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Capítulo 1: Inicio ¿ACTUALMENTE CUÁNTOS MICROCONTROLADORES UTILIZAMOS? Un microcontrolador es un tipo de computadora en miniatura que se encuentra en muchos aparatos. Algunos ejemplos de productos comunes de uso cotidiano que contienen microcontroladores se muestran en la figura 1-1. Si estos tienen botones y pantallas digitales lo más seguro es que tengan como “cerebro” un microcontrolador programable.
Figura 1-1 Ejemplos cotidianos de a´paratos que tienen microcontroladores.
Traté de hacer un lista y cuente cuantos aparatos utiliza en un día normal. Estos son algunos ejemplos, si su radio reloj se apaga, y presiona varias veces en la mañana la perilla de su aparato, la primera acción de ese día es interactuar con un microcontrolador. Cuando calienta alimentos en el horno de microondas y hace una llamada con su teléfono celular también está interactuando con un microcontrolador. Esto solo es el comienzo. Veamos otros ejemplos. Cuando enciende el TV con el control remoto, cuando juega con su Nintendo y cuando usa una calculadora, estos aparatos tienen internamente un microcontrolador que interactúa con usted.
EL BASIC STAMP2 ES UN MODULO NUEVO CON MICROCONTROLADOR El módulo BASIC Stamp 2 de Parallax que muestra la figura 1-2 tiene un microcontrolador incrustado, es el chip negro más grande. El resto de los componentes del módulo BASIC Stamp también los encuentra en los aparatos de consumo de uso diario. Todos juntos reciben, correctamente, el nombre de sistema de cómputo incrustado, que se llama en forma abreviada “sistema incrustado”. Con frecuencia, a estos módulos se les llama más comúnmente “microcontroladores” Las actividades de este texto lo guiarán a través de circuitos construidos similares a los que tienen los aparatos de consumo y los dispositivos de alta tecnología. También escribirá programas de computo que el módulo BASIC Stamp ejecutará. Estos programas harán que el modulo BASIC Stamp monitoree y controle para que realice funciones útiles.
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Figura 1-2 Módulo del Microcontrolador BASIC Stamp 2.
En este libro “BASIC Stamp” se refiere al módulo del microcontrolador BASIC Stamp 2. El nombre de este módulo diseñado y fabricado por Parallax Incorporated se abrevia como BS2, y es el primero de una serie de módulos que muestra la figura 1-3. Cada uno de los otros módulos es ligeramente diferente, e incluyen mayor velocidad, más memoria, màs funciones o una combinación de estas características. Para saber más de estas características vaya a la liga de “Comparación de Módulos BASIC Stamp en www.parallax.com/basicstamp
Figura 1-3 Modelos del BASIC Stamp 2, de izquierda a derecha BS2, BS2e, BS2sx, BS2p24, BS2p40, BS2pe, BS2px
INVENTOS MARAVILLOSOS REALIZADOS CON LOS MICROCONTROLADORES BASIC STAMP No solamente los aparatos de consumo contienen microcontroladores. Los Robots, la maquinaria, los diseños aeroespaciales y otros dispositivos de alta tecnología contienen microcontroladores. Veamos algunos ejemplos se fueron creados con módulos BASIC Stamp. Los robots se han diseñado para diversas actividades desde ayudar a los estudiantes a mejorar su aprendizaje de microcontroladores hasta resolver problemas complicados de mecánica. La figura 1-4 muestra 2 ejemplos de robots. En cada uno de estos robots los estudiantes utilizan el BASIC Stamp 2 para leer sensores, controlar motores, y comunicarse con otras computadoras. El robot de la izquierda es el robot de Parallax BoeBot. Los proyectos del libro Robótica con el Boe-Bot los puede realizar usando el Boe-Bot después de haber trabajado con las actividades de este libro. El de la derecha, llamado
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ROV submarino (vehículo operado a control remoto) se construyó y verificó en un programa MATE ((Educación Marina con Tecnología Avanzada). El Instituto de Cursos de Verano para profesores. Los operadores ven una pantalla de TV que observa el ROV a través de una videocámara y la controla con brazos y una laptop. El BASIC Stamp mide profundidad y temperatura, controla el desplazamiento vertical de un motor e intercambia información con la laptop. El MATE coordina las competencias ROV regionales e internacionales con estudiantes de niveles medio a superior. Figura 1-4 Robots educativos. Imagen dell robot de la izquierda ROV Boe-Bot del Instituto de Cursos de Verano para profesores. A la derecha otra imagen y la liga al instituto www.marinetech.org
