del lenguaje ensamblador
segn el microprocesador utilizado y la documentacin de soporte. La
edicin del cdigo la puede hacer en el editor de texto del blog de notas y
guardar el archivo como .ASM o en el editor que viene con el compilador o
simulador.
4. Realizar la compilacin, depuracin y prueba o simulacin del programa
siguiendo las indicaciones del Tutor encargado de la prctica.
5. Realizar los ajustes y modificaciones que garanticen el correcto
funcionamiento y cumplimiento de lo solicitado en cada ejercicio.
6. Sustentar el trabajo realizado de cada ejercicio al Tutor junto con el archivo
fuente, ejecutable e informe correspondiente en formato IEEE.
Practica 1.2: Primeros pasos con la programacin de microcontroladores:
1. Establecer las variables, constantes y entradas y/o salidas necesarias.
2. Establecer los elementos componentes principalmente el microcontrolador y
los componentes o perifricos que estarn conectados al microcontrolador.
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3. Disear el esquema general de conexiones y su correspondiente circuito
electrnico.
4. Establecer los registros y configuracin de registros, que servirn de
interfaz entre el programa de control y los puertos.
5. Disear el algoritmo y diagrama de flujo solucin del problema planteado.
6. Generar el cdigo fuente, producto del algoritmo diseado.
7. Guardar el cdigo fuente en .ASM o el archivo que solicite el fabricante del
micro y su IDE.
8. Compilar, depurar y ejecutar el programa, hacer uso del simulador IDE u
otro software de uso libre, evaluacin o gratuito para realizar una simulacin
previa y garantizar el funcionamiento de la fase de diseo de software.
9. Guardar los cambios realizados.
10. Grabar el programa en la memoria del microcontrolador fsico.
11. Realizar la implementacin del montaje electrnico, siguiendo los esquemas
generales y de conexin de circuito electrnico, propuestos en el paso (2),
tomar las precauciones de establecer la correcta continuidad entre
componentes, su distribucin y montaje correcto en protoboard o tabla de
prototipos.
12. Incorporar el microcontrolador en el montaje, probar su conexin antes de
energizar.
13. Energizar y probar el funcionamiento del programa, si hay fallas o
correcciones regresar al paso 3 para reevaluar el algoritmo proseguir con
los pasos siguientes hasta obtener la solucin al problema planteado.
Ejercicios a desarrollar en la Practica 1.2: Primeros pasos con la
programacin de microcontroladores:
Ejercicio 1.2.1: Encendido y apagado de un LED con intermitencia de
aproximadamente 1 segundo.
Ejercicio 1.2.2: Encendido de un LED por accin sobre un pulsador.
Ejercicio 1.2.3: Implementacin de al menos 5 secuencias diferentes sobre ocho
(8) LEDs controladas en seleccin por dos pulsadores, uno para seleccionar la
secuencia siguiente y otro para seleccionar la secuencia anterior.
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Esquemas generales de conexin propuesta para realizar los ejercicios de la
Practica 1.2: Primeros pasos con la programacin de Microcontroladores
Figura 1. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros pasos con
la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1. Propuesta con microcontrolador
PIC16F84A/PIC16F628A.
Figura 2. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros pasos con
la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.2. Propuesta con microcontrolador
PIC16F84A/PIC16F628A.
En la Figura se aprecia pulsador con circuito eliminador de rebote y resistencias
en caso de no utilizar las resistencias pull-ups de los puertos I/O del
microcontrolador.
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Figura 3. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros pasos con
la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.3. Propuesta con microcontrolador
PIC16F84A/PIC16F628A.
Figura 4. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros pasos con
la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1. Propuesta con microcontrolador
Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1.
Figura 5. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros pasos con
la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.2. Propuesta con microcontrolador
Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1.
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Figura 6. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros pasos con
la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.3. Propuesta con microcontrolador
Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1.
