Electrónica analógica y digital aplicada en un proyecto Comenius Documento para el alumno De la ciencia al aula:
Fomento de las vocaciones científicas y de la innovación entre jóvenes
estudiantes a través del aprendizaje basado en proyectos de investigación
Autores: Jorge Pastor María Dolores Peláez José Luis Guerrero Sonia Val Gonzalo Robles Autoría y edición de los recursos audiovisuales: Raquel Gil Colaboradores: IES Virgen del Pilar Instituto Pirenaico de Ecología (www.ipe.csic.es) El presente libro está formado por dos partes: -‐ Documento para el alumno. -‐ Documento para el profesor. Al libro le acompaña un DVD de recursos didácticos que contiene: -‐ Videos del proyecto. -‐ Anexos de contenidos teóricos. -‐ Anexos de actividades y soluciones. -‐ Programación general del curso. Edita: Centro Universitario de la Defensa Ctra. de Huesca s/n. 50090, Zaragoza. Impreso en España Printed in Spain ISBN: 978-‐84-‐940583-‐6-‐3
Dime y lo olvidaré, enséñame y lo recordaré, involúcrame y lo aprenderé.
Benjamin Franklin
3
¿Qué recursos encontrarás en esta unidad didáctica?:
Guía didáctica para el Alumno Guía didáctica para el Profesor Materiales para el estudio de los contenidos de control y robótica que marca el Currículo de Aragón
Selección de materiales educativos en línea. Actividades de autoevaluación Actividades de invesigación
Video-‐entrevistas con
Proyectos reales de control de robots a través de la interface cerebro-‐ computador
Trabajo cooperativoen linea con tus compañeros y con otros Institutos Trabajo cooperativo entre profesores: eules.unizar.es Redes sociales: facebook, twitter, canal Youtube, Picasa
4
DIifusión de experiencias reales: hwww.ipe.csic.es http://bitbrain.es
Web del proyecto http://auladelaciencia.es/ Twitter: @ciencia2aula
English activities
Tecnología y sociedad Canal de noticias relacionadas con el tema Estructura de investigación local, nacional e intrnacional
Proyectos con simuladores Canal YouTube
Animaciones ilustrativas sobre los contenidos Webquest de robótica y control
5
Índice 7
EL PROYECTO “De la Ciencia al Aula” 1. INTRODUCCIÓN
8
2. ELECTRÓNICA ANALÓGICA. COMPONENTES DE UN CIRCUITO. 2.1. Resistencias 2.2. Interruptores
14
2.3. Condensadores
15
2.4. El diodo
18
2.5. El transistor
20
2.6. Otros componentes
21
2.7. English activity
22
2.8. Tecnología y sociedad
23
3. ELECTRÓNICA DIGITAL. INTRODUCCIÓN. 3.1. Sistema Binario
24 25
3.2. Operaciones lógicas
27
3.3. Álgebra de Boole
29
3.4. English activity
31
3.5. Tecnología y sociedad
31
4. EVALUACIÓN
12 12
33
6
EL PROYECTO “De la Ciencia al Aula” “De la ciencia al aula” es un proyecto de fomento de vocaciones científicas y de la cultura de innovación dirigido especialmente a los jóvenes estudiantes de Enseñanza Secundaria Obligatoria (ESO). En él se desarrolla un proyecto docente, y los recursos educativos necesarios, con el que abordar los contenidos de la materia de Tecnologías de 4º de la ESO basándose en resultados obtenidos a través de proyectos de investigación desarrollados recientemente por diferentes organismos, grupos de investigación o empresas cercanas a vosotros. El proyecto pretende, también, que conozcáis la estructura de investigación, innovación y desarrollo a través de estos proyectos que han sido desarrollados por investigadores cercanos a vosotros. Mediante este proyecto se pone a disposición tanto de alumnos como de profesores materiales, recursos, guías docentes, etc., con los que impartir y estudiar bloques de contenidos que marca el currículo de Aragón para la materia de tecnologías en 4º de la ESO (Anexo.I.): •
Bloque 1. Instalaciones en viviendas
•
Bloque 2. Electrónica
•
Bloque 3. Tecnologías de la información y de la comunicación
•
Bloque 4. Control y robótica
•
Bloque 5. Neumática e hidráulica
•
Bloque 6. Tecnología y sociedad
Los recursos generados en el proyecto son abiertos y de libre acceso desde internet y constan de video-‐entrevistas con los investigadores del proyecto, simulaciones, materiales de aula y de estudio, material para el profesor, recursos educativos digitales, proyectos, concursos, etc.