Otros robots resuelven problemas complicados, como el robot autónomo de vuelos remotos y que se muestra a la izquierda de la figura 1-5. Este robot lo construyeron y verificaron estudiantes de Ingeniería Mecánica de la Universidad de California en Irvine. Utilizaron un módulo BASIC Stamp para lograr la comunicación con un Sistema de Posicionamiento Global por Satélite (GPS) para que robot pudiera conocer su posición y altitud. El BASIC Stamp lee los datos de niveles de los sensores y controla los ajustes del motor para que el robot se mantenga volando correctamente. El robot mecánico multipies de la derecha de la Figura 1-5 lo desarrollaron profesores de la Universidad de Nanyang en Singapure. La tablilla tiene más de 50 módulos BASIC Stamp y todos se comunican entre si por medio de una red elaborada que ayuda a controlar y coordinar el movimiento de caja conjunto de piernas. Los robots de este tipo no solamente nos ayudan a comprender mejor los diseños de la naturaleza sino que además se usan para explorar lugares remotos e incluso en otros planetas.
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Figura 1-5 Robots de Investigación que contienen microcontroladores. A la izquierda se muestra el Robot de Vuelo Autónomo de la Universidad de California en Irvin y a la derecha se muestra el Robot “ciempiés” Proyecto Multipies de la Universidad de Nanyang.
Con ayuda de los microcontroladores, los robots también pueden realizar tareas cotidianas, por ejemplo limpiar el pasto. El módulo BASIC Stamp dentro del robot cortador de pasto que muestra la figura 1-6 le indica cuales son los límites de esa superficie, y también lee los sensores que detectan los obstáculos además de controlar los motores que lo mueven.
Figur 1-6 Módulo del Microcontrolador de BASIC Stamp 2.
Los microcontroladores también se utilizan en proyectos, científicos, de alta tecnología y aéreo espaciales. La Estación del Tiempo que se muestra a la izquierda de la figura 1-7 se usa para colectar datos ambiéntales relacionados con el envejecimiento de los arrecifes de coral. El módulo interno BASIC Stamp colecta estos datos usando una variedad de sensores y almacena la información para que los científicos la procesen posteriormente. El submarino, del centro, es un vehículo de exploración submarino, y sus propulsores cámaras y luces todos están controlados por el microcontrolador de BASIC Stamp.. El Cohete mostrado a la derecha fue parte de un concurso para lanzar un cohete privado al espacio. Nadie gano el concurso, pero este cohete casi lo logra! El BASIC Stamp controló todos los aspectos de la secuencia de lanzamiento.
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Figura 1-7 Ejemplos de Microcontroladores en la Industria Ambiental y Aéreo espacial. A la izquierda tenemos un Sistema Colector de Datos Ecológicos EME, en el centro una Investigación Submarina del Instituto Harbor Branch y a la derecha se muestra el lanzamiento de un cohete JP.
Desde aplicaciones caseras comunes hasta aplicaciones científicas y aéreo espaciales usted comenzará a aprender los fundamentos de los microcontroladores con proyectos que aquí desarrollaremos. Al trabajar con las actividades de este libro usted experimentará. Y aprenderá como usar una variedad de bloques de construcción en los cuales se cimientan todos estos inventos de alta tecnología. Usted construirá circuitos para pantallas, sensores y controles de movimiento. Aprenderá como conectar estos circuitos al módulo BASIC Stamp 2, y luego escribirá programas que haga que controlen pantallas, que colecten los datos de los sensores, y que controlen el movimiento. Con estas actividades aprenderá conceptos y técnicas de electrónica y programación de microcontroladores. A su debido tiempo encontrará el camino para inventar aparatos de sus propios diseños.