Figura 7. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros pasos con
la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.1 y Ejercicio 1.2.2. Propuesta con
microcontrolador Texas Instruments MSP430.
Figura 8. Esquema general de conexiones y componentes Prctica 1.2: Primeros pasos con
la programacin de microcontroladores. Ejercicio 1.2.3. Propuesta con microcontrolador
Texas Instruments MSP430.
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Sistema de Evaluacin
El tutor encargado del acompaamiento y calificacin del componente prctico,
evaluara individualmente a cada estudiante teniendo en cuenta el desempeo en
la prctica y la rbrica de evaluacin. La calificacin de la prctica se realizar en
escala de 0.0 a 45.0, siendo esta ltima la valoracin ms alta y que se sumara
con las otras dos prcticas para obtener una calificacin final que ser la que se
reporte en el aula de curso entre 0 y 125 puntos.
Informe o productos a entregar
Es necesario presentar un informe que evidencie el proceso de realizacin de la
prctica. El informe de laboratorio debe presentarse en formato IEEE
(www.ieee.org/documents/trans_jour.docx), entre otros aspectos incluidos en el
formato IEEE, debe contener:
Resumen en espaol, Abstract, Palabras Clave (Index Terms)
Introduccin, relacionada con la prctica realizada y los aspectos
relevantes tratados en el informe presentado.
Objetivos, relacionar los objetivos general y especficos en relacin a la
realizacin de la prctica.
Metodologa, Presenta los aspectos metodolgicos y procedimentales
realizados en el ejercicio prctico, desde la lectura de la gua de laboratorio
hasta la implementacin satisfactoria y funcional de los ejercicios
propuestos.
Algoritmos (Pseudocdigo, diagrama de flujo), Sntesis del procedimiento.
Implementacin, Evidencias de la implementacin (pantallazos, imgenes,
fotografas, etc), del proceso de diseo de software con la edicin,
compilacin, depuracin y simulacin, junto con el proceso de diseo de
hardware con la implementacin del circuito (simulado, aunque preferible y
necesariamente fsico) y su correspondiente funcionamiento.
Anlisis de resultados, se analizan los resultados obtenidos en la
experiencia de laboratorio, desde el diseo del algoritmo hasta el
funcionamiento interno del micro y su relacin funcional con los perifricos.
Conclusiones y Recomendaciones, despus de establecer un anlisis de
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los resultados obtenidos y de un ejercicio individual y grupal de reflexin
sobre la prctica realizada, se debe plasmar las conclusiones y
recomendaciones, como producto intelectual del ejercicio terico prctico.
Referencias, el trabajo realizado en la prctica, debe contar con soportes
tericos o prcticos de tipo documental fsico o electrnico, que el
estudiante debi consultar desde la preparacin de la prctica con la lectura
de la gua hasta la terminacin de la misma y la realizacin del informe,
estas fuentes se constituyen en la referencia documental del informe, la
cual debe seguir el formato IEEE.
Cdigo fuente documentado (comentarios del programador) y programa
ejecutable, como archivos anexos al informe IEEE.
Rbrica de evaluacin
Tabla 1. Rbrica de evaluacin de la primera prctica de laboratorio.
tem Evaluado
Valoracin Baja Valoracin Media Valoracin Alta Mximo Puntaje
Asistencia y participacin en la Prctica
El estudiante no asisti o no participo en las prcticas de laboratorio. (Puntos= 0)
El estudiante asisti a las prcticas pero no particip activamente en el desarrollo de los ejercicios. (Puntos= 5)
El estudiante asiste y participa de manera activa en el desarrollo de la prctica de laboratorio. (Puntos= 10)
10
Desempeo individual del estudiante en la prctica.