7
1. INTRODUCCIÓN ¿Sabías que algunos de los centros educativos de tu comunidad participan en proyectos de colaboración con centros educativos de otros países? Desde la Unión Europea, mediante el proyecto comenius se promueve la elaboración de proyectos de ámbito tecnológico en cursos como 4º de ESO. Este tipo de proyectos está financiado por el fondo europeo y permite la colaboración de centros docentes distintos países de la unión, para desarrollar un proyecto en común. Cada uno, de los centros docentes, de los países participantes elabora una parte del mismo para, después, integrarla en un único proyecto. La importancia del aprendizaje colaborativo, para mejorar la asimilación de conceptos en la educación, nos lleva a utilizar este tipo de proyecto en esta unidad didáctica ya que facilita: • • • •
Aprender a conocer. Aprender a hacer juntos. Aprender a vivir juntos. Aprender a ser.
El Programa Comenius tiene por objeto reforzar la dimensión europea en el campo de la Educación Secundaria, promoviendo la movilidad y la cooperación entre centros educativos. Subvenciona las siguientes acciones descentralizadas gestionadas por la Agencia Nacional: •
Asociaciones escolares entre centros educativos con el fin de desarrollar proyectos educativos conjuntos para alumnado y profesorado.
8
• • • •
•
• •
Cursos de formación para profesorado y otro tipo de personal docente para contribuir a la mejora de la calidad de la Educación Infantil, Primaria, y Secundaria. Ayudantías para futuros profesores y profesoras de cualquier materia para comprender mejor la dimensión europea en el proceso de enseñanza. Visitas preparatorias para actividades de movilidad con vistas a desarrollar una asociación escolar. Asociaciones Comenius-‐Regio entre instituciones locales y regionales con responsabilidad en la educación escolar para fomentar la cooperación interregional a nivel europeo. También subvenciona las siguientes acciones centralizadas, gestionadas por la Agencia Ejecutiva para la Educación, los Medios audiovisuales y la Cultura. Proyectos multilaterales para elaborar, promover y difundir las mejores prácticas en materia de educación, nuevos métodos y materiales didácticos, así como desarrollar, promover y difundir cursos de formación para el profesorado. Redes multilaterales dirigidas a elaborar ofertas educativas en la disciplina o ámbito temático correspondiente, por propio interés o por el de la educación en un sentido más amplio. Medidas de acompañamiento, para financiar actividades diversas no elegibles en las diferentes acciones, pero claramente encaminadas a conseguir los objetivos de Comenius y del Programa de aprendizaje permanente.
Proyecto Comenius en el IES Virgen del Pilar. El IES Virgen del Pilar de Zaragoza participó en el año 2010 en el proyecto Comenius de colaboración Europea junto a otros centros de la República Checa, Bélgica, Alemania, Italia y Noruega. El proyecto llevado a cabo, en el que colaboran también compañías como SMC Pneumatics GmbH y Sick AG, consistió en la construcción de una máquina controlada por un chip que realizaron los alumnos de tecnología automática. El objetivo del proyecto consiste en fomentar la colaboración entre jóvenes de distintos centros de la UE. Para mejorar la convivencia, el conocimiento de las distintas culturas, el respeto y otros valores democráticos. En este caso, el intercambio de información y documentación necesaria entre los participantes que lo llevan a cabo el proyecto mejora las relaciones entre los alumnos de
9
diferentes nacionalidades, el conocimiento del inglés técnico en el campo de la tecnología, además de los objetivos básicos del proyecto. Los proyectos que se desarrollan deben ser como los de la vida real, por ello, se establece un plan económico para asegurar la viabilidad del mismo. La importancia del trabajo colaborativo va más allá de las competencias lingüísticas y de las fronteras entre países. El proyecto de referenca de esta unidad, denominado “Creative innovations”, desarrolla una máquina Program Logic Controller (PLC) que controla fichas de colores como un ingenio de entrenamiento para alumnos de Tecnología. En él se desarrollan contenidos relativos a la Electrónica Analógica, Electrónica Digital y Electrónica Automática. Esquema de la unidad La unidad didáctica se ha dividido en los bloques de electrónica analógica y electrónica digital y cada uno de estos bloques contiene los siguientes apartados: •
Electrónica analógica: leyes, resistencias, interruptores, condensadores, diodos, transistores y otros componenetes.