HARDWARE Y SOFTWARE Iniciamos con módulos microcontroladores de BASIC Stamp similares a los de su PC o laptop. La primer actividad que las personas hacen es desempacar, conectar e instalar y verificar algún software y quizá pueden escribir con algún software de su propiedad usando un lenguaje de programación. Si esta es la primera vez que usa un módulo BASIC Stamp usted hará actividades semejantes a la arriba mencionadas. Si está usted en clases, es posible que el hardware ya esté instalado listo para usarse. Si este esta es su situación puede que su maestro le de otras indicaciones. Si no es su caso, en este capítulo le guiaremos paso a paso para iniciar y poner en marcha el microcontrolador BASIC Stamp.
ACTIVIDAD #1: INSTALACIÓN DEL SOFTWARE El Editor BASIC Stamp (versión 2.5 o superior) es el software que usará en la mayoría de la actividades y proyectos de este libro. Utilizará este software para escribir programas que el módulo BASIC Stamp ejecutará. También usará este software para visualizar mensajes que el BASIC Stamp genera y le ayudan a comprender lo que está pensando.
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Requerimientos de su PC o laptop
Necesita una PC para ejecutar el software del editor del BASIC Stamp. Los requerimientos de las PC son los siguientes: • • •
Microsoft Windwos 2000 o superior. Puerto Serie o USB. Conexión y Explorador de Internet.
Descarga del Software desde Internet
Es muy importante, que siempre que sea posible, use la última versión del software editor de BASIC Stamp. El primer paso es ir al sitio web de Parallax y descargue el software. 9 Uso del Buscador web para ir a www.parallax.com/basicstampsoftware (Figura 18)
Figura 1-8 Página del sotware del Editor BASIC Stamp en www.parallax.com/basicsta mpsoftware Este es el lugar para descargar la última versión de software.
9 Haga click en el botón “Click Here to Download” para descargar la última versión de software Editor de Windows de BASIC Stamp. (Figura 1-9).
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Figura 1-9 Página del Botón de descarga del editor BASIC Stamp. Haga click en el botón para empezar la descarga.
9 Se abrirá la ventana File Download (descargar archivo) y le preguntará si desea ejecutar o guardar este archivo (Figura 1-10) . Haga click en el botón Save (guardar).
Figura 1-10 Ventana de Descargar Archivo. Haga click en Save y guarde el archivo en su computadora.
9 Use SAVE IN para escoger el lugar en donde su computadora guardará el archivo de instalación, finalmente haga click en SAVE (Figura 1-11).
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Figura 1-11 Ventana de como.
Guardar
Escoga un lugar para guardar el Instalador de Software en su computadora, luego haga click en Guardar.
9 Cuando vea “Descarga Completa”, haga click en el boton Run (Ejecutar). Figura 1-12). 9 Siga los Indicadores que aparecen. Puede ver mensajes del Sistema Operativo que le preguntan que verifique si desea continuar con la instalación. Diga que Si Desea continuar.
Figura 1-12 Mensaje de Descarga Completa. Haga click en Run (ejecutar) Confirme que sí desea continuar.
9 Se abrirá la ventana del Instalador del Editor BASIC Stamp (Figura 1-13). En seguida haga click y siga las indicaciones, aceptando todas por Default.
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Figura 1-13 Ventana de Instalador del Editor BASIC Stamp. Haga click en Siguiente.
9 IMPORTANTE: Cuando aparezca el mensaje “Instalar Driver USB” (Figura 114). Marque la ventanita de “Instalación/Actualización Automática del Driver” y de un click en SIGUIENTE.
Figura 1-14 Mensaje del Instalación del Driver USB. Marque la ventanita de Instalacion Automática y de click en SIGUIENTE.
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9 Cuando aparezca el mensaje “Listo para Instalar el Programa” (Figura 1-15), de un clik en el botón “Instalar”. Puede aparecer un barra de progreso, esto puede durar unos minutos.
Figura 1-15 Listo para Instalar el Programa. Para continuar de un click en “Instalar”.