El estudiante no dio solucin a los problemas planteados, no realiz el algoritmo y no presenta ninguno de los programas e implementaciones requeridos. (Puntos= 0)
El estudiante dio solucin a los ejercicios planteados, present los programas pero presentan errores de compilacin o ejecucin. (Puntos= 10)
El estudiante realiz la totalidad de los ejercicios solicitados y presento los programas sin errores de compilacin ni ejecucin, presenta los archivos ejecutables y las implementaciones solicitadas. (Puntos= 20)
20
Informe Final de la prctica.
El estudiante no presenta informe final de la prctica de laboratorio en formato IEEE. (Puntos= 0)
El estudiante presenta informe de laboratorio en formato IEEE, pero no incluye todos los productos a entregar (Puntos= 5)
El estudiante entrega el informe de laboratorio en formato IEEE con todos los productos solicitados. (Puntos= 10)
10
TOTAL 40
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Retroalimentacin
La retroalimentacin de la prctica individual de laboratorio la realiza el Tutor
encargado en cada centro, la cual ser publicada por el Tutor virtual previo reporte
de la misma antes de la fecha de finalizacin, publicada en la agenda de curso. La
calificacin y realimentacin ser publicada en el aula de curso dentro de los ocho
(8) das siguientes a la realizacin del reporte por parte del Tutor encargado de las
prcticas en el centro.
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PRACTICA No. 02 Programacin bsica de Microcontroladores Microchip
PIC, Texas Instruments MSP430 y Motorola Freescale
Tipo de practica
Presencial X Autodirigida X Remota X
Porcentaje de evaluacin 10,7 del 75% (8% del Total del curso)
Horas de la practica 6
Temticas de la prctica UNIDAD 2: MICROCONTROLADORES
Introduccin a los microcontroladores
Microcontroladores PIC de microchip
Microcontroladores Motorola Freescale , Texas, Basic Stamp y Arduino.
Aspectos bsicos y de reconocimiento de
herramientas de hardware y software:
UNIDAD 3 PROGRAMACION Y DESARROLLO DE PROYECTOS CON MICROPROCESADORES Y MICROCONTROLADORES
Diseo y desarrollo de proyectos con microcontroladores y microprocesadores
Programacin bsica
Programacin avanzada
Intencionalidades formativas
Propsitos
Disear la solucion a los problemas prcticos
propuestos que buscan aclarar dudas
conceptuales.
Integrar las soluciones con el diseo de
algoritmos, flujo gramas y cdigo fuente en
lenguaje ensamblador para desarrollar las
habilidades y competencias en la
programacin de microcontroladores.
Implementar las simulaciones y realizar los
montajes electrnicos que permitan
profundizar en el aprendizaje de la
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programacin, simulacin, implementacin y
ejecucin de programas de control basados
en Microcontroladores.
Objetivos
Disear un algoritmo para generar el cdigo
fuente en lenguaje ensamblador y de ah
compilarlo, depurarlo, guardarlo, cargarlo y
ejecutarlo utilizando para ello el Entorno de
Desarrollo Integrado MPLAB-IDE o WINIDE o
CCS v5 o IAR o CodeWarrior o WinIDE,
dependiendo del microcontrolador
seleccionado.
Implementar y demostrar a travs de circuitos
funcionales las capacidades bsicas de los
Microcontroladores, desarrollando una
solucin acertada a los problemas planteados
Sustentar el desarrollo de la prctica ante el
Tutor encargado de laboratorio.
Presentar el informe de laboratorio en formato
IEEE para su calificacin y reporte al director
nacional de curso en campus virtual.
Metas
Disear los algoritmo y diagramas de flujo de
cada uno de los ejercicios propuestos.
Construir cada uno de los programas en
lenguaje ensamblador para el
microcontrolador, compilarlos, depurarlos,
simularlos y ejecutarlos utilizando los
programas de software sugeridos.
Implemetar los circuitos tanto en simulador
como en fscico para integrar el hardware y el
software demostrando su funcionalidad total.
Sustentar y entregar el informe de prctica de
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laboratorio en formto IEEE.