•
Electrónica digital: sistema binario, operaciones lógicas, álgebra de Boole y mapas de Karnaugh.
Después de la introducción de la unidad, cada uno de los apartados de contenidos sigue el mismo esquema:
•
En primer lugar tienes que estudiar los conceptos básicos necesarios para, así, poder realizar las siguientes actividades del apartado.
•
Después del estudio de los conceptos básicos, proponemos una actividad de autoevaluación que te permitirá saber si los has comprendido. Si no has alcanzado la mínima puntuación que haya indicado el profesor, deberás repasar y preguntar antes de proseguir con la unidad.
10
•
Una vez comprendidos los conceptos básicos, cada apartado consta de varias actividades que, o bien están relacionadas con el proyecto “Creative innventions”, donde se muestran una parte del proyecto que conecta directamente con los contenidos vistos, o son ejemplos prácticos relacionados con los conocimientos adquiridos.
•
Al final de algunos apartados, se propone una actividad de investigación y una puesta en común con el resto de la clase sobre los resultados de dicha investigación. Y, en todos ellos, existe un recurso denominado “@ para saber más @” en el que se ha seleccionado interesante información “on line”, que te permitirá resolver las actividades propuestas y ampliar conocimientos.
•
Aquí mismo puedes comenzar a utilizar “@ para saber más @” [1] para informarte sobre el proyecto “Creative innventions”, y saber qué es y cómo se llega a realizar en un centro como el tuyo (Anexo.I).
•
Tanto en el bloque de electrónica analógica como en el de digital, hay un apartado que contiene una actividad montaje y simulación de circuitos que reforzará los conceptos aprendidos anteriormente.
•
También, en cada bloque, se propone una actividad en inglés para que practiques la lectura y comprensión de textos redactados en esta lengua, ya que muchos de los documentos técnicos con los que se trabaja actualmente están en inglés.
@ Para saber más @: 1.
Web proyecto Comenius IES Virgen del Pilar: http://www.www.creative-‐inventions.org/
11
2. ELECTRÓNICA ANALÓGICA. COMPONENTES DE UN CIRCUITO. Mediante las primeras actividades se pretende que identifiques cuáles son los principales componentes que constituyen un circuito electrónico, y, a partir del análisis de estos elementos y de los conocimientos previos que tengas de ellos, se irán desarrollando los nuevos contenidos de la unidad.
Dentro de un circuito analógico hay diferentes dispositivos, que se pueden clasificar de esta forma: 1.
dispositivos de entrada: Son los elementos que introducen una señal o una orden. En
este tipo de dispositivo se incluyen las resistencias LDR, los interruptores y las termorresistencias. 2.
dispositivos de proceso: Elementos que realizan operaciones o ejecutan una acción
dentro del circuito. Como condensadores, bobinas, diodos, etc. 3.
dispositivos de salida: Son aquellos que emiten una señal de salida. Diodo LED, relé,
zumbador. Para comprender los circuitos electrónicos es conveniente repasar alguna de las leyes de la electricidad estudiadas en cursos anteriores (Anexo.II.). 2.1. Resistencias Como sabes, las resistencias son los elementos que se oponen al paso de la corriente y entre otras de sus características, producen calor. Por ello se utilizan en multitud de circuitos y aparatos eléctricos.
12
ACTIVIDAD 1.
Para aprender a distinguir una resistencia, conocer sus coeficientes y los distintos tipos que hay en el mercado, debes estudiar los contenidos mínimos (Anexo.III.).
Los conceptos principales que debes conocer son: •
Resistencias fijas, valor nominal, tolerancia, coeficiente de temperatura, tensión límite nominal, código de colores, resistencias variables, potenciómetros, resistencias ajustables, fotorresistencias, LDR, simbología resistencia, Termistores, NTC, PTC y cambio de resistencia respecto a la temperatura.