En este punto, pudiera aparecer una ventana adicional detrás de la ventana actual mientras se están actualizando los drivers USB. Esta ventana se cerrará eventualmente cuando termine la instalacion de los drivers. Si usted no ve esta ventana, esto no indica que hay problemas. Nota sobre los drivers USB ( “Drivers USB” XE). Los drivers USB que instala por default el Instalador Editor Windows se requiren para usar el hardware de Parallax que se conecta al puerto USB de su PC. Las iniciales VCP significan “Puerto de Comunicación Virtual” (Puerto COM Virtual XE) y le permitirá que los puertos USB de su computadora vea e intrerprete el hardware de Parallax como un Puerto Serie RS232. Drivers USB para otros Sistemas Operativos. Los drivers USB VCP que se incluyen el el Software del Editor de Windows de BASIC Stamp sólo son válidos para el Sistema Operativo de Windows. En la liga www.parallax.com/usbdrivers encuentra usted mayor información.
9 Cuando la ventana le indica que la instalación se ha realizado con éxito de un click en “Terminar” (Figura 1-16)
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Figura 1-16 Instalación completa del Editor BASIC Stamp. De un click “Terminar”
en
ACTIVIDAD #2: USO DEL ARCHIVO “AYUDA” PARA AJUSTES DEL HARDWARE En esta sección usted utilizará el Archivo de AYUDA del Editor BASIC Stamp. Dentro del Archivo AYUDA usted reconocerá las diferencias de las tablillas programables BASIC Stamp disponibles en el programa de Clases, e identificará la que está utilizando. Luego, seguirá paso a paso la AYUDA para conectar su hardware a su computadora y verificará los sistemas de programación del BASIC Stamp. Ejecución, por primera vez, del Editor 2.5 BASIC Stamp
9 Si usted ve el ícono del Editor BASIC Stamp en su PC, de doble clik en este ícono (Figura 1-17). 9 O de un click en el Menu de Inicio de su PC, en seguida escoga: Todos los programas <Parallax Inc > Editor 2.5 BASIC Stamp > Editor 2.5 BASIC Stamp.
Figura 1-17 Icono del Editor BASIC Stamp Dé doble click para iniciar el programa.
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9 En la Barra de Herramientas del Editor BASIC Stamp de un click en AYUDA (Figura 1-18), en seguida seleccione Ayuda del BASIC Stamp en el cuadro del menu.
Figura 1-18 Icono del Editor BASIC Stamp Dé doble click para iniciar el programa. Figura 1-19 Ayuda del Editor BASIC Stamp.
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9 De un click en la leyenda de la esquina inferior derecha “INICIO DE STAMPS EN CLASE” que muestra la figura 1-19. De la Página “Bienvenido”(esquina superior izquierda). Siguiendo las indicaciones del Archivo AYUDA
Desde aquí, seguirá usted las indicaciones del Archivo AYUDA hasta completar las siguientes tareas. • • • • • •
Identifique que Tablilla de Desarrollo BASIC Stamp está utilizando. Conecte su Tablilla de Desarrollo a su computadora. Verifique su conexión de programación. Si es necesario, revise si tiene problemas en su conexión. Escriba su primer programa PBASIC para su BASIC Stamp. Desenergice su hardware cuando todo esté hecho.
Cuando haya terminado las actividades del Archivo Ayuda, regrese a este libro y continue con el siguiente resumen ante de pasar al capítulo 2. ¿Que hacer si tengo problemas? Si tiene problemas mientras sigue las indicaciones de este libro o con el Archivo Ayuda, usted tiene las siguientes opciones para obtener Soporte Técnico. En los forums. Mande un mensaje a nuestro foro gratuito Stamps en Clase en la liga forums.parallax.com Por email. Mande un email a support@parallax.com Por teléfono. En Estados Unidos llame sin cobrar al 888-99-STAMP (888-997-8267). Desde otros lugares llame a (916)524-8333. Más recursos: Vaya a la liga www.parallax.com/support
RESUMEN Este capitulo lo guió en las siguientes actividades: • Una introducción a algunos aparatos que utilizan microcontroladores. • Una introducción al módulo BASIC Stamp. • Un paseo por algunos inventos interesantes fabricados con módulos BASIC Stamp. • Donde obtener el sofware Editor del módulo BASIC Stamp que usará precisamente en los experimentos de este libro • Como instalar el sofware Editor del módulo BASIC Stamp. • Como usar la ayuda del Editor y el Manual del BASIC Stamp.