Competencias
Al finalizar el desarrollo de los ejercicios propuestos
en esta prctica el estudiante:
Conocer la lgica y metodologa del
funcionamiento de las instrucciones en
lenguaje ensamblador y su efecto en cada
una de las unidades y registros del
microcontrolador.
Deber estar en capacidad de disear un
algoritmo con su correspondiente diagrama de
flujo y convertirlo a programa de cdigo fuente
utilizando lenguaje ensamblador.
Ser capaz de utilizar compiladores, IDE y
simuladores para disear adecuadamente
cada solucin basada en microcontroladores.
Estar en capacidad de implementar el
circuito electrnico e integrar el software y el
hardware logrando un sistema funcional
basado en microcontroladores.
Fundamentacin Terica
Los microcontroladores son dispositivos que integran en un mismo chip una CPU,
memoria de programa, memoria de datos y dispositivos de entrada/salida. La
programacin bsica de estos dispositivos al igual que en el microprocesador
necesita lograr una comprensin total de su funcionamiento, se utilizan
instrucciones y el lenguaje ensamblador para disear soluciones o proyectos
basados en microcontroladores.
Se tiene como prioridad en el curso el aprendizaje del lenguaje ensamblador, por
ser una tcnica de aprendizaje del funcionamiento de cada una de las unidades o
mdulos que integran el microcontrolador y sus perifricos, el lenguaje
ensamblador permite al estudiante de Ingeniera o Tecnologa en el rea de
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Electrnica, Telecomunicaciones y Sistemas, realizar verdaderos sistemas
operativos para microprocesadores y microcontroladores, el objetivo es adquirir la
suficiencia en el manejo, manipulacin y control del lenguaje ensamblador como
herramienta que explota al mximo el potencial de cada microcontrolador. Los
lenguajes de ms alto nivel generalmente basados en C, se dejan como
alternativa a la programacin en futuras prcticas con mdulos microcontrolados
como lenguaje de programacin secundario, puesto que estos se utilizan cuando
el estudiante no requiere conocimiento avanzado en el funcionamiento del
microcontrolador o electrnica digital, que para el caso no aplicara para este
curso.
Una solucin basada en microcontroladores comienza con el establecimiento de
las entradas y salidas, lo que permite tener las primeras pautas para la seleccin
del dispositivo y perifricos ms adecuados. Las variables, constantes y diseo del
algoritmo inician con un pseudocdigo, prosigue con el diagrama de flujo para
continuar con la edicin del programa utilizando el set de instrucciones del
microcontrolador seleccionado, el programador debe documentar el cdigo fuente
para permitir un seguimiento y evaluacin del programa diseado.
La simulacin es parte importante en el proceso de diseo y desarrollo, por lo que
es conveniente utilizar los entornos de desarrollo integrado (IDE) suministrados
por el fabricante Microchip PIC, Motorola Freescale JK1/JK3/JL1 y Texas
Instruments MSP430. Los proyectos desarrollados con microcontroladores
adems de la solucin de software requieren el diseo de la solucin de hardware,
es decir, requiere determinar todos los perifricos externos al microcontrolador y
su conexin coherente, integrarlo en una solucin de hardware y software para
que el sistema en conjunto funcione adecuadamente. En esta fase el diseador
puede hacer uso de simuladores dentro de los mismos IDE del fabricante o en
versiones demo o evaluacin como MULTISIM o PROTEUS para hacer las
pruebas preliminares de hardware y software.
Se debe recurrir a los conocimientos adquiridos en cursos como fsica electrnica,
electrnica bsica, circuitos digitales o la orientacin del Tutor de prctica de
laboratorio, entre otras estrategias para realizar la implementacin del circuito
(hardware). Con la utilizacin de las herramientas y sistemas de desarrollo se
debe programar la memoria del microcontrolador para incorporar la accin del
software sobre el hardware y obtener la funcionalidad requerida.