En esta actividad, para ampliar tus conocimientos sobre las resistencias, se proponen varios contenidos web que puedes consultar en “@ para saber más @” [2, 3, 4, 5]. ACTIVIDAD 2.
Evaluación y refuerzo de conceptos básicos y refuerzo (Anexo.IV.).
ACTIVIDAD 3.
Las asociaciones entre resistencias son muy importantes para hacer cálculos en los circuitos. Para ello, debes repasar los contenidos de asociación de resistencias (Anexo.V.).
ACTIVIDAD 4.
Demuestra que sabes asociar resistencias en un circuito. (Anexo.VI.)
ACTIVIDAD 5.
Para aprender sobre este proyecto visualiza el VIDEO del proyecto Creative innventions 2. (Anexo.VII.).
@ Para saber más @: 2.
Código de colores de las resistencias: SEARCHING TABS: http://www.searchingtabs.com/rcolor/rescolor_spa.htm
3.
Funcionamiento del potenciómetro: RECURSOS TIC: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena4/potenciometro.ht m
4.
Funcionamiento de un LDR: RECURSOS TIC: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena4/ldr.htm
5.
Funcionamiento de un termistor: RECURSOS TIC: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena4/termistor.htm
13
2.2. Interruptores Dentro de los circuitos electrónicos, encontramos elementos que realizando acciones muy simples cambian el funcionamiento de los mismos por completo. Este es el caso de los interruptores, cuya misión es dejar pasar o no la corriente eléctrica de una rama a otra. En el proyecto Creative inventions que vemos a lo largo de la unidad, se utilizan muchos interruptores para llevar a cabo diferentes acciones de orden o de accionamiento, por ello, es importante que conozcas cómo funcionan estos elementos para saber utilizarlos cuando montemos circuitos más complejos.
Imagen de la web Wikipedia: http://www.wikipedia.org/
ACTIVIDAD 6.
Estudiar contenidos mínimos sobre interruptores (Anexo.VIII.)
Los conceptos principales que debes conocer son: •
qué son los interruptores, qué tipos existen y cómo funcionan.
ACTIVIDAD 7.
Para comprender mejor los contenidos vistos hasta ahora, vamos a utilizar un programa de simulación que te permitirá, de una manera muy fácil, entender los circuitos electrónicos. Crocodile clips es un potente simulador de sistemas que tiene un sencillo manejo. En esta actividad, se propone un ejercicio simple en el que tendrás que montar varios circuitos y probarlos. A medida que avance la unidad se propondrán ejercicios con mayor dificultad. (Anexo.IX.).
14
@ Para saber más @ 6.
Programa de simulación CROCODILE CLIPS. Obtenido de: http://www.crocodile-‐clips.com/
2.3. Condensadores La máquina que utilizamos en el proyecto Creative innventions utiliza una gran cantidad de circuitos integrados y realiza funciones que dependen de elementos como los condensadores. Un circuito electrónico que se utiliza en la industria y en la circuitería comercial es el temporizador. Para conseguir un retardo, es necesario utilizar un condensador y una resistencia, por ello, en este apartado se estudian los condensadores que son los elementos que almacenan carga eléctrica de forma temporal para aportarla cuando se necesite. Son imprescindibles en los circuitos electrónicos ya que permiten realizar tareas como: • • • •
Sintonizar estaciones de radio. Actuar como filtro para desviar los audios graves hacia un subwoofer. Acoplar secciones de circuitos electrónicos. Filtrar la corriente alterna para poder rectificarla.
15
Imagen de la web de Castilla la Mancha wiki spaces: http://castillachacaltanab.wikispaces.com
ACTIVIDAD 8.
Estudiar contenidos mínimos de condensadores (Anexo.X.).
Los conceptos principales que debes conocer son: •
Condensadores, cantidad de carga, carga, condensadores electrolíticos, condensadores cerámicos, condensadores de plástico, capacidad de un condensador, circuitos con condensadores, carga y descarga.
En esta actividad, para ampliar tus conocimientos se proponen varios contenidos web que puedes consultar “@ para saber más [7, 8] @”: ACTIVIDAD 9.
Evaluación y refuerzo de conceptos básicos (Anexo.XI.).
ACTIVIDAD 10.
Las asociaciones entre condensadores también son muy importantes en los cálculos de los circuitos. Para conocer las formas de asociarlos debes estudiar los contenidos de asociación de condensadores (Anexo.XII.).