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Una introducción a los módulos BASIC Stamp, a la Plataforma de Eduacación y la plataforma de Trabajo en Casa. Como ajustar el hardware del BASIC Stamp. Como verificar su software y hardware. Como escribir y ejecutar un programa en PBASIC. Utilizar las instrucciones DEBUG Y END. Usar el carácter de control CR y el formato decimal DE. Una breve introducción del código ASCII. Como desconectar la energía de su Tablilla de Experimentos cuando todo terminó.
Preguntas
1. ¿Qué es un Microcontrolador? 2. ¿El módulo BASIC Stamp es un microcontrolador o contiene un microcontrolador? 3. ¿ Qué detalles debe usted ver o imaginar para saber si un aparato como un radio o un teléfono celular contiene un Microcontrolador? 4. ¿Qué significa un apostrofe en el principio de una línea de código de programa PBASIC? 5. ¿ Qué instrucciones en PBASIC aprendió usted en este capítulo? 6. Pensemos que desea hacer una pausa en su proyecto BASIC Stamp para tomar un café, o quiza tardarse un poco más y luego regresar a su proyecto después de un par de días. ¡Qué debe hacer antes de tomarse un descanso? Ejercicios
1. En esta instrucción, explique la operación del asterisco. DEBUG DEC 7 * 11
2. Adivine lo que mostrará la Terminal Debug cuando ejecuta esta intrucción DEBUG DEC 7 + 11
3. Hay un problema con estas dos instrucciones. Cuando ejecuta el código, los números que se muestran estan muy juntos de tal forma que parece un número grande en lugar de dos números pequeños. Modifique estas dos instrucciones para que las respuestas aperezcan en dos líneas diferentes en la Terminal Debug. DEBUG DEC 7 * 11 DEBUG DEC 7 + 11
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Proyectos
1. Use la Terminal DEBUG para mostrar la solución del problema matemático 1+2+3+42. Guarde su primer programa Turn.bs2 con otro nombre. Si fuera a colocar la instrucción DEBUG mostrada justamente debajo de la instrucción END, del programa, ¿cuales otras líneas debería usted borrar para que hiciera el mismo trabajo? 3. Modifique la copia del programa para verificar su hipótesis (su predicción del lo que ocurrirá) DEBUG “Cuanto es 7x11”, CR, “El resultado es”, DEC 7 * 11
Soluciones
Q1. Un microcontrolador es un tipo de computadora en miniatura que contienen los productos electrónicos. Q2. El módulo BASIC Stamp contiene un chip microcontrolador. Q3. Si el aparato tiene botones y pantalla digital, estos detalles indican que dentro hay un microcontrolador. Q4. Un comentario. Q5. Desconecte de la alimentación al proyecto de su BASIC Stamp. E1. Multiplica los dos operandos 7 y 11, y el resultado del producto es 77. El asterisco es el operador de multiplicación. E2. La Terminal Debug mostrará: 18 E3. Para resolver el problema agrerue un retorno (carriage retur) usando CR control carácter y coma. DEBUG DEC 7 * 11 DEBUG CR, DEC 7 + 11
P1. Este es un programa para mostrar la solución al problema matemático 1+2+3+4 ' ¿Qué es un Microcontrador? - Ch01Prj01_Add1234.bs2 '{$STAMP BS2} '{$PBASIC 2.5} DEBUG "¿Qué es 1+2+3+4?" DEBUG CR, "La respuesta es: " DEBUG DEC 1+2+3+4 END
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P2. Se pueden quitar las 3 últimas línes DEBUG. Se necesita otro CR depues del Mensaje “Hello” ' ¿Qué es un Microcontrolador? - Ch01Prj02_ FirstProgramYourTurn.bs2 ' BASIC Stamp manda mensajes a la Terminal Debug . ' {$STAMP BS2} ' {$PBASIC 2.5} DEBUG "Hello, it's me, your BASIC Stamp!", CR DEBUG "What's 7 X 11?", CR, "The answer is: ", DEC 7 * 11 END
La salida de la Terminal Debug es: Hola soy yo tu BASIC Stamp! ¿Cuanto es? 7*11 La respuesta es: 77.
El resultado es el mismo que genera el código anterior. Este es un ejmplo del uso de comas en la salida para sacar mucha información usando solamente una instrucción DEBUG con sus múltiples elementos.