NOTA: Los estudiantes que realizan la prctica auto dirigida, deben utilizar los
entornos de desarrollo integrado IDE, al igual que los simuladores, dejar los
montajes como parte final despus de tener una certeza del 100% que funciona el
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programa en simulacin, solicitar la asesora del Tutor en un centro o de forma
virtual, deben apoyarse en el contenido del curso con el mdulo, material
complementario y video tutoriales. Los estudiantes que son apoyados por el Tutor
en el Centro pueden trabajar a la par tanto software como hardware y utilizar el
IDE y herramientas de desarrollo ms adecuado para la prctica (PICKit,
LaunchPad MSP430, etc) segn criterio del Tutor de prctica en el Centro.
Descripcin de la prctica
Con el planteamiento terico expuesto en la Unidad 1 Microprocesadores,
Unidad 2 Microcontroladores y sus correspondientes captulos y lecciones, se
comienza el trabajo prctico partiendo de conceptos fundamentales de
programacin y de electrnica aplicada para implementar practicas esenciales que
exploran las funciones bsicas de configuracin de pines como I/O (entrada /
salida), utilizacin de macros, utilizacin de Timers, interrupciones y dems
mdulos internos al micro, implementando una programacin lineal y semi-
estructurada con manejo de bifurcaciones, ciclos y llamado a subrutinas, servicios
a interrupcin, generacin de tablas, administracin de la PILA y vectores de
interrupcin, en uno o en los tres dispositivos ms representativos de las familias
Microchip PIC con el PIC16F84, Texas Instruments con los MSP430G (14 pines o
20 pines) y Motorola Freescale con el JK1/JL1/JK3. El laboratorio debe estar
compuesto de 2 Ejercicios bsicos los cuales se encuentran parcialmente
explicados y desarrollados en el mdulo de curso:
Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mnimo 2x16, se debe presentar
un programa que despliegue los siguientes mensajes controlados por la accin de
un pulsador.
Evento 1: Mensaje por defecto - Lnea 1: mensaje Microprocesadores y
Microcontroladores en desplazamiento a la izquierda o derecha, terminar con el
mensaje 309696-Mp&Mc centrado. Lnea 2: mensaje colocando el semestre y
ao actual, ejemplo, I semestre 2014 centrado.
Evento 2: Mensaje al oprimir el pulsador - Lnea 1: mensaje Integrantes:
centrado. Lnea 2: mensaje con el primer nombre y primer apellido de los
integrantes del grupo en desplazamiento a la izquierda o derecha.
Evento 3: Mensaje al oprimir el pulsador Lnea 1: mensaje CEAD. Lnea 2:
mensaje con el nombre del CEAD.
Ejercicio 1.2.2: Control de un teclado matricial mnimo 4x3 (comercialmente como
teclado telefnico) o 4x4 y control de acceso por clave de seguridad de cuatro (4)
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dgitos, ver apartado de acciones que debe ejecutarse en la prctica, el teclado en
el caso del 4x3 debe contener:
Los diez (10) dgitos (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9).
Una tecla # (en teclados comerciales) se tomara como accin de ingreso
de clave para ser evaluada por el sistema microcontrolado.
Una tecla * (en teclados comerciales) se tomara como accin de borrado
de clave y regreso a estado inicial, para recibir un nuevo intento de clave.
Los indicadores que deben tenerse son del tipo LED, solo uno de ellos debe
encender a la vez y su funcin se describe como:
LED Amarillo o Azul, indica que el sistema y teclado est listo para recibir
una nueva clave.
LED Verde, indica que el usuario a digitado una clave correcta.
LED Rojo, indica que el usuario a digitado una clave incorrecta.
Las acciones que debe cumplir la prctica son:
Grabar una clave de 4 dgitos en la memoria no voltil del micro o
EEPROM, para el ejercicio la clave debe ser semestre/ao, por ejemplo
para el primer semestre de 2014 seria (0114).
La digitacin correcta de la clave de debe incurrir en el encendido de un
LED Verde, conectado a un pin del puerto.