ACTIVIDAD 11.
Actividad de cálculo de asociación de condensadores y carga (Anexo.XIII.):
ACTIVIDAD 12.
Para profundiazar en el proyecto Creative Innentions puedes ver el video 3 (Anexo.XIV.):
16
@ Para saber más @: 7.
Funcionamiento de un condensador. RECURSOS TIC: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena4/4q2_contenid os_3a.htm
8.
Tiempo de descarga de un condensador. PROFESOR MOLINA: http://www.profesormolina.com.ar/electronica/practicas/tabla_teoricoreal.htm
17
2.4. El diodo Es uno de los componentes fundamentales en la electrónica analógica y que dio paso a la electrónica moderna. Estos elementos están compuestos por materiales semiconductores. Cualquier circuito con algo de complejidad, como el que se lleva a cabo en el proyecto Creative Innventions, está formado por componentes que contienen puentes rectificadores de diodos. Además, dentro de la variedad de diodos que existe en el mercado se encuentran los diodos LED que emiten luz para, por ejemplo, revelar algún tipo de información interna. La máquina del citado proyecto contiene varios LEDS que muestran el trabajo de la misma al instante. En este apartado estudiarás los tipos de diodos que existen en el mercado y la función que desempeñan dentro de los circuitos.
Los conceptos principales que debes conocer son: •
Diodo, diodo convencional, ánodo, cátodo, flujo de electrones, diodo varicap, diodo LED, diodo Zener, Diodo Schotty, Diodo túnel, funcionamiento del diodo, protección del diodo LED, resistencia de limitación, rectificador, rectificador de media onda, rectificador de onda completa, puente de diodos, ciclos positivos, ciclos negativos y filtro RC.
ACTIVIDAD 13.
Estudiar contenidos mínimos sobre diodos (Anexo.XV.).
18
En esta actividad, para ampliar tus conocimientos sobre los diodos, se proponen varios contenidos web que puedes consultar “@ para saber más @” [9, 10,11]. ACTIVIDAD 14.
Evaluación y refuerzo de conceptos básicos (Anexo.XVI.).
ACTIVIDAD 15.
Actividad de simulación de circuitos con CROCODILE CLIPS. (Anexo.XVII.).
ACTIVIDAD 16.
Actividad de investigación (Anexo.XVIII.):
•
¿Sabes que es una televisión LED?
•
¿Cómo funciona?
•
¿Qué ventajas tiene? Para realizar esta actividad, busca información en los recursos propuestos en el apartado @ para saber más @ [12].
@ Para saber más @: 9.
Semiconductores P y N. RECURSOS TIC: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena4/4q2_contenidos_4a.htm
10. Protección del diodo LED: RECURSOS TIC: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena4/proteger_led.htm 11. El Diodo. Obtenido de UCLM: http://www.info-‐ab.uclm.es/labelec/Solar/Componentes/Diodo_II/diodos.html 12. TELEVISOR LED. Obtenido de Elegir electrónica: http://elegirelectronica.com/LED_TV.html
19
2.5. El transistor En el mundo de la electrónica, el elemento más utilizado es el transistor. Se trata de un elemento formado por uniones P-‐N colocadas de forma yuxtapuesta. En el apartado anterior de condensadores, decíamos que son elementos que forman circuitos como los temporizadores. En este caso, explicamos cuál es el papel del transistor sin el que no se podrían realizar circuitos como el mencionado. En los distintos anexos, se estudia su comportamiento en el circuito, así como sus características y tipos.
ACTIVIDAD 17.
Estudiar contenidos mínimos sobre transistores (Anexo.XIX.).
Los conceptos principales que debes conocer son: •
Transistor, terminales del transistor, base, colector, emisor, corrientes, unión NPN, unión PNP, funcionamiento del transistor, transistor en corte, transistor en saturación, transistor en zona activa, amplificador, conmutación del transistor y montajes.
Para ampliar tus conocimientos sobre transistores, abre la aplicación “@ para saber más @” [13] ACTIVIDAD 18.
Actividad de evaluación y refuerzo de conceptos básicos (Anexo.XX.).
ACTIVIDAD 19.
En el video del proyecto Creative Innovations puedesCTIVIDAD VIDEO COMENIUS 4. (Anexo.XXI.).