La digitacin incorrecta de la clave, debe incurrir en el encendido de un LED
Rojo conectado a un pin del puerto.
Un LED Amarillo o Azul debe indicar que el sistema est listo para recibir
una nueva clave.
Los LED deben estar apagados al inicio del programa como condicin
inicial, en el momento de estar listo para recibir datos por el teclado debe
encender el LED Amarillo o Azul.
Al oprimir la tecla # debe aceptar la clave digitada y realizar la
comparacin con la clave interna grabada y de ah tomar una decisin con
la accin correspondiente sobre el LED.
Al oprimir la tecla * debe permitir el ingreso de una nueva clave, apagando
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los LED Verde o LED Rojo y encendiendo nuevamente el LED Amarillo o
Azul autorizando un nuevo intento de ingreso.
Recursos a utilizar en la prctica (Equipos / instrumentos)
Computador PC compatible con el sistema operativo Windows o que pueda
instalarse los paquetes de software necesarios para realizar la prctica.
Los Equipos e instrumentos necesarios para la prctica y que son recomendables
que el estudiante los tenga para su propio beneficio y desarrollo profesional son:
Equipos de cmputo con puerto paralelo o puerto compatible con el
programador (serie o USB).
Fuente de poder regulada DC a 5 voltios.
Programador Universal o el programador para PICs gama media (PICKit 2,
PICKit 3, u otro compatible) y/o Tarjeta de desarrollo LaunchPad MSP430
y/o Programador para Motorola Freescale HC08.
Los materiales necesarios para la prctica y que son recomendables que el
estudiante los tenga para su propio beneficio y desarrollo profesional son:
Microcontroladores PIC16F84A/PIC16F628A y/o Microcontroladores
MSP430Gxxxx y/o Motorola Freescale 68HC908JK3oJK1oJL1.
Protoboard, Multmetro, punta lgica.
Resistencias, condensadores, cristal 4MHz, pulsadores, LEDs, teclado
matricial (3x4 o 4x4), display LCD, segn esquemas de circuito.
Pinzas, pelacables, cable AWG22 (similar al de UTP) en varios colores.
Software a utilizar en la prctica u otro tipo de requerimiento para el
desarrollo de la prctica
Se utiliza principalmente herramientas de Software libre o gratuito limitado o
versiones DEMO estas pueden ser:
Compilador (MPLABIDE para PIC o WINIDE/CodeWarrior para Motorola
Freescale o CCS v5/IAR para Texas Instruments MSP430)
Simuladores e IDE para Microcontroladores:
o MPLAB IDE: MPLAB IDE X:
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http://www.microchip.com/pagehandler/en-us/family/mplabx/ , MPLAB IDE otras versiones: http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1406&dDocName=en023073
o PicDeveloment Studio: http://sourceforge.net/projects/picdev/files/picdev/PicDevelopmentStudio-1.1.exe/download
o CCS V5 E IAR: http://processors.wiki.ti.com/index.php/Download_CCS , http://processors.wiki.ti.com/index.php/IAR_Embedded_Workbench_for_TI_MSP430
o CodeWarrior (Motorola-Freescale): http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=CW-MICROCONTROLLERS&fr=gtl
Software de simulacin electrnico y digital (PROTEUS o MULTISIM)
o PROTEUS: http://www.labcenter.com/download/prodemo_download.cfm
o MULTISIM: http://www.ni.com/academic/esa/multisimse.htm
Seguridad Industrial
Para la realizacin del componente prctico del curso no se requiere seguridad
especial, se recomienda tener cuidado en el uso y manipulacin de los equipos de
cmputo pues los ejercicios pueden interferir con el funcionamiento de los
programas pudiendo bloquear el sistema, reiniciarlo y perder la informacin
guardada en la memoria RAM. Se recomienda tener cuidado en el uso y
manipulacin de los circuitos integrados especialmente los microcontroladores,
puesto que son sensibles a las cargas electrostticas que almacena el cuerpo
humano, de igual forma se debe tener cuidado en la manipulacin de los equipos
de medida, la fuente de poder y el circuito electrnico implementado.