20
@ Para saber más @: 13. Conmutación del transistor: RECURSOS TIC: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena4/guiones/transistor_conmuta cion.htm
2.6. Otros componentes Además de los elementos citados anteriormente, vamos a ver qué otros componentes puede tener un circuito. Cada uno de ellos tiene una función específica y también son muy utilizados en el mundo de la electrónica. Muchos de ellos son indispensables en proyectos como Creative inventions, por lo que es importante que estudies detenidamente los contenidos de este apartado.
21
ACTIVIDAD 20.
Estudiar contenidos mínimos sobre otros componentes (Anexo.XXII.).
Los conceptos principales que debes conocer son: •
Bobinas, relés, zumbadores, circuitos integrados, temporizadores, datasheet, interpretación de datasheets, puertas lógicas, contadores y amplificadores.
Para ampliar tus conocimientos sobre circuitos integrados, activa el recurso “@ para saber más@” [14]
2.7. English activity To assemble electronic circuits, it`s necessary to purchase components and integrated circuits. Most manufacturers expose the product catalog on their websites in English. The task of searching for these components, as well as their description it`s absolutely essential to see what and how they work. Therefore a searching circuit activity is proposed. With it, you will learn how to do it in a very simple way. ACTIVIDAD 21.
Actividad de investigación en inglés (Anexo.XXIII.): •
Download Datasheets from the manufacturer’s websites.
22
@ Para saber más @: 14. Datasheet del integrado LM555. Obtenido de Texas Instruments: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm555.pdf
2.8. Tecnología y sociedad La electrónica ha cambiado mucho a lo largo de la historia, pero son unos pocos los aparatos o componentes los que establecieron la base de la electrónica moderna. El tríodo es uno de los elementos desarrollado por Lee Forest que cambiaron el mundo de la electrónica. ACTIVIDAD 22.
Lectura y debate sobre “El tríodo”. (Anexo.XXIV.)
23
3. ELECTRÓNICA DIGITAL. INTRODUCCIÓN. A diferencia de la electrónica analógica que trabaja con variables continuas, que hemos visto anteriormente, la electrónica digital trabaja con variables discretas. Es decir, si hay un pequeño cambio en alguna de las variables del circuito (siempre que su valor discreto no cambie), no producirá un cambio apreciable en el comportamiento del circuito. Conforme avancemos en la unidad entenderemos mejor este “concepto”. Para realizar el control de la máquina Creative innventions, se utilizan muchos componentes con funciones lógicas que ordenan llevar a cabo determinadas acciones.
Imagen de Wikipedia: http://www.wikipedia.org/
Como hemos visto, el proyecto Creative Innventios es un proyecto que se integra en los centros educativos de Secundaria y Formación Profesional. A partir de aquí, para comprender los conceptos relacionados con la electrónica digital, vamos a utilizar, entre otras, las actividades que se han llevado a cabo dentro del citado proyecto. La electrónica digital sirve, entre otras muchas utilidades, para procesar los datos obtenidos de otros circuitos o de otras señales. Para comprender mejor estas utilidades lee y estudia: ACTIVIDAD 23.
Estudiar la introducción a la electrónica digital (Anexo.XXV.)
ACTIVIDAD 24.
VIDEO (5) Creative Innventions DEL PROYECTO (Anexo.XXVI.).
24
3.1. Sistema Binario A finales de 1930, Claude Shannon mostró que utilizando interruptores que estaban abiertos para “falso” y cerrados para “verdadero”, se podían llevar a cabo operaciones lógicas asignando al número 0 – verdadero y para el 1 -‐ falso. Este sistema de codificación se denominó binario y permitió de esta manera la codificación de los ordenadores que hoy conocemos. El sistema binario utiliza los 0 y 1 como condiciones para poder codificar la información. La comprensión del lenguaje binario es imprescindible para comprender muchos apartados del proyecto Comenius, ya que utilizan puertas lógicas que se basan en él.
Imagen de Wikipedia : http://www.Wikipedia.org
En este apartado se intenta que el comprendas el sistema binario y las conversiones que se llevan a cabo con él. Para ello se utilizarán ejemplos sencillos que te harán entender de una forma muy simple este tipo de codificación. ACTIVIDAD 25.