Metodologa
Conocimiento previo para el desarrollo de la prctica: Los estudiantes deben haber realizado lectura juiciosa y analtica de los contenidos del curso y material bibliogrfico sugerido, de manera que tenga los fundamentos tericos y los conocimientos necesarios para disear y desarrollar algoritmos, diagramas de flujo y programas en lenguaje ensamblador, simulacin del sistema microcontrolado, programacin de la memoria del microcontrolador e implementacin del circuito electrnico. Para la prctica con Microcontroladores, previo al encuentro tutorial prctico el estudiante debe de forma autnoma, hacer lectura previa de la gua de prctica
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del curso y utilizar la documentacin y los ejemplos suministrados en el aula de curso, en el recurso Herramientas y sistemas de desarrollo y mdulo de curso, para realizar los ejercicios de programacin bsica, de manera que el estudiante comprenda el funcionamiento interno de las instrucciones del microcontrolador seleccionado. Forma de trabajo: El estudiante debe tener en lo posible las herramientas y documentacin necesaria, para la realizacin de la prctica de forma auto dirigida, el material de consulta necesario se encuentra en el aula de cursos virtual, en datateca, en internet en la pgina de cada fabricante, las herramientas de software se encuentran dispuestas en su mayora en el aula de curso mediante enlaces directos a los fabricantes y desarrolladores, mucho del hardware son herramientas necesarias en la labor profesional y en su mayora de fcil y accesible consecucin. Todo lo anterior es para que de forma individual realice cada uno de los ejercicios de manera auto dirigida o con el acompaamiento y gua del Tutor de prctica de laboratorio en cada centro. En caso de dudas el Tutor de prctica se encarga de guiar el proceso de instalacin del software a utilizar y de dar las indicaciones generales de utilizacin del mismo para que el estudiante pueda compilar, depurar, simular y ejecutar el programa que debe disear. Procedimiento:
Para la realizacin de los ejercicios, los estudiantes deben disear individualmente
sus algoritmos hacer la compilacin, depuracin y ejecucin del programa. Cada
estudiante individualmente debe seguir el siguiente procedimiento:
Ejercicio 1.2.1: Control de una pantalla LCD de mnimo 2x16 y Ejercicio 1.2.2:
Control de un teclado matricial mnimo 4x3
1. Establecer las variables, constantes y entradas y/o salidas necesarias.
2. Establecer los elementos componentes principalmente el microcontrolador y
los componentes o perifricos que estarn conectados al microcontrolador.
3. Disear el esquema general de conexiones y su correspondiente circuito
electrnico.
4. Establecer los registros y configuracin de registros, que servirn de
interfaz entre el programa de control y los puertos.
5. Disear el algoritmo y diagrama de flujo solucin del problema planteado.
6. Generar el cdigo fuente, producto del algoritmo diseado.
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7. Guardar el cdigo fuente en .ASM o el archivo que solicite el fabricante del
micro y su IDE.
8. Compilar, depurar y ejecutar el programa, hacer uso del simulador IDE u
otro software de uso libre, evaluacin o gratuito para realizar una simulacin
previa y garantizar el funcionamiento de la fase de diseo de software.
9. Guardar los cambios realizados.
10. Grabar el programa en la memoria del microcontrolador fsico.
11. Realizar la implementacin del montaje electrnico, siguiendo los esquemas
generales y de conexin de circuito electrnico, propuestos en el paso (3),
tomar las precauciones de establecer la correcta continuidad entre
componentes, su distribucin y montaje correcto en protoboard o tabla de
prototipos.
12. Incorporar el microcontrolador en el montaje, probar su conexin antes de
energizar.