Estudiar los contenidos mínimos sobre el sistema binario (Anexo.XXVII.).
Los conceptos principales que debes conocer son:
25
•
Sistema binario, hexadecimal, decimal, dígitos binarios, bit, conversión de binario a decimal, conversión de decimal a binario y algoritmo de división.
ACTIVIDAD 26.
Actividades evaluación y refuerzo de los conceptos básicos (Anexo.XXVIII.).
ACTIVIDAD 27.
English Activity: Lee el anexo de introducción a la parte digital del proyecto Creative Innventions y realiza el ejercicio propuesto en el (Anexo.XXIX.).
ACTIVIDAD 28.
Actividad de investigación. Responde a las cuestiones planteadas en el Anexo. XXX. sobre el sistema binario BCD.
@ Para saber más @: 15. Calculadora de Windows como conversor. Obtenido de TIC 725: https://sites.google.com/site/275tics/sistema-‐binario
26
3.2. Operaciones lógicas En este apartado se pretende que comprendas la importancia que tienen las operaciones lógicas en la Electrónica Digital. Tienes que considerar que éstas son la base de todos los diseños complejos que puedes ver a posteriori y las debes conocer perfectamente para no tener ningún problema cuando avancemos en la unidad.
Imagen obtenida de Neofronteras: www.neofronteras.com
Las puertas lógicas, como su nombre indica, son capaces de realizar operaciones lógicas básicas. Por ejemplo, en un circuito que se necesite para accionar una máquina. Aparentemente, una puerta lógica no se distingue de otro circuito integrado cualquiera. Por ello se han desarrollado códigos para poder distinguirlas y trabajar con ellas. El proyecto Creative Innventions utiliza estas operaciones para realizar funciones como el almacenaje de resultados o el uso de contadores digitales. ACTIVIDAD 29.
Estudiar contenidos mínimos sobre las operaciones lógicas (Anexo.XXXI.).
Los conceptos principales que debes conocer son: •
Operaciones lógicas, puertas lógicas, tabla de la verdad, NOT, AND, OR, NAND, NOR, XOR, XNOR.
27
Para ampliar tus conocimientos busca información en los recursos propuestos en el apartado “@ para saber más@” [16, 17, 18] ACTIVIDAD 30.
Actividades de evaluación y refuerzo de conceptos básicos (Anexo.XXXII.).
ACTIVIDAD 31.
Ahora que ya conocemos las diferentes puertas lógicas que existen en la electrónica digital, vamos a realizar una pequeña práctica con Crocodile, en la que montaremos y explicaremos este circuito lógico (Anexo.XXXIII.).
ACTIVIDAD 32.
Visualizar el video 6 Creative innventions (Anexo.XXXIV.).
@ Para saber más @: 16. Comprobación de una tabla de la verdad. Obtenido de Profesor Molina: http://www.profesormolina.com.ar/electronica/practicas/tabla_teoricoreal.htm 17. Trabajar con puertas lógicas. Obtenido de Educarex: http://conteni2.educarex.es/mats/19260/contenido/ 18. Animaciones con puertas lógicas. Obtenido de Tuverás: http://www.tuveras.com/logicas/tverdad.htm#fnand
28
3.3. Álgebra de Boole En este apartado vamos a tratar el Álgebra de Boole que nos ayudará a construir circuitos con puertas lógicas a partir de funciones. George Boole en 1854 con su “Teoría del pensamiento” estableció el mecanismo básico de funcionamiento de la mente humana explicándolo como la asociación de elementos simples que admiten dos posturas, la negación y la aceptación.
A continuación, se proporcionan los contenidos relacionados con esta teoría, así como, la simplificación de funciones mediante mapas de Karnaugh. Para realizar con éxito los ejercicios finales propuestos, debes seguir paso a paso cada una de las actividades propuestas. Para ello debes: ACTIVIDAD 33.
Estudiar los contenidos mínimos del Álgebra de Boole en el (Anexo.XXXV.).
Los principales conocimientos que tienes que saber son:
•
Obtención de la expresión booleana de una tabla de la verdad.
•
Simplificación de expresiones con mapas de Karnaugh.
29
Para ampliar conocimientos, ves al apartado @ Para saber más@ [19]. ACTIVIDAD 34.
Actividades de evaluación y refuerzo de conocimientos básicos (Anexo.XXXVI.).
ACTIVIDAD 35.
Conocida el de Álgebra de Boole y las operaciones lógicas, podemos ver con un poco más de profundidad las opciones que ofrece. En este caso se procederemos con el biestable RS. Para entender mejor y, así poder responder a la pregunta formulada en el Anexo.XXXVII. deberás realizar la simulación de un montaje con la ayuda del programa Cocodrile Clips.
ACTIVIDAD 36.
Actividad de investigación. La televisión Analógica (Anexo.XXXVIII.).
@ Para saber más @: 19. Realización de mapas de Karnaugh. Obtenido de CIDEVI: http://www.cidevi.com/digitales/MAPASK45.swf
30
3.4. English activity The world of electronics uses English as official language. Logical operations in computers as well as the main operating systems are developed in English, and the great changes and innovations are also published in that language. After learning how the analogue and digital electronic work and having worked in the computer room, what are the advantages and disadvantages of the use of electronics in educational centers? ACTIVIDAD 37.
Lectura y actividad en inglés “Advantages and disadvantages of Electronics”. (Anexo.XXXIX.).
3.5. Tecnología y sociedad El mundo de la tecnología avanza día a día sin pausa buscando nuevos componentes más asequibles y que estén presentes en el planeta, para desarrollar nuevos productos. La alta demanda de Smartphones y Tablets, por ejemplo, hace que las grandes multinacionales inviertas miles de millones de euros en el desarrollo y búsqueda de nuevos materiales que mejoren y hagan más rentables los sistemas electrónicos.
ACTIVIDAD 38.
Lectura de un texto sobre el “El Grafeno” y posterior debate en el aula. (Anexo. XL.) 31
Paa obtener más información de este material, busca en el recurso @para saber más@ [20, 21]. @ Para saber más @: 20. Zoom Net. Grafeno. Obtenido de RTVE: http://www.rtve.es/alacarta/videos/zoom-‐net/zoom-‐net-‐grafeno-‐canon-‐6d-‐monster-‐hunter-‐3-‐ ultimate-‐16-‐02-‐13/1692060/ 21. Impulsar la utilización del Grafeno. Obtenido de RTVE: http://www.rtve.es/alacarta/videos/telediario/pone-‐marcha-‐programa-‐para-‐impulsar-‐utilizacion-‐ grafeno/1690030/
32
4. EVALUACIÓN En la unidad existen diferentes actividades con las que puedes ir comprobando tu grado de comprensión y adquisición de conocimientos. También, se realizará: •
Una prueba escrita para recabar los conocimientos previos que tienes sobre el tema. Se hará al comienzo de la unidad.
•
Un examen escrito sobre los contenidos formulados para el bloque de electrónica digital y electrónica analógica. Se hará al finalizar la unidad didáctica.
•
El control diario para saber si has realizado correctamente todos los ejercicios propuestos en las actividades programadas.
•
Mediante un test de conocimientos, se evaluará el grado de comprensión del proyecto Creative Innventions que se ha trabajado en esta unidad.
En esta unidad didáctica se da especial importancia al análisis y montaje de circuitos electrónicos. Ésta es la base de una electrónica más compleja que puede verse en cursos posteriores en los que, quizá, tengas la oportunidad de realizar un proyecto Comenius como el visto. Para ello, la utilización de recursos digitales, así como emuladores de circuitos electrónicos en el ordenador, te facilitará la compresión de conceptos y la asimilación de ideas complejas. Se calificará, también, la claridad y la limpieza en el diseño de los circuitos, tanto en el ordenador como en papel escrito.
33
Ectrónica analógica y digital aplicada en un proyecto Comenius. Fin de la guía didáctica para el alumno Accede a todos los contenidos digitales en la web del proyecto ‘de la ciencia al aula’: DIifusión de experiencias reales: hwww.ipe.csic.es http://bitbrain.es
Web del proyecto http://auladelaciencia.es/ Twitter: @ciencia2aula
Comparte tu trabajo y coméntalo en las redes sociales del proyecto ‘de la ciencia al aula’: Trabajo cooperativo en línea con compañeros de otros Institutos Trabajo cooprativo entre profesores: eules.unizar.es
Redes sociales: facebook, twitter, canal Youtube, Picasa
34