13. Energizar y probar el funcionamiento del programa, si hay fallas o
correcciones regresar al paso 4 y 5 para reevaluar el algoritmo proseguir
con los pasos siguientes hasta obtener la solucin al problema planteado.
En los siguientes apartados se encuentra esquemas de conexin general, como
gua para los estudiantes que realizan prctica auto dirigida o para los estudiantes
en general que realizan la prctica con la gua del Tutor de prctica en el Centro.
Teniendo en cuenta la disponibilidad del chip microcontrolador, junto con su
sistema de desarrollo, incluyendo el programador, es posible realizar uno o los tres
montajes propuestos con los dispositivos relacionados.
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Figura 9. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control de una
pantalla LCD de mnimo 2x16. Propuesta con microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A.
Figura 10. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control de un
teclado matricial mnimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad. Propuesta con
microcontrolador PIC16F84A/PIC16F628A.
Las resistencias en los puertos como salida pueden sustituirse por pull-ups
internos.
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Figura 11. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control de una
pantalla LCD de mnimo 2x16. Propuesta con microcontrolador Motorola Freescale JK1 o
JK3 o JL1.
Figura 12. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control de un
teclado matricial mnimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad. Propuesta con
microcontrolador Motorola Freescale JK1 o JK3 o JL1.
Figura 13. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.1: Control de una
pantalla LCD de mnimo 2x16. Propuesta con microcontrolador Texas Instruments MSP430.
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Figura 14. Esquema general de conexiones y componentes Ejercicio 1.2.2: Control de un
teclado matricial mnimo 4x3 y control de acceso por clave de seguridad. Propuesta con
microcontrolador Texas Instruments MSP430.
Sistema de Evaluacin
El tutor encargado del acompaamiento y calificacin del componente prctico,
evaluara individualmente a cada estudiante teniendo en cuenta el desempeo en
la prctica y la rbrica de evaluacin. La calificacin de la prctica se realizar en
escala de 0.0 a 45.0 siendo esta ltima la valoracin ms alta y que se sumara
con las otras dos prcticas para obtener una calificacin final que ser la que se
reporte en el aula de curso entre 0 y 125 puntos.
Informe o productos a entregar
Es necesario presentar un informe que evidencie el proceso de realizacin de la
prctica. El informe de laboratorio debe presentarse en formato IEEE
(www.ieee.org/documents/trans_jour.docx), entre otros aspectos incluidos en el
formato IEEE, debe contener:
Resumen en espaol, Abstract, Palabras Clave (Index Terms)
Introduccin, relacionada con la prctica realizada y los aspectos
relevantes tratados en el informe presentado.
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Objetivos, relacionar los objetivos general y especficos en relacin a la
realizacin de la prctica.
Metodologa, Presenta los aspectos metodolgicos y procedimentales
realizados en el ejercicio prctico, desde la lectura de la gua de laboratorio
hasta la implementacin satisfactoria y funcional de los ejercicios
propuestos.
Algoritmos (Pseudocdigo, diagrama de flujo), Sntesis del procedimiento.
Implementacin, Evidencias de la implementacin (pantallazos, imgenes,
fotografas, etc), del proceso de diseo de software con la edicin,
compilacin, depuracin y simulacin, junto con el proceso de diseo de
hardware con la implementacin del circuito (simulado, aunque preferible y
necesariamente fsico) y su correspondiente funcionamiento.
Anlisis de resultados, se analizan los resultados obtenidos en la
experiencia de laboratorio, desde el diseo del algoritmo hasta el
funcionamiento interno del micro y su relacin funcional con los perifricos.
Conclusiones y Recomendaciones, despus de establecer un anlisis de
los resultados obtenidos y de un ejercicio individual y grupal de reflexin
sobre la prctica realizada, se debe plasmar las conclusiones y
recomendaciones, como producto intelectual del ejercicio terico prctico.
Referencias, el trabajo realizado en la prctica, debe contar con soportes
tericos o prcticos de tipo doc